基于动态位宽的自适应设备振动数据无损压缩方法及系统与流程

本发明涉及振动数据处理，更具体地说，本发明涉及基于动态位宽的自适应设备振动数据无损压缩方法及系统。

背景技术：

1、在设备振动数据无损压缩处理中，现有方案主要围绕在不改变采样值与采样顺序的前提下压缩数据体量展开，实际实现中，多由边缘计算节点对传感器连续输出的振动采样值按固定字长写入，或者先按照连续样本段统计数值占用范围，再为对应样本段配置匹配的动态位宽后完成压缩存储；

2、例如在风机主轴轴承、齿轮箱或工业电机处于持续运转状态时，边缘侧需要对高频振动数据连续采集、连续压缩并连续落盘，同时还要受限于终端算力、缓存容量和传输能力，并保证压缩结果能够原样恢复，以供后续频谱分析、故障回溯和状态诊断直接调用，此时，大量相邻采样值往往仅在低位发生细微变化而高位部分在连续时段内保持不变，但现有压缩组织仍将该高位部分随各采样值重复写入，而当该连续时段内混入少量冲击采样点、局部扰动采样点或短时精细变化片段时，整段数据的位宽配置又会被整体抬高，导致本可按较低位宽存储的大量背景样本同步扩宽，实际表现为冲击或扰动出现后压缩比明显回落，压缩段缩短时附加控制信息增多，压缩段拉长时又更容易被少量异常样本拖宽，出现上述问题的根本原因在于现有压缩组织仍以整值范围作为动态位宽分配依据，既未利用连续样本之间可以直接延续的高位信息，也未将仅在局部短时出现的低位活跃信息单独组织；

3、因此，本技术要解决的技术问题是：如何在边缘计算条件下，对设备振动数据中可跨样本延续的高位信息与局部短时变化的低位信息进行分离式无损压缩组织，从而避免少量异常采样点或短时变化片段持续抬高整段动态位宽。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供基于动态位宽的自适应设备振动数据无损压缩方法及系统，通过对设备振动数据中可跨样本延续的高位信息与局部短时变化的低位信息进行分离式无损压缩组织，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于动态位宽的自适应设备振动数据无损压缩方法，包括：

3、s1、获取边缘节点采集的设备振动序列，按采样顺序读取首个振动样本，确定首个振动样本的首个非符号有效位序并记为当前位宽，并以首个振动样本建立当前段；

4、s2、按采样顺序读取下一振动样本，确定下一振动样本的首个非符号有效位序，在首个非符号有效位序不高于当前位宽时按当前位宽写入当前段，在首个非符号有效位序高于当前位宽时将当前位宽改写为首个非符号有效位序后写入当前段；

5、s3、在当前段写入过程中，按采样顺序检查各振动样本在当前位宽对应位上的取值，在取值为零时记为空置，在取值为一时记为占用，并形成高位状态序列；

6、s4、从当前段末端向前检查高位状态序列，定位末端依次为空置的样本区间，并对样本区间内各振动样本删除当前位宽对应位后进行数值重算，在重算结果与删除前数值一致时，将样本区间起始位置记为降宽位置，并将当前位宽减一后记为后续段位宽；

7、s5、在降宽位置结束当前段，将降宽位置之前的振动样本按当前位宽写入当前压缩段，将降宽位置及之后的振动样本按后续段位宽建立后续段，并重复执行振动样本写入、高位状态形成和降宽位置确定，输出无损压缩结果。

8、在一个优选地实施方式中，所述s1包括：

9、s1-1、读取首个振动样本的符号位和数值位，在符号位为零时保持数值位不变，在符号位为一时对数值位逐位取反，输出首个振动样本对应的判定位串；

10、s1-2、从判定位串的高位端向低位端逐位检查各位取值，将首个取值为一的位对应位序确定为首个非符号有效位序，并将首个非符号有效位序记为当前位宽；

11、s1-3、按当前位宽截取首个振动样本的数值位并连同符号位写入首样本位置，以首样本位置、当前位宽和样本计数值建立当前段。

12、在一个优选地实施方式中，所述s2包括：

13、s2-1、读取下一振动样本的符号位和数值位，在符号位为零时保持数值位不变，在符号位为一时对数值位逐位取反，输出下一振动样本对应的判定位串，并从判定位串的高位端向低位端逐位检查各位取值，将首个取值为一的位对应位序确定为首个非符号有效位序；

14、s2-2、在首个非符号有效位序不高于当前位宽时，按当前位宽截取下一振动样本的数值位并连同符号位写入当前段末端，输出写入后的当前段。

15、在一个优选地实施方式中，所述s2还包括：

16、s2-3、在首个非符号有效位序高于当前位宽时，计算首个非符号有效位序与当前位宽之间的位差，按位差对当前段内已写入振动样本逐一在高位端补入与各振动样本符号位相同的扩展位；

17、s2-4、将当前位宽改写为首个非符号有效位序，再按改写后的当前位宽截取下一振动样本的数值位并连同符号位写入当前段末端，输出扩位后的当前段。

18、在一个优选地实施方式中，所述s3包括：

19、s3-1、在当前段写入每个振动样本时，同步读取每个振动样本在当前位宽对应位上的取值，在取值为零时生成空置状态值，在取值为一时生成占用状态值，并输出按采样顺序排列的状态值序列；

20、s3-2、按采样顺序比较状态值序列中相邻状态值，在相邻状态值相同时保持当前位置所属状态区间不变，在相邻状态值不同时，以前一位置作为当前位置所属状态区间的结束位置，并以后一位置作为下一状态区间的起始位置，输出各状态区间的状态值、起始位置和结束位置；

