一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法及系统与流程

1.本发明涉及智能用电领域，更具体地，涉及一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法及系统。


背景技术：

2.目前，在电力系统中，一些智能用电数据采集终端，例如智能电表可以用于采集并记录用户电量和用电异常事件等数据，并能够将这些数据通过电力载波采用分时计量的方式与中继器实现通信。中继器可以用于对智能电表进行分组管理，通过分别与系统主站和智能电表之间的通信来实现数据的转发和上传。另外，用电管理相关的系统主站也可以通过与中继设备之间稳定的双向通信实现对中继器中设备的读取，并对中继器和智能电表设备等实现配置，如配置时间同步、电表参数等。
3.然而，现有技术中，当智能电表对用户侧的用电数据进行采集时，可能经常存在网络卡顿，或是采集时间过长等问题，这就导致了系统主站收集到的用电数据不够准确，例如，部分数据采集不到，导致了采集到的负荷辨识数据存在漏点；或者如果电表重复上报上一时刻的数据，则会增加集中器和主站的负担，以及主站对于用电数据处理的复杂程度。基于上述种种现象，现有技术中主站对于电表数据的采集和处理存在着采集数据不准确、遗漏或冗余时有发生、基于用电数据获得的分析结果准确性不高等问题。
4.因此，亟需一种新的基于中继器的智能用电数据采集与上传方法及系统。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法及系统，能够将智能用电数据采集终端设置为在每接收到一次数据请求时先删除预先采集的用电数据，并基于中继器的重复请求重复发送当前时间段的用电数据，从而解决了用电数据传输过程中容易发生的遗漏或冗余问题。
6.本发明采用如下的技术方案。本发明第一方面，涉及一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法，其中，方法包括以下步骤：步骤1，智能用电数据采集终端基于中继器以预设时间间隔循环发送数据请求并删除预先采集的用电数据；步骤2，待删除完成预先采集的用电数据后，智能用电数据采集终端采集用电数据，并响应中继器的请求，发送用电数据，其中，智能用电数据采集终端基于中继器发送的重复请求进行判定，并确认是否执行再次采集和发送用电数据，；步骤3，中继器接收到用电数据后，将用电数据实时转发至用电数据处理主站中。
7.优选地，步骤2中还包括：步骤2.1，智能用电数据采集终端接响应中继器的数据请求后，将采集到的用电数据发送至中继器；步骤2.2，中继器接收到来自智能用电数据采集终端发送的用电数据后，向智能用电数据采集终端反馈接收确认信号；步骤2.3，若智能用电数据采集终端接收到确认信号，则不响应中继器发送的重复请求；若智能用电数据采集终端未接收到确认信号，则响应中继器发送的重复请求后，将删除数据请求对应的采集时
段的用电数据，并执行再次采集和发送用电数据至中继器中。
8.优选地，中继器基于第一预设时间间隔向智能用电数据采集终端发送数据请求；中继器在数据请求发出的第二预设时间间隔后，向智能用电数据采集终端发送重复请求。
9.优选地，第一预设时间间隔大于所述第二预设时间间隔。
10.优选地，第一预设时间间隔为15分钟，第二预设时间间隔为3分钟。
11.优选地，用电数据处理主站定期通过中继器向智能用电数据采集终端发送对时信息，并在首次采集用电数据前向智能用电数据采集终端发送对时信息；智能用电数据采集终端基于对时信息执行同步对时操作。
12.优选地，用电数据处理主站基于第三预设时间间隔向智能用电数据采集终端发送对时信息。第三预设时间间隔为第一预设时间间隔的n倍，其中，n≥50。
13.优选地，用电数据为智能用电数据采集终端采集到的负荷辨识数据；其中，负荷辨识数据包括用电电压、用电电流、用户电量、异常用电事件。
14.优选地，中继器预先获取智能用电数据采集终端的设备编号、设备型号，并基于设备编号、设备型号采集用电数据。
15.优选地，用电数据处理主站对接收到的用电数据进行分析计算，以获得电器启停时间、电器能耗水平和电器使用规律信息。
16.优选地，智能用电数据采集终端基于电力载波通信将用电数据编码、调制后获得的电力载波数据传输至中继器中；中继器基于4g通信系统调制电力载波数据，并将其传输至用电数据处理主站。本发明第二方面，涉及一种基于中继器的智能用电数据采集与上传系统，系统中包括智能用电主站、与智能用电主站通信连接的多个中继器、与每一中继器通信连接的多个智能用电数据采集终端；并且，系统采用如本发明第一方面任意一项中所述的一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法实现通信传输和数据处理。
