本发明涉及工程安全监测，具体是一种基于元数据的虚拟监测仪器及系统。
背景技术：
1、工程安全监测是指对工程项目进行安全性监测和评估的一项技术活动。随着工程建设规模的不断扩大和工程项目的复杂性增加，工程安全监测在工程建设中的重要性日益凸显。工程安全监测不仅需要收集大量的监测数据，还需要对这些数据进行分析和处理。随着数据处理和人工智能技术的不断发展，工程安全监测的数据分析能力也得到了提升。但在数据采集上，由于仪器种类众多，同一监测项有多种仪器类型，造成数据统一困难。
2、现有的监测系统运行在直接的仪器监测数据基础上，其优点在于使用简单，开箱即用，但同时缺点也十分明显，但有新类型的仪器需要加入系统，或采购不同产家的仪器时，会有数据字段的差异，需要人工修改代码增加仪器类型，并编写图形、表格等相应的展示及统计代码，开发成本高，时间周期长，影响使用，是最大的问题。
3、以温度传感器为例，有电阻式温度传感、电容式温度传感器，由于工作原理不同，数据字段也不同，但在使用过程中，常常只关心由其参数与测量值所计算的成果。
4、以位移计为例，在使用中常常关键的是多支位移计组合后的数据，关心各支仪器相对于某一支仪器的位移状态。现有系统无法快速的定义这些仪器，获取最终成果。
5、当系统中添加新的仪器种类后，需要为其开发对应的仪器图形、过程线图、特征值表、数据分析功能等，造成开发周期长，人力成本较高。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题就是克服以上的技术缺陷，提供一种基于元数据的虚拟监测仪器及系统采用元数据，对仪器种类中的参数、字段进行定义，采用数据内公式计算数据成果；将定义好的仪器再次进行组合，可将不同仪器种类组合在一起形成新的仪器，成果可调用内部组合仪器或直接引用外部仪器数据进行计算；采用图形配置及表格配置，动态实现图表展示。采用动态分析配置，实现数据动态分析。
2、为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种基于元数据的虚拟监测仪器及系统，包括仪器数据处理与分析软件、虚拟仪器组合使用、数据持久化和储存；
3、作为优选地，所述仪器数据处理与分析包括软件平台、定义元数据、数据调用引用一、数据处理分析一、数据展示和可视化，所述虚拟仪器组合使用包括定义虚拟仪器、数据采集、数据调用引用二、数据处理分析二、数据展示验证，所述数据持久化和储存包括定义数储存结构、数据储存优化、数据读取和引用、数据备份和恢复。
4、进一步，所述软件平台包括数据库和数据管理系统，所述元数据定义根据不同仪器参数和字段并建立仪器种类模板，所述仪器种类模板包括以下要素：仪器种类名、仪器图标、是否组合虚拟仪器、计算参数、监测字段元数据。
5、进一步，所述仪器种类定义为采用元数据构建基本仪器种类模板，自动将对应的数据持久化，存储在磁盘上，所述计算参数包含：参数名称、标识、单位、小数位数；所述监测字段元数据属性包括：字段名、标识、单位、小数位数、唯一标识、最大值、最小值、公式；所述虚拟仪器定义为：可将不同种类仪器组合为新的虚拟仪器，在虚拟仪器中，每支仪器将被赋予内部的唯一标识，可将标识应用于仪器内部数据引用，所述调用其他仪器数据：采用“仪器标识.字段”的形式进行数据调用，结合索引，可采用中括号加数字或时间取前几次测值或某一时间的测值。
6、进一步，所述数据调用引用一通过"仪器标识.字段"的形式，在软件中调用其他仪器的数据，并进行计算和分析，所述数据处理分析一利用软件平台提供的功能，对调用的数据进行统一处理和分析，例如数据清洗、数据变换、数据关联，所述数据展示和可视化利用图形配置和表格配置的方式，将处理后的数据以图表的形式动态展示，帮助用户直观理解和解释数据。
7、进一步，所述定义虚拟仪器根据实际需求，通过组合不同种类的仪器，定义新的虚拟仪器，并确定其相关参数和字段，所述数据采集利用虚拟仪器进行实验或测试，采集数据并存储到数据库中，所述数据调用引用二通过"仪器标识.字段"的形式，在后续的处理和分析中调用虚拟仪器的数据，所述数据处理分析对调用的虚拟仪器数据进行统一处理和分析，例如进行数据挖掘、模型建立，所述结果展示和验证通过图表、图像等方式展示处理后的数据结果，并验证虚拟仪器的性能和准确性。
8、进一步，所述定义数据存储结构根据仪器参数和字段，定义合理的数据存储结构，将元数据持久化存储在磁盘上，所述数据存储优化通过对数据的组织和存储进行优化，提高数据的读取和处理效率，减少数据存储空间的占用，所述数据读取和引用通过索引和时间的概念，实现对特定数据的快速读取和引用，提高数据的灵活性和可用性，所述数据备份和恢复建立数据备份机制，保证数据的安全性和可恢复性。
9、进一步，所述虚拟仪器数据引用举例如下：三点位移计，其中位移值为m，分别为三支位移计设定新的标识：l1、l2、l3，组合后产生l为虚拟仪器，在l中有m1位移、m2位移，可使用l2.m-l1.m计算m1，l3.m-l1.m计算m2。
