一种高速公路场景多能源一体化采集监控系统的制作方法

1.本发明属于智能电网技术领域，尤其涉及一种高速公路场景多能源一体化采集监控系统。


背景技术：

2.高速公路具有多种相关设施及设备，比如有：标志标线、电子显示、防撞护栏、视线诱导、防眩挡板、隔离栅栏、防落网、防风沙雪栅、积雪标杆、减速带、桥隧应急逃生通道及其防火通风排水等设施，设置多种自然灾害预警系统。在山岭重丘路段，常设有加水站、检修站、降温池，并设有警示作用的交通路牌标线，还有特殊防撞护墙。高速公路的服务设施是沿线平均每隔50千米处设服务区，内设加油站、停车场、休息室、餐饮店、卫生间和汽修厂等。高速公路的管理设施包括通信、配电、监控、照明、收费和养护等，沿线设有管理中心以及交警大队站点。
3.为进一步推动能源的发展，在高速公路领域，需要做到对能源从接入到利用再到管理控制的全程覆盖，由于高速公路供配电呈分布式的特点，使得其在具体能源信息的过程中复杂度和难度有更高要求。
4.在高速公路中能源数据应用到上述相关设施及设备中，目前的能源采集主要有三种形式：一是通过企业已建成的能源信息化系统，如能源管理系统。二是通过放置于现场的数据采集设备。三是通过能源数据报送系统，由于目前缺少响应的高速公路能源管理系统，无法对高速能源数据进行采集及分析，也无法实时将能源数据进行通讯技术进行有效的采集及监控，无法对高速公路中多种相关设施及设备进行有效的监控，如果出现异常无法及时发现，对高速高路多种相关设施及设备的稳定运行带来隐患。


技术实现要素：

5.本发明提供一种高速公路场景多能源一体化采集监控系统，系统可以对高速公路场景多功能一体的能源采集，能够采集不同类型的仪表数据，为高速公路能源数据的采集工作带来便利。
6.高速公路场景多能源一体化采集监控系统包括：数据处理服务器以及设置在现场采集的数据采集器；
7.数据采集器分别与电量计量装置、水量计量装置、用气量计量装置以及冷热计量表通信连接，获取用电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息；
8.数据采集器通过上行通道标准以太网接口传送给数据处理服务器，数据处理服务器获取上述信息，同时数据处理服务器通过以太网接口对数据采集器发送相关命令读取或设置参数信息，数据采集器采集的数据周期性的存储在本地flash存储设备中。
9.优选地，数据采集器支持根据数据采集子系统命令采集和主动定时采集两种数据采集模式，且定时采集周期从1分钟到1小时配置；
10.数据采集器设有多个rs485接口以及扩展接口，数据采集器具备组网功能，同一总
线网络内，容纳255台采集器。
11.优选地，数据采集器还与温湿度传感器、co2浓度传感器连接，获取相应的信息；
12.数据采集器配置有计时模块、无线通信模块、stm32处理器和flash存储设备；
13.stm32处理器基于数据处理服务器发送的控制指令，远程控制电路通断。
14.优选地，数据处理服务器向数据采集器发送通信验证序列；
15.数据采集器接收通信验证序列，并使用md5信息摘要算法对通信验证序列进行加密处理，加密后发送给数据处理服务器，使数据处理服务器对加密通信验证序列进行验证，验证通过之后，数据采集器还用于以tcp传输协议向数据处理服务器发送计量信息包。
16.优选地，数据处理服务器还用于定义计量信息包，定义计量信息包的校验码、包头、包尾以及有效数据；
17.有效数据包括多字节的指令序号和用电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息内容，校验码为经过aes加密后的文本。
18.优选地，数据处理服务器还用于接收数据采集器发送的tcp连接建立请求，并基于tcp传输协议与数据采集器建立连接，形成与数据采集器的tcp传输通道；
19.数据处理服务器接收数据采集器在tcp传输通道发送的采集信息；
20.数据处理服务器接收采集信息，并将采集信息通过tcp协议进行解封并转换成电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息，将上述信息再进行与阈值比对，或者统计分析操作。
21.优选地，数据采集器与数据处理服务器建立tcp传输通道之后，将电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息封装为tcp协议对应的信息，且采用json格式对封装后的计量信息进行封包处理，生成待发送信息；再通过tcp传输通道向数据处理服务器发送封包处理后的信息。
22.优选地，数据处理服务器对数据采集器进行注册，并标识ip地址；数据处理服务器还支持用户登录验证，数据处理服务器对来自计量平台的终端机登录请求进行验证，如果终端机发来的用户id和密码已经在用户数据库系统中存在，则允许终端机登录并使用数据处理服务器的所有资源，否则拒绝用户登录。
