基于窄带物联网的水利数据采集传输系统的制作方法

本发明涉及窄带物联网，具体为基于窄带物联网的水利数据采集传输系统。

背景技术：

1、水利工程通常在堤坝渗压监测井、闸前水位监测点或输水管道测压点设置遥测终端，由压力传感器将待监测位置的水压力转换为电信号，经信号调理和模数转换形成压力测量值，再通过窄带物联网无线链路传送至远端接收设备，以堤坝渗压监测为例，遥测终端多设置于堤坡、坝脚或地下廊道，并长期依靠蓄电单元供电，井壁、金属井盖、潮湿环境和地形遮挡会使无线覆盖状态随降雨、季节和现场设施状态发生变化，终端通常按照预设周期采集压力测量值，并在测量值达到事件上报条件时建立无线连接，将当前测量值及其采样时间发送至监测中心，为维持现场终端的长期运行，现有遥测系统一般采用采集与发送分时控制、供电稳压、本地缓存及弱覆盖重复发送等方式，使测量数据在无线覆盖发生波动时仍能够完成远程传输。

2、当无线覆盖减弱时，窄带物联网通信模组建立连接和完成上行发送所需的时间可能延长，并可能连续执行多次接入或重复发送，通信模组在该过程中形成的瞬态负载变化可能经共用供电路径和接地路径传递至压力测量通道，射频发射信号也可能经终端内部布线和安装结构耦合至模拟前端，使发送期间及发送结束后的压力测量值出现具有延迟恢复特征的偏移，例如，堤坝实际渗压处于缓慢变化状态时，一次弱覆盖发送过程可能使压力测量值逐步抬升，发送结束后再缓慢回落，该偏移在时间上具有连续性，并可能满足终端的事件上报条件，使终端基于受发送过程影响的测量值再次启动无线发送，新的发送过程又可能延长压力测量通道的恢复时间，当真实渗压变化与发送后的恢复过程在时间上重叠时，仅依据测量值幅度或常规平滑结果，难以确定其中由实际水压力形成的部分及由无线发送过程形成的部分，因此，如何利用无线发送过程自身提供的状态信息识别压力测量值中的传输耦合响应，阻止该响应继续触发新的无线发送，并使远端接收设备获得可验证的真实压力范围，成为水利测量值无线传输过程中需要进一步解决的技术问题。

技术实现思路

1、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

2、基于窄带物联网的水利数据采集传输系统，包括：

3、数据采集与事件构建模块，获取同一压力遥测终端的压力测量序列和窄带物联网通信模组的发送运行数据，进行时序校正，根据校正后的发送运行数据形成实际传输负载轨迹和射频发射轨迹，划分传输作用区间并构建真实传输事件；根据传输作用区间前后的无射频测量数据形成压力允许变化带，对真实传输事件进行标定准入判定；

4、无射频对照建模模块，读取标定准入有效的真实传输事件，控制与窄带物联网通信模组共用供电路径和接地路径的可控等效负载支路复现增量电流轨迹，形成无射频负载事件；根据无射频负载事件形成供电耦合约束，从真实传输事件的总发送关联响应中扣除供电耦合响应，形成射频关联耦合约束并建立有界耦合模型；

5、压力恢复模块，根据当前真实传输事件的负载轨迹和射频发射轨迹，采用有界耦合模型形成传输耦合可行区间；对原始压力测量值进行误差扩展，形成观测压力区间，对观测压力区间与传输耦合可行区间进行区间相减，形成测量一致压力区间；将测量一致压力区间与根据压力允许变化带形成的物理压力预测区间求交，形成真实压力可行区间；

6、发送控制与标定模块，根据真实压力可行区间与事件上报阈值的位置关系，从确定越限发送任务和未决报警任务中确定待发送任务，并经窄带物联网通信模组发送至远端接收设备；锁止当前真实传输事件处理期间由原始压力测量值触发的异常重复发送；接收远端接收设备针对未决报警任务返回的模型区分目标，在模型区分目标指向供电耦合约束时选择目标序列执行无射频标定，将标定约束并入供电耦合约束，并更新有界耦合模型。

7、进一步的，发送运行数据包括窄带物联网通信模组的工作电流、供电电压和射频发射状态；

8、数据采集与事件构建模块按照压力采集链路与发送运行数据采集链路预先标定的固定处理延迟，对压力测量序列和发送运行数据进行时序校正。

9、进一步的，数据采集与事件构建模块根据无射频状态下的工作电流形成空闲电流覆盖区间，将工作电流连续超过空闲电流覆盖区间上界的起始时刻与射频发射状态生效时刻中的较早时刻设为传输作用起点；

10、在射频发射结束且工作电流和供电电压恢复至对应空闲范围后，将连续压力观察窗的拟合斜率和拟合残差满足稳定阈值的时刻设为传输作用终点。

11、进一步的，数据采集与事件构建模块根据传输作用区间前后的无射频测量数据形成自然压力约束条件，构建候选自然压力序列集合，并根据各压力采样时刻的候选自然压力边界形成压力允许变化带；

