一种振动监测、掘进装备数据实时采集同步方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种振动监测、掘进装备数据实时采集同步方法及系统，用以解决振动监测、掘进装备数据存储位置不一、采样频率差异大、时间对时困难导致两者难以同步分析的技术问题。本发明专利技术的方法：将采集振动数据和掘进装备数据的设备的时间、日期同步更新；选择振动数据和掘进装备数据的采样频率中的较小者作为基准频率，利用基准频率缩放振动数据或掘进装备数据的采样频率；对采集的振动数据进行稀疏化处理，使振动数据中相邻两个点之间的采样时间间隔与掘进装备数据相一致；将稀疏化后的振动数据与进装备数据进行合并，完成振动数据、掘进装备数据的同步联动分析。本发明专利技术振动数据和掘进装备数据的同步效率与自动化程度高且易于实现。易于实现。易于实现。

A synchronous method and system for real-time data acquisition of vibration monitoring and tunneling equipment

【技术实现步骤摘要】
一种振动监测、掘进装备数据实时采集同步方法及系统


[0001]本专利技术涉及数据同步的
，尤其涉及一种振动监测、掘进装备数据实时采集同步方法及系统。

技术介绍

[0002]振动监测系统作为监测设备掘进状态的附加传感器，可分为离线测量、在线测量两种方式。相比振动离线测量系统需要停机测量，振动在线测量系统可以实现设备掘进过程中振动数据的实时采集。一方面，振动在线监测系统数据获取通常为高频采集，采样频率远大于1Hz，因而需要高性能、存储容量大的独立工控机进行振动数据的采集、存储、处理。另一方面，掘进装备数据通过PLC传输至上位机，其数据获取通常为低频采集，最高采样频率为1Hz，目的是为了降低设备自身上位机的存储成本。然而随着运行时间增加，设备上位机时间与用于振动数据存储的独立工控机时间之间差异会越来越大，且由于隧道内部没有网络导致对时同步困难。针对现有振动数据与掘进装备数据因存储位置不一、采样频率差异大、时间对时困难导致两者难以同步联动分析，因而如何实现振动数据、掘进装备数据同步联动分析对于后续数据利用挖掘具有至关重要的意义。
[0003]申请号为202011317751.8的专利技术专利公开了一种振动状态智能监测系统及方法，实现了振动数据的实时在线采集、振动数据的实时分析和处理，便于技术人员直观地观察掘进设备各关键部位的振动状态，根据振动状态实时调整掘进参数。但是，该技术方案只考虑了振动数据，振动数据与掘进装备数据采样频率差异显著、时间不一致，仅能通过各关键部位的振动状态变化趋势，大致估计掘进装备的状态，难以实现精准分析。

