一种路基沉降监测数据处理方法、设备及可读存储介质
阅读说明：本技术 一种路基沉降监测数据处理方法、设备及可读存储介质 (Roadbed settlement monitoring data processing method and equipment and readable storage medium ) 是由 赵逢春 刘恩慧 廉绍康 王甜 周锐 彭冰凯 孙俊桥 于 2021-05-17 设计创作，主要内容包括：本发明属于地质监测数据处理技术领域,具体公开一种路基沉降监测数据处理方法、设备及可读存储介质,本发明的数据处理方法以及相应的设备和存储介质,可以完成与不同厂家、不同型号、不同品牌的路基沉降监测设备进行匹配以完成监测数据的采集工作,通过一段时间的使用,数据采集器还可以完成自我学习和自我升级,直接就可以实现对市面上绝大部分的路基沉降监测设备的数据采集工作,并将采集到的检测数据进行统一的汇总和存储,方便对监测数据的使用和分析,简化了不同类型路基沉降监测设备的数据协同和数据分析工作,实现了不同类型的路基沉降监测设备的数据共用,有助于路基沉降的大数据监测分析,更好服务于救灾减灾工作。(The invention belongs to the technical field of geological monitoring data processing, and particularly discloses a roadbed settlement monitoring data processing method, equipment and a readable storage medium, the data processing method, the corresponding equipment and the storage medium can be matched with roadbed settlement monitoring equipment of different manufacturers, models and brands to finish the acquisition work of monitoring data, through a period of time, a data acquisition unit can also finish self learning and self upgrading, directly realize the data acquisition work of most roadbed settlement monitoring equipment on the market, and uniformly summarize and store the acquired detection data, thereby facilitating the use and analysis of the monitoring data, simplifying the data cooperation and data analysis work of different types of roadbed settlement monitoring equipment, and realizing the data sharing of different types of roadbed settlement monitoring equipment, the method is beneficial to monitoring and analyzing the big data of subgrade settlement, and better serves the work of disaster relief and reduction.)
技术领域
本发明属于地质监测数据处理技术领域，具体涉及一种路基沉降监测数据处理方法、设 备及可读存储介质。
背景技术
铁路、公路、桥梁、隧道等基础设施的建设与使用，很大程度上提高了人们日常的生活 水平以及促进了整个社会的高速发展。然而这些基础设施的建设和使用过程中，可能会受到 外载荷的作用使得土层孔隙发生压缩变形，从而引起路基在竖直方向上的沉降变形。由于路 基沉降是一个缓慢长期的过程，其沉降值会随着时间的增加而增加。如果不能及时控制并预 测路基不均匀沉降，那么路基沉降变形的累积就可能造成公路路面以及隧道壁面产生裂缝， 更甚者则会导致坍塌事故，给人民生活安全带来隐患，甚至造成重大的财产损失和人员伤亡。
为了及时有效的掌握路基在外载荷作用下的沉降情况以及变化趋势，大部分工程都需要 设置路基沉降观测，这样就可以提前采取防护措施，提前预判路基状况，防止事故的发生。