10、进一步，所述“仪器标识.字段”举例如下：“仪器标识.字段[2]”、“仪器标识.字段[20020101123253]”。
11、本发明与现有的技术相比的优点在于：
12、(1)本发明通过采用元数据进行仪器参数和字段的定义，统一了不同仪器类型的数据字段，解决了现有技术中数据统一困难的问题。这样一来，不同仪器的数据可以被统一处理和分析，提高了数据的一致性和比较性；
13、(2)本发明提供了虚拟仪器的定义和组合功能，可以将不同种类的仪器组合为新的虚拟仪器，使得系统具备了更强的灵活性和可扩展性，可以方便地适应新型仪器的加入或不同仪器组合方式的需求；
14、(3)本发明通过图形配置和表格配置的方式，本方案实现了图表的动态展示，使数据更加直观和易于理解。同时，结合流程图、原理框图、电路图、时序图等附图进行说明，可以更清晰地展示数据分析和处理的过程，帮助用户更好地理解和解释数据；
15、(4)本发明采用了统一的数据调用方式，即“仪器标识.字段”的形式。通过这种方式，用户可以方便地调用其他仪器的数据，并进行计算和分析。此外，通过引入索引和时间的概念，用户可以灵活地选择需要的数据，提高了数据的灵活性和可用性。
16、(5)本发明将仪器种类模板和元数据持久化存储在磁盘上，确保了数据的长期保存和可靠性。同时，通过对数据的组织和存储优化，可以提高数据的读取和处理效率，加快数据分析和计算的速度。
1.一种基于元数据的虚拟监测仪器及系统，其特征在于：包括仪器数据处理与分析软件、虚拟仪器组合使用、数据持久化和储存；
2.根据权利要求1所述的一种基于元数据的虚拟监测仪器及系统，其特征在于：所述软件平台包括数据库和数据管理系统，所述元数据定义根据不同仪器参数和字段并建立仪器种类模板，所述仪器种类模板包括以下要素：仪器种类名、仪器图标、是否组合虚拟仪器、计算参数、监测字段元数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于元数据的虚拟监测仪器及系统，其特征在于：所述仪器种类定义为采用元数据构建基本仪器种类模板，自动将对应的数据持久化，存储在磁盘上，所述计算参数包含：参数名称、标识、单位、小数位数；所述监测字段元数据属性包括：字段名、标识、单位、小数位数、唯一标识、最大值、最小值、公式；所述虚拟仪器定义为：可将不同种类仪器组合为新的虚拟仪器，在虚拟仪器中，每支仪器将被赋予内部的唯一标识，可将标识应用于仪器内部数据引用，所述调用其他仪器数据：采用“仪器标识.字段”的形式进行数据调用，结合索引，可采用中括号加数字或时间取前几次测值或某一时间的测值。
4.根据权利要求1所述的一种基于元数据的虚拟监测仪器及系统，其特征在于：所述数据调用引用一通过"仪器标识.字段"的形式，在软件中调用其他仪器的数据，并进行计算和分析，所述数据处理分析一利用软件平台提供的功能，对调用的数据进行统一处理和分析，例如数据清洗、数据变换、数据关联，所述数据展示和可视化利用图形配置和表格配置的方式，将处理后的数据以图表的形式动态展示，帮助用户直观理解和解释数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于元数据的虚拟监测仪器及系统，其特征在于：所述定义虚拟仪器根据实际需求，通过组合不同种类的仪器，定义新的虚拟仪器，并确定其相关参数和字段，所述数据采集利用虚拟仪器进行实验或测试，采集数据并存储到数据库中，所述数据调用引用二通过"仪器标识.字段"的形式，在后续的处理和分析中调用虚拟仪器的数据，所述数据处理分析对调用的虚拟仪器数据进行统一处理和分析，例如进行数据挖掘、模型建立，所述结果展示和验证通过图表、图像等方式展示处理后的数据结果，并验证虚拟仪器的性能和准确性。
6.根据权利要求1所述的一种基于元数据的虚拟监测仪器及系统，其特征在于：所述定义数据存储结构根据仪器参数和字段，定义合理的数据存储结构，将元数据持久化存储在磁盘上，所述数据存储优化通过对数据的组织和存储进行优化，提高数据的读取和处理效率，减少数据存储空间的占用，所述数据读取和引用通过索引和时间的概念，实现对特定数据的快速读取和引用，提高数据的灵活性和可用性，所述数据备份和恢复建立数据备份机制，保证数据的安全性和可恢复性。
7.根据权利要求3所述的一种基于元数据的虚拟监测仪器及系统，其特征在于：所述虚拟仪器数据引用举例如下：三点位移计，其中位移值为m，分别为三支位移计设定新的标识：l1、l2、l3，组合后产生l为虚拟仪器，在l中有m1位移、m2位移，可使用l2.m-l1.m计算m1，l3.m-l1.m计算m2。
8.根据权利要求3所述的一种基于元数据的虚拟监测仪器及系统，其特征在于：所述“仪器标识.字段”举例如下：“仪器标识.字段[2]”、“仪器标识.字段[20020101123253]”。