17.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法及系统，能够将智能用电数据采集终端设置为在每接收到一次数据请求时先删除预先采集的用电数据，并基于中继器的重复请求重复发送当前时间段的用电数据，从而解决了用电数据传输过程中容易发生的遗漏或冗余问题。本发明中的数据采集与上传，方法简单、采集到的数据准确、大幅降低了主站的数据处理复杂度，提高了数据分析的准确性。
18.本发明的有益效果还包括：
19.1、本发明通过在智能用电数据采集终端中预置负荷辨识算法模块，能够在每次进行数据采集之前，删除终端内的冗余数据，从而确保了采集多少数据发送多少数据，防止了多次传输冗余数据所造成的数据解析困难，为提供给主站的数据的准确性奠定了良好的基础。
20.2、本发明在智能用电数据采集终端与中继器之间不够稳定的通信方式上增加了通信保障手段，当网络出现瞬时故障或智能用电数据采集终端无法在瞬时获取数据的时候，通过重复请求过程，用同一时间段内的两次通信过程大幅提高了数据采集有效性，防止了负荷辨识数据中漏点情况的发生。
21.3、本发明充分分析了主站与终端之间各段网络的数据传输可靠性，对可靠性较差的终端与中继器之间的网段进行了针对性的冗余传输保障。而对于较为稳定的网段，则节
省了网络资源，降低了流量成本，并减轻了主站存储与计算的压力。
22.4、本发明将所有的用电数据的分析处理过程均集中在主站端，防止了分散式分布的中继器在进行数据处理的过程导致整体数据之间的差异性，同时减轻了中继器的存储压力，节省了中继器的存储空间，保证了传输精度。
附图说明
23.图1为本发明一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法的步骤流程示意图；
24.图2为本发明一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法中用电数据采集与上传的时序图；
25.图3为本发明一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法中设备对时的示意图；
26.图4为本发明一种基于中继器的智能用电数据采集与上传系统的结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
28.图1为本发明一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法的步骤流程示意图。如图1所示，本发明第一方面，涉及一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法，其中方法包括步骤1至步骤3。
29.可以理解的是，本发明中的智能用电数据采集与上传方法，适用于各种不同的具有三层网络结构的系统中。这里所述的三层网络结构是包括主站、中继和终端组成的网络结构。通常来说，多个中继与主站连接，每一中继设备又与多个终端连接。在这一网络结构中，主站可以通过广播形式向中继和终端设备发送数据请求，而在响应到请求后，各个符合条件的终端设备又会向主站返回数据。
30.在本发明一实施例中，该网络结构可以适用于电力系统中。主站是作为用电数据处理的站点，终端可以是智能用电数据采集终端，例如，智能电表，普通的电能表等等，而中继则可以相应于智能电表，被配置为采集智能电表数据的集中器。
31.具体来说，在本发明一实施例中，可以将多台由电能表组成电能表组，其中每一组电能表与同一个集中器进行连接。电能表可以用于作为家庭入户端口，采集各类不同的家庭用电负荷辨识数据，例如电压、电流、用户电量和异常事件等。同时，电能表在采集完数据后还可以支持分时计量的方式通过电力载波将数据发送给集中器。
32.步骤1，智能用电数据采集终端基于中继器以预设时间间隔循环发送数据请求删除预先采集的用电数据。
33.本发明中在将智能用电数据采集终端采集到的数据发送给中继器之前，需要对存储在智能用电数据采集终端中的数据执行预处理。具体来说，就是当智能用电数据每次接收到数据请求后，都会对该请求进行判断，对是否响应该请求作出回应。若智能用电数据采集终端确定需要对该请求进行回应，则需要再次采集与该设备相连接的用户侧的用电数据。为了准确的采集到当前时段的用电数据，并将不带有冗余的数据回复给中继器和用电
数据处理主站，就需要在采集当前时间段的数据之前，将终端本地中所存储的上一时间段采集到的数据执行删除操作。通过这种方式，上一时间段所采集到的数据不会被重复传输，从而不会造成数据冗余。因此，本发明步骤1中所述的预先采集的用电数据仅限于说明上一时间段采集到的数据，而并非本时段采集到的数据内容。
