工业作为全球经济竞争的制高点，一直以来都备受各国广泛重视，随着“中国制造2025”和"工业4.0"提出，中国制造正在向“中国智造”迈进，云计算、大数据、物联网、人工智能的兴起，正推动着制造业数字化和智能化转型，新一轮科技革命和产业变革酝酿新突破，3D打印,新材料，新能源，纳米技术，军工科技,智能数码等领域都在制造和经营过程中向无人化和自动化靠拢，而在自动化，无人化生产中如何做到静电控制及实时监控等问题日益凸显，工业静电控制解决方案的需求与日俱增。

工业防静电控制-应用现状

随着近年来制造业对ESD危害的深入认识，很多企业普遍在静电敏感工位采取了防静电措施，并引入了腕带接地电阻测试仪和静电消除器等设备，有的还和门禁组成防静电门禁系统。这在一定程度上保证静电防护措施的有效性，但却不能在作业过程当中对防静电措施的有效性进行及时地、动态地检查，也不能在措施失效时及时给出提示。另外，制造业生产线具有工位多、场地大、分布广的特点，所以通过网络把“集线控制器”、“接地监控器”、“腕带”、“ 数据转换器”、“ 计算机”等设备连接起来，组成一个完整的静电监控网络系统（ESD在线监控系统），解决长期以来企业里对静电监控和数据采集记录等难的问题成为企业最为重要的命题。

VESD智能防静电控制系统解决方案

VESD防静电控制系统是斯泰科微自主研发的第三代防静电控制系统，由防静电硬件（如手环），静电接地，静电检测（如离子风机）等设备与软件三部分组成，通过网络把“静电检测设备”、“接地监控器”、“腕带”、“数据转换器”、“计算机”等设备连接起来，组成一个完整的静电监控网络系统（ESD在线监控系统），在系统软件的控制下，实现真正意义上的实时监控、数据储存、以及动态显示等功能，解决长期以来企业里对静电监控和数据采集记录等难的问题，可根据客户需求个性定制开发，真正实现增产能、提效益、全自动、无人化静电监控。更为精彩的是，我们的防静电控制系统专家将与您一起确定您需要的具体系统功能，帮助您设计可满足这些需求的系统，无论现在，亦或是将来，都可根据您的业务变换来满足您的需求。

VESD智能防静电控制系统（ESD在线监控系统）解决方案架构图

ESD在线监控系统优势

实时监控

实时监控静电控制状态，故障实时报警显示、记录所有事件数据的功能。

数据管理

无纸化记录,数据实时存储,防止人为错误,自动产生完整数据结果和报表。

配置灵活

可根据预算灵活配置系统，也可根据不同的情况合理安装软硬件设备。

安全稳定

斯泰科微近18年防静电控制经验，结合合作伙伴业务技术能力，提供成熟稳定的ESD防控方案。

ESD在线监控系统应用范围

新材料，新能源，微电子，军工科技，航天航空，LED光电，半导体显示，精密仪器，生物医疗等行业。

深圳市斯泰科微科技有限公司是专业的工业静电控制设备制造商和ESD在线监控系统，防静电综合解决方案供应商。

测井数据采集控制系统是用于对各种置于地层中的井下仪器产生的信号进行采集、处理并对井下仪器进行控制的油田基础测控设备。由于专业性极强，以往系统中的数据采集及控制单元通常是以自我设计为主，因此导致系统的开发周期长、成本高、稳定性较差。现在，我们硬件使用National Instruments 公司的数据采集卡，软件使用VC++结合 Measurement Studio 软件包，实现了测井数据采集和控制单元的基于标准工业数据采集产品的设计与开发，大幅度的降低了系统的开发和维护成本，缩短了系统的开发周期，提高了系统的稳定性和可靠性。目前这套系统已制造20余套，成功应用于全国各大油田，取得了可观的经济效益。

系统原理

测井数据采集控制系统主要由工控机、NI通用数据采集卡、信号调理模块、绘图仪、综合控制箱、直流电源、交流电源、UPS电源、示波器等构成。系统原理框图如图1。

主机1主要用于系统的数据采集、处理和控制。绘图仪用于测井曲线实时出图。深度信号调理模块对光电编码器信号及其它井口信号进行调理，并控制深度显示；数字信号调理模块用于配接各类编码（例如，曼彻斯特编码）传输的井下仪器，如双源距C/O能谱测井仪、脉冲中子氧化化测井仪等；脉冲信号调理模块主要配接采用脉冲、周期信号传输的井下仪器以及各种脉冲编码类型的仪器。如：井壁超声成像测井仪等；直流信号调理模块主要配接采用直流量、低频模拟信号传输的井下仪器。直流电源为井下仪器提供直流供电、交流电源为井下仪器提供交流、泵、阀、继电器和释放器的供电。综合控制箱负责完成缆芯切换、供电控制。UPS电源用以保证在停电或外部供电不正常时，维持一段时间的供电，以免测井数据因得不到及时存储而丢失。以上各单元统一安装到两组19英寸标准机柜中。关于信号的流程，从图1中可以看出。我们把进入数据采集控制系统的信号归结为两类：井口信号和井下信号。井口信号来自井口和电缆绞车，它包括电缆张力信号、电缆磁记号和深度系统的光电编码信号。井下信号是指来自井下仪器的信号。来自井下仪器的感应型或脉冲型信号、深度系统的两路光电编码信号、井口的张力信号及电缆磁记号，通过电缆线进入采集箱内的深度调理模块、脉冲信号调理模块或直流信号调理模块，经过调理后，输出到NI数据采集卡。井下仪器编码信号经过综合控制电路的分离及预处理后通过电缆线进入到数字信号调理模块，进行信号调理、解码。解码后的信号同样输出到NI数据采集卡。NI数据采集卡控制数据采集的方式、采样的间隔，同时实现对脉冲信号、直流信号和数字信号的实时采集，采集到的数据以DMA方式传给主机内的数据缓冲区，由系统软件按不同的采样方式控制数据的显示、处理、打印和存盘。