23.优选地，数据处理服务器还用于实时检测多种通信端口中是否访问指令；
24.数据处理服务器检测到通信端口接收到访问指令时，对所接收到的访问指令进行解析，以得到访问指令的计量信息模式和传输协议；
25.数据处理服务器根据不同计量信息模式与预设计量信息模式之间预设的转换关系，将计量信息模式转换为预设计量信息模式；
26.数据采集器在发送信息前，按照计量信息模式对信息进行封装；将封装后得到的计量信息通过预设通信端口发送给数据处理服务器。
27.优选地，数据采集器还用于检测rs485接口以及扩展接口是否接收到数据采集器发送的计量控制信号；
28.数据采集器在检测到接收到计量控制信号时，对所接收到的计量控制信号进行解析，以得到计量控制信号对应的控制指令和目的地址；
29.数据采集器根据计量控制信号中的目的地址，确定与自身的地址相匹配，如匹配，则执行控制指令；
30.执行完成之后，将控制信息进行封装，并通过tcp传输通道上传给数据处理服务器。
31.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
32.本发明提供的数据处理服务器实现对高速公路的能源动态监测，实现收费站或者服务区为单位，将风能、太阳能、地热能等新能源系统以及自来水、天然气、火电等传统能源系统通过能源信息采集器采集站点监控点信息。数据处理服务器利用实时通讯技术进行实时数据快速、有效的采集及监控。根据采集上来的数据，方便监控人员进行查阅，有效的提升高速公路场景多能源监控效率。提高高速公路场景多能源信息处理的质量和效能，及时发现安全隐患并进行预警，控制过程风险，从而实现高速公路中多能源的全过程监督、管理和控制的及时性和科学性。
33.本发明的数据采集器与数据处理服务器建立tcp传输通道之后，以tcp协议对应的信息发送信息，这里可以通过json格式进行数据通信，有效地降低了高速公路通信网络带宽的占用，提升高速公路相关数据的处理速度，增加了高速公路中各个终端机的兼容性，还能够实现在多个平台之间通信服务。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为高速公路场景多能源一体化采集监控系统示意图；
36.图2为网络拓扑示意图；
37.图3为数据采集器实施例示意图。
具体实施方式
38.本发明涉及的高速公路场景多能源一体化采集监控系统利用数据通信及数据处理技术，通过数据处理服务器1以及设置在现场采集的数据采集器2之间建立通信网络，利用传感器监控、数据传输等技术，实现对高速公路多能源一体化采集及监控，进而反映高速公路各个设备的运行状态，因此，利用高速公路场景多能源一体化采集监控系统可以有效地监控高速公路各个设备及计量数据的实时状态。
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
40.请参阅图1至3所示是一具体实施例中高速公路场景多能源一体化采集监控系统的示意图，系统包括：数据处理服务器1以及设置在现场采集的数据采集器2。
41.数据采集器2分别与电量计量装置、水量计量装置、用气量计量装置以及冷热计量表通信连接，获取用电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息。
42.数据采集器2通过上行通道标准以太网接口传送给数据处理服务器1，数据处理服务器1获取上述信息，同时数据处理服务器1通过以太网接口对数据采集器2发送相关命令
读取或设置参数信息，数据采集器2采集的数据周期性的存储在本地flash存储设备中。
43.数据处理服务器1以及设置在现场采集的数据采集器2之间的网络拓扑一般采用总线型结构，支持环形或星型网络，比如图2所示，具有32个节点，可以为32个数据采集器2，形成了支持环形或星型网络。从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。
44.这样，数据处理服务器1实现对高速公路的能源动态监测，以某一收费站或者服务区为单位，将风能、太阳能、地热能等新能源系统以及自来水、天然气、火电等传统能源系统通过能源信息采集器采集站点监控点信息。数据处理服务器1利用实时通讯技术进行实时数据快速、有效的采集及监控。根据采集上来的数据，方便监控人员进行查阅，有效的提升高速公路场景多能源监控效率。提高高速公路场景多能源信息处理的质量和效能，及时发现安全隐患并进行预警，控制过程风险，从而实现高速公路中多能源的全过程监督、管理和控制的及时性和科学性。
45.可选的，数据处理服务器1还基于局域网，或广域网实时向数据采集器2发送控制信息指令，获取相应计量信息，对获取的计量信息与预设阈值进行比对，得到当前状态信息。还可以预测当前计量信息趋势，形成柱状图，或曲线图，供操作人员参考使用。