34.另外，由于智能用户数据采集终端的类型多种多样、数量繁多，网络连接方式各有特色，这都导致智能用户数据采集终端的采集数据过程和向中继器发送数据的过程都不具有很高的可靠性。例如，在现有技术中，当上一个时间段采集的数据并未被及时的传输至中继器时，终端会在下一个时间段将该两个不同时间段采集到的数据同时传输至中继器中。中继器再将该数据进行转发到主站。由于采集到的数据数量巨大，并非所有的数据项都能够覆盖时间戳，因此，就导致主站尽管接收到了用电数据，却无法准确的获得这些用电数据的采集时间，主站在进行数据分析处理的过程中容易出错。再例如，现有技术中，为了防止数据没有得到可靠的传输，一次采集的数据会被在多个时间段进行多次传输，这也容易使得主站对于数据采集的时间发生混淆。
35.而本技术中，每次执行采集操作之前都会将存储在终端本地的数据先删除，再进行采集和传输。通过这种方式就避免了大量的数据冗余。
36.具体来说，终端会接收到来自中继器的两种不同的请求，一种是数据请求，另一种是重复请求。
37.第一种数据请求就是在第一预设时间段结束后，中继器自动向终端发送的请求。而第二种请求通常是防止第一种数据请求发送后，没有成功接收到数据的补救措施。因此，重复请求通常在第一种数据请求之后的一个短暂的间隔时间后发出。并且，终端为了防止重复传输数据，会对于重复请求进行判断。
38.具体来说，当终端接收到下一个时段的数据请求后，一定会执行删除操作，并重新采集和发送用电数据。而当终端接收到重复请求后，会判断一下，在当前时间段里，是否接收到了来自中继器发送的确认信号。该确认信号是中继器通知终端，其发送的数据请求已经得到了发送数据的回应。若终端判断到已经接收了确认信号，则不会再次向中继器发送数据，此时也就无需删除本地数据。如果终端没有接收到该确认信号，则会删除本地数据，以及执行采集数据的操作。
39.这里有一个特殊情况需要说明，一般情况下，终端能够接收到每一个时段的数据请求，并有效反馈用电数据。这样，即使中继器发送重复请求，终端也不会反馈。但是，当中继器在当前时段的数据请求没有发送到终端时，终端就只能够接收到当前时段的重复请求了。那么根据重复请求，终端也需要先删除预先采集的用电数据，即上一个时段采集的数据。
40.对于终端在当前时段，既接收到数据请求，又接收到重复请求的情况，终端在数据请求阶段就会删除预先采集的数据，因此无需针对重复请求再次删除了。对于终端接收到数据请求，但是没有成功将用电数据发送至中继，后又接收到重复请求的情况，终端对于重复发送当前时段用电数据的处理过程将在步骤2和步骤3中进行具体描述。
41.步骤2，待删除完成预先采集的用电数据后，智能用电数据采集终端采集用电数据，并响应中继器的请求，发送用电数据，其中，智能用电数据采集终端基于中继器发送的重复请求进行判定，并确认是否再次采集和发送用电数据。
42.本发明中，当完成删除本地的用电数据后，智能用电数据采集终端会根据请求采集数据并发送数据。
43.优选地，步骤2中还包括：步骤2.1，智能用电数据采集终端接响应中继器的数据请求后，将采集到的用电数据发送至中继器；步骤2.2，中继器接收到来自智能用电数据采集终端发送的用电数据后，向智能用电数据采集终端反馈接收确认信号；步骤2.3，若智能用电数据采集终端接收到确认信号，则不响应中继器发送的重复请求；若智能用电数据采集终端未接收到确认信号，则响应中继器发送的重复请求后，将删除基数据请求对应的采集时段的用电数据，并执行再次采集和发送用电数据至中继器中。
44.具体来说，本发明中，智能用电数据采集终端会响应中继器的数据请求，并发送数据，当中继器接收到数据后，反馈确认。由此，完成了一个时间段的数据请求和数据答复。终端已经确认成功的发送过数据后，在当前的一个时间段里，就无需再次响应重复请求了。直到下一个时间段开始后，终端才会重新响应请求并执行相同的操作过程。
45.然而，由于网络连接和网络传输问题，用电数据的采集的可靠性并不那么高。因此，常常会出现数据请求得不到成功响应的问题。在这种情况下，中继器无法向终端反馈确认信号，因此，终端需要在接收到重复请求后重新采集数据并反馈。
46.需要说明的是，本发明中，终端可以基于数据请求采集用电数据，而基于数据请求发送对应采集时段的数据。然而在终端向中继器发送数据的过程中，可能出现通信故障。在这种情况下，当中继器没有接收到终端基于数据请求所反馈的用电数据时，会发出重复请求。而终端对于该重复请求来说，也不会直接反馈针对数据请求所采集的短暂间隔前的数据。即便是针对重复请求，终端仍然会删除内部数据后，重新采集数据并反馈。这里的内部数据是指针对数据请求所采集的数据。
