一种区域智能自治控制终端及其数据处理方法

技术领域

本发明属于智能终端技术领域，具体涉及一种区域智能自治控制终端及其数据处理方法。

背景技术

当前台区拓扑分析、线损分析、故障定位、线变关系识别、可开放式容量分析等深化应用需求越来越多，相应地，台区接入的感知设备的数量和种类也越来越多。低压配电台区中有着集中器、专变采集终端、配变终端等多种传统终端，各终端间营销、运检的数据共享和业务协同存在壁垒，使各终端成为信息孤岛，导致主站系统运行压力日益增大。传统终端不具备线变识别和边缘计算等深化应用功能，仅支持登录单个主站，若要实现营配融合功能，则需安装多个终端，台区现场的空间有限，安装过多的终端会占用空间且浪费人力、财力、物力。

基于上述原因，具备大数据运算、就地化分析决策、边缘计算功能的台区智能融合终端应运而生，台区智能融合终端是安装在配电变压器低压侧，用于采集与控制的智能化终端，其满足高性能并发、大容量存储、多采集对象、就地化分析决策、协同计算等需求，具有数据采集、设备运行状态监测、电能计量等功能，可支撑营销、配电及多种新兴业务的发展需求。而台区智能融合终端采用的是Linux操作系统来运行台区智能融合终端的各项应用，Linux操作系统具有数据吞吐量大、非实时性的特点，所以其更适用于运行管理类应用，并不适用于运行对实时性要求高的应用，这也限制了台区智能融合终端的功能，在实时性要求高的应用场景往往需要另外加装其它设备来搭配使用，导致成本增加。因此需要提出一种新的区域智能自治控制终端。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种区域智能自治控制终端，包括：操作系统层、应用层、消息总线和硬件设备；

所述操作系统层，用于为所述应用层中的实时类应用软件提供实时操作系统，和为所述应用层中的非实时类应用软件提供Linux操作系统；

所述应用层，用于在所述Linux操作系统中通过运行所述非实时类应用软件，调用所述硬件设备进行所述区域中设备的数据采集，并对采集的数据进行分析计算；和基于数据分析计算的结果，在所述实时操作系统中通过运行所述实时类应用软件，调用所述硬件设备进行所述区域中设备的能量协同控制；

所述消息总线，用于进行所述操作系统层与应用层之间，和所述实时类应用软件与所述非实时类应用软件之间数据的交互。

优选的，所述操作系统层，包括：共享内存和若干个处理器核心；

所述若干个处理器核心，用于为所述实时类应用软件提供并运行实时操作系统，和为所述非实时类应用软件提供并运行Linux操作系统；

所述共享内存，用于通过存储所述数据，进行所述实时操作系统和所述Linux操作系统之间数据的交互。

优选的，所述若干个处理器核心中的至少一个处理器核心用于运行实时操作系统，所述若干个处理器核心中的其余处理器核心用于运行Linux操作系统；

其中，用于运行实时操作系统的处理器核心的数量，基于所述实时类应用软件运行数量占所述实时类和非实时类应用软件运行总数的比例确定。

优选的，所述操作系统层，还包括：硬件抽象层和系统接口；

所述系统接口，用于为所述应用软件提供系统调用接口；

所述硬件抽象层，用于通过硬件抽象化为所述硬件设备提供所述操作系统的访问接口。

优选的，所述应用层，包括：非实时类应用软件、实时类应用软件和若干个容器；

所述非实时类应用软件，用于调用所述硬件设备进行所述区域中设备的数据采集，并对采集的数据进行分析计算；

所述实时类应用软件，用于基于所述数据分析计算的结果，调用所述硬件设备进行所述区域中设备的能量协同控制；

所述非实时类应用软件和实时类应用软件分别安装于不同容器中。

优选的，所述非实时类应用软件，还用于：

对所述区域智能自治控制终端中的软件设备和硬件设备的运行状态进行管理；和通过调用所述硬件设备将采集和分析计算的数据传输至主站。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种区域智能自治控制终端的数据处理方法，包括：

