一种海洋牧场观测网系统的故障诊断方法

本发明涉及海洋牧场观测网数据处理，具体涉及一种海洋牧场观测网系统的故障诊断方法。

背景技术：

1、海洋牧场是基于海洋生态学原理，运用现代工程技术和管理模式，通过生境修复和人工增殖，在适宜的海域构建的兼具环境保护、资源养护和渔业持续产出功能的生态系统，可以达到改善生态环境、增加渔业资源的目的。海洋牧场建设过程中，应用到传感器、物联网、信息化等多种技术手段，构建海洋牧场观测网系统。海洋牧场观测网系统可集成温盐深传感器、海流计、溶解氧传感器、叶绿素浊度传感器、波浪计、潮位计、水下视频等观测仪器和设备，可以实现对海洋牧场温度、盐度、海流、波浪、溶解氧、叶绿素、浊度、水下高清视频等要素的连续在线观测。通过长期连续的海洋环境生态参数获取，可以掌握海洋渔业资源情况，对海洋牧场中出现的生态灾害进行提前预警，从而对海洋牧场的安全建设、健康发展和科学管理提供指导。

2、海洋牧场观测网系统布放在离岸一定距离的海域，观测网数据通过信息传输系统回传至数据采集系统，并通过软件系统展示在岸基服务器上。由于海洋牧场观测网系统布放在海平面以下，校准和维护成本较高。而此系统的实际操作者主要是渔业企业的工人，针对海洋牧场观测网同时集成的温度、盐度、海流、叶绿素、溶解氧、水下视频等多种数据，难以分辨传感器的运行情况和获得数据的准确性。如果传感器发生故障或者数据偏移较大，直接影响观测网系统的正常运行，可能造成生态灾害的误报，造成人力物力损失。

3、因此，现需要一种能够辨别海洋牧场观测网系统运行故障的类型，并能及时对故障信息进行预警的故障诊断方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种海洋牧场观测网系统的故障诊断方法，以解决现有技术中不能对海洋牧场观测网系统的故障类型进行判断，不能对故障信息及时预警的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种海洋牧场观测网系统的故障诊断方法，具体包括如下步骤：s1，基于海洋牧场观测网系统中的监测传感器数据，建立海洋牧场多源数据集；s2，设置数据采集时间周期t，并将同一监测周期内的数据写入对应数据集tn中；s3，据数据集tn中的数据对故障类型进行判断；s4，对故障进行预警，并计算某一个时间段的系统故障率，根据海洋牧场观测网系统的实际需求设置通信故障率阈值，当通信故障率超过阈值时，发出警报；s5，通过获得多源观测数据建立对应的预警库，记录每次预警的情况，并且为各数据预警监测提供优先级。

3、进一步地，步骤s1具体包括：s1.1，将同一时刻的海洋牧场观测网系统中的监测传感器数据合并为一个数组，具体为：

4、ta＝{a1，a2，a3…，an}。

5、tb＝{b1，b2，b3…，bn}。

6、tc＝{c1，c2，c3…，cn}。

7、td＝{a1，a2，a3…，an}。

8、tf＝{d1，d2，d3…，dn}。

9、其中，tn代表不同的时刻，an、bn、cn代表不同监测平台中的不同传感器采集的数据。

10、s1.2，将同一时刻的不同监测平台中的不同传感器采集到的数据合并为一个数组，即海洋牧场多源数据集，此过程表示为：若ta＝tb＝tc，则：ta＝{a1，a2，a3…，an，b1，b2，b3…，bn，c1，c2，c3…，cn}。

11、若td＝tf，则：

12、td＝{a1，a2，a3…，an，0，0，0…，0，0，0，…，d1，d2，d3…，dn]，

13、其中0代表两个时刻的监测平台均没有监测到某一类型传感器的数据。

14、进一步地，步骤s3中的故障类型判断方法具体包括：s3.1，若某一监测周期ta内，某一监测数据显示为空白值或0。

15、即：ta＝{a1，a2，0，…，b1，b2，b3…，c1，c2，c3…，d1，d2，d3…}；则判断为该传感器故障。

16、s3.2，若某一监测周期tb内某一监测平台搭载的所有传感器数据均为空白值或0，即：tb＝{0，0，0，…，b1，b2，b3…，c1，c2，c3…，d1，d2，d3…}；则认定为监测平台故障，继续监测该平台是否启动备用电源。

