一种化学灌浆记录仪的监测系统及方法与流程

1.本发明涉及工业技术领域，尤其涉及一种化学灌浆记录仪的监测系统及方法。


背景技术：

2.在水电站建设期间，化学灌浆是在工程后期进行的一种裂缝封堵的一种常规工艺，化学灌浆的灌浆质量问题对后期大坝蓄水的安全有至关重要的影响，原始的化学灌浆采用收工记录的方法，该方法存在人工误差等等一系列问题，同时资料的归档，对后期质量检查均存在不利影响。因此，如何对化学灌浆过程进行智能监测和管理是亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，有必要提供一种化学灌浆记录仪的监测系统及方法，用以克服现有技术中化学灌浆过程监控管理不够智能有效的问题。
4.本发明提供一种化学灌浆记录仪的监测系统，包括人机交互界面、信号采集模块、数据传输模块，其中：
5.所述信号采集模块，用于采集化学灌浆过程中产生的质量数据；
6.所述人机交互界面，用于根据所述质量数据，进行人机交互；
7.所述数据传输模块，用于进行所述人机交互界面和服务器的数据交互。
8.进一步地，所述信号采集模块包括压力采集单元、温度采集单元和电子秤单元，其中：
9.所述压力采集单元，包括至少一个压力传感器，用于采集化学灌浆过程中的压力数据；
10.所述温度采集单元，包括至少一个温度传感器，用于采集化学灌浆过程中的温度数据；
11.所述电子秤单元，包括至少一个电子秤，用于采集化学灌浆过程中的重量数据。
12.进一步地，所述人机交互界面包括外扩显示接口、双串口接口、usb接口和网络接口中的至少一种。
13.进一步地，所述人机交互界面通过所述数据传输模块将所述质量数据上传至所述服务器，其中，所述服务器与至少一个客户端通信连接。
14.进一步地，所述数据传输模块包括有线通讯模块和无线通信模块。
15.本发明还提供一种化学灌浆记录仪的监测方法，基于如上所述的化学灌浆记录仪系统，所述监测方法，包括：
16.采集化学灌浆过程中产生的质量数据；
17.根据所述质量数据，通过人机交互界面，进行人机交互；
18.进行人机交互界面和服务器的数据交互。
19.进一步地，所述质量数据包括化学灌浆过程中的压力数据、温度数据和重量数据，所述采集化学灌浆过程中产生的质量数据，包括：
20.针对所述压力数据和所述温度数据，采用卡尔曼滤波进行滤波处理，确定过滤后的压力数据和过滤后的温度数据；
21.针对所述重量数据，采用模糊处理，确定重量有效数据。
22.进一步地，所述针对所述重量数据，采用模糊处理，包括：
23.当化灌材料进行消耗时，若当前时刻的重量数据小于对应的前一时刻的重量数据的预设下限距离门，则判断所述当前时刻的重量数据为所述重量有效数据；
24.当化灌材料进行补充时，若当前时刻的重量数据超过对应的前一时刻的重量数据的预设上限距离门，则判断所述当前时刻的重量数据为所述重量有效数据。
25.进一步地，所述进行人机交互界面和服务器的数据交互包括对所述质量数据的加密过程，其中，所述加密过程，包括：
26.将所述质量数据对应的数据字节中的非法字节转换为合法字节，并在所述合法字节前加上转义符，确定第一转义字节；
27.根据所述数据字节，确定对应的检验和，并按照低字节在前、高字节在后的方式，形成所述第一转义字节的数据尾端，确定第二转义字节；
28.将预设前导符作为所述第二转义字节的数据头端，形成加密字节。
29.进一步地，所述进行人机交互界面和服务器的数据交互包括对所述质量数据的解密过程，其中，所述解密过程，包括：
30.获取加密字节后，判断所述加密字节的数据头端和数据尾端是否满足预设条件；
31.若满足，在去掉所述数据头端和所述数据尾端，将所述加密字节转换为第一解密字节；
32.搜寻所述第一解密字节中的转义符，并确定所述转义符之后的跟随字节是否满足转义条件；
33.若满足，则将所述跟随字节转换为对应的原始字节，构成第二解密字节；
34.将所述第二解密字节位于数据尾端的最后两字节作为校验位，并根据所述校验位确定除所述最后两字节之外的前端所有字节的校验和；
