本发明属于物联网应用技术领域，具体涉及一种基于物联网的数据采集方法。
背景技术：
智能制造在流程制造业以及汽车、航空、工程机械等离散制造业已实现了初步应用，但在船舶制造业，智能制造的研究和应用尚处于起步阶段。船舶生产过程中，物联网技术尚未成熟应用，生产管理模式滞后，生产效率难以提高。
船舶分段制造、管子加工和预喷涂等复杂制造过程涉及人员、物料、设备等制造资源以及加工进度、生产过程工艺、加工质量等生产执行状态信息。目前，无法及时获取生产计划执行状态、物料位置信息、设备状态信息等，致使生产效率难以提高。例如，对现场物料的管理而言，由于缺乏有效的自动化识别、定位、跟踪方法，导致无法分析和处理相关现场数据，进而也就无法为船舶制造数字化监控和管理提供支撑；由于缺乏现场高效、高精度尺寸、姿态、表面质量等数据采集方法，无法实现对船舶制造工艺过程质量和现场执行进度的实时监测与作业指导，严重影响制造精度和效率。
总之，目前我国船舶制造现场，由于缺乏实际生产现场的数据，从而影响了生产计划协调以及决策。
技术实现要素：
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于物联网的数据采集方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种基于物联网的数据采集方法，包括以下步骤：
步骤1，构建数据采集拓扑图，所述数据采集拓扑图包括感知层、网络层和应用层；
步骤2，所述感知层，包括采集单元和数据处理单元；通过所述采集单元采集并存取底层基础数据；其中，所述底层基础数据包括生产设备的工作状态信息、生产设备的控制信息、零部件的物流信息、零部件的生产状态信息和零部件的反馈信息；
然后，所述数据处理单元，采用中间件技术对所述采集单元采集到的所述底层基础数据进行协议转换、数据融合以及数据发布；
具体的，所述采集单元，根据船厂现场生产环境以及感知对象的特性，针对性的使用二维码和rfid相结合的智能标识技术，包括船厂内场采集单元和船厂外场采集单元；所述船厂内场采集单元包括内场二维码标签、内场rfid标签、内场二维码阅读器、内场rfid阅读器和手机；所述内场二维码标签粘贴在船厂内场的零部件表面；所述内场rfid标签粘贴在船厂内场的非零部件表面；通过所述内场二维码阅读器，采集所述内场二维码标签对应的零部件的位置及状态信息；通过所述内场rfid标签，采集所述内场rfid标签对应的非零部件的位置及状态信息；所述手机用于采集内场中人员的位置信息；所述船厂外场采集单元包括手持或固定终端、外场二维码阅读器、外场rfid阅读器、北斗定位模块；通过所述手持或固定终端，采集外场人员的位置信息；通过所述外场二维码阅读器，采集外场二维码标签对应的零部件的位置及状态信息；通过所述外场rfid阅读器，采集外场rfid标签对应的非零部件的位置及状态信息；通过所述北斗定位模块，采集外场车辆的位置信息；
步骤3，所述数据处理单元，包括读写适配器模块、数据处理模块、管理中心模块和数据存储模块；通过所述读写适配器模块，对所述底层基础数据进行数据收发、数据格式转换，将不同类型的读写器数据转换成统一的格式后，以命令接口的方式传输给所述数据处理模块；通过所述数据处理模块，对所述读写适配器模块提供的标准数据按照先后顺序进行去冗余、过滤操作，形成最终的有效底层数据信息，并发送至所述网络层；
通过所述管理中心模块，完成数据处理模块和读写适配器模块的配置；通过所述数据存储模块，对经过处理的有效底层数据信息进行暂时本地存储；
步骤4，通过所述网络层，实现所述应用层与所述感知层之间的信息交换通道；所述网络层采用立体分层混合组网技术、无线自组网技术、移动状态下的网络接入技术和信息安全技术，实现在船厂不同区域形成的不同环境下的网络接入，使船厂网络全覆盖，满足所述应用层与所述感知层之间的可靠的、实时、大数据量的信息交互；
步骤5，通过所述应用层，对所述网络层传输的有效底层数据信息进行分析处理，进行相应的业务决策，并提供友好的人机接口平台，智能展示各有效底层数据信息，并指导生产。
优选的，所述网络层，具体用于：所述立体分层混合组网技术，包括有线网络、无线网络以及两者混合组网，优先使用有线网络，在布线困难的特定场合采用无线网络，无线网络还适用于船厂车间外地域较广的场所，两者互为补充，实现全船厂网络覆盖，尤其是遮挡严重的环境；所述无线自组网技术用于快速组网，实现密闭舱室环境需要的临时网络接入；所述移动状态下的网络接入技术，用于实现车载和手持终端在移动状态下快速、稳定的接入网络；所述信息安全技术，用于通过数据加密、通信链路安全防范以及数据库安全防范技术，确保船厂物联网的安全环境，从而实现船厂生产信息安全可靠的传输。
