长线型市政公共设施传感器失效预警方法、系统及装置与流程

本发明涉及传感器信号处理，尤其是涉及一种长线型市政公共设施传感器失效预警方法、系统及装置。

背景技术：

1、在长线型市政公共设施（例如地铁）的监控系统中，往往会安装大量的传感器，以便采集到不同位置、不同种类的信号，从而保证该公共设施可以安全高效地运行。

2、这些传感器经常需要安装在高湿环境中（例如地下隧道），这种环境往往会对传感器中的电子元件造成持续受潮，从而导致传感器逐渐出现通信异常等质量问题，进而给公共设施带来安全隐患。

3、如何对高湿环境中的大量传感器进行高效、准确地失效预警，从而及早发现可能出现问题的传感器，进而采取相应的维护措施，最终有效保证公共设施安全运行，是业内亟待解决的一大课题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种长线型市政公共设施传感器失效预警方法、系统及装置，以解决现有技术中存在的至少一种上述技术问题。

2、第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供一种长线型市政公共设施传感器失效预警方法，包括如下步骤：

3、步骤1、在被测传感器处布设环境传感器，用于实时采集被测传感器周围环境中的环境数据；所述环境数据包括湿度数据、温度数据等；

4、步骤2、实时采集被测传感器自身的性能数据；所述性能数据包括信号强度、传输速率、数据包发送数量、数据包接收数量及误码率等；

5、步骤3、基于湿度数据，通过环境湿度指数公式，计算环境湿度指数；基于信号强度及传输速率，通过积分运算及标准差运算，计算数据传输稳定系数；基于数据包发送数量及数据包接收数量，分别通过积分运算，求得发送总数量及接收总数量，再将接收总数量与发送总数量求商，得到数据完整性比率；

6、步骤4、基于环境湿度指数、数据传输稳定系数及数据完整性比例，构建评估模型，计算评估系数；

7、步骤5、判断评估系数是否小于预设评估阈值：若是，即表示在高湿环境下的传感器不会导致数据传输出现质量问题，则生成正常信号；若否，即表示在高湿环境下的传感器会导致数据传输出现质量问题，则生成异常信号。

8、通过上述方法，可以有效监测被测传感器在高湿环境下的工作状态，及时预警传感器因受潮而导致的性能下降问题。

9、在一种可行的实施方式中，所述步骤3中环境湿度指数公式具体可以为：

10、；

11、其中，表示环境湿度指数；表示的权重系数；表示的权重系数；

12、表示实际湿度值的平均值，具体公式可以为：

13、；

14、其中，表示第个采集时刻的实际湿度值；表示采集时刻总数，取值为正整数；

15、表示实际湿度值的标准差，具体公式可以为：

16、；

17、之所以设置环境湿度指数，是因为：高湿环境会导致传感器内部的电子元件受潮，影响其正常工作，从而改变测量误差或造成设备短路；而且还可能导致传感器表面结露，从而影响传感器的灵敏性及准确性，进而造成数据传输质量下降，增加数据丢失或延迟的风险。

18、在一种可行的实施方式中，步骤3中计算数据传输稳定系数的具体公式为：

19、；

20、其中，表示数据传输稳定系数；

21、表示平均信号强度，具体公式可以为：

22、；

23、其中，表示信号强度的积分值，具体公式可以为：

24、；

25、其中，表示信号强度函数；表示信号强度的采集总时间；

26、表示平均传输速率，具体公式可以为：

27、；

28、其中，表示传输速率的积分值，具体公式可以为：

29、；

30、其中，表示传输速率函数；

31、表示信号强度标准差，具体公式可以为：

32、；

33、表示传输速率标准差，具体公式可以为：

34、；

35、之所以这样设置数据传输稳定系数，是因为：高湿环境会导致传感器的电路受潮而短路，从而造成信号传输不稳定，进而引起数据传输过程中出现间歇性中断或传输速率下降等问题，直接影响数据传输的质量和可靠性。

36、在一种可行的实施方式中，步骤3中计算数据完整性比率的具体公式可以为：

37、；

38、其中，表示数据完整性比率；

39、表示接收总数量，具体公式可以为：

40、；

41、其中，表示数据包接收数量函数，表示数据包的采集总时间，表示数据包发送数量与接收数量的固定时间间隔；

42、表示发送总数量，具体公式可以为：

43、；

44、其中，表示数据包发送数量函数；

45、之所以这样设置数据完整性比率，是因为：在高湿环境中，传感器的工作状态受到湿度影响，可能会导致信号干扰或数据包损坏等问题，从而增加数据传输中的误码率和数据丢失频率，高误码率和数据丢失频率将严重影响数据的完整性和准确性，进而影响传感器的数据传输质量。

46、在一种可行的实施方式中，所述步骤4中计算评估系数的具体公式可以为：

47、；

48、其中，表示评估系数；表示环境湿度指数的权重系数；表示数据传输稳定系数的权重系数；表示数据完整性比率的权重系数；、及均大于0；这样可以通过环境湿度指数、数据传输稳定系数及数据完整性比例，构建得到评估模型，从而兼顾这三方面数据对传感器工作质量的影响，并可以通过权重系数，对这些影响的程度进行调整。