35.若所述校验位与所述校验和相等，则解密正确。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：首先，对化学灌浆过程中产生的质量数据进行有效的采集；然后，基于质量数据，进行人机交互，保证对现场产生的数据的有效监测；最后，在人机交互界面和服务器之间进行数据交互，实现现场产生的质量数据的实时共享。综上，本发明对化学灌浆的过程中产生的多种质量数据进行采集，进而将质量数据上传至人机交互界面进行显示，最后将现场的质量数据传输至服务器进行数据并发处理，以便将现场的数据通过客户端展示给用户，为了方便用户实时查看数据。
附图说明
37.图1为本发明提供的化学灌浆记录仪的监测系统一实施例的场景示意图；
38.图2为本发明提供的人机交互界面一实施例的信息交互示意图；
39.图3为本发明提供的网络连接一实施例的结构示意图；
40.图4为本发明提供的化学灌浆记录仪的监测方法一实施例的流程示意图；
41.图5为本发明提供的图4中步骤s1一实施例的流程示意图；
42.图6为本发明提供的图5中步骤s12一实施例的流程示意图；
43.图7为本发明提供的图4中步骤s3中加密过程一实施例的流程示意图；
44.图8为本发明提供的图4中步骤s3中解密过程一实施例的流程示意图；
45.图9为本发明提供的化学灌浆记录仪的监测装置一实施例的结构示意图。
具体实施方式
46.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
47.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
48.在本发明的描述中，提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
49.本发明提供了一种化学灌浆记录仪的监测系统及方法，对化学灌浆的过程中产生的多种质量数据进行采集，并结合人机界面的多种数据接口，为进一步智能监测化学灌浆过程提供了新思路。以下分别进行详细说明：
50.本发明实施例提供了一种化学灌浆记录仪的监测系统，结合图1来看，图1为本发明提供的化学灌浆记录仪的监测系统一实施例的场景示意图，该系统包括人机交互界面、信号采集模块、数据传输模块，其中：
51.所述信号采集模块1，用于采集化学灌浆过程中产生的质量数据；
52.所述人机交互界面2，用于根据所述质量数据，进行人机交互；
53.所述数据传输模块3，用于进行所述人机交互界面和服务器的数据交互。
54.在本发明实施例中，设置信号采集模块，对化学灌浆过程中产生的质量数据进行有效的采集；设置人机交互界面，基于质量数据，进行人机交互，保证对现场产生的数据的有效监测；设置数据传输模块，在人机交互界面和服务器之间进行数据交互，实现现场产生的质量数据的实时共享。
55.作为优选的实施例，所述信号采集模块包括压力采集单元、温度采集单元和电子秤单元，其中：
56.所述压力采集单元，包括至少一个压力传感器，用于采集化学灌浆过程中的压力数据；
57.所述温度采集单元，包括至少一个温度传感器，用于采集化学灌浆过程中的温度数据；
58.所述电子秤单元，包括至少一个电子秤，用于采集化学灌浆过程中的重量数据。
59.在本发明实施例中，设置压力采集单元、温度采集单元和电子秤单元，有效采集化学灌浆过程中的不同数据。
60.作为优选的实施例，所述人机交互界面包括外扩显示接口、双串口接口、usb接口
和网络接口中的至少一种。
61.在本发明实施例中，设置人机交互界面的多种接口，方便后期外扩设备的升级。需要说明的是，该化学灌浆记录仪采用最新型的嵌入式屏幕进行人机界面，该嵌入式屏幕带有网络功能、hdmi外扩显示、双串口、usb口等接口，方便后期外扩设备的升级。采集单元为工业级plc单元，采用西门子系列plc,预留接口，同时方便进行传感器数据的采集，后期方便扩展等功能。
62.作为优选的实施例，上述监测系统还包括激光打印机，所述激光打印机与所述人机交互界面进行通信连接，用于将所述人机交互界面获取的质量数据进行打印。在本发明实施例中，设置激光打印机，便于工作人员实时进行打印操作。