数据采集方案设计

测井数据采集控制系统设计的核心是其数据采集方案设计。数据采集方案设计主要由系统深度数据采集和深度中断管理方案设计；多路复合信号实时同步采集方案设计；复杂编码格式数字信号高速传输与采集模式设计；直流信号高精度采集方案设计；系统状态及井下仪器控制方案设计等构成。由于专业性极强，以往系统中的数据采集及控制单元通常是以自我设计为主，因此系统的开发周期长、成本高、而且稳定性较差，并经常导致使用过程中，系统死机、深度测量不准等问题的出现，使系统的维护成本成倍增长，同时由于技术水平的限制，自己开发的系统只能配接一些信号类型简单和传输速率低的井下仪器，不具备多路信号实时同步采集以及高速传输的数字信号采集和处理能力。为了克服现有系统的缺陷，我们在充分调研和试用各大公司的数据采集产品的基础上，选择了NI 公司生产的系列数据采集卡和Measurement Studio 软件开发包，经过对NI各个采集卡的仔细研究和深度开发，我们仅用了３个月的时间就完成了过去需要２年以上的系统核心设计，并在业界首次实现了全部基于标准工业数据采集产品的测井数据采集控制系统设计，同时使系统在采样精度，深度控制，采集速度等主要技术指标上得到了全面的大幅度的提升。

（1）系统深度数据采集和深度中断管理方案设计：

系统深度模块是该系统中行业性最强的一个模块，它需要对正交光电编码器信号进行测量，得到系统当前的深度数据，同时它还要根据当前的深度数据生成用于同步各信号采集的深度等距触发信号。例如，在光电编码器顺时针转动时，每隔固定位移间隔（例如5 cm） 产生一个触发信号，这个触发信号通知系统对所有测量信号进行采集，如果系统光电编码器突然反方向转动，则不产生触发信号，系统不做任何采集，从而使系统只按照单方向等位移的状态采集数据。此外，该模块还要具备对正交光电编码

信号防抖动，防滑动处理的功能。在系统开发过程中，我们发现 NI PCI-660X 系列产品的用户手册上没有实现该工作模式的基本功能。为了实现该功能，我们经过深入研究和开发，通过利用PCI-6602处理光电编码器信号的计数器通道所能生成的某种特殊状态信号，同时结合其它计数器通道的脉冲生成功能，最终生成了我们所需要的连续的深度等距触发信号。在最终的产品设计中我们利用PCI-6602的5个计数器通道通过程序初始化控制实现了这个功能。这是我们首次通过使用标准工业数据采集卡实现深度数据的精确读取和触发信号的定距输出，它为整个系统得成功研制奠定了坚实的基础。

（2）多路复合信号实时同步采集方案设计：

测井数据采集系统通常需要根据定距或定时触发信号对多路直流信号、脉冲信号和数字信号进行实时同步测量。这就需要系统保证对多个采集卡间以及同一采集卡内部的多个测量通道间的数据采集的同一性和实时性，否则得到的数据就不能反映井下仪器在地层中真实状况。我们采用具有RTSI（实时同步接口）总线的 NI 6070E 或 NI6024E 用于直流信号的测量，PCI-6602 或 PCI-6601 用于脉冲信号和深度信号的测量，PCI-6534 或 PCI-6533用于数字信号的测量。系统中任何一块卡都可以根据工作模式的不同作为主卡来生成同步触发信号或用作从卡来接收同步触发信号。我们把主卡产生的同步触发信号加载到RTSI 总线上，由RTSI来同步其它从卡上的各个测量通道的数据采集，各块采集卡采集到的数据都以DMA方式传给主机内各自的数据缓冲区。由于整个触发和采集过程都是由系统硬件独立控制完成的，使得各个测量通道的采集延时可以控制在纳秒级。所有采集卡都采用DMA模式传输数据，这与以往系统多采用中断模式相比，极大的提高了系统工作效率。

通过RTSI总线我们把原来需要通过系统软件轮询依次读取各通道数据的工作方式转变成通过初始化各个采集卡的工作状态，然后由各采集卡（即系统硬件）的RTSI来控制采集的同步。这种工作方式的转变，不但降低了系统负荷，而且使系统测量的同步性和实时性得到了显著提高。这也是我们选用NI 公司数据采集卡来实现系统数据采集的一个重要原因。

（3）复杂编码格式数字信号高速传输与采集模式设计：

由于测井仪器种类繁多，一个设计合理的测井系统，必须考虑能与不同编码格式的井下仪器配接使用。由于PCI-6534通常情况下具有40MS/s的采样率，我们在系统设计中，充分开发PCI-6534的Pattern I/O功能，实现了复杂高速传输的数字的采集和解码，同时根据井下仪器的特点，可以把调理模块触发PCI-6534的信号加载到RTSI 总线上，以同步系统深度和其它数据的采集，也可以通过RTSI总线把定距或定时触发信号加载到PCI-6534上，以控制数字信号的采集模式。PCI-6534与系统前端数字信号调理模块配合使用，使系统具备了配接各种传输速率高、编码协议复杂的测井井下仪器的能力。

（4）直流信号高精度采集方案设计：

有些测井仪器上传的信号中，既有直流量也有脉冲量还有数字量，而且其直流量的采样频率一般要求达到1MS/ s。采集系统除了要完成井下仪器直流信号的高速采集外还要以定时或定距的模式和较低的采样率采集其它直流信号和脉冲信号。我们在设计中，通过对NI 6070E、PCI-6024E、PCI-6602、PCI-6534这四块卡综合编程控制，采用多通道多次复合同步触发技术，同时充分开发PCI-6534的数字信号模式触

发控制技术，实现了定时或定距触发条件下以高采样率采集井下仪器的直流信号，同时以低采样率采集井下仪器的脉冲信号、井口的直流信号和数字信号的工作模式。这是整个测井数据采集系统设计的难点。

（5）系统状态及井下仪器控制方案设计：

在系统调理模块和井下仪器状态控制设计中，我们选用PCI-6601, 利用它的Digital I/O功能，建立起了一套控制能力强大的32位命令输出体系。选用PCI-6601,主要是为了降低系统的总成本，根据需要也可以选择专门的数字I/O卡，或其它多功能卡。