46.实现计量信息的增、删、改、查，提高了对大量计量信息的处理效率，同时本发明将实时采集的计量信息储存到数据储存器中，能够实现快到提取。
47.在一个示例性实施例中，数据采集器2支持根据数据采集子系统命令采集和主动定时采集两种数据采集模式，且定时采集周期从1分钟到1小时配置。
48.数据采集器2设有多个rs485接口3以及扩展接口4，数据采集器2具备组网功能，同一总线网络内，容纳255台采集器。
49.根据本技术的实施例，数据采集器2还与温湿度传感器、co2浓度传感器连接，获取相应的信息；数据采集器2配置有计时模块、无线通信模块、stm32处理器和flash存储设备；stm32处理器基于数据处理服务器1发送的控制指令，远程控制电路通断。
50.根据本技术的实施例，数据采集器2可以由通信模块、微处理器芯片、高精度实时时钟、大容量flash存储芯片、数据接口设备等组成。抄表方式主要通过rs485方式，与有相应接口功能的计量装置(电、水、气、冷热量表等)通信，把需要的信息抄读回来传给数据采集器2，数据采集器2再通过上行通道标准以太网接口传送给数据处理服务器1，让数据处理服务器1能够及时管理及获取信息，数据处理服务器1同时能够通过以太网接口对采集器发送相关命令读取或设置参数信息，采集器采集的数据周期性的存储在本地flash存储设备中。
51.数据采集器2支持根据数据采集子系统命令采集和主动定时采集两种数据采集模式，且定时采集周期可以从1分钟到1小时灵活配置。数据采集器2应支持对不同用能种类、不同品牌的计量装置进行数据采集，包括电能表、热量表等。采集器具备组网功能，同一总线网络内，可容纳255台采集器。
52.数据采集器2支持对计量装置能耗数据的解析，具有简单算术运算功能。支持同时向服务器发送解析和未解析的数据。根据《公共建筑节能监测系统技术规范》数据包上行格式，在数据包中添加能耗类型、时间等附加信息并通过tcp协议进行数据远传。设备在与子系统断开连接时，重新恢复连接后可实现断点续传功能。
53.数据采集器2具有大容量存储介质可存储30天以上历史记录，掉电不丢失。
54.数据采集器2具有本地配置和管理功能，且支持软件升级功能。数据采集器2可以在不掉电情况下更换计量装置。数据采集器2具有识别和传输计量装置运行状态的能力，支持对数据采集接口、通信接口以及与采集器连接的计量装置的故障定位和诊断，并及时将故障信息及时传输到数据处理服务器1。数据采集器2应以模块化功能配置支持不同的数据采集应用，支持本地数据传输。
55.数据采集器2能支持总线型和星型连接方式，以增加通用性和灵活度。在不同的连接方式下，数据采集器2应有满足应用需要的通信端口，端口宜能自由扩充，支持热插拔，即插即用。
56.数据采集器2完全符合《公共建筑节能监测系统技术规范》要求，保证了数据对接的兼容性。采集间隔最小可达1分钟，可以准确获取计量设备的数据并匹配精度的要求。
57.数据采集器2硬件平台选取了被高端网络通讯设备厂商广泛采用的arm-cortexm3架构的stm32处理器，具有极强的稳定性和可靠性。
58.数据采集器2向下可通过扩展协议解析接入各种品牌型号的rs-485通讯接口的计量仪表，向上使用符合国家标准的通讯协议，可以与各种符合国家标准的数据中转站，实现互通互联。
59.数据采集器2可扩展采集冷、热量、燃气量等其他能耗数据信息，还可扩展采集温湿度、co2浓度等环境参数信息，以及远程控制电路通断功能。
60.在一个示例性实施例中，数据处理服务器1向数据采集器2发送通信验证序列；数据采集器2接收通信验证序列，并使用md5信息摘要算法对通信验证序列进行加密处理，加密后发送给数据处理服务器1，使数据处理服务器1对加密通信验证序列进行验证，验证通过之后，数据采集器2还用于以tcp传输协议向数据处理服务器1发送计量信息包。
61.进一步的讲，数据处理服务器1还用于定义计量信息包，定义计量信息包的校验码、包头、包尾以及有效数据。有效数据可以包括多字节的指令序号和用电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息内容，校验码为经过aes加密后的文本。
62.在一个示例性实施例中，数据处理服务器1还用于接收数据采集器2发送的tcp连接建立请求，并基于tcp传输协议与数据采集器2建立连接，形成与数据采集器2的tcp传输通道。
63.本实施例中，数据处理服务器1与数据采集器2之间采用tcp传输协议通信传输数据，可以通过标准的三次握手协议实现其过程。数据处理服务器1接收数据采集器2在tcp传输通道发送的采集信息。