63.在本发明一个具体的实施例中，结合图2来看，图2为本发明提供的人机交互界面一实施例的信息交互示意图，从图2可知，系统分为两个通道，分别采集压力、温度和电子秤的数据，主机通过采集压力和问题，电子秤的参数通过嵌入式屏幕进行采集，通过嵌入式屏幕中的程序进行数据处理，然后进行记录，记录的数据可以实时查看，工艺结束后能够记行程数据文件记录，记录的文件能够实时进行打印操作。嵌入式屏幕直接驱动激光打印机设备，通过程序中的程序形成记录报表，打印纸质表格。
64.作为优选的实施例，所述人机交互界面通过所述数据传输模块将所述质量数据上传至所述服务器，其中，所述服务器与至少一个客户端通信连接。
65.在本发明实施例中，人机交互界面在现场通过网络连接到服务器，进行数据并发处理，服务器中能够实时接收现场设备的实时数据、记录数据、文件报表等多种数据类型，将现场的数据展现给不同客户端的用户。
66.作为优选的实施例，所述数据传输模块包括有线通讯模块和无线通信模块。在本发明实施例中，设置多种形式的通信模块，保证现场产生的数据实现多种形式的传输。
67.在本发明一个具体的实施例中，结合图3来看，图3为本发明提供的网络连接一实施例的结构示意图，上述化学灌浆记录仪在现场通过网络连接到服务器，服务器通过数据并发处理，能够同时与多台设备进行数据通信处理，服务器中能够实时接收现场设备的实时数据、记录数据、文件报表等多种数据类型，通过服务器中程序文件，将现场的数据通过网页展示给用户，为了方便用户实时查看数据，同时将数据进行小程序展示，通过手机微信小程序，授权用户能够实时查看现场化灌的各种类型数据文件，同时，设备进行了报警推送功能，在化灌过程中出现不满足工艺的情况，系统及时通过短信、app推送等多种方式进行报警操作。
68.需要说明的是，上述监测系统分为底层数据传输接口、数据处理接口和数据展示接口三个模块，其中：
69.底层数据传输接口(底层opc接口)为统一的数据接口类型，改接口使得设备能够实时与服务器进行数据交互，在网络条件造成数据传输故障时，能够进行数据保存操作，等待网络恢复后，能够进行数据补齐操作；
70.后台数据处理模块(数据处理接口)为对采集的数据进行数据操作，存储到数据库，保存文件等各种数据处理；
71.用户展示接口(数据展示接口)为系统对数据进行html展示，显示数据、图表展示、文件索引等各种数据操作。同时匹配微信小程序数据接口，实时在用户手机端进行数据的
展示。
72.本发明实施例提供了一种化学灌浆记录仪的监测方法，结合图4来看，图4为本发明提供的化学灌浆记录仪的监测方法一实施例的流程示意图，包括步骤s1至步骤s3，其中：
73.在步骤s1中，采集化学灌浆过程中产生的质量数据；
74.在步骤s2中，根据所述质量数据，通过人机交互界面，进行人机交互；
75.在步骤s3中，进行人机交互界面和服务器的数据交互。
76.在本发明实施例中，首先，对化学灌浆过程中产生的质量数据进行有效的采集；然后，基于质量数据，进行人机交互，保证对现场产生的数据的有效监测；最后，在人机交互界面和服务器之间进行数据交互，实现现场产生的质量数据的实时共享。
77.作为优选的实施例，结合图5来看，图5为本发明提供的图4中步骤s1一实施例的流程示意图，步骤s1包括步骤s11至步骤s12，其中：
78.在步骤s11中，针对所述压力数据和所述温度数据，采用卡尔曼滤波进行滤波处理，确定过滤后的压力数据和过滤后的温度数据；
79.在步骤s12中，针对所述重量数据，采用模糊处理，确定重量有效数据。
80.在本发明实施例中，在数据采集过程中，采用不同的数据处理方式，对不同的数据进行不同的判断，确定准确有效的数据，保证采集质量数据的准确性。
81.在本发明一个具体的实施例中，实时数据采集采用卡尔曼滤波进行处理，压力、温度的变化是一个逐渐变化的过程，在过程中，为了防止干扰对数据的影响，数据采用卡尔曼进行滤波处理，消除数据干扰，上述步骤s11中涉及的卡尔曼滤波具体形式如下：