系统软件设计

测井数据采集控制系统软件主要由现场测控及数据采集软件和测后数据分析处理软件构成，在软件开发上，我们选择使用VC++ 与NI 公司Measurement Studio 软件包相结合的开发方式，用VC++开发与操作系统底层相关的程序和曲线打印输出程序，使用Measurement Studio和CVI提供的类库开发与数据实时采集和曲线显示相关的程序。这种开发方案不但可以对操作系统进行灵活的控制而且充分利用了NI 公司提供的开发工具，从而极大的缩短了系统软件的开发时间。我们仅用了三个月的时间就完成了系统软件的设计，开发和测试工作。图2为系统软件中的脉冲中子氧活化测井及解释软件序界面。图3为系统软件总体框图。

我们使用NI公司的数据采集卡和软件开发工具实现了测井数据采集控制系统的基于标准工业数据采集产品的设计与开发。大幅度地降低了系统的开发和维护成本，缩短了系统的开发周期，提高了系统的稳定性和可靠性。此外，我们可以根据用户的需要对系统数据采集卡进行多种组合或把系统更新为PXI总线系统，实现功能各有侧重的测井数据采集控制系统。目前这套系统已生产20余套，成功应用于大庆油田和全国其它油田，取得了可观的经济效益，具有相当广阔的应用前景。

目前，我国电能能耗问题日益严重，电能消耗巨大，已经引起国家的重视，因此建立功能强大的电能能耗监测系统和详细的能耗监测系统方案是十分必要的，确定各类型的能耗标准，分析出重点用能单位和高能耗单位，并逐步对高能耗单位进行节能改造，最终让工厂、商铺、企业等降低成本，提高经济效益。

一、云集能耗监测系统设计依据：

《中华人民共和国节约能源法》

《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》

《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》

《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项计量设计安装技术导则》

《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统数据中心建设与维护导则》

《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设、验收与运行管理规范》

《公共建筑节能设计标准》GB 501 89-2005

《智能建筑设计标准》GB/ T50314- -2000

《中央空调水系统节能控制装置技术规范》GBT26759-2011

《供热计量技术规程》JGJ173-2009

《民用建筑电气设计规范》GJ-T16-2008

《电能计量装置技术管理规程》DL/T448-2000

《采暖通风与空气调节设计》GB50019-2003

《电测量及电能计量装置设计技术规程》SDJ9-1999

《户用计量仪表数据传输技术条件》CJ/T188-2004

二、云集能耗监测系统建设目标：

1、水、电能耗自动采集分析(按小时、日、月、年等生成各种报表)。

2、漏电、漏水能耗异常预警(对 监测点的能耗与历史数据对比)。

3、各单位、各区域能耗分户统计计量 (把能耗落实到各部门，数据说话)。

4、实现整个企业用电分项统计分析( 了解空调、照明、电脑等能耗)。

5、数据分析，找出节能空间点(与经验数据对比，发掘节能空间)。

6、排碳数据化:通过系统可实现建筑单位内人均能耗分析(包括水、电、能量),实现低

碳办公数据化。

7、区域能效比:实现建筑单位内区域能耗对比，方便能耗考核。

8、同期能效比:实现同年、同期、同一区域能耗对比，方便节能数据分析。

9、能耗评估管理:实现一个部门、一个区域、一个大楼等单位能耗使用合理评估，提出

节能改造方案。

10、能耗竞争排名:各个单位能耗对比，实现能耗排名，增强全企业工作人员的节能意识。

11、对能耗的使用数据进行综合的分析、统计、打印和查询等功能，并根据能耗监测管理系统的需要可选择不同样式报表的打印。为能耗运营管理部门提供可靠的依据。

12、能耗数据采集，随时查询，并根据采集数据进行统计分析，监测异常能源用量，对能源智能仪表故障进行报警，提高系统信息化、自动化水平。

三、云集能耗监测系统组成:

云集能耗监测系统由数据采集系统、数据传输系统和数据中心的软件硬件设备及系统组成。

四、云集能耗监测系统平台软件

云集能耗监测系统平台软件安装于物业管理部门或其它各种专业管理部门的服务器，上通过M-BUS或RS-485网络实现水、电、空调等各种能耗数据采集，实现能耗数据实时检测、系统设备状态实时检测等功能，并将数据保存在本地系统数据库中，可随时进行数据的统计、分析、处理和报表打印工作。

1、数据查询：应具备对建筑、楼层、用户编号、用户姓名、数据时 间、计费类型数据的查询功能。

2、报表打印：应具有默认标准报表打印格式，并附带报表格式设计软件，用户可根据需要，自定义/修改报表打印格式。

3、权限设定：应具有三级以.上操作员密码设定权限。

4、数据交换：系统数据可以以标准、通用的格式直接导出、查询及供其他系统进行数据交换。

5、实时数据显示: 在图形界面上应可实时显示计费数据和数据来源等属性。

6、报警管理：可实时检测系统的工作状态，包括:区域管理器、空调热量表、网络电表、网络水表等。

云集能耗监测系统平台软件可以实时显示不同车 间用电、水等关键能耗参数，省去人工抄表弊端。通过大量数据分析，明确各项能耗的具体去向，管理者掌握工厂能源消耗成本比重及发展趋势，实现用能的规范化管理，想了解适合自己行业的能耗监测系统方案，请向我公司技术人员咨询。

现在更多的人们去尝试使用与购买了无人机，这也代表着无人机的发展越来越先进，愈发的走进人们的生活当中。但现在市场中的无人机公司部队仍旧没有过多的扩张，于是就有更多的人们想要进入到无人机的市场中。胡心怡便是其中一个。但无人机，并没有想象中那么好做。

胡心怡曾是上海交通大学机械自动化专业的学生，身为浙江人，他总觉得体内流淌着浙商的血液，计划着在年满30岁时创业圆梦。他决定从旧公司离职，做一家为B端客户制造工业级无人机并提供完整解决方案的公司——伯镭智能科技。

2015年7月，胡心怡找好了办公场地，同团队研发第一款工业无人机。

就在同月，一家位于上海的央企航天机电联系到了胡心怡，决定来他的办公室看一看。航空机电的需求，是做一套可以搭载热成像镜头的无人四旋翼飞行器，用来完成光伏板巡检等工作。而航空机电最后选择了伯镭科技，并给了他们30余万元的合同。

在创业初期，资源匮乏的情况下，每一步都需要走得小心谨慎。在2016年3月，伯镭科技成为了大疆授权的行业应用系统方案提供商，在大疆飞行平台上进行二次开发。

以屋顶光伏电站前期勘测为例，传统人工探测需要至少2天时间，由工人爬上屋顶后测量具体数值。测量后，人员会将数据带回公司，用CAD做出简图后，再完成光伏电站设计。而使用伯镭科技开发的屋顶勘测套装只需要20分钟就可以完成上述全部工作。