64.可选地，数据采集器2将采集信息，也就是电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息转换为json格式数据进行传输。数据处理服务器1接收采集信息，并将采集信息通过tcp协议进行解封并转换成电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息，将上述信息再进行与阈值比对，或者统计分析操作。
65.其中，对采集信息所进行的解封处理是在发送前封装的逆过程，对采集信息进行解封后，转换成电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息，将上述信息再进行与阈值比对，或者统计分析等操作。
66.在一个示例性实施例中，数据采集器2与数据处理服务器1建立tcp传输通道之后，
将电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息封装为tcp协议对应的信息，且采用json格式对封装后的计量信息进行封包处理，生成待发送信息；再通过tcp传输通道向数据处理服务器1发送封包处理后的信息。
67.本实施例中，数据采集器2与数据处理服务器1建立tcp传输通道之后，以tcp协议对应的信息发送信息，这里可以通过json格式进行数据通信，有效地降低了高速公路通信网络带宽的占用，提升高速公路相关数据的处理速度，增加了高速公路中各个终端机的兼容性，还能够实现在多个平台之间通信服务。
68.在一个示例性实施例中，数据处理服务器1对数据采集器2进行注册，并标识ip地址；数据处理服务器1还支持用户登录验证，数据处理服务器1对来自计量平台的终端机登录请求进行验证，如果终端机发来的用户id和密码已经在用户数据库系统中存在，则允许终端机登录并使用数据处理服务器1的所有资源，否则拒绝用户登录。
69.本发明中，数据处理服务器1可以对数据采集器2进行注册，并标识ip地址。数据处理服务器1还支持用户登录验证，数据处理服务器1对来自计量平台的终端机登录请求进行验证，如果终端机发来的用户id和密码已经在用户数据库系统中存在，则允许终端机登录并使用数据处理服务器1的所有资源，否则拒绝用户登录。数据处理服务器1可以响应终端机的请求、获取相应的信息。数据处理服务器1还可以对信息进行接收、缓存、转发、解析到不同的计量平台满足终端机的使用，也满足终端机对信息的处理方式。对于向终端机提供的信息可以为json格式数据信息，并形成计量信息处理日志。
70.在一个示例性实施例中，数据处理服务器1还用于实时检测多种通信端口中是否访问指令。
71.本发明在不同通信协议的终端机或者数据采集器2需要进行通信时，通过对应的通信端口完成，如果通信端口不对应，则通信端口无法接收到计量信息以及访问信息。
72.数据处理服务器1检测到通信端口接收到访问指令时，对所接收到的访问指令进行解析，以得到访问指令的计量信息模式和传输协议；
73.可选地，接收到的计量信息模式中包含有发起方的地址、校验码、校验算法、特定字符串等，可以用来确定是哪种通信协议来进行传输。
74.数据处理服务器1根据不同计量信息模式与预设计量信息模式之间预设的转换关系，将计量信息模式转换为预设计量信息模式。
75.具体来讲，数据处理服务器1集成有多种计量信息模式与预设计量信息模式的转换关系，当然预设计量信息模式可以是用户设定的一种计量信息模式，也可以是用户使用现有的计量信息模式中的一种作为预设计量信息模式。
76.数据采集器2在发送信息前，按照计量信息模式对信息进行封装；将封装后得到的计量信息通过预设通信端口发送给数据处理服务器1。
77.数据采集器2还用于检测rs485接口以及扩展接口是否接收到数据采集器2发送的计量控制信号；
78.数据采集器2在检测到接收到计量控制信号时，对所接收到的计量控制信号进行解析，以得到计量控制信号对应的控制指令和目的地址。
79.数据采集器2根据计量控制信号中的目的地址，确定与自身的地址相匹配，如匹配，则执行控制指令。
80.执行完成之后，将控制信息进行封装，并通过tcp传输通道上传给数据处理服务器1，满足了采集及监控的需求。
81.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种高速公路场景多能源一体化采集监控系统，其特征在于，包括：数据处理服务器以及设置在现场采集的数据采集器；数据采集器分别与电量计量装置、水量计量装置、用气量计量装置以及冷热计量表通信连接，获取用电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息；数据采集器通过上行通道标准以太网接口传送给数据处理服务器，数据处理服务器获取上述信息，同时数据处理服务器通过以太网接口对数据采集器发送相关命令读取或设置参数信息，数据采集器采集的数据周期性的存储在本地flash存储设备中。2.