21、s3-3、按各状态区间的起始位置顺序写入状态值、起始位置和结束位置，形成与当前段对应的高位状态序列。

22、在一个优选地实施方式中，所述s4包括：

23、s4-1、从当前段末端向前读取高位状态序列，在末端位置对应状态为占用时将当前段末端后一位置记为保宽位置并保持当前位宽，在末端位置对应状态为空置时继续向前读取，直至读取到首个占用位置后将后一位置记为空置起始位置，并将当前段末端记为空置结束位置，以空置起始位置和空置结束位置确定空置区间；

24、s4-2、按空置起始位置至空置结束位置的顺序读取各振动样本，对各振动样本删除当前位宽对应位后进行数值重算，在重算数值与删除前数值一致时记为保值，在重算数值与删除前数值不一致时记为变值，并形成样本结果。

25、在一个优选地实施方式中，所述s4还包括：

26、s4-3、按空置起始位置至空置结束位置的顺序读取相邻两个振动样本，对两个振动样本分别删除当前位宽对应位后进行差值重算和大小关系重算，在删除前后差值一致且删除前后大小关系一致时记为邻接保持，在删除前后差值不一致或者删除前后大小关系不一致时记为邻接失配，并形成邻接结果；

27、s4-4、从空置结束位置向空置起始位置逆向检查样本结果和邻接结果，在当前位置对应样本结果为保值且当前位置与后一位置之间对应邻接结果为邻接保持时继续逆向检查，在当前位置对应样本结果为变值时将当前位置记为阻断位置，在当前位置与后一位置之间对应邻接结果为邻接失配时将后一位置记为阻断位置，在阻断位置存在时将阻断位置记为降宽位置，否则将空置起始位置记为降宽位置，并将当前位宽减一后记为后续段位宽。

28、在一个优选地实施方式中，所述s5包括：

29、s5-1、读取当前段、降宽位置、当前位宽和后续段位宽，将降宽位置前一位置记为当前段结束位置，将当前段起始位置至当前段结束位置对应的振动样本确定为当前压缩段样本，并将降宽位置至当前段末端对应的振动样本确定为后续段样本；

30、s5-2、按当前段起始位置至当前段结束位置的顺序读取当前压缩段样本，按当前位宽截取各振动样本的数值位并连同符号位写入当前压缩段，同时写入当前段起始位置、当前段结束位置、当前位宽和样本个数，输出当前压缩段。

31、在一个优选地实施方式中，所述s5还包括：

32、s5-3、以降宽位置作为后续段起始位置，按后续段位宽截取降宽位置对应振动样本的数值位并连同符号位写入后续段首样本位置，同时写入后续段起始位置、后续段位宽和首样本位置，输出后续段；

33、s5-4、按采样顺序读取降宽位置之后的振动样本，对后续段重复执行振动样本写入、高位状态形成和降宽位置确定，在读取到设备振动序列末端时将后续段起始位置、末端位置、后续段位宽和样本个数写入无损压缩结果，并按各压缩段起始位置顺序组合当前压缩段和后续段。

34、在一个优选地实施方式中，基于动态位宽的自适应设备振动数据无损压缩系统，包括：

35、位宽判定模块，用于获取边缘节点采集的设备振动序列，按采样顺序读取首个振动样本，确定首个振动样本的首个非符号有效位序并记为当前位宽，并以首个振动样本建立当前段；

36、位宽扩展模块，通过按采样顺序读取下一振动样本，确定下一振动样本的首个非符号有效位序，在首个非符号有效位序不高于当前位宽时按当前位宽写入当前段，在首个非符号有效位序高于当前位宽时将当前位宽改写为首个非符号有效位序后写入当前段；

37、状态标记模块，用于在当前段写入过程中，按采样顺序检查各振动样本在当前位宽对应位上的取值，在取值为零时记为空置，在取值为一时记为占用，并形成高位状态序列；

38、位宽下调模块，用于从当前段末端向前检查高位状态序列，定位末端依次为空置的样本区间，并对样本区间内各振动样本删除当前位宽对应位后进行数值重算，在重算结果与删除前数值一致时，将样本区间起始位置记为降宽位置，并将当前位宽减一后记为后续段位宽；

39、分段压缩模块，用于在降宽位置结束当前段，将降宽位置之前的振动样本按当前位宽写入当前压缩段，将降宽位置及之后的振动样本按后续段位宽建立后续段，并重复执行振动样本写入、高位状态形成和降宽位置确定，输出无损压缩结果。

40、本发明的技术效果和优点：

41、通过按当前位宽写入、在末端空置区间执行删位重算并确定降宽位置，使可跨样本延续的高位信息与局部短时变化部分分离组织，因而相对缓解少量异常采样点或短时变化片段持续抬高整段动态位宽的问题；

42、通过下一振动样本首个非符号有效位序与当前位宽的比较，并在超出时先对段内已写入振动样本补入扩展位后再改写当前位宽，因而相对抑制样本写入过程中因局部高值突入造成的截断失真，同时维持段内编码位宽衔接；

43、通过围绕当前位宽对应位生成空置与占用状态，并将相邻相同状态位置压缩为高位状态序列，因而相对减少对整段振动样本反复逐点检查的处理负担，同时为末端空置区间定位提供直接依据；

44、通过对空置区间内振动样本执行删位后的数值重算，并结合相邻振动样本的差值重算和大小关系重算共同约束降宽位置，因而相对降低仅凭末端空置状态直接降宽带来的误降风险；

45、通过在降宽位置结束当前段、将降宽位置之前样本写成当前压缩段、并将降宽位置及之后样本按后续段位宽继续建段处理，因而相对改善不同波动区间下的位宽贴合程度，并降低高位宽长时间滞留带来的存储开销。