据胡心怡介绍，目前在浙江省已有超过10家B端客户在使用伯镭科技的产品及服务，客单价在数万元不等，而客户使用伯镭的工具勘测一个屋顶的成本价格在100余元/次。

下一步，胡心怡计划将伯镭科技发展为智能化的大数据企业。他希望通过利用机器学习等技术，在云平台上教会计算机如何识别工程后期巡检过程出现的问题。例如可用无人机完成桥梁巡检，并将桥体出现的裂缝、坑槽、锈蚀等问题通过提取特征后使用机器学习算法将其归类，并自动生成报告送交客户。

现阶段，伯镭科技在全国范围内已拥有近50家客户。其主要获取客户的手段为通过行业渠道进行推广。2016年，公司共完成400余万元销售额，总计服务客户超50家，仅在浙江省就有超过10家采购单位。

据了解，该公司已在2016年6月完成天使轮融资，现正开启Pre-A轮融资，计划融资金额为500万元，拟出让10%股份。

未来，胡心怡计划进行新一轮融资，资金将用于团队建设、产品研发、市场推广等方面。

本文来自生意我最行，创业家系授权发布，略经编辑修改，版权归作者所有，内容仅代表作者独立观点。

对于大部分制造业企业，测量仪器的自动数据采集一直是个令人烦恼的事情，即使仪器已经具有RS232/485等接口，但仍然在使用一边测量，一边手工记录到纸张，最后再输入到PC中处理的方式。不但工作繁重，同时也无法保证数据的准确性，常常管理人员得到的数据已经是滞后了一两天的数据；而对于现场的不良产品信息及相关的产量数据，如何实现高效率、简洁、实时的数据采集更是一大难题。 深圳市乐凡信息科技有限公司（以下简称乐凡）作为国内领先的行业移动终端解决方案的供应商，针对生产现场的数据采集，研发出乐凡工业平板电脑首创的现场数据采集领先解决方案，帮助客户快速建立车间现场数据采集终端，实时获取车间现场的数据信息，为生产及决策提供实时的数据依据。

在生产行业的应用：　在生产现场，由于空间的限制，一般情况下不方便放置常规的工控主机，同时也基于成本的考虑，所以采用乐凡工业平板电脑是一个比较好的解决方案，采集数据时，可直接通过串口线与之相连，同时用户可在数据采集仪中设置产品相关的信息。

在机械加工行业的应用：　　在对机械加工中轴类零件的轴向及径向跳动测量时，常规的手工方法费时费力，同时其准确性由于采用人工读数的方法，也容易导致一定的误差，现在只需要使用乐凡工业平板电脑连接各种指示表,如百分表等,就可以实时采集测量的数据,并计算出各种测量结果,这样不但成本低，而且测量效率高。

　　乐凡工业平板电脑与SPC软件等系统的配合使用：　　数据采集作为SPC系统的核心组成部分,其在品质过程中处于一个非常重要的环节，好的数据采集方案可把品质管理人员从处理数据的繁重工作中解放出来，有更多的时间去解决实际的品质问题，同时即时的数据采集也真正地实现实时监控，尽早发现问题，避免更大的损失。

　　而乐凡工业平板电脑作为一种实时、自动、高效的数据采集终端，可直接接入仪器设备，将数据传输到服务器的数据库中，极大地减少人工数据采集的成本。　　乐凡工业平板电脑除了应用于以上几个方面外,也可以直接与IQC入料检验系统、工时管理系统、OEE设备管理系统等配合使用,总之,乐凡工业平板电脑作为工业数据采集终端，由于它的体积小、重量轻、高性能，并适于手持等特点,目前已经被广泛应用于工业生产现场实时数据采集中。

一、携程实时用户数据采集系统设计实践

随着移动互联网的兴起，特别是近年来，智能手机、pad等移动设备凭借便捷、高效的特点风靡全球，同时各类APP的快速发展进一步降低了移动互联网的接入门槛，越来越多的网民开始从传统PC转移至移动终端上。但传统的基于PC网站和访问日志的用户数据采集系统已经无法满足实时分析用户行为、实时统计流量属性和基于位置服务（LBS）等方面的需求。

我们针对传统用户数据采集系统在实时性、吞吐量、终端覆盖率等方面的不足，分析了在移动互联网流量剧增的背景下，用户数据采集系统的需求，研究在多种访问终端和多种网络类型的场景下，用户数据实时、高效采集的方法，并在此基础上设计和实现实时、有序和健壮的用户数据采集系统。此系统基于Java NIO网络通信框架（Netty）和分布式消息队列（Kafka）存储框架实现，其具有实时性、高吞吐、通用性好等优点。

1、技术选型和设计方案：

一个典型的数据采集分析统计平台，对数据的处理，主要由如下五个步骤组成：

图1、数据平台处理流程

其中，数据采集步骤是最核心的问题，数据采集是否丰富、准确和实时，都直接影响整个数据分析平台的应用的效果。本论文关注的步骤主要在数据采集、数据传输和数据建模存储这三部分。

为满足数据采集服务实时、高效性、高吞吐量和安全性等方面的要求，同时能借鉴互联网大数据行业一些优秀开源的解决方案，所以整个系统都将基于Java技术栈进行设计和实现。整个数据采集分析平台系统架构如下图所示：

图2（数据采集分析平台系统架构）

其中整个平台系统主要包括以上五部分：客户端数据采集SDK以Http(s)/Tcp/Udp协议根据不同的网络环境按一定策略将数据发送到Mechanic(UBT-Collector)服务器。服务器对采集的数据进行一系列处理之后将数据异步写入Hermes(Kafka)分布式消息队列系统。为了关联业务服务端用户业务操作埋点、日志，业务服务器需要获取由客户端SDK统一生成的用户标识（C-GUID），然后业务服务器将用户业务操作埋点、日志信息以异步方式写入Hermes(Kafka)队列。最后数据消费分析平台，都从Hermes(Kafka)中消费采集数据，进行数据实时或者离线分析。其中Mechanic(UBT-Collector)系统还包括对采集数据和自身系统的监控，这些监控信息先写入Hbase集群，然后通过Dashboard界面进行实时监控。