47.这是因为，重新请求的格式，类似于现有技术中电能表存在网络卡顿，或数据传输时间过长时，中继器所发送的重复请求。如果终端不删除内部数据重新采集，则中继器在不进行任何数据处理的情况下，采集到的数据的时间戳就难以保证准确。若是需要对数据进行处理，则会消耗中继器的存储压力和计算压力。可见，如果不删除内部数据重新采集，可能会出现的问题为：终端基于重复请求上传的数据内容，不能确定是3分钟前采集的还是3分钟后采集的。这使得系统后续对数据进行处理时，存在不准确的问题。
48.因此，本发明通过上述方法实现了对于数据即时采集的效果，并针对每次请求的准确时间，上传当前时间采集的数据。后续系统对数据进行处理时，可以选择基于所有数据进行近似处理，也可以选择基于准确数据进行准确分析。另外，本发明中，为了防止数据采集时间的不准确性所导致数据分析过程中可能出现的问题，舍弃了对于数据全面程度的要求。
49.可以理解的是，重复请求与数据请求仍然具有一定区别，无论中继器是否基于重复请求接收到用电数据，中继器并不会向终端发送确认信号。
50.图2为本发明一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法中用电数据采集与上传的时序图。图2中显示了一种用电数据采集在第一次数据请求响应不成功后，响应重复请求成功的时序过程。
51.优选地，中继器基于第一预设时间间隔向智能用电数据采集终端发送数据请求；中继器在数据请求发出的第二预设时间间隔后，向智能用电数据采集终端发送重复请求。
52.通常来说，第一和第二预设时间间隔都是系统提前设置的。例如，主站可以设置对于用电数据的采集间隔，并将该间隔下发给各个中继站。中继站接收到该信息后，基于相同的间隔配置每一台其下接入的智能用电数据采集终端。
53.优选地，第一预设时间间隔大于第二预设时间间隔。
54.由于第二时间间隔是用于执行重复请求的，因此，其取值一定小于第一预设时间间隔。并且，通常来说，第二时间间隔远小于第一时间间隔。
55.优选地，第一预设时间间隔为15分钟，第二预设时间间隔为3分钟。
56.本发明一实施例中，可以设置第一预设时间间隔为15分钟，而第二时间间隔为3分钟。本发明中，之所以没有将第二时间间隔设置的非常小，是为了防止网络无法及时恢复时，两次数据均无法成功采集或成功上传至主站所造成的数据缺失的问题。
57.另外，为了保证网络系统中时间的同步和一致性。用电数据处理主站会主动向智能用电数据采集终端和中继器发送对时信息，以实现整个系统内各个设备的一致对时。
58.优选地，用电数据处理主站定期通过中继器向智能用电数据采集终端发送对时信息，并在首次采集用电数据前向智能用电数据采集终端发送对时信息；智能用电数据采集终端基于对时信息执行同步对时操作。
59.图3为本发明一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法中设备对时的示意图。具体来说，如图3所示，本发明中主站可以通过中继器管理所有的终端，终端接收到对时信息后，累加本地芯片上时钟的信息，并实现对时。
60.本发明中，为了确保系统采集到的数据都是经过对时的，例如，即使首次采集到的数据也是具有准确时间的，本发明中，应当在首次采集数据之前就对数据进行一次对时。
61.优选地，用电数据处理主站基于第三预设时间间隔向智能用电数据采集终端发送对时信息；第三预设时间间隔为第一预设时间间隔的n倍，其中，n≥50。
62.本发明一实施例中，第三预设时间间隔为一天24小时，通过在24小时的时间段内进行一次对时，可以防止对时间隔过大造成的数据的时间误差增加。基于第一预设时间间隔设置第三预设时间间隔，能够较好的针对系统采集数据的频率需求来实现数据时间戳的准确性。通过这种方式，不仅能够防止对时过于频繁，也能够确保对时频次充分满足数据采集准确性的要求。
63.本发明中，无论是对数据执行对时还是执行删除的操作都是基于智能用电数据采集终端中集成的负荷辨识算法模块实现的。
64.优选地，用电数据为智能用电数据采集终端采集到的负荷辨识数据；其中，负荷辨识数据包括用电电压、用电电流、用户电量、异常用电事件。
65.如前文中所述，本发明中采集的数据可以包括各种不同的用电指标。例如常用的电压、电流、电量等，以及根据异常用电事件总结出的异常用电信息。具体来说，本发明中的异常用电事件可以包括户内短路、户内大电流、户内电流冲击等情况。例如，当电动自行车入户充电时，电能表可以采集到此时的户内大电流事件的发生，并将该事件作为一项采集信息，发送至主站。主站根据所有终端的用电情况，则可以提前的预测负荷，并且考虑提供合适的电能。