17、s3.3，若备用电源开启，则为供电故障，若备用电源没有开启，那么启动通信测试程序，判断通信模块是否正常。

18、s3.4，如果通信模块正常，则判断为监测平台与通信模块之间的连接出现问题或者该监测平台所有传感器同时出现故障；如果通信模块工作不正常，则判断为模块本身出现损坏，或者网络通信故障。

19、s3.5，如果在某一监测周期内所有监测平台搭载的所有传感器获得的数据均为空白值或0，即：tc＝{0，0，0，…，0，0，0…，0，0，0…，0，0，0…}。则继续执行步骤s3.3-s3.4判断故障原因。

20、进一步地，步骤s4具体包括：s4.1，对总计数器初始化a＝0，cn为tn内的空要素数，误差率errorn的定义如下：

21、

22、s4.2，数据根据步骤s2所述的按照设定得时间周期滚动进入，若t1时间段内某一传感器监测的数据或某监测平台的监测数据x为空白值或0，即x1＝0，则进入警报发送系统，发送一级警报，总计数器a+1；若t2时间段内能接收到数据x，即x2≠0，则暂时保持一级警报，若未恢复正常，即x2＝0，则进入二级警报；若x2≠0，t3时正常接收数据，即x3≠0，则解除警报；若x2≠0t3再次出现数据x为空白值或0，即x3＝0，则计数器a+1，并且发送二级预警，此时向操作人员发送由步骤s3判断的故障原因；若x2＝0，并且x3＝0，则计数器a+1；若x2＝0，x3≠0，并且t4时间段正常接收数据，即x4≠0，则警报解除，以此类推，当计数器a>10时，发送三级警报，警示工作人员及时处理。

23、s4.3，在数据x按照设定得时间周期滚动进入时，同步进行误差率监测，在进行一段时间的试运行后选取合理均值作为预警阈值，当后一误差率超过前一误差率的五倍时，直接发送二级预警，并提示“误差率突增”；当误差率超过阈值时，发送一级预警，并提示“误差率偏高”。

24、进一步地，步骤s5具体为：建立预警库，记录每次预警的情况，并且为各数据x预警监测提供优先级，当某一数据x发送过预警时，优先级加1，在步骤s4.2中，按优先级依此进行警报预警监测。

25、本发明具有如下有益效果：本发明提出一种海洋牧场观测网系统的故障诊断方法，基于海洋牧场观测网系统通过多种传感器获取的多源数据，对传感器的运行情况进行分析并预警。根据数据信息判断故障类型，从多种角度保证了海洋牧场观测网数据质量的准确性。其次根据该出现的频率判断是否偶然以及预警等级，并且计算通信故障率，提高系统判断的精确性，最后建立预警库，通过记录往期预警情况为之后的故障判断进行优化并且提供参考。本发明所公开的故障诊断方法从多种角度满足了海洋牧场观测网通信系统和数据监测的准确性。

技术特征：

1.一种海洋牧场观测网系统的故障诊断方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种海洋牧场观测网系统的故障诊断方法，其特征在于，步骤s1具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种海洋牧场观测网系统的故障诊断方法，其特征在于，步骤s3中的故障类型判断方法具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种海洋牧场观测网系统的故障诊断方法，其特征在于，步骤s4具体包括：

5.根据权利要求1所述的一种海洋牧场观测网系统的故障诊断方法，其特征在于，步骤s5具体为：建立预警库，记录每次预警的情况，并且为各数据x预警监测提供优先级，当某一数据x发送过预警时，优先级加1，在步骤s4.2中，按优先级依此进行警报预警监测。

技术总结
本发明提供了一种海洋牧场观测网系统的故障诊断方法，属于海洋牧场观测网数据处理领域，用于进行观测网的系统故障查诊断，具体包括如下步骤：基于海洋牧场观测网系统中的监测传感器数据，建立海洋牧场多源数据集；设置数据采集时间周期，并将同一监测周期内的数据写入对应数据集中；根据数据集中的数据对故障类型进行判断；通过获得多源观测数据建立对应的预警库，记录每次预警的情况，并且为各数据预警监测提供优先级。本发明的技术方案克服现有技术中不能对海洋牧场观测网系统的故障类型进行判断、不能对故障信息及时预警的问题。

技术研发人员：吕婧,李文清,王玉杭,杜立彬,李宗原
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15