根据权利要求1所述的高速公路场景多能源一体化采集监控系统，其特征在于，数据采集器支持根据数据采集子系统命令采集和主动定时采集两种数据采集模式，且定时采集周期从1分钟到1小时配置；数据采集器设有多个rs485接口以及扩展接口，数据采集器具备组网功能，同一总线网络内，容纳255台采集器。3.根据权利要求1所述的高速公路场景多能源一体化采集监控系统，其特征在于，数据采集器还与温湿度传感器、co2浓度传感器连接，获取相应的信息；数据采集器配置有计时模块、无线通信模块、stm32处理器和flash存储设备；stm32处理器基于数据处理服务器发送的控制指令，远程控制电路通断。4.根据权利要求1所述的高速公路场景多能源一体化采集监控系统，其特征在于，数据处理服务器向数据采集器发送通信验证序列；数据采集器接收通信验证序列，并使用md5信息摘要算法对通信验证序列进行加密处理，加密后发送给数据处理服务器，使数据处理服务器对加密通信验证序列进行验证，验证通过之后，数据采集器还用于以tcp传输协议向数据处理服务器发送计量信息包。5.根据权利要求4所述的高速公路场景多能源一体化采集监控系统，其特征在于，数据处理服务器还用于定义计量信息包，定义计量信息包的校验码、包头、包尾以及有效数据；有效数据包括多字节的指令序号和用电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息内容，校验码为经过aes加密后的文本。6.根据权利要求1所述的高速公路场景多能源一体化采集监控系统，其特征在于，数据处理服务器还用于接收数据采集器发送的tcp连接建立请求，并基于tcp传输协议与数据采集器建立连接，形成与数据采集器的tcp传输通道；数据处理服务器接收数据采集器在tcp传输通道发送的采集信息；数据处理服务器接收采集信息，并将采集信息通过tcp协议进行解封并转换成电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息，将上述信息再进行与阈值比对，或者统计分析操作。7.根据权利要求6所述的高速公路场景多能源一体化采集监控系统，其特征在于，数据采集器与数据处理服务器建立tcp传输通道之后，将电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息封装为tcp协议对应的信息，且采用json格式对封装后的计量信息进行封包处理，生成待发送信息；再通过tcp传输通道向数据处理服务器发送封包处理后的信息。8.根据权利要求1或2所述的高速公路场景多能源一体化采集监控系统，其特征在于，数据处理服务器对数据采集器进行注册，并标识ip地址；数据处理服务器还支持用户登录验证，数据处理服务器对来自计量平台的终端机登录请求进行验证，如果终端机发来的用
户id和密码已经在用户数据库系统中存在，则允许终端机登录并使用数据处理服务器的所有资源，否则拒绝用户登录。9.根据权利要求1或2所述的高速公路场景多能源一体化采集监控系统，其特征在于，数据处理服务器还用于实时检测多种通信端口中是否访问指令；数据处理服务器检测到通信端口接收到访问指令时，对所接收到的访问指令进行解析，以得到访问指令的计量信息模式和传输协议；数据处理服务器根据不同计量信息模式与预设计量信息模式之间预设的转换关系，将计量信息模式转换为预设计量信息模式；数据采集器在发送信息前，按照计量信息模式对信息进行封装；将封装后得到的计量信息通过预设通信端口发送给数据处理服务器。10.根据权利要求9所述的高速公路场景多能源一体化采集监控系统，其特征在于，数据采集器还用于检测rs485接口以及扩展接口是否接收到数据采集器发送的计量控制信号；数据采集器在检测到接收到计量控制信号时，对所接收到的计量控制信号进行解析，以得到计量控制信号对应的控制指令和目的地址；数据采集器根据计量控制信号中的目的地址，确定与自身的地址相匹配，如匹配，则执行控制指令；执行完成之后，将控制信息进行封装，并通过tcp传输通道上传给数据处理服务器。

技术总结
本发明提供一种高速公路场景多能源一体化采集监控系统，属于智能电网技术领域，包括：数据处理服务器以及设置在现场采集的数据采集器；数据采集器获取用电量信息、用水量信息、用气量信息以及冷热量信息；数据采集器通过上行通道标准以太网接口传送给数据处理服务器，数据处理服务器获取上述信息，同时数据处理服务器通过以太网接口对数据采集器发送相关命令读取或设置参数信息，数据采集器采集的数据周期性的存储在本地FLASH存储设备中。本发明能够对高速公路场景中多种信息进行采集并传输，实现远程监控，还能够采集不同类型的仪表数据，为高速公路能源数据的采集及监控工作带来便利。来便利。来便利。


技术研发人员：郭春辉
受保护的技术使用者：山东高速集团有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/20