12、将压力允许变化带的最大宽度与预设压力测量误差宽度之和除以原始压力测量值的持续偏离幅度，形成标定歧义比，将标定歧义比不大于标定准入阈值的真实传输事件设为标定准入有效。

13、进一步的，无射频对照建模模块从标定准入有效的真实传输事件中提取增量电流轨迹，在真实传输事件与待执行无射频负载复现过程的初始供电状态和压力变化状态满足配对容差时，驱动可控等效负载支路复现增量电流轨迹；

14、在复现误差不大于复现阈值时，形成无射频负载事件。

15、进一步的，无射频对照建模模块根据各压力采样窗的供电负载特征，按照供电耦合记忆时间形成供电负载回归行，并以无射频负载事件的压力响应区间约束供电回归系数，形成供电耦合约束；

16、从总发送关联响应中扣除供电耦合响应，形成射频关联响应区间，根据射频发射特征按照射频关联耦合记忆时间形成射频发射回归行，并以射频关联响应区间约束射频回归系数，形成射频关联耦合约束。

17、进一步的，无射频对照建模模块在回归行数量与回归特征数量的比值达到预设阈值，且供电回归系数和射频回归系数具有有限上下界时，建立有界耦合模型；

18、采用由未参与建模的真实传输事件及其无射频负载事件构成的独立验证事件组，校验预测响应区间与观测响应区间的覆盖关系，根据覆盖关系确定有界耦合模型的适用状态和特征适用范围。

19、进一步的，压力恢复模块根据供电耦合约束和射频关联耦合约束，分别求取供电耦合响应区间和射频关联耦合响应区间，并进行区间相加，形成传输耦合可行区间；

20、根据传输作用区间前后的无射频测量残差和压力测量误差边界形成测量误差区间，采用测量误差区间扩展原始压力测量值，形成观测压力区间。

21、进一步的，压力恢复模块将压力允许变化带作为首个待恢复压力采样时刻的物理压力预测区间，根据相邻压力允许变化带形成自然压力增量范围，将自然压力增量范围与前一压力采样时刻的真实压力可行区间进行区间相加，再与当前压力允许变化带求交，形成当前物理压力预测区间；

22、将当前物理压力预测区间与测量一致压力区间求交，形成当前压力采样时刻的真实压力可行区间。

23、进一步的，发送控制与标定模块在真实压力可行区间的下界连续高于事件上报阈值并达到确认时长时，生成确定越限发送任务；

24、在真实压力可行区间跨越事件上报阈值或者未形成有效真实压力可行区间时，建立未决记录；当未决状态达到预设最大持续时间，或者模型适用状态为不适用，或者未决区间上界达到安全压力阈值，或者数据不连续状态达到预设持续时间时，生成未决报警任务；

25、远端接收设备比较供电耦合响应区间与射频关联耦合响应区间在确认时段内的区间宽度，在供电耦合响应区间的区间宽度不小于射频关联耦合响应区间的区间宽度时，将模型区分目标设为供电耦合约束；

26、发送控制与标定模块根据模型区分目标选择目标序列执行无射频标定，将标定约束并入供电耦合约束，并基于更新后的供电耦合约束重新形成射频关联耦合约束和有界耦合模型。

27、本发明提供了基于窄带物联网的水利数据采集传输系统，具备以下有益效果：

28、1.本发明以真实无线发送事件为对象，在通信模组保持非发射状态时，利用与通信模组共用供电路径和接地路径的可控等效负载支路复现发送电流轨迹，构造与真实发送事件成对的无射频负载事件；由此将发送过程中的供电负载作用从供电作用与射频关联作用叠加的总响应中独立提取，使压力测量通道受到的供电耦合响应具有可重复、可核验的对照基础，避免仅依靠测量曲线形态推测干扰来源。

29、2.本发明进一步利用无射频负载事件形成供电耦合约束，并从真实发送事件的总发送关联响应中分离射频关联耦合约束，建立具有有限上下界的耦合关系，针对发送期间及发送结束后的压力偏移，不直接输出单一校正值，而是将供电耦合响应、射频关联响应、压力测量误差和自然压力变化共同纳入区间运算，形成真实压力可行区间，使远端接收设备能够获知当前压力测量结果中可由真实水压力解释的范围，并区分确定越限状态与尚不能确定的未决状态。

30、3.本发明以真实压力可行区间作为无线发送控制依据，在当前发送事件及其延迟恢复阶段锁止原始压力测量值对新异常发送任务的直接触发，切断“发送引起压力偏移到偏移再次触发发送，再到再次发送延长偏移”的自激反馈链；对于跨越事件上报阈值的未决状态，由远端接收设备根据供电耦合响应与射频关联响应的不确定范围形成模型区分目标，终端再执行针对性的无射频标定并更新耦合约束，从而使后续事件处理能够适应蓄电单元状态、无线覆盖及终端安装条件的变化。