优选的，所述应用层，包括综合管理模块、生产管理模块、生产物流监控模块和集成接口模块；所述生产物流监控模块，用于实现物流单位的定位、测量和监控；所述生产管理模块，用于实现计划协同、作业协同和资源管理；所述综合管理模块，用于实现办公自动化、安全保密和资产管理；所述集成接口模块，用于提供生产计划、erp、pdm系统的接口。
本发明提供的基于物联网的数据采集方法具有以下优点：
将物联网技术深入应用到船舶生产中去，应用船舶制造现场实时感知系统，实现船舶生产现场全面可靠的定位和跟踪，获取船舶制造过程的分段建造计划执行状态，分段场地堆放，物流配送和设备利用等数据，从而实现对船舶制造工艺过程质量和现场执行进度的实时监测与作业指导，提高制造精度和效率，推进我国船厂的智能化升级和改造，提升中国造船行业的制造水平，提高中国造船企业在世界船舶领域的核心竞争力。
附图说明
图1为本发明提供的基于物联网的数据采集方法的结构示意图；
图2为本发明提供的基于物联网的数据采集方法的实现原理图。
其中：1-零部件；2-托盘；3-车辆；4-二维码/rfid标签；5-二维码阅读器；6-rfid阅读器；7-手机；8-手持/固定终端；9-二维码/rfid阅读器；10-北斗；11-有线网络；12-无线网络(wifi)；13-lora组网；14-路由；15-网关；16-服务器；17-智能看板；18-智能pad；19-pc端。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
船舶分段制造、管子加工和预喷涂等复杂制造过程涉及人员、物料、设备等制造资源以及加工进度、生产过程工艺、加工质量等生产执行状态信息。由于现场缺乏实时数据采集系统，无法及时获取生产计划执行状态、物料位置信息、设备状态信息等，致使生产效率难以提高。例如，对现场物料的管理而言，由于缺乏有效的自动化识别、定位、跟踪方法，导致无法分析和处理相关现场数据，进而也就无法为船舶制造数字化监控和管理提供支撑；由于缺乏现场高效、高精度尺寸、姿态、表面质量等数据采集方法，无法实现对船舶制造工艺过程质量和现场执行进度的实时监测与作业指导，严重影响制造精度和效率。总之，目前我国船舶制造现场缺乏实时感知系统，无法及时获取船舶制造过程的分段建造计划执行状态，分段场地堆放，物流配送和设备利用等数据，致使生产计划协调以及决策缺乏实际生产现场的数据支撑。
为解决上述问题，本发明提供一种适用于船舶生产车间的基于物联网的数据采集方法，通过对物联网技术的应用，推进我国船厂的智能化升级和改造，实现船舶生产过程的数字化管控和智能决策，提高船厂生产效率，增强船厂竞争力。
基于物联网的数据采集方法，包括以下步骤：
步骤1，构建数据采集拓扑图，所述数据采集拓扑图包括感知层、网络层和应用层；
步骤2，所述感知层，包括采集单元和数据处理单元；通过所述采集单元采集并存取底层基础数据；其中，所述底层基础数据包括生产设备的工作状态信息、生产设备的控制信息、零部件的物流信息、零部件的生产状态信息和零部件的反馈信息；
然后，所述数据处理单元，采用中间件技术对所述采集单元采集到的所述底层基础数据进行协议转换、数据融合以及数据发布；
具体的，所述采集单元，根据船厂现场生产环境以及感知对象的特性，针对性的使用二维码和rfid相结合的智能标识技术，包括船厂内场采集单元和船厂外场采集单元；所述船厂内场采集单元包括内场二维码标签、内场rfid标签、内场二维码阅读器、内场rfid阅读器和手机；所述内场二维码标签粘贴在船厂内场的零部件表面；所述内场rfid标签粘贴在船厂内场的非零部件表面；通过所述内场二维码阅读器，采集所述内场二维码标签对应的零部件的位置及状态信息；通过所述内场rfid标签，采集所述内场rfid标签对应的非零部件的位置及状态信息；所述手机用于采集内场中人员的位置信息；所述船厂外场采集单元包括手持或固定终端、外场二维码阅读器、外场rfid阅读器、北斗定位模块；通过所述手持或固定终端，采集外场人员的位置信息；通过所述外场二维码阅读器，采集外场二维码标签对应的零部件的位置及状态信息；通过所述外场rfid阅读器，采集外场rfid标签对应的非零部件的位置及状态信息；通过所述北斗定位模块，采集外场车辆的位置信息；