（1）基于NIO的Netty网络框架方案

要满足前面提到的高吞吐、高并发和多协议支持等方面的要求。我们调研了几种开源异步IO网络服务组件（如Netty、MINI、xSocket），用它们和NginxWeb服务器进行了性能对比，决定采用Netty作为采集服务网络组件。下面对它进行一些概要介绍：Netty是一个高性能、异步事件驱动的NIO框架，它提供了对TCP、UDP和文件传输的支持，Netty的所有IO操作都是异步非阻塞的，通过Future-Listener机制，用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得IO操作结果。

图3（Netty框架内部组件逻辑结构）

Netty的优点有：

a、功能丰富，内置了多种数据编解码功能、支持多种网络协议。

b、高性能，通过与其它主流NIO网络框架对比，它的综合性能最佳。

c、可扩展性好，可通过它提供的ChannelHandler组件对网络通信方面进行灵活扩展。

d、易用性，API使用简单。

e、经过了许多商业应用的考验，在互联网、网络游戏、大数据、电信软件等众多行业得到成功商用。

Netty采用了典型的三层网络架构进行设计，逻辑架构图如下：

图4（Netty三层网络逻辑架构）

第一层：Reactor通信调度层。该层的主要职责就是监听网络的连接和读写操作，负责将网络层的数据读取到内存缓冲区中，然后触发各种网络事件，例如连接创建、连接激活、读事件、写事件等，将这些事件触发到Pipeline中，再由Pipeline充当的职责链来进行后续的处理。

第二层：职责链Pipeline层。负责事件在职责链中有序的向前（后）传播，同时负责动态的编排职责链。Pipeline可以选择监听和处理自己关心的事件。

第三层：业务逻辑处理层，一般可分为两类：a. 纯粹的业务逻辑处理，例如日志、订单处理。b. 应用层协议管理，例如HTTP(S)协议、FTP协议等。

我们都知道影响网络服务通信性能的主要因素有：网络I/O模型、线程（进程）调度模型和数据序列化方式。

在网络I/O模型方面，Netty采用基于非阻塞I/O的实现，底层依赖的是JDKNIO框架的Selector。

在线程调度模型方面，Netty采用Reactor线程模型。常用的Reactor线程模型有三种，分别是：

a、Reactor单线程模型：Reactor单线程模型，指的是所有的I/O操作都在同一个NIO线程上面完成。对于一些小容量应用场景，可以使用单线程模型。

b、Reactor多线程模型：Rector多线程模型与单线程模型最大的区别就是有一组NIO线程处理I/O操作。主要用于高并发、大业务量场景。

c、主从Reactor多线程模型：主从Reactor线程模型的特点是服务端用于接收客户端连接的不再是一个单独的NIO线程，而是一个独立的NIO线程池。利用主从NIO线程模型，可以解决一个服务端监听线程无法有效处理所有客户端连接的性能不足问题。Netty线程模型并非固定不变的，它可以支持三种Reactor线程模型。

在数据序列化方面，影响序列化性能的主要因素有：

a、序列化后的码流大小（网络带宽占用）。

b、序列化和反序列化操作的性能（CPU资源占用）。

c、并发调用时的性能表现：稳定性、线性增长等。

Netty默认提供了对GoogleProtobuf二进制序列化框架的支持，但通过扩展Netty的编解码接口，可以实现其它的高性能序列化框架，例如Avro、Thrift的压缩二进制编解码框架。

通过对Netty网络框架的分析研究以及对比测试（见后面的可行性分析测试报告）可判断，基于Netty的数据采集方案能解决高数据吞吐量和数据实时收集的难点。

》》点击阅读全文

第一部分系统目标

省安全生产监督管理局安全数据采集管理中心的总体建设目标，就是建设一个对安监网安全巡查的数据进行统一采集、存储、管理的中心平台，实现能够使县市乃至省级安监局相关单位在安监专网网络范围内通过此系统将安全巡查过程中智能安全帽所记录巡查的各类数据（视频、音频和照片）上传到系统平台，进行统一存储管理，便于各县市省级单位同事及领导登录系统后，对上传的各类数据（视频、音频和相片）进行检索、查看、浏览、下载，满足对安监网巡查工作更细致的情况追踪和监控，实现更高效的业务转化。

系统主要特点

1、拥有自主研发的智能安全帽，使用该安全帽可实现在巡查工作过程中的全自动巡查记录或重点记录，在不影响巡查工作的各项操作下，实现静默且稳定的图像资料记录和保存，实现巡查工作的忠实记录和保存，以便于巡查工作更好的保存和追踪。

2、拥有自主研发的智能安全帽数据采集柜，具备智能的门锁技术，实现安全帽和储存柜的互相绑定，安全帽配合采集柜实现设备保存、设备充电、设备数据自动采集三合一功能，大大简化使用流程和提升使用便利性。

3、采集柜本机具备超大容量存储空间的同时，可实现手动或自动上传备份数据或者传输数据至制定数据位置，实现数据的分布存储或集中存储的不同需求。可根据条件设置自动化执行任务，实现自动定时或针对性备份或传输特定数据，同时不同数据支持互相迁移。

4、灵活多样、满足多途径的数据检索、统计和再利用能力，通过通用浏览器即可方便访问数据管理平台，实现远程的数据检索、预览、下载或备份。

5、完善的日志管理和追踪功能，用户在系统中的各项操作均会生成日志记录，方便层层溯源追踪把控。

6、完善的用户层级和权限管理，上百项细致入微的用户自定义权限内容，精确把控不同用户可在系统中获取的数据及操作权限，方便不同的使用和管理需求。

7、支持网状模型连接扩展，可无限扩展架构层级，无损添加新节点，满足不断扩张成长的业务需求。

通过该系统平台的建设，帮助省安监局各地单位建立远程的巡查数据管理入口，实现巡查业务更加精确高效安全的同时，将各地区的数据区块汇总接入，最终建立起属于省安监局单位独有的云端巡查数据管理中心。

