【摘要】：傳感數(shù)據(jù)在采集和傳輸?shù)倪^(guò)程中無(wú)可避免的發(fā)生一定的異常,異常檢測(cè)可以有效地提高傳感數(shù)據(jù)整體質(zhì)量并挖掘潛在信息。傳統(tǒng)異常檢測(cè)云計(jì)算處理方式存在延時(shí)高、帶寬消耗量大的問(wèn)題。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理、物聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)的發(fā)展,制造企業(yè)對(duì)制造過(guò)程中異常數(shù)據(jù)檢測(cè)提出了更高的要求。邊緣計(jì)算指在邊緣端進(jìn)行計(jì)算任務(wù),具有高可用、低延遲、高實(shí)時(shí)等優(yōu)勢(shì)。采用邊緣計(jì)算的方式對(duì)異常檢測(cè)算法進(jìn)行研究,將異常檢測(cè)的數(shù)據(jù)處理任務(wù)下沉至數(shù)據(jù)獲取端,可以實(shí)現(xiàn)具有高效性、高實(shí)時(shí)的異常數(shù)據(jù)檢測(cè)。利用邊緣計(jì)算的優(yōu)勢(shì),在數(shù)據(jù)采集端進(jìn)行傳感數(shù)據(jù)異常檢測(cè)與估算修正,可以在高效處理的前提下優(yōu)化數(shù)據(jù)整體質(zhì)量,提高利用效益,具有較高的應(yīng)用價(jià)值。本文首先分析了現(xiàn)今邊緣計(jì)算參考架構(gòu)及主要實(shí)現(xiàn)模式,將數(shù)據(jù)處理任務(wù)與數(shù)據(jù)采集良好結(jié)合,設(shè)計(jì)基于以太網(wǎng)模式面向邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件架構(gòu)及業(yè)務(wù)流程的設(shè)計(jì)。然后根據(jù)單源傳感器數(shù)據(jù)滿足時(shí)間序列數(shù)據(jù)的特點(diǎn),在基于距離的異常檢測(cè)算法的基礎(chǔ)上,本文提出了基于偏移距離的傳感數(shù)據(jù)異常檢測(cè)算法。利用傳感數(shù)據(jù)自身的時(shí)序連續(xù)性對(duì)傳感數(shù)據(jù)的偏移距離進(jìn)行監(jiān)測(cè),根據(jù)數(shù)據(jù)的異常等級(jí)判斷傳感數(shù)據(jù)異常的可能性。為了有效還原異常數(shù)據(jù)實(shí)際值,本文利用單層線性網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)分析,使用歷史數(shù)據(jù)對(duì)單層線性網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練,根據(jù)模型的預(yù)測(cè)情況估算異常數(shù)據(jù)實(shí)際值完成修正。最后針對(duì)華工科技物聯(lián)網(wǎng)研究中心半自動(dòng)化生產(chǎn)流水線進(jìn)行了面向邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)實(shí)例使用,并選用某地區(qū)水文系統(tǒng)的溫濕度數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法的性能分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的傳感數(shù)據(jù)異常檢測(cè)與修正算法異檢率高,效果良好,經(jīng)過(guò)異常檢測(cè)與修正后的曲線相對(duì)平滑,能更準(zhǔn)確的反映數(shù)據(jù)實(shí)際動(dòng)態(tài)趨勢(shì)。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 面向邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的系統(tǒng)架構(gòu)概述算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟聯(lián)合發(fā)布的《邊緣計(jì)算參參考架構(gòu)如圖 2-1 所示：

圖 2-2 有線方案硬件架構(gòu)圖整個(gè)系統(tǒng)以邊緣計(jì)算參考架構(gòu)為模板，將架構(gòu)分為現(xiàn)場(chǎng)層、邊緣層、云層三層。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)硬件設(shè)備在邊緣層進(jìn)行搭建，本文主要介紹邊緣層。架構(gòu)中出現(xiàn)了繼電器、距離傳感器、速度傳感器，他們作為邊緣傳感器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中獲取實(shí)時(shí)傳感信息。本研究采用研華科技的 Adam 智能 IO 模塊作為數(shù)據(jù)采集器，該模塊靈活方便、穩(wěn)定可靠，可以有效地采集到來(lái)自傳感器的數(shù)字量模擬量信號(hào)。Adam 模塊可以通過(guò)網(wǎng)線，將采集到的數(shù)據(jù)基于 Modbus TCP 協(xié)議發(fā)送至相應(yīng)的工業(yè)上位機(jī)。當(dāng)采集模塊較多時(shí)，可以通過(guò)交換機(jī)完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。智能 IO 模塊和交換器在本架構(gòu)充當(dāng)了邊緣網(wǎng)關(guān)的角色。工業(yè)上位機(jī)為邊緣層中的邊緣控制器，在上位機(jī)運(yùn)行軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)，，并且在數(shù)據(jù)采集的同時(shí)完成邊緣計(jì)算相關(guān)任務(wù)。工業(yè)上位機(jī)與云服務(wù)器之間通過(guò)因特網(wǎng)進(jìn)行通信，主要完成傳感數(shù)據(jù)的上傳任務(wù)。本文將上述架構(gòu)定義為有線方案，該方案適用于工廠實(shí)地規(guī)劃有規(guī)則，且被采集設(shè)備位置集中的情況，該條件使得系統(tǒng)的相關(guān)硬件和線路可以方
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.9;TN929.5

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本文編號(hào)：2653633