步骤3，所述数据处理单元，包括读写适配器模块、数据处理模块、管理中心模块和数据存储模块；通过所述读写适配器模块，对所述底层基础数据进行数据收发、数据格式转换，将不同类型的读写器数据转换成统一的格式后，以命令接口的方式传输给所述数据处理模块；通过所述数据处理模块，对所述读写适配器模块提供的标准数据按照先后顺序进行去冗余、过滤操作，形成最终的有效底层数据信息，并发送至所述网络层；
通过所述管理中心模块，完成数据处理模块和读写适配器模块的配置；通过所述数据存储模块，对经过处理的有效底层数据信息进行暂时本地存储；
步骤4，通过所述网络层，实现所述应用层与所述感知层之间的信息交换通道；所述网络层采用立体分层混合组网技术、无线自组网技术、移动状态下的网络接入技术和信息安全技术，实现在船厂不同区域形成的不同环境下的网络接入，使船厂网络全覆盖，满足所述应用层与所述感知层之间的可靠的、实时、大数据量的信息交互；
步骤5，通过所述应用层，对所述网络层传输的有效底层数据信息进行分析处理，进行相应的业务决策，并提供友好的人机接口平台，智能展示各有效底层数据信息，并指导生产。
其中，所述网络层，具体用于：所述立体分层混合组网技术，包括有线网络、无线网络以及两者混合组网，优先使用有线网络，在布线困难的特定场合采用无线网络，无线网络还适用于船厂车间外地域较广的场所，两者互为补充，实现全船厂网络覆盖，尤其是遮挡严重的环境；所述无线自组网技术用于快速组网，实现密闭舱室环境需要的临时网络接入；所述移动状态下的网络接入技术，用于实现车载和手持终端在移动状态下快速、稳定的接入网络；所述信息安全技术，用于通过数据加密、通信链路安全防范以及数据库安全防范技术，确保船厂物联网的安全环境，从而实现船厂生产信息安全可靠的传输。
其中，所述应用层，包括综合管理模块、生产管理模块、生产物流监控模块和集成接口模块；所述生产物流监控模块，用于实现物流单位的定位、测量和监控；所述生产管理模块，用于实现计划协同、作业协同和资源管理；所述综合管理模块，用于实现办公自动化、安全保密和资产管理；所述集成接口模块，用于提供生产计划、erp、pdm系统的接口。
如图1所示，本发明还提供一种基于物联网的数据采集系统，包括：感知层、网络层和应用层；
所述感知层，包括采集单元和数据处理单元；所述采集单元用于采集并存取底层基础数据；其中，所述底层基础数据包括生产设备的工作状态信息、生产设备的控制信息、零部件的物流信息、零部件的生产状态信息和零部件的反馈信息；所述数据处理单元，用于采用中间件技术对所述采集单元采集到的所述底层基础数据进行协议转换、数据融合以及数据发布；
具体的，所述采集单元，根据船厂现场生产环境以及感知对象的特性，针对性的使用二维码和rfid(radiofrequencyidentification无线射频识别)相结合的智能标识技术，包括船厂内场采集单元和船厂外场采集单元；所述船厂内场采集单元包括内场二维码标签、内场rfid标签、内场二维码阅读器、内场rfid阅读器和手机；所述内场二维码标签粘贴在船厂内场的零部件表面；所述内场rfid标签粘贴在船厂内场的非零部件表面；所述内场二维码阅读器用于采集所述内场二维码标签对应的零部件的位置及状态信息；所述内场rfid标签用于采集所述内场rfid标签对应的非零部件的位置及状态信息；所述手机用于采集内场中人员的位置信息；所述船厂外场采集单元包括手持或固定终端、外场二维码阅读器、外场rfid阅读器、北斗定位模块；所述手持或固定终端用于采集外场人员的位置信息；所述外场二维码阅读器用于采集外场二维码标签对应的零部件的位置及状态信息；所述外场rfid阅读器用于采集外场rfid标签对应的非零部件的位置及状态信息；所述北斗定位模块用于采集外场车辆的位置信息；
所述数据处理单元，包括读写适配器模块、数据处理模块、管理中心模块和数据存储模块；所述读写适配器模块，用于对所述底层基础数据进行数据收发、数据格式转换，将不同类型的读写器数据转换成统一的格式后，以命令接口的方式传输给所述数据处理模块；所述数据处理模块对所述读写适配器模块提供的标准数据按照先后顺序进行去冗余、过滤操作，形成最终的有效底层数据信息，并发送至所述网络层；所述管理中心模块，用于完成数据处理模块和读写适配器模块的配置；所述数据存储模块，用于对经过处理的有效底层数据信息进行暂时本地存储，可以减少网络传输压力，提高网络传输效率，避免数据拥堵，提高系统性能。