第二部分系统逻辑结构

该方案可分为两种形成，每种形式各有优势和缺点，可以根据实际的需求情况，采用不同的搭建形式，满足不同的建设目标。、

一、分布存储独立架构

该架构下系统包含：一级应用服务器一台运行数据管理中心平台软件；一级数据服务器一台用于备份特殊重要数据满足少量独立存储需求；二级分布式数据采集柜多台。

通过多台数据采集柜互联构成采集柜网状结构，经由网络统一直接连接到一级应用服务器托管，实现应用服务器对所有网络内的数据采集柜的远程连接、访问和管理，同时一级数据服务器接入应用服务器，作为数据管理平台的备份数据存储中心，常规数据全部储存在区块中各自独立的数据采集柜内，网络内电脑通过浏览器开启数据管理中心后台登陆，即可实现远程的数据访问与管理，并根据应用服务器内的权限层级设定，实现不同的功能和效果。

结构拓扑图见（图1）

优点：

该模式下搭建平台更为简单快速，由于单层结构设计，可以大大免去网络层级的部署和规划，同时简化接入流程，提供快速更高效的平台建设和数据传输流程。数据采集柜接入网络，连接应用服务器即可实现托管。建设简单，相对建设成本较低，满足快速搭建小型网络平台或初期建立平台雏形，后续可方便的升级变换架构，升级成中心存储集群式。

缺点：

由于采用较为简单的单层结构，数据全部分布存储于数据采集柜，数据存储较为分散，访问并管理的效率较低，同时由于分布存储的原因，只安排了较小的数据服务器满足低比例的特殊备份需求，大量数据分散存储于不同地区采集柜中，数据产生丢失或者无法访问的风险较高，需要稳定的供电和网络维持基本的连接。同时分布式存储导致的数据访问并发情况较多，对网络的承载压力较大，传输链路较多跳转，导致效率较低。

二、中心存储集群架构

该架构下系统包含：一级应用服务器一台运行数据管理中心平台软件；一级数据服务器多台或多级数据服务器多台用于备份特定区块数据满足集群数据存储需求；二级分布式数据采集柜多台。

通过多台数据采集柜互联构成采集柜网状结构，经由网络连接到区块内独立数据服务器，区块设立可依据地区或者业务规划来定，多区块数据服务器最终通过网络统一连接中心应用服务器，实现应用服务器对所有网络内的数据采集柜和数据服务器都能实现远程连接、访问和管理，设定不同的权限层级可满足区块内数据访问的相对独立和区块间的数据仍能通信的需求，同时通过中心应用服务器设定自动化自定义条件任务，自动执行数据从数据采集柜汇总备份到区块数据服务器进行多层级分布式存储，最终实现数据的多重安全备份，高效汇总和自动化的分配目标。

结构拓扑图见（图2）

优点：

该架构下搭建而成的平台具备多区块分布存储备份，数据永不丢失，安全可靠，同时基于分布式存储技术接入网络后可实现更高效的可访问性和更稳定的数据传输。基于自动化的自定义任务可以在网络闲时自动静默汇总分散于采集柜中的零散数据集中传输至区块内的专用数据服务器进行存储，同时借由数据服务器的高速处理能力，实现更高效的远程访问、预览、下载、传输及检索操作。架构内采集工作、数据存储、中心访问分工明确，互不干扰运行更加稳定，同时可方便的无限拓展数据服务器数量，满足长远的平台成长需求。

缺点：

该方案搭建需要配合规划区块，搭建相对独立的数据服务器，同时由于多层级的架构加大了初期建设的工程难度和成本，基于分布式存储的形态需要安排更多的服务器安装空间。

第三部分系统运行环境

系统分为采集端CS程序和浏览器BS管理程序两部分。

系统采集程序运行在windows环境下，支持各种版本的windows系统，数据库支持SQL Server系列的数据库或其它版本的关系型数据库。

对安全帽采集数据的管理后台使用浏览器，支持目前主流的各种版本的浏览器。

第四部分产品介绍

智能安全帽

l高清宽动态摄像头，支持高清录像

l开机自动录像，免去繁琐操作

l机身一体化设计，镜头及照明灯内置，产品更美观

l高强度复合材料帽身，提供专业的安全帽应有的防护功能

l简约的功能操作设计，一键开机，一键录像，一键亮灯

l支持大容量最高128GB存储扩展，满足更持久的录像需求

数据采集柜

l高强度框架式机身，抗冲击防腐蚀外壳

l安全内部排布设计，满足长时间连续稳定运行需求

l内置键盘鼠标，屏幕支持触摸，多种操作方面满足不同场景需求

l多设备独立存储仓设计，方便单独存储安全帽以及其他装备。

l智能电子独立门锁设计，可实现独立开启每个存储仓位。

l支持多设备同时接入，满足大批量安全帽充电需求同时实现自动化数据采集上传

l支持网络化运行，可单机使用也可接入网络后交由统一服务器托管，实现多台采集柜互联构建采集网络。

l主柜6口，副柜10口，最多一主两副一共26口，但实际可用最多22口。

数据管理平台（服务器）

lBS轻量化设计架构，通用浏览器即可访问，满足更好的兼容性

l支持多条件数据检索，满足快速书筛选需求

l支持多层级网络架构，实现不同的平台建设需求

l支持用户权限管理，根据实际需求定义用户不同权限实现不同管控

l远程预览，远程下载，可通过网络随时访问数据并进行管理

l高度自定义的自动化任务系统，设定周期，时间，人员，单位等条件实现自动化数据备份操作。

第五部分：产品功能说明

一、产品示意图

一、GPRS 网络

GPRS 是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务，它是以数据流量计费、或大 数据的包月包年计费。覆盖范围广泛、数据传输速度更快。GPRS 的推出，为行业和企业用 户开展无线数据传输提供了基础设施平台，为推动移动办公的应用和发展创造了有利条件。 与有线网络相比，GPRS 网络具有租用费用低、移动办公，不受地域制约等优点。GPRS 的出 现为企业和行业用户开展无线办公提供了一种新的选择。

GPRS 通信方式更适合于各类数据采集业务，目前城市供水管网系统与各采用有线交互传输或电台方式，甚至有些偏远井道要有线网络接入成了不可能。月租费太高，用电话线传送数据按时间计费，带来诸多不便，费用也不便宜。GPRS的网络优点，包括5个方面：