目前路基沉降的测量方式主要可分为接触式监测与非接触式监测，非接触式监测技术主 要有雷达成像技术、三维激光扫描技术、数字近景摄影测量技术。接触式形变监测技术通常 将传感器元件安装在监测目标表面或内部，通过监测目标传感器近距离获取位移数据，此类 监测技术能够更直接准确地获取监测数据。常用的接触式形变监测技术主要有传统大地测量、 光纤监测技术和高精度GPS监测技术。相较于非接触式监测，接触式监测类监测技术能够更 直接准确地获取监测数据，而且监测设备易于采购，监测成本更低，是目前较多采用的监测 手段。
接触式监测的监测设备易于采购也带来另一个弊端，就是市面上监测设备种类繁杂，不 同的厂家会生产并向市场投放多种不同型号、不同规格、不同类型的监测设备，这些不同的 监测设备还有可能采用的是多种不同的数据存储方法和数据传输协议，这就给不同型号、不 同规格、不同类型的监测设备的监测数据的采集工作带来极大的不便，而且后期的数据处理 也不方便进行，导致监测数据不能被充分地发挥其价值，也不利于防灾减灾工作的顺利开展， 因此，如何协调利用多种类型的监测设备的监测数据成为了亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种新型的数据处理方法，简化 了不同类型路基沉降监测设备的数据协同和数据分析工作，实现了不同类型的路基沉降监测 设备的数据共用，有助于路基沉降的大数据监测分析，更好服务于救灾减灾工作。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种路基沉降监测数据处理方法，包括以下步骤，
1)数据采集器与需要采集数据的路基沉降监测设备建立连接，启动路基沉降监测设备的 数据传输模块；
2)同时启动数据采集器和路基沉降监测设备，数据采集器根据路基沉降监测设备的数据 传输协议与路基沉降监测设备建立数据连接；
3)数据采集器与数据服务器建立网络连接，数据服务器获取数据采集器的通信数据；
4)数据采集器通过步骤3)中建立的网络连接将从路基沉降监测设备中采集到的监测数 据传输至数据服务器；
5)对传输至数据服务器的监测数据进行特征化处理得到监测特征系数，具体步骤为：
选取监测位置点的平面坐标(xi,yi)和正常高度zi(i＝1,2,3,……n)，计算出监测位 置点P的特征属性值，如式(一)所述；
式(一)中di(x,y)＝(x-xi)2+(y-yi)2，表示监测区域离散点(xi,yi)至p(x,y)点的距离，p(z)为路基沉降所引起的地标塌陷值，wi(x，y)＝1/|di(x，y)|u为权函数，u 的取值为2；
而后计算出路基沉降区域未监测点的特征属性值加权和，如式(二)所示：
式(二)中的Z(x0)为路基沉降监测区域变化量，x表示发生路基沉降的位置点，z(x)在 监测点xi(i＝1,2,3,……n)处的属性值为z(xi)(i＝1,2,3,……n)， λi(i＝1,2,3,……n)为无偏权重系数，且
最后计算得到监测位置点的监测特征系数式(三)：
式(三)中C(xi,yi)是Z(xi)和Z(yi)的协方差函数；
6)对步骤5)中得到的监测特征系数进行压缩处理，并存储为数据包，数据采集器在向 服务器传输监测数据的同时还可以读取所述数据包。
进一步的，所述步骤1)中数据采集器与需要采集数据的路基沉降监测设备建立的连接为 硬件连接，所述硬件连接通过无线连接或有线连接方式建立；所述有线连接通过数据线或同 轴线缆连接；所述无线连接通过数据通讯协议建立连接。
进一步的，所述数据线为DB9、DB25、MIB中的一种或多种，所述数据线的接口为USB、 串口、TTL，所述同轴线缆为同轴光纤；所述无线连接形式包括WIFI或蜂窝数据。
进一步的，所述数据服务器获取监测数据后对监测数据进行压缩处理是对监测数据根据 协议定义格式化为便于存储的键值对形式形成具有快速读取功能的数据包。
进一步的，步骤2)中数据采集器根据路基沉降监测设备的数据传输协议与路基沉降监测 设备建立数据连接包括以下步骤：
2.1)如果数据采集器中预设有数据传输协议，则执行该数据传输协议询问需要采集数据 的路基沉降监测设备，如果数据采集器中没有预设数据传输协议，则不能建立数据连接，执 行下一步骤；
2.2)数据采集器依次枚举数据传输协议尝试与路基沉降监测设备建立数据连接，若果枚 举成功并建立数据连接，则对该枚举成功的数据传输协议记录保存并返回执行步骤2.1)建立 数据连接；
2.3)如果连续执行步骤2.2)多次后仍不能建立数据连接，则数据采集器发出警报提示 进行手动操作。
进一步的，所述步骤2.1)中的预设的数据传输协议包括但不仅限于TXD/RXD接线端口位 点、波特率、数据位；所述步骤2.2)中的手动操作为手动配置数据传输协议。
进一步的，所述步骤4)中将从路基沉降监测设备中采集到的监测数据传输至数据服务器 的步骤包括：
4.1)数据采集将采集到的数据打包成待传输数据包，并对超时未发出的待传输数据包进 行压缩处理形成数据压缩包；