运行Linux操作系统；

在所述Linux操作系统中，利用非实时类应用软件进行所述区域中设备的数据采集和分析计算；

运行实时操作系统；

在所述实时操作系统中，基于数据分析计算的结果，利用实时类应用软件进行所述区域中设备的能量协同控制；

所述区域智能自治控制终端为所述的区域智能自治控制终端。

优选的，所述在所述Linux操作系统中，利用非实时类应用软件进行所述区域中设备的数据采集和分析计算，包括：

在所述Linux操作系统中，运行所述非实时类应用软件；

通过所述非实时类应用软件调用硬件设备进行所述区域中设备的数据采集，并对采集的数据进行分析计算。

优选的，所述运行实时操作系统，包括：

通过调用所述区域智能自治控制终端中用于运行实时操作系统的处理器核心，进行实时操作系统的运行。

优选的，所述在所述实时操作系统中，基于数据分析计算的结果，利用实时类应用软件进行所述区域中设备的能量协同控制，包括：

在所述实时操作系统中，运行所述实时类应用软件；

基于所述数据分析计算的结果，通过所述实时类应用软件调用所述硬件设备进行所述区域中设备的能量协同控制。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

1.本发明提出一种区域智能自治控制终端及其数据处理方法，包括：操作系统层、应用层、消息总线和硬件设备；所述操作系统层，用于为所述应用层中的实时类应用软件提供实时操作系统，和为所述应用层中的非实时类应用软件提供Linux操作系统；所述应用层，用于在所述Linux操作系统中通过运行所述非实时类应用软件，调用所述硬件设备进行所述区域中设备的数据采集，并对采集的数据进行分析计算；和基于数据分析计算的结果，在所述实时操作系统中通过运行所述实时类应用软件，调用所述硬件设备进行所述区域中设备的能量协同控制；所述消息总线，用于进行所述操作系统层与应用层之间，和所述实时类应用软件与所述非实时类应用软件之间数据的交互；本发明在现有的台区智能融合终端中安装了实时操作系统，使所述终端可以在实时操作系统和Linux操作系统中，分别运行实时类应用和非实时类应用，并通过消息总线，实现所述操作系统层与应用层之间，和所述实时类应用软件与所述非实时类应用软件之间数据的交互，使所述终端在实时性要求高的应用场景也无需搭配其它设备，即可完成数据分析计算和能量协同控制等功能，节约了成本；

2.本发明通过共享内存的方式实现Linux操作系统与实时操作系统之间的数据交互；并通过将不同类型的应用软件安装在容器，屏蔽容器中应用软件与其他容器或操作系统的相互影响，提高数据分析计算和能量协同控制的准确度。

附图说明

图1为本发明提供的一种区域智能自治控制终端的结构示意图；

图2为本发明提供的一种区域智能自治控制终端的操作系统层的组成结构示意图；

图3为本发明提供的一个区域智能自治控制终端中非实时类应用软件的安装位置示意图；

图4为本发明提供的一个区域智能自治控制终端中的实时类应用软件的类型示意图；

图5为本发明提供的一种区域智能自治控制终端的数据处理方法的流程示意图。

具体实施方式

现有的台区智能融合终端采用的操作系统为Linux，Linux操作系统具有数据吞吐量大、非实时性的特点，所以其更适用于运行管理类应用，并不适用于运行对实时性要求高的应用，这就限制了台区智能融合终端的功能，在实时性要求高的应用场景往往需要另外加装其它设备来搭配使用，导致成本增加。针对这一问题，本发明在现有的台区智能融合终端的基础上提出了一种区域智能自治控制终端。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明提供了一种区域智能自治控制终端，其结构示意图如图1所示，包括：操作系统层、应用层、消息总线和硬件设备(即图中物理硬件)；