所述网络层，用于实现所述应用层与所述感知层之间的信息交换通道；船厂的不同区域形成了不同的网络接入环境，所述网络层采用立体分层混合组网技术、无线自组网技术、移动状态下的网络接入技术和信息安全技术，实现在船厂不同区域形成的不同环境下的网络接入，使船厂网络全覆盖，满足所述应用层与所述感知层之间的可靠的、实时、大数据量的信息交互；
网络层，具体用于：所述立体分层混合组网技术，包括有线网络、无线网络以及两者混合组网，优先使用有线网络，在布线困难的特定场合采用无线网络，无线网络还适用于船厂车间外地域较广的场所，两者互为补充，实现全船厂网络覆盖，尤其是遮挡严重的环境；所述无线自组网技术用于快速组网，实现密闭舱室环境需要的临时网络接入；所述移动状态下的网络接入技术，用于实现车载和手持终端在移动状态下快速、稳定的接入网络；所述信息安全技术，用于通过数据加密、通信链路安全防范以及数据库安全防范技术，确保船厂物联网的安全环境，从而实现船厂生产信息安全可靠的传输。
所述应用层，用于对所述网络层传输的有效底层数据信息进行分析处理，进行相应的业务决策，并提供友好的人机接口平台，智能展示各有效底层数据信息，并指导生产。
所述应用层，包括综合管理模块、生产管理模块、生产物流监控模块和集成接口模块；所述生产物流监控模块，用于实现物流单位的定位、测量和监控；所述生产管理模块，用于实现计划协同、作业协同和资源管理；所述综合管理模块，用于实现办公自动化、安全保密和资产管理；所述集成接口模块，用于提供生产计划、erp、pdm系统的接口，在船厂实际生产过程中实现数字化管控。
下面介绍本发明一个具体实施例，如图2所示，基于物联网的船舶生产物流数据采集系统，包括感知层、网络层、应用层。所述感知层采集底层基础数据，所述应用层对数据进行分析处理并指导生产，两者之间通过网络层进行数据信息交互。
所述感知层：根据船厂现场生产环境以及感知对象的特性，针对性的使用二维码和rfid相结合的智能标识技术。二维码标签粘贴在经过预处理、切割后的钢板，以及在船厂内场生产过程中产生的小体积、零碎化的零部件。rfid标签粘贴在物料托盘、现场设备、大型设备的附件等。在船厂内场，通过二维码阅读器、rfid阅读器、手机等终端对车间内的相关设备、物料、托盘、人员等进行数据采集，获取其位置及状态等信息。在船厂外场，通过手持或固定终端、二维码/rfid阅读器对托盘、人员等进行定位以及信息的传递，利用北斗定位技术进行车辆位置数据的采集与信息的传递，
所述网络层：船厂车间内大量设备以及环境状态使得需要使用有线网络和无线网络的相互补充进行信息传递，并利用工业以太网进行网络传输。船厂车间内主要由有线网络、无线网络(wifi)及两者混合进行组网，将所述感知层获取的数据信息进行传递，并通过路由连接到工业以太网进而与所述应用层连接。船厂车间外地域广，不适合使用有线网络通信，而需要使用中远距网络，即lora组网技术，将所述感知层获取的信息进行传递，并通过网关连接到工业以太网进而与所述应用层连接。
所述应用层：服务器接收所述网络层传输的数据信息并进行分析处理，将结果分别相应的传输到pc端、智能看板、智能pad等终端设备，提供人机交互的智能平台，进而指导生产。智能看板实时显示物流作业计划、当前进度等重要信息，实现车间各作业区、各工位之间的信息共享。智能pad用于船舶生产现场移动作业需求，进行生产物流任务的分发、领取和反馈。
本发明提供的基于物联网的数据采集方法具有以下优点：
(1)将物联网技术深入应用到船舶生产中去，应用船舶制造现场实时感知系统，实现船舶生产现场全面可靠的定位和跟踪，获取船舶制造过程的分段建造计划执行状态，分段场地堆放，物流配送和设备利用等数据，从而实现对船舶制造工艺过程质量和现场执行进度的实时监测与作业指导，提高制造精度和效率，推进我国船厂的智能化升级和改造，提升中国造船行业的制造水平，提高中国造船企业在世界船舶领域的核心竞争力。
(2)实现对船厂生产要素的动态管理，减少纸质化记录，实现派工的信息化，进行生产信息智能管理，实现对生产的数据追踪，缩短船舶建造生产周期，有利于提高企业管理水平、提高工作效率、提高企业形象、降低企业生产成本、激发员工的生产积极性等，从而提高船舶生产企业的市场竞争力，使企业获得更大的利润空间。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。