82.卡尔曼滤波简化公式如下如：其中下标是指当前的状态，是当前的预测值，kk是卡尔曼增益，zk是当前的测量值，是上一个状态的估测值。算法中主要通过调整kk卡尔曼增益，选择预测值和系统当前测量值的权重，通过权重的占比，得出一个当前预测值，预测值和实际测量值不断的进行加权，最终得出一个理想的数据。
83.作为优选的实施例，结合图6来看，图6为本发明提供的图5中步骤s12一实施例的流程示意图，步骤s12包括步骤s121至步骤s122，其中：
84.在步骤s121中，当化灌材料进行消耗时，若当前时刻的重量数据小于对应的前一时刻的重量数据的预设下限距离门，则判断所述当前时刻的重量数据为所述重量有效数据；
85.在步骤s122中，当化灌材料进行补充时，若当前时刻的重量数据超过对应的前一时刻的重量数据的预设上限距离门，则判断所述当前时刻的重量数据为所述重量有效数据。
86.在本发明实施例中，通过模糊处理的方式，设置预设下限距离门和预设上限距离门，判断当前数据是否为有效值。
87.在本发明一个具体的实施例中，电子秤数据的数值处理采用模糊处理方式，由于电子秤数据受到化灌泵的运作会造成储液桶的波动，造成电子秤数据的波动，因此需要进行模糊处理，否则计算的量会大于实际的灌入量。在化学灌浆过程中，化灌材料是一个不断被消耗的过程，因此电子秤有效值应该是一个递减的过程，在实际测量中，由于机械振动，
造成电子秤示数的不断波动，因此需要进行模糊处理，设置一个下限的距离门，只有第二次的数据采集小于第一次数据的距离门，此次数据才认为是有效值，同时，在化灌材料的补充过程中，电子秤数据增加，同样需要设置一个上限距离门，超过距离门的数据有效，判断补充成功，更新当前测量值。
88.作为优选的实施例，结合图7来看，图7为本发明提供的图4中步骤s3中加密过程一实施例的流程示意图，步骤s3包括步骤s701至步骤s703，其中：
89.在步骤s701中，将所述质量数据对应的数据字节中的非法字节转换为合法字节，并在所述合法字节前加上转义符，确定第一转义字节；
90.在步骤s702中，根据所述数据字节，确定对应的检验和，并按照低字节在前、高字节在后的方式，形成所述第一转义字节的数据尾端，确定第二转义字节；
91.在步骤s703中，将预设前导符作为所述第二转义字节的数据头端，形成加密字节。
92.在本发明实施例中，对质量数据形成的数据字节，进行加密传输，保证数据交互的安全性。
93.作为优选的实施例，结合图8来看，图8为本发明提供的图4中步骤s3中解密过程一实施例的流程示意图，步骤s3包括步骤s801至步骤s806，其中：
94.在步骤s801中，获取加密字节后，判断所述加密字节的数据头端和数据尾端是否满足预设条件；
95.在步骤s802中，若满足，在去掉所述数据头端和所述数据尾端，将所述加密字节转换为第一解密字节；
96.在步骤s803中，搜寻所述第一解密字节中的转义符，并确定所述转义符之后的跟随字节是否满足转义条件；
97.在步骤s804中，若满足，则将所述跟随字节转换为对应的原始字节，构成第二解密字节；
98.在步骤s805中，将所述第二解密字节位于数据尾端的最后两字节作为校验位，并根据所述校验位确定除所述最后两字节之外的前端所有字节的校验和；
99.在步骤s806中，若所述校验位与所述校验和相等，则解密正确。
100.在本发明实施例中，对根据上述数据字节形成的加密字节，进行解密，保证解密后得到数据的准确性。
101.在本发明一个具体的实施例中，设备和服务器采用私有加密的的可靠传输协议，只有在上位机回复接收成功后，设备才进行下一帧记录数据的传输。其中，协议转义符(前导符)：protocol_esc＝1b，对应的加密规则如下表1所示：
102.表1
[0103] flagescprotocol_begin1a11protocol_end1d14protocol_esc1b0b
[0104]
其中，加密编码步骤具体如下：
[0105]
第一，扫描原始数据所有字节，将原始数据中包括的非法字节转换为相对应的字节，并在字节前面加上转义符；
[0106]
第二，计算原始数据(不是转义后的数据)的和校验，并按照低字节前，高字节后的方式，加在数据的后面。如果计算后的和校验也包括非法字节，请按1的方法转义操作后再加入；