4.2)如果网络连接可用，则将待传输数据包传输至数据服务器；
4.3)如果网络连接不可用，则等到网络连接可用时将待传输数据包和数据压缩包一并传 输至数据服务器。
进一步的，所述监测数据包括路基沉降监测设备的实时监测数据和历史监测数据。
本发明还提供一种路基沉降监测数据采集器，其特征在于，所述路基沉降监测数据采集 器包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的路基沉降监测数 据处理程序，所述路基沉降监测数据处理程序被所述处理器执行时实现上述的路基沉降监测 数据处理方法的步骤。
本发明还提供一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有多设备路基 沉降监测数据处理程序，所述多设备路基沉降监测数据处理程序被处理器执行时实现上述的 多设备路基沉降监测数据处理方法的步骤。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
使用本发明的数据处理方法，首先数据采集器与需要采集数据的路基沉降监测设备建立 连接，启动路基沉降监测设备的数据传输模块，同时启动数据采集器和路基沉降监测设备， 数据采集器根据路基沉降监测设备的数据传输协议与路基沉降监测设备建立数据连接，数据 采集器与数据服务器建立网络连接，数据服务器获取数据采集器的通信数据，数据采集器通 过已经建立的网络连接将从路基沉降监测设备中采集到的监测数据传输至数据服务器，数据 服务器获取监测数据后对监测数据进行压缩处理，并存储为数据包，数据采集器在向服务器 传输监测数据的同时还可以读取所述数据包。
本发明在数据采集器中首先预置了多种市面上常用的数据传输协议，在与不同厂家、不 同型号、不同品牌的路基沉降监测设备进行数据连接时采用枚举的方式，依次尝试采用不同 的数据传输协议与路基沉降监测设备进行通信连接，指导找到合适的数据传输协议建立连接 为止，同时，一旦经过枚举确定了与该型路基沉降监测设备相适配的数据传输协议时，则对 该数据传输协议以及与其相对应的路基沉降监测设备进行记录，在后续的使用过程中可以直 接采用这一数据传输协议与该型号的路基沉降监测设备匹配进行数据传输。通过多次的枚举， 本发明的数据采集器可以记录下多组相互匹配的数据传输协议和路基沉降监测设备，即，可 以完成数据采集器的自我学习和自我升级，以方便后续的使用。借助本发明的数据处理方法 以及相应的设备和存储介质，在首次使用时，可以完成与不同厂家、不同型号、不同品牌的 路基沉降监测设备进行匹配以完成监测数据的采集工作，通过一段时间的使用，数据采集器 还可以完成自我学习和自我升级，直接就可以实现对市面上绝大部分的路基沉降监测设备的 数据采集工作，并将采集到的检测数据进行统一的汇总和存储，方便对监测数据的使用和分 析，简化了不同类型路基沉降监测设备的数据协同和数据分析工作，实现了不同类型的路基 沉降监测设备的数据共用，有助于路基沉降的大数据监测分析，更好服务于救灾减灾工作。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明 白，以下对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实 施例是本发明一部实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例， 并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”“上”、“下”、“左”、 “右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位 置关系为基于方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指 示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因 此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、 “第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重
出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具 体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这 些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结 构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。 一种多设备路基沉降监测数据处理方法，包括以下步骤，