49、在一种可行的实施方式中，所述步骤5中，在生成异常信号后，还包括：

50、步骤51、获取后续生成的若干个评估系数；

51、步骤52、将这些评估系数标定为，表示评估系数的编号，且；表示评估系数的总数，取值为正整数；

52、步骤53、计算这些评估系数的平均值，具体公式可以为：

53、；

54、步骤54、计算这些评估系数的标准差，具体公式可以为：

55、；

56、步骤55、将所述平均值及所述标准差分别与预设平均值及预设标准差进行比较：

57、若，则生成高风险信号；

58、若且，则生成中风险信号；

59、若且，则生成低风险信号。

60、在一种可行的实施方式中，所述步骤55中还包括应对策略及启动规则：

61、所述应对策略包括紧急措施指令、定期监测维护指令及定期巡检监控指令；

62、所述启动规则包括：

63、当生成高风险信号时，生成紧急措施指令；

64、当生成中风险信号时，生成定期监测维护指令；

65、当生成低风险信号时，生成定期巡检监控指令。

66、第二方面，基于相同的发明构思，本技术还提供了一种长线型市政公共设施传感器失效预警系统，包括：数据接收模块、数据处理模块及结果生成模块；

67、所述数据接收模块，用于实时接收被测传感器周围环境中的环境数据及被测传感器自身的性能数据；所述环境数据包括湿度数据、温度数据等；所述性能数据包括信号强度、传输速率、数据包发送数量、数据包接收数量、误码率等；

68、所述数据处理模块包括环境湿度指数单元、数据传输稳定系数单元、数据完整性比率单元、评估系数单元及判定单元；

69、所述环境湿度指数单元，基于湿度数据，通过环境湿度指数公式，计算环境湿度指数；

70、所述数据传输稳定系数单元，基于信号强度及传输速率，通过积分运算及标准差运算，计算数据传输稳定系数；

71、所述数据完整性比率单元，基于数据包发送数量及数据包接收数量，分别通过积分运算，求得发送总数量及接收总数量，再将接收总数量与发送总数量求商，得到数据完整性比率；

72、所述评估系数单元，基于环境湿度指数、数据传输稳定系数及数据完整性比例，构建评估模型，计算评估系数；

73、所述判定单元，判断评估系数是否小于预设评估阈值：若是，即表示在高湿环境下的传感器不会导致数据传输出现质量问题，则输出正常信号；若否，即表示在高湿环境下的传感器会导致数据传输出现质量问题，则输出异常信号；

74、所述结果生成模块，用于将判定单元的结果外发。

75、在一种可行的实施方式中，所述数据处理模块还包括策略单元；所述策略单元，用于在接收异常信号后，获取后续生成的若干个评估系数；

76、将这些评估系数标定为，表示评估系数的编号，且；表示评估系数的总数，取值为正整数；

77、计算这些评估系数的平均值，具体公式可以为：

78、；

79、计算这些评估系数的标准差，具体公式可以为：

80、；

81、将所述平均值及所述标准差分别与预设平均值及预设标准差进行比较：

82、若，则生成高风险信号及紧急措施指令；

83、若且，则生成中风险信号及定期监测维护指令；

84、若且，则生成低风险信号及定期巡检监控指令。

85、第三方面，基于相同的发明构思，本技术还提供了一种长线型市政公共设施传感器失效预警装置，包括处理器、存储器及总线，所述存储器存储可由处理器读取的指令及数据，所述处理器用于调用所述存储器中的指令及数据，以执行如上所述的长线型市政公共设施传感器失效预警方法，所述总线连接各功能部件之间用于传送信息。

86、在一种可行的实施方式中，所述装置还包括环境传感器，用于实时采集被测传感器周围环境中的环境数据；所述环境数据包括湿度数据、温度数据等。

87、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

88、本发明提供的一种长线型市政公共设施传感器失效预警方法、系统及装置，通过在高湿环境下实时获取被测传感器的环境数据及性能数据，并对这些数据进行处理，可以有效监测被测传感器的工作状态；通过评估模型生成的评估系数，能够及时预警被测传感器因受潮而导致的性能下降等问题；并通过相应的应对策略，确保被测传感器在高湿环境下依然能够稳定运行，减少了被测传感器的测量失准及设备短路等风险，提升了被测传感器的环境适应性；本方案从数据传输稳定性及完整性两方面，评估被测传感器的数据传输质量，有助于保证被测传感器数据传输的稳定性及完整性，从而降低数据丢失及传输延迟等风险，进而提升了长线型市政公共设施监控系统的可靠性及有效性；本方案通过合理的应对策略，可以使运维人员及时地执行科学的故障预测及维护计划，从而减少公共设施设备故障及事故的发生概率，进而提升运维效率及安全性，并降低运维成本。