所述操作系统层，用于为所述应用层中的实时类应用软件提供实时操作系统，和为所述应用层中的非实时类应用软件提供Linux操作系统；

所述应用层，用于在所述Linux操作系统中通过运行所述非实时类应用软件，调用所述硬件设备进行所述区域中设备的数据采集，并对采集的数据进行分析计算；和基于数据分析计算的结果，在所述实时操作系统中通过运行所述实时类应用软件，调用所述硬件设备进行所述区域中设备的能量协同控制；

所述消息总线，用于进行所述操作系统层与应用层之间，和所述实时类应用软件与所述非实时类应用软件之间数据的交互。

所述操作系统层，包括：共享内存和若干个处理器核心；

所述若干个处理器核心，用于为所述实时类应用软件提供并运行实时操作系统，和为所述非实时类应用软件提供并运行Linux操作系统；

所述若干个处理器核心中的至少一个处理器核心用于运行实时操作系统，所述若干个处理器核心中的其余处理器核心用于运行Linux操作系统；

其中，用于运行实时操作系统的处理器核心的数量，基于所述实时类应用软件运行数量占所述实时类和非实时类应用软件运行总数的比例确定；

本实施例为4个处理器核心，处理器核心位于AM3358核心板上，考虑到终端的管理类任务(可理解为非实时性任务)多于实时性任务，本实施例选择其中3个处理器核心运行Linux操作系统，另1个处理器核心运行实时操作系统(RTOS，例如uT/OS)；另可调整为2个处理器核心运行Linux，2个处理器核心运行uT/OS；或1个处理器核心运行Linux，3个处理器核心运行uT/OS的形式。这样可同时解决非实时类应用和实时类应用运行的问题。

所述共享内存，用于通过存储所述数据，进行所述实时操作系统和所述Linux操作系统之间数据的交互。

操作系统层还包括操作系统内核、硬件驱动框架、启动程序、系统接口、硬件抽象层(位于操作系统内核与应用层之间的接口层，其目的在于将硬件抽象化，形成统一的对外接口)和系统组件，如图2所示；

通过系统接口为应用软件提供系统调用接口，通过硬件抽象层为硬件设备提供访问接口；所述应用软件是运行在区域智能自治控制终端内部的独立软件(即实时类应用软件和非实时类应用软件)，符合边缘计算架构、支持自由扩展。

所述应用层，包括：非实时类应用软件、实时类应用软件和若干个容器；

所述非实时类应用软件和实时类应用软件分别安装于不同容器中，同类应用软件一般安装在同一个容器中，也可以安装在不同容器；所述容器，是一种在操作系统之上提供独立运行资源的虚拟化环境，能够对终端部分物理资源(CPU、内存、磁盘、网络资源等)进行划分和隔离，用于屏蔽所述容器中安装的应用软件与其他容器中安装的应用软件间的相互影响，和屏蔽所述容器中安装的应用软件与所述实时操作系统或Linux操作系统间的相互影响；

所述非实时类应用软件，用于调用所述硬件设备进行所述区域中设备的数据采集，并对采集的数据进行分析计算；对所述区域智能自治控制终端中的软件设备和硬件设备的运行状态进行管理；和通过调用所述硬件设备将采集和分析计算的数据传输至主站；

所述非实时类应用软件，包括基础应用软件和业务应用软件；本实施例中基础应用软件安装于容器1中，业务应用软件安装于容器2-4中，如图3所示(图中APP即应用软件)，下面对非实时类应用软件的安装位置进行介绍：