1)数据采集器与需要采集数据的路基沉降监测设备建立连接，启动路基沉降监测设备的 数据传输模块；
2)同时启动数据采集器和路基沉降监测设备，数据采集器根据路基沉降监测设备的数据 传输协议与路基沉降监测设备建立数据连接，该步骤的具体操作为：
2.1)如果数据采集器中预设有数据传输协议，则执行该数据传输协议询问需要采集数据 的路基沉降监测设备，如果数据采集器中没有预设数据传输协议，则不能建立数据连接，执 行下一步骤；
2.2)数据采集器依次枚举数据传输协议尝试与路基沉降监测设备建立数据连接，若果枚 举成功并建立数据连接，则对该枚举成功的数据传输协议记录保存并返回执行步骤2.1)建立 数据连接；一旦经过枚举确定了与该型路基沉降监测设备相适配的数据传输协议时，则对该 数据传输协议以及与其相对应的路基沉降监测设备进行记录，在后续的使用过程中可以直接 采用这一数据传输协议与该型号的路基沉降监测设备匹配进行数据传输。通过多次的枚举， 本发明的数据采集器可以记录下多组相互匹配的数据传输协议和路基沉降监测设备，即，可 以完成数据采集器的自我学习和自我升级，以方便后续的使用；
2.3)如果连续执行步骤2.2)多次后仍不能建立数据连接，则数据采集器发出警报提示 进行手动操作。
3)数据采集器与数据服务器建立网络连接，数据服务器获取数据采集器的通信数据；
4)数据采集器通过步骤3)中建立的网络连接将从路基沉降监测设备中采集到的监测数 据传输至数据服务器；
5)数据服务器获取监测数据后对监测数据进行压缩处理，并存储为数据包，数据采集器 在向服务器传输监测数据的同时还可以读取所述数据包。
为了进一步的压缩数据容量，提高数据使用效率，本发明还包括对传输至数据服务器的 监测数据进行特征化处理的步骤，将监测数据经过特征化处理后形成监测特征系数，并将监 测特征系数作为数据包进行存储，以此减少数据存储所占用的空间，并且有利于数据的快速 使用，本发明的监测数据特征化处理的步骤为：
选取监测位置点的平面坐标(xi，yi)和正常高度zi(i＝1,2，3，……n)，计算出监测位 置点P的特征属性值，如式(一)所述；
式(一)中di(x，y)＝(x-xi)2+(y-yi)2，表示监测区域离散点(xi，yi)至p(x，y)点的距离，p(z)为路基沉降所引起的地标塌陷值，wi(x，y)＝1/|di(x，y)|u为权函数，u 的取值为2；
而后计算出路基沉降区域未监测点的特征属性值加权和，如式(二)所示：
式(二)中的Z(x0)为路基沉降监测区域变化量，x表示发生路基沉降的位置点，z(x)在 监测点xi(i＝1，2，3，……n)处的属性值为z(xi)(i＝1，2，3,……n)， λi(i＝1，2，3，……n)为无偏权重系数，且
最后计算得到监测位置点的监测特征系数式(三)：
式(三)中C(xi,yi)是Z(xi)和Z(yi)的协方差函数。
本发明中所涉及的数据采集器为一个嵌入式设备，其基本构成包括一个处理芯片、运行 内存SDRAM、存储FLASH、串口或TTL等物理接口以及网络通讯模块，包括有线通讯或者无线通 讯，比如WIFI，RJ45、4G、5G通讯模块等。
本发明所涉及的路基沉降监测设备为一般情况使用的，带有数据传输功能的路基沉降监 测设备，这些路基沉降监测设备可以带有或者不带有网络传输功能，其可以是不同厂家、不 同品牌、不同型号的路基沉降监测设备。
为了不破坏路基沉降监测设备的原有外形和数据接口，降低数据采集难度，本发明所述 步骤1)中数据采集器与需要采集数据的路基沉降监测设备建立的连接为硬件连接，所述硬件 连接通过无线连接或有线连接方式建立；所述有线连接通过数据线或同轴线缆连接；所述无 线连接通过数据通讯协议建立连接。
本发明所使用的数据线为DB9、DB25、MIB中的一种或多种，所述数据线的接口为USB、 串口、TTL，所述同轴线缆为同轴光纤；所述无线连接形式包括WIFI或蜂窝数据。
本发明所使用的连阿姐方式包括但不仅限于MIB/RS232、TTL、USB等传输形式，本发明是 使用的数据传输协议包括但不仅限于RS232、TTL、USB等传输形式涉及的通讯参数，或者开放 标准的HL7、VueLink协议及半开放的呼吸机厂家自定义协议。
为了便于监测数据的存储和读取使用，本发明所述数据服务器获取监测数据后对监测数 据进行压缩处理是对监测数据根据协议定义格式化为便于存储的键值对形式形成具有快速读 取功能的数据包。
根据目前市面常用的路基沉降监测设备的种类和类型，本发明在步骤2.1)中的预设的数 据传输协议包括但不仅限于TXD/RXD接线端口位点、波特率、数据位，还可以根据市场上最新 投放的检测设备的类型进行预设数据传输协议的更新和更迭，以便于数据采集的使用。如果 数据采集器经过全部的枚举均为找到与目标监测设备相匹配的数据传输协议，则在步骤2.2) 中由工作人员进行手动操作，即由工作人员人工手动配置可能的数据传输协议，如果配置成 功，也将该配对信息进行记录和保存。