66.另外，终端中可以嵌入有载波通信模块。具体来说，该载波通信模块，可以用于完成载波信号的发送和接收、通信协议的处理、载波网络的组件和维护以及载波通信的自适
应功能。
67.当终端采集到上述数据后，就可以以分时计量的方式通过电力载波将信息发送给中继器。中继器作为中转站可以将信息转发至主站中。
68.步骤3，中继器接收到用电数据后，将用电数据实时转发至用电数据处理主站中。
69.本发明一实施例中，中继器可以为集中器。集中器用于完成与终端之间的通信，读取终端电表中的信息，以及通过4g与主站实施通信，并对电能表进行管理和维护。
70.优选地，智能用电数据采集终端基于电力载波通信将用电数据编码、调制后获得的电力载波数据传输至中继器中；中继器基于4g通信系统调制电力载波数据，并将其传输至用电数据处理主站。
71.可以理解的是，本发明中的中继器由于不具有冗余的数据处理和运算功能，因此，也不会在接收到电力载波数据后，对该数据进行解调和解码，而是直接将该数据调制到4g通信系统的信道频段上，实现继续传输，以完成中继功能。
72.本发明，作为中继器的一种，集中器可以用于完成与主站之间的通信，通过4g通信系统实现与多个终端电能表之间的通信。另外，集中器还可以对电能表进行管理和维护，以及通过电力载波通信方式采集电能表中的负荷辨识数据等等。
73.具体来说，在本发明中，为了将所述的数据处理步骤都集成在主站端，将集中器的抄表方式进行了改进。由于在终端侧，根据不同的时段和条件及时的删除了冗余数据，因此，集中器就可以实现采集来自终端的所有数据，而不对来自终端的数据进行任何的处理。通过这种方式，可以大幅的减小集中器的工作量，使得集中器仅仅执行中转数据的功能，不仅减少了冗余数据，而且提升了集中器转发数据的速度。同时，也避免了集中器在数据处理过程中出现的各种错误。
74.优选地，中继器预先获取智能用电数据采集终端的设备编号、设备型号，并基于所述设备编号、设备型号采集用电数据。
75.本发明中，集中器中可以存储有所有与集中器进行通信的所有电能表的相关参数，例如设备编号、设备型号等。通过对比参数，使得集中器认可的合法设备才能够有效的登录到集中器中。通过这种方式可以避免非法设备的非法接入，并将仿冒数据或非法数据混入集中器发送到主站的数据中。通过这种方式，提高了数据采集的安全性。
76.本发明中，中继器预先获取智能用电数据采集终端的设备编号和设备型号的方法主要包括两种。一种是通过系统获取，例如设备编号，并将设备编号下发至每一台下属的智能用电数据采集终端中。另一种是通过采集来自智能用电数据采集终端的设备信号，并将其上传到系统中，实现同步。
77.优选地，用电数据处理主站对接收到的用电数据进行分析计算，以获得电器启停时间、电器能耗水平和电器使用规律信息。
78.本发明中，主站可以读取来自中继器中的用电数据并采用信号分析和机器学习算法，对用电数据中的电器工作特征进行提取，从而获取到相关电器设备的启停时间、能耗水平和使用规律等信息。本发明中，可以采用现有技术中的相关方法对于上述特征进行提取，并生成相关的规律信息。
79.这里所述的电器，可以包括一些常见的家用电器等，使用规律可以包括各种电器在使用过程中的电流、电压、功率等的波形信息。例如，当电动自行车执行入户充电时，将会
瞬间大幅提高电能表采集到的电流信息。主站通过解析上述信息，可以了解到电动自行车用户的充电时间，并在大量用户的使用习惯类似，例如下班时间进行充电等，会提前进行电网负荷预警，同时变更发电、配电策略等。
80.图4为本发明一种基于中继器的智能用电数据采集与上传系统的结构示意图。如图4所示，本发明第二方面，涉及一种基于中继器的智能用电数据采集与上传系统。系统中包括智能用电主站、与智能用电主站通信连接的多个中继器、与每一中继器通信连接的多个智能用电数据采集终端；并且，系统采用如本发明第一方面中所述的一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法实现通信传输和数据处理。
81.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种基于中继器的智能用电数据采集与上传方法及系统，能够将智能用电数据采集终端设置为在每接收到一次数据请求时先删除预先采集的用电数据，并基于中继器的重复请求重复发送当前时间段的用电数据，从而解决了用电数据传输过程中容易发生的遗漏或冗余问题。本发明中的数据采集与上传，方法简单、采集到的数据准确、大幅降低了主站的数据处理复杂度，提高了数据分析的准确性。
82.本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。