所述基础应用软件，包括用于数据中心管理、本地通信管理、无线拨号管理、扩展模块管理、串口管理、蓝牙管理、交采集量、遥信脉冲采样、安全代理和安全管理的应用软件；

所述业务应用软件，又分为采集业务类应用软件、主站业务类应用软件与分析业务类应用软件；采集业务类应用软件均装在容器2中，具体包括用于低压智能开关采集、无功补偿装置采集、配电站房环境采集、电表采集任务管理和回路状态监测(回路状态监测，具体用于对计量二次回路正常连接、开路、短路等状态的监测)的应用软件；主站业务类应用软件均装在容器3中，具体包括用于IEC104通信、IEC101通信、MQTT-IoT(MQTT，消息队列遥测传输message queuing telemetry transport)、低压集抄的应用软件；分析业务类应用软件均装在容器4中，具体包括应用电能质量分析、物联数据管理、台区线损分析、分布式能源管理和电动汽车有序充电(电动汽车有序充电，具体用于在满足电动汽车充电需求的前提下，运用实际有效的经济或技术引导措施来控制电动汽车的充电过程，实现对电网负荷曲线进行削峰填谷)的应用软件。

所述实时类应用软件也装在容器中，用于基于所述数据分析计算的结果，调用所述硬件设备进行所述区域中设备的能量协同控制；具体包括用于保护控制、多能协同控制、多子网协同控制、综合故障研判、台区计量实时仿真和台区拓扑识别的应用软件，如图4所示(图中APP即应用软件)。

硬件架构包括多个功能单元与若干个对外接口等。

本发明在所述终端的3个处理器核心中运行Linux操作系统，另1个处理器核心运行实时操作系统RTOS。在Linux操作系统中运行基础应用软件与业务应用软件；在实时操作系统RTOS中运行实时类应用软件；通过共享内存的方式实现Linux操作系统与RTOS操作系统之间的数据交互；通过消息总线实现系统组件与应用层之间，和各应用软件之间的数据交互。因此所述终端中不仅可以用RTOS运行现有台区智能融合终端中对实时性有要求的应用软件(这部分应用软件原来在Linux运行)，还能用RTOS运行原有台区智能融合终端无法实现的、对实时性要求更高的应用软件；本发明提供区域智能自治控制终端可运行对实时性要求高的应用软件，拓展了台区智能融合终端的功能，无需搭配其它设备，利用一个终端设备即可满足更多的应用场景，节约了成本，具有很强的工程实用性。

实施例2：

基于同一发明构思，本发明还提供了一种区域智能自治控制终端的数据处理方法，其流程示意图如图5所示，包括：

步骤1：运行Linux操作系统；

步骤2：在所述Linux操作系统中，利用非实时类应用软件进行所述区域中设备的数据采集和分析计算；

步骤3：运行实时操作系统；

步骤4：在所述实时操作系统中，基于数据分析计算的结果，利用实时类应用软件进行所述区域中设备的能量协同控制；

所述区域智能自治控制终端为实施例1所述的区域智能自治控制终端。

步骤2具体包括：

在所述Linux操作系统中，运行所述非实时类应用软件；

通过所述非实时类应用软件调用硬件设备进行所述区域中设备的数据采集，并对采集的数据进行分析计算。

步骤3具体包括：

通过调用所述区域智能自治控制终端中用于运行实时操作系统的处理器核心，进行实时操作系统的运行。

步骤4具体包括：

在所述实时操作系统中，运行所述实时类应用软件；

基于所述数据分析计算的结果，通过所述实时类应用软件调用所述硬件设备进行所述区域中设备的能量协同控制。

本发明提供的终端可在Linux操作系统中运行基础应用软件与业务应用软件，在实时操作系统RTOS中运行实时类应用软件。因此所述终端中不仅可以用RTOS运行现有台区智能融合终端中对实时性有要求的应用软件，还能用RTOS运行原有台区智能融合终端无法实现的、对实时性要求更高的应用软件；本发明提供区域智能自治控制终端可运行对实时性要求高的应用软件，拓展了台区智能融合终端的功能，无需搭配其它设备，利用一个终端设备即可满足更多的应用场景，节约了成本，具有很强的工程实用性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。