1、覆盖范围

构建城市供水管网系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足城区、乡镇和跨地区的接入需求。由于管网检测点数量众多，分布在地 区的各个角落，而且地理位置分散。另外，还必须考虑今后系统扩充的可能，必须具有良 好的可扩展性。由于目前 GPRS 已覆盖省内绝大部分地区，能够满足城市供水管网系统对覆 盖范围的要求。

2、数据传输速率高

目前 GPRS 实际数据传输速率在 40Kbps 左右，完全能满足供水管 网系统数据传输速率的需求。

3、系统的传输容量大

城市供水管网系统要和每一个监测点实现实时连接。由于监测 点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而 GPRS 技术能很好地满足传输突发 性数据的需要。

4、通信费用控制灵活

采用传统的有线方式建立供水管网系统，必须租用专线或电话 线进行连接。由于管网监测点必须与中心随时保持连线状态，而每次数据发送的数据量很 小，线路资源利用率很低，平均每一个监测点每月的线路费用为 800～1200 元。而如果采 用 GPRS 通信方式，由于 GPRS 采用按数据流量计费的方式，资源利用率高，月通信费用将 在 200 元之内，如果数据量很大的情况下也可按包月或包年计费。

5、良好的实时响应与处理能力

与短消息服务比较，由于 GPRS 具有实时在线特性，系统无时延，可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

二、供水管网管理的概述

随着我国经济的发展、城市规模的扩大和现代化程度的不断提高，城市的供水管网系统也越来越庞大，且许多供水管线的填埋情况复杂、资料不清，有些管线甚至仅凭当时施工工人的记忆去寻找，造成诸多设计上的失误和施工中的事故。

采用人工方法，借助图纸、各类卡片来管理城市供水管网系统，已越来越难以满足 实际需要。所以实现对供水管网管理系统的需求是相当迫切的。业内众多有识之士已达成 共识：使用计算机，借助无线网络系统技术来进行供水管网的管理、管网设计及数据采集，已是势在必行。

基于 GPRS 网络平台的无线数据传输技术自 2002 年在中国正式商用以来，以“实时在线、 按流量计费、覆盖率广”等优势在各行业取得广泛应用。随着信息化的发展，无线采集传输已经完全取代了以往的各种有线接入。而以往的有线连接必须依赖于网络布线、固定电话线路，对于发展移动性的服务、增设新的服务网点、增设临时性的窗口常会受到有线连接的困扰。 同时布线还需要昂贵的费用和铺设时间，对已有的网络也会有影响，所以有线连接已经严重限制了目前各种信息化应用的主要原因。

三、供水管网数据采集与监控系统的概述

深圳信立科技供水管网数据采集与监控系统，基于XL.SN无线传感器网络技术、传感器技术和计算机技术，通过无线传感器采集节点管网温度、压力数据，并以433M通讯方式上传至物联网智能网关，物联网智能网关将接收到数据以GPRS通讯方式实时传输到监控服务器，工作人员在电脑、手机端通过XL.VIEW组态软件解析监控服务器的管网压力、温度数据，实现对城市不同地方多点管网温度、压力的监控。

管网数据采集与监控系统，包括三个工作层：

1、数据采集层，负责采集节点数据。

2、数据传输层，负责接收、传输节点数据。

3、监控应用层，负责对节点数据的解析、查看、统计、分析、打印。

四、供水管网数据采集与监控系统的工程界面

1、登录界面

2、数据报表

3、历史曲线

4、报警信息

五、供水管网数据采集与监控系统的优点

1、供水管网数据采集与监控系统建设过程中，无需布线，或减少布线数量，减少系统建设成本。

2、系统所需的设备安装调试方便，设备支持手机调试，提高运营维护的效率。

3、系统底层终端各种数据采集后统一传输到监控服务器，便于监控管理，提高供水管网管理效率。

六、供水管网数据采集与监控系统的软硬件设备

1、无线压力传感器

集压力采集、无线传输等功能，自动保存或恢复补传数据，支持手机现场调试的XL61无线压力传感器，也叫智能压力传感器，无线压力采集器等，属于无线传感器网络产品。

XL61无线压力传感器，具有防爆、低功耗、高精度、稳定性强、使用寿命长等特点，可选433MHZ，2.4GHZ，WI-FI等无线传输方式。XL61无线压力传感器，也叫智能压力传感器，无线压力采集器。它的应用范围广，无需布线，减少运维成本，安装便捷，即插即用，适用于供水管网、供气管网、供油管网、环境、制造业、化工、能源、仓储、办工场所等环境的温度实时采集、无线传输、现场或远程监测和预警。

2、无线温度传感器

集温度采集、无线传输等功能，自动保存或恢复补传数据，支持手机现场调试的XL61无线温度传感器（插入式），也叫智能温度传感器，无线湿度采集器，属于无线传感器网络产品。

XL61无线温度传感器（插入式），具有防爆、低功耗、高精度、稳定性强、使用寿命长等特点，可选433MHZ，2.4GHZ，WI-FI等无线传输方式。

XL61无线温度传感器（插入式）应用范围广，无需布线，减少运维成本，安装便捷，即插即用，适用于各种管网管道管沟、气象、农业大棚、养殖场、仓储馆藏、冷藏冰柜、实验室、机房、生产车间等环境的温度实时采集、无线传输、现场或远程监测和预警。

3、物联网智能网关

智能网关，也称为无线数据通讯网关、数据采集网关、物联网智能网关，具有高度集成化的特点，集数据接收、协议转换、无线通讯传输等功能，支持多种通讯协议和通讯方式，如可采用GPRS，433mhz，2.4G及以太网等多种通讯方式。

XL90智能网关，集通讯管理、数据接收、协议转换、数据处理转发等功能，支持手机现场调试，可同时接收多个无线传感器数据，支持2路以太网口(Ethernet)、RS485和1路RS232串口、无线传输等上行方式， 可选GPRS，433MHZ，2.4GHZ等无线传输方式。适用于构建大容量的智能传感网络，广泛应用于机房、机站动力、环境监控系统，低压配电监控系统，电能数据监控系统，工厂机器设备、生产线运行状态监控系统，生产信息采集系统等无线监测与预警。