技术实现思路

[0004]针对振动监测、掘进装备数据存储位置不一、采样频率差异大、时间对时困难导致两者难以同步分析的技术问题，本专利技术提出一种振动监测、掘进装备数据实时采集同步方法及系统，通过局域网对时、振动数据稀疏化处理、振动数据与掘进装备数据同间隔合并分析，两者同步效率与自动化程度高且易于实现。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种振动监测、掘进装备数据实时采集同步方法，其步骤为：步骤S1：将采集振动数据和掘进装备数据的设备的时间、日期同步更新；步骤S2：选择振动数据和掘进装备数据的采样频率中的较小者作为基准频率，利用基准频率缩放振动数据或掘进装备数据的采样频率；步骤S3：对采集的振动数据进行稀疏化处理，使振动数据中相邻两个点之间的采样时间间隔与掘进装备数据相一致；步骤S4：将步骤S3中稀疏化后的振动数据与进装备数据进行合并，完成振动数据、掘进装备数据的同步联动分析。
[0006]进一步地，所述步骤S1中采集振动数据的振动监测下位机和采集掘进装备数据的
掘进装备上位机处于同一个局域网中，利用通过局域网对时实现振动监测下位机和掘进装备上位机的时间、日期的同步更新。
[0007]进一步地，所述局域网对时的实现方法为：S1.1，掘进装备上位机上安装时间同步软件sever端作为时间标准，振动监测下位机上安装时间同步软件client端同步掘进装备上位机时间；S1.2，掘进装备上位机和振动监测下位机之间的通信采用TCP协议连接，实现时间一致性。
[0008]进一步地，所述掘进装备数据的采集频率远低于振动数据的采集频率，步骤S2中设置掘进装备数据的采集频率为基准频率f
base
，将振动数据缩放至基准频率f
base
上。
[0009]进一步地，所述步骤S3中稀疏化处理的方法为：S3.1，按照以秒为间隔对原始的振动数据进行第一次稀疏化处理，将振动数据稀疏化至相邻两个振动数据点之间的采样时间间隔为1秒；S3.2，按照基准频率f
base
，计算振动数据、掘进装备数据同步分析时相邻两点之间的公共采样时间间隔T=1/f
base
；S3.3，搜索确定第一次稀疏化后的振动数据的时间戳与掘进装备数据相一致的起始时间，以公共采样时间间隔T为间隔，对步骤S3.1获取的第一次稀疏化处理后的振动数据进行二次稀疏化采样，获取的振动数据中相邻两点之间采样时间间隔与掘进装备数据相一致。
[0010]进一步地，所述步骤S3.1中第一次稀疏化处理的方法为：S3.1.1，按照60个点/每段将每秒采集的振动数据划分为N段，并对每一段振动数据计算均方幅值特征，共提取N个振动均方幅值特征：；其中，Vib(i)表示每一段振动数据中的第i个数值；S3.1.2，对分段提取的N个振动均方幅值特征Vib
rms
计算中位数：，作为每秒最终的振动特征值；其中，Vib
t
表示最终的振动特征值，median( )表示中位数函数。
[0011]进一步地，所述步骤S3.1.1中提取振动数据的峭度、峰值因子或裕度因子，获取振动数据的时域波形的特点。
[0012]所述采集振动数据的振动监测下位机和采集掘进装备数据的掘进装备上位机通过同步对时控件实现时间、日期的同步更新。
[0013]一种振动监测、掘进装备数据实时采集同步系统，包括对时单元、频率缩放模块、稀疏化处理模块、数据同间隔分析模块、数据合并模块，所述对时单元分别与掘进装备上位机、振动监测下位机相连接，所述振动监测下位机采集的振动数据与频率缩放模块相连接，频率缩放模块与稀疏化处理模块相连接，稀疏化处理模块与数据同间隔分析模块相连接，数据同间隔分析模块和掘进装备上位机采集的掘进装备数据均与数据合并模块相连接。
[0014]进一步地，所述对时单元为局域网对时或同步对时控件。
[0015]进一步地，所述局域网对时将采集振动数据的振动监测下位机与采集掘进装备数据的掘进装备上位机的时间、日期的同步更新；所述振动监测下位机和掘进装备上位机通
过局域网进行通信。
[0016]进一步地，所述频率缩放模块将掘进装备数据的采用频率作为基准频率，将振动数据的采样频率缩放到与基准频率相同；进一步地，所述稀疏化处理模块通过提取振动均方幅值特征将原始的振动数据稀疏化至相邻两个振动数据点之间的采样时间间隔为1秒；进一步地，所述数据同间隔分析模块根据基准频率得到的公共采样间隔对稀疏化处理模块处理后的振动数据二次稀疏化采样进一步地，所述数据合并模块将数据同间隔分析模块处理后的振动数据与掘进装备数据合并。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：用于存储振动数据的独立工控机与采集掘进装备数据的TBM上位机通过以太网连接，处于同一个局域网内，通过局域网对时实现两者时间、日期的同步更新；根据振动监测系统的采集频率、掘进装备数据的采集频率，以两者之中采样频率最小值作为振动数据、掘进装备数据同步分析的基准频率，将振动数据、掘进装备数据放缩至同一采集频率尺度上；振动
‑
掘进数据同间隔分析：对原始的振动数据进行稀疏化处理，使得稀疏化后的振动数据中相邻两个点之间的采样时间间隔与掘进装备数据相一致；将获取的第二次稀疏化后的振动数据与掘进装备数据进行合并，完成振动数据、掘进装备数据同步联动分析。本专利技术振动数据和掘进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振动监测、掘进装备数据实时采集同步方法，其特征在于，其步骤为：步骤S1：将采集振动数据和掘进装备数据的设备的时间、日期同步更新；步骤S2：选择振动数据和掘进装备数据的采样频率中的较小者作为基准频率，利用基准频率缩放振动数据或掘进装备数据的采样频率；步骤S3：对采集的振动数据进行稀疏化处理，使振动数据中相邻两个点之间的采样时间间隔与掘进装备数据相一致；步骤S4：将步骤S3中稀疏化后的振动数据与进装备数据进行合并，完成振动数据、掘进装备数据的同步联动分析。2.根据权利要求1所述的振动监测、掘进装备数据实时采集同步方法及系统，其特征在于，所述步骤S1中采集振动数据的振动监测下位机和采集掘进装备数据的掘进装备上位机处于同一个局域网中，利用通过局域网对时实现振动监测下位机和掘进装备上位机的时间、日期的同步更新。3.根据权利要求2所述的振动监测、掘进装备数据实时采集同步方法及系统，其特征在于，所述局域网对时的实现方法为：S1.1，掘进装备上位机上安装时间同步软件sever端作为时间标准，振动监测下位机上安装时间同步软件client端同步掘进装备上位机时间；S1.2，掘进装备上位机和振动监测下位机之间的通信采用TCP协议连接，实现时间一致性。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的振动监测、掘进装备数据实时采集同步方法及系统，其特征在于，所述掘进装备数据的采集频率远低于振动数据的采集频率，步骤S2中设置掘进装备数据的采集频率为基准频率f
base
，将振动数据缩放至基准频率f
base
上。5.根据权利要求4所述的振动监测、掘进装备数据实时采集同步方法及系统，其特征在于，所述步骤S3中稀疏化处理的方法为：S3.1，按照以秒为间隔对原始的振动数据进行第一次稀疏化处理，将振动数据稀疏化至相邻两个振动数据点之间的采样时间间隔为1秒；S3.2，按照基准频率f
base
，计算振动数据、掘进装备数据同步分析时相邻两点之间的公共采样时间间隔T=1/f
base
；S3.3，搜索确定第一次稀疏化后的振动数据的时间戳与掘进装备数据相一致的起始时间，以公共采样时间间隔T为间隔，对步骤S3.1获取的第一次稀疏化处理后的振动数据进行二次稀疏化采样，获取的振动数据中相邻两点之间采样时间间隔与掘进装备数据相一致。6.根据权利要求5所述的振动监测、掘进装备数...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶尔肯，胡文辉，郑赢豪，刘扬扬，李鹏宇，杨修，马艾山，徐政，李贞烨，丁磊，鞠翔宇，杨晨，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：