为了保证数据传输至数据服务器的及时性和有效性，步骤4)中将从路基沉降监测设备中 采集到的监测数据传输至数据服务器的步骤包括：
4.1)数据采集将采集到的数据打包成待传输数据包，并对超时未发出的待传输数据包进 行压缩处理形成数据压缩包；
4.2)如果网络连接可用，则将待传输数据包传输至数据服务器；
4.3)如果网络连接不可用，则等到网络连接可用时将待传输数据包和数据压缩包一并传 输至数据服务器。
本发明对向数据服务器的数据传输具有一定的数据亢余度，在网络连接不通的情况下， 可以将监测数据线暂时存储在数据采集器中，等到网络连接建立了，再将这些数据连通最新 采集的数据一同传输给数据服务器，避免了在网络连接不可用时有可能导致的数据丢失问题。
为了提高数据使用的便利性，所述监测数据包括路基沉降监测设备的实时监测数据和历 史监测数据，即，只要路基沉降监测设备与数据采集器建立了有效稳定的连接，该监测设备 的全部时段的监测数据都可以完成采集和传送工作，而不仅仅限于只能采集历史数据。
为实现上述目的，本发明还提供一种路基沉降监测数据采集器，所述路基沉降监测数据 采集器包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的多设备路基 沉降监测数据处理程序，所述多设备路基沉降监测数据处理程序被所述处理器执行时实现上 述的多设备路基沉降监测数据处理方法的步骤。
本发明的路基沉降监测数据采集器还包括用户接口、网络接口，存储器上还存储有操作 系统，还包括网络通讯模块以及用户接口模块。
为实现上述目的，本发明还提供一种可读存储介质，本发明可读存储介质可以是计算机 可读存储介质，所述可读存储介质上存储有多设备路基沉降监测数据处理程序，所述多设备 路基沉降监测数据处理程序被处理器执行时实现上述的多设备路基沉降监测数据处理方法的 步骤。
使用本发明的数据处理方法，首先数据采集器与需要采集数据的路基沉降监测设备建立连接， 启动路基沉降监测设备的数据传输模块，同时启动数据采集器和路基沉降监测设备，数据采 集器根据路基沉降监测设备的数据传输协议与路基沉降监测设备建立数据连接，数据采集器 与数据服务器建立网络连接，数据服务器获取数据采集器的通信数据，数据采集器通过已经 建立的网络连接将从路基沉降监测设备中采集到的监测数据传输至数据服务器，数据服务器 获取监测数据后对监测数据进行压缩处理，并存储为数据包，数据采集器在向服务器传输监 测数据的同时还可以读取所述数据包。
本发明在数据采集器中首先预置了多种市面上常用的数据传输协议，在与不同厂家、 不同型号、不同品牌的路基沉降监测设备进行数据连接时采用枚举的方式，依次尝试采用不 同的数据传输协议与路基沉降监测设备进行通信连接，指导找到合适的数据传输协议建立连 接为止，同时，一旦经过枚举确定了与该型路基沉降监测设备相适配的数据传输协议时，则 对该数据传输协议以及与其相对应的路基沉降监测设备进行记录，在后续的使用过程中可以 直接采用这一数据传输协议与该型号的路基沉降监测设备匹配进行数据传输。通过多次的枚 举，本发明的数据采集器可以记录下多组相互匹配的数据传输协议和路基沉降监测设备，即， 可以完成数据采集器的自我学习和自我升级，以方便后续的使用。借助本发明的数据处理方 法以及相应的设备和存储介质，在首次使用时，可以完成与不同厂家、不同型号、不同品牌 的路基沉降监测设备进行匹配以完成监测数据的采集工作，通过一段时间的使用，数据采集 器还可以完成自我学习和自我升级，直接就可以实现对市面上绝大部分的路基沉降监测设备 的数据采集工作，并将采集到的检测数据进行统一的汇总和存储，方便对监测数据的使用和 分析，简化了不同类型路基沉降监测设备的数据协同和数据分析工作，实现了不同类型的路 基沉降监测设备的数据共用，有助于路基沉降的大数据监测分析，更好服务于救灾减灾工作。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其配方、工艺所取名称等可以 不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发 明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各 样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所 定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项 技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保 护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种软弱土地区的沉降修正系数确定方法