4、XL.VIEW组态监控软件

XL.view组态监控软件是基于SQLServer 数据库的系统控制中心，负责系统历史数据存贮，更高层级的数据计算、统计、分析，数据展示、发布、推送等，支持XLPS、MODBUS TCP、MODBUS RTU、OPC等通信协议，可按用户要求提供定制协议，支持Mssql、Mysql、Access等数据库接口，支持Active/Com/Dll，并通过Java Script调用，支持Windows、Android、iOS平台访问，适用于Window XP,Windows 7,Windows Server 2003/2008 操作系统。

该组态软件，读取XL90、XL91智能网关，以及XL65、XL68通过GPRS上传的数据，生成历史数据库。对数据进行统计、分析，生成用户所需的各种报表、曲线、图形，技术指标；实时显示、发布各种环境参数数据等；自动推送通知、报警信息，提醒相关人员进行支援； PC、移动终端，依据访问权限，查询、浏览相关数据； 通过PC或移动智能终端，对现场设备进行控制； 支持百度地图和视频图像显示。

工业物联网无线数据采集系统，是一套具备终端数据采集，无线数据传输和数据应用分析等多功能的智能化数据采集和监控系统，它在市政供排水管网、供汽管网、热力管网、石油天然气管网、地下管沟监控；游泳池水箱水塔液位、大坝、河道水位、泵房浸水监控；蔬菜蘑菇、针金菇、水果、花卉、育苗等农业大棚智能环境监控；畜牧、家禽、水产等农业养殖智能环境监控；化工危化品石油天然气储罐区、电池、面粉仓库智能环境监控；电信机房、实验室、医院药房、生产车间、冷柜冰箱、图书馆、博物馆、档案室、粮库、烟草、酒糟酒曲酒窖等仓储馆藏智能环境监控；社区楼宇、港口工业园区、公园景区、校园广场、超市商场等大气环境质量智能监控；发动机、变频器等生产机器设备运行状态、仪器仪表能耗及生产缺料的智能监控等多个领域有着广泛的应用。

近年来，工业物联网无线数据采集系统的发展趋势是简化终端结构，在数据采集终端与主机之间采用无线通信，以代替复杂、不灵活的现场布线。该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可以扩展或修改系统，满足不同领域的需要。

针对工厂生产车间机器设备运行状态、运行工艺参数、运行能耗数据，以及管网运行状态数据、变配电系统运行数据、车间仓储库房环境参数等数据的采集、监控，深圳信立科技结合XL.SN无线传感器网络2.4GHz或433MHz模块技术、MES制造执行系统技术及无线传感器、无线测控装置RTU等，自主研发设计了一套工业版工厂生产车间无线数据采集系统解决方案，实现实时获取完整、准确的工厂生产制造过程中的各种数据，为企业提高生产制造管理提供基础数据，全面优化生产制造的管理手段、提高生产制造管理效率，向工业4.0靠近！

一、系统功能

1、采集设备运行状态：停止、待机、运行、故障、检修等等，以及发生的时间点；

2、采集设备运行工艺参数：压力、温度、流量、转速、计数、风速、位移等；

3、采集设备运行能耗：电流、功率、电能；汽、气消耗量；

4、采集企业供水、供汽、空压、制冷等设备及相应管网的运行状态数据；

5、采集企业变配电系统运行数据；

6、监控车间环境参数，以及仓储库房环境参数。

二、系统通讯方案

1、XL.SN智能传感网络采集结构

XL90物联网智能网关，可同时构建433MHz和2.4GHz两种不同结构的传感网络，用于接收终端采集的数据，并上传至服务器。其中433MHz用于跨车间、厂区内的数据传输，2.4GHz用于车间内的数据传输。

2、XL.SN通讯网络方案

a、XL90物联网智能网关通过2.4GHz或433MHz等方式读取节点设备数据后，进行协议转换、数据处理，通过局域网，上传数据至MES服务器；

b、XL90物联网智能网关通过以太网，从第三方监控系统，如电力监控系统、EMS、DCS、智能楼宇系统等等，读取数据；

c、MES服务器，或XL90物联网智能网关，通过以太网，将数据转发给第三方系统，如EMS、ERP等。如图2。

3、物联网智能网关数据接入MES系统通讯方案

XL90物联网智能网关通过企业局域网，和MES服务器通讯。 XL90智能网关和MES的通信协议，可选以下3种： 建议首选：XL/9E-RDF Redis数据交换协议； 建议次选：XL/9E-DF 数据库格式协议； 建议再次选：XL/9E-UDP 通信协议； 工业以太网通用协议：MODBUS TCP。（不太建议选择）

三、系统解决方案

1、设备信号采集

配置XL60智能测装置，采集机器设备的运行信号，通过2.4GHz或433MHz方式上传，实现生产制造设备的信号采集。

2、设备控制器的数据采集

选配XL66智能转换器，读取机器设备控制装置及现场监控仪表采集的信号，通过2.4GHz或433MHz等方式接入传感网络。

3、管道压力、温度，车间环境、仓储环境的气体浓度、温湿度采集

选配XL61系列智能传感器，采集管道压力、温度，车间环境、仓储环境的气体浓度、温湿度，通过无线上传，并在需要的通道，出、入口设置声光报警器，或启动紧急设备。

4、其他信号采集

选配XL60智能测控装置，及XL68智能环境监测装置，采集火灾探测器、噪音传感器，光照传感器，液位变送器，压力变送器等等设备，以及系统原配的仪表数据。

四、系统优势

1、工厂生产车间无线数据采集系统建设过程中，无需布线，或减少布线数量，减少系统建设成本。

2、系统所需的设备安装调试方便，设备支持手机调试，提高运营维护的效率。

3、系统底层终端各种数据采集后统一接入企业MES系统，便于监控管理，提高企业生产管理效率。

五、系统配套

整个无线数据采集系统方案，根据应用需要配套的软硬件设备，包括XL90物联网无线智能网关、XL60智能测控装置RTU、XL68智能环境测控装置RTU、XL66智能转换器，以及XL61无线压力传感器、XL61无线温度传感器、XL61无线气体传感器、XL51无线温湿度传感器等无线传感器，还有MES制造执行系统软件。

六、适用范围

深圳信立科技设计的工业版工厂生产车间无线数据采集系统解决方案，适用于在我国珠三角、长三角、京津冀等沿海发达地区，以及重庆、成都、湖北、河南、安徽等内陆省份的电子加工制造、汽车制造、钢铁冶炼、机械装备、食品生产、医药生产等各行业制造业工厂。