[0107]
第三，在整个数据的头加上protocol_begin(1a)，在数据末尾加上protocol_end(1d)；
[0108]
具体数据字节形式如下：
[0109]
原始数据：
[0110]
编码数据：
[0111]
其中，解密编码步骤具体如下：
[0112]
第一，检查数据头和数据尾是否为protocol_begin(1a)和protocol_end(1d)，否则错而不解；
[0113]
第二，去掉数据头和尾，扫描剩下的数据，凡是以protocol_esc(1b)开头的，则检查跟随的字节是否为esc字节，是则反转义为对应的原始字节，否则错误或抛弃此字节；
[0114]
第三，截取最后两字节为校验位，并计算前面剩余的所有字节的和校验，如果两者的值相等，则接收正确，否则为错。
[0115]
具体数据字节形式如下：
[0116]
解码数据:：
[0117]
接收数据：
[0118]
通过上述步骤，完成数据的加密、解密过程，实现人机交互界面和服务器之间安全有效的数据交互，保证实时数据安全高效的共享，有效地提升了整个监测系统的安全性和可靠性。
[0119]
本发明实施例还提供了一种化学灌浆记录仪的监测装置，结合图9来看，图9为本发明提供的化学灌浆记录仪的监测装置一实施例的结构示意图，化学灌浆记录仪的监测装置900包括：
[0120]
获取单元901，用于采集化学灌浆过程中产生的质量数据；
[0121]
处理单元902，用于根据所述质量数据，通过人机交互界面，进行人机交互；
[0122]
交互单元903，用于进行人机交互界面和服务器的数据交互。
[0123]
化学灌浆记录仪的监测装置的各个单元的更具体实现方式可以参见对于本化学灌浆记录仪的监测方法的描述，且具有与之相似的有益效果，在此不再赘述。
[0124]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如上所述的化学灌浆记录仪的监测方法。
[0125]
一般来说，用于实现本发明方法的计算机指令的可以采用一个或多个计算机可读的存储介质的任意组合来承载。非临时性计算机可读存储介质可以包括任何计算机可读介质，除了临时性地传播中的信号本身。
[0126]
计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁
盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0127]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言，特别是可以使用适于神经网络计算的python语言和基于tensorflow、pytorch等平台框架。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0128]
本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现如上所述的化学灌浆记录仪的监测方法。
[0129]
根据本发明上述实施例提供的计算机可读存储介质和计算设备，可以参照根据本发明实现如上所述的化学灌浆记录仪的监测方法具体描述的内容实现，并具有与如上所述的化学灌浆记录仪的监测方法类似的有益效果，在此不再赘述。
[0130]
本发明公开了一种化学灌浆记录仪的监测系统及方法，首先，对化学灌浆过程中产生的质量数据进行有效的采集；然后，基于质量数据，进行人机交互，保证对现场产生的数据的有效监测；最后，在人机交互界面和服务器之间进行数据交互，实现现场产生的质量数据的实时共享。
[0131]
本发明技术方案，对化学灌浆的过程中产生的多种质量数据进行采集，进而将质量数据上传至人机交互界面进行显示，最后将现场的质量数据传输至服务器进行数据并发处理，以便将现场的数据通过客户端展示给用户，为了方便用户实时查看数据。
[0132]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。