基于物联网的海洋平台监测数据管理研究

摘要

海洋平台是海上开采作业的大型工业设施，其服役环境复杂多变，很难在实验室中模拟，需要通过长期原型监测来获取环境荷载与结构响应数据，并将其作为平台健康状况的重要参考。基于物联网的海洋平台长期监测产生了大量的数据，由于特殊的监测环境、网络不稳定，以及数据量大、来源分散、产生速度快、多类异构等特点，传统的数据管理方法不能满足需求。因此有效管理、检索以及分析这些文档和数据成为海洋平台监测中的关键问题。本文对南海“挑战号”平台及渤海多座FPSO平台的长期原型监测数据的管理问题进行了研究，提出了基于物联网的海洋平台监测数据管理方案，设计开发出一套相应的数据管理系统。解决了在不稳定网络下的数据传输、多类异构数据流的自动规范化入库及监测数据的高效存储及检索问题。
　　海洋平台监测对数据的实时性要求较高，但海洋环境中网络条件不稳定无人值守情况下要传输大量的数据，而人工传输和远程操作的方式并不适用。为了解决这些问题，提出一种面向非稳定网络的实时数据传输协议。在现有网络条件下利用该协议自动获取多个不同平台的监测数据，减少人工干预，实现采集数据的自动传输，解决了平台无人值守、断网等不同网络条件下数据管理系统自动获取数据的问题。在海洋平台的长期监测中，不同的监测变量、传感器、采集方式以及硬件与软件的更新替换，产生了多种格式的数据流，无法批量导入到数据库中，使监测数据库的数据存储需要大量的人工干预，因此，本文提出一种数据流自动化入库方法，按照数据流的语义及格式识别并规范化数据，自动将多个系统采集的监测数据流集中存储到数据库中，解决了多传感器的多源异构数据流的规范化自动入库问题。
　　海洋平台的长期监测产生了大量结构格式互异、相互关联的数据，传统的文件系统管理与数据库管理系统无法满足大规模监测应用的存储需求和数据分析应用的检索需求。而且监测数据一般为时间序列，频率与模式不适合采用传统的方式存储。本文提出一种混合存储架构，解决格式互异数据的有效管理问题，并面向数据的高效检索、复杂查询及多种统计分析提供有效支持。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 海洋平台监测研究现状

1．3 监测数据管理研究现状

1．4 本文主要工作

2 海洋平台监测数据管理解决方案

2．1 海洋平台监测介绍

2．1．1 南海半潜式浮式平台监测方案介绍

2．1．2 渤海FPSO平台监测方案介绍

2．2 海洋平台监测数据管理关键问题概述

2．2．1 特殊物联网监测数据实时安全地传输及提取

2．2．2 海量多源异构数据流的存储问题

2．2．3 面向分析型业务的数据应用框架

2．3 海洋平台监测数据管理方案

2．3．1 监测数据管理框架

2．3．2 系统基本功能及模块

3 多平台监测数据流的传输及导入

3．1 海洋平台监测数据远程获取及同步

3．1．1 海洋平台监测数据远程获取关键问题分析

3．1．2 基于多平台的数据实时安全传输方法

3．2 监测数据流自动导入与修复

3．2．1 数据流导入与修复关键问题分析

3．2．2 多海量传感器异构数据流的自动入库方法

3．3 本章小结

4 监测数据存储管理

4．1 物联网数据存储问题

4．2 面向物联网监测的数据存储管理方案研究

4．2．1 数据存储框架

4．2．2 数据库概念模型设计

4．3 时间序列数据存储研究

4．3．1 基于文件系统平面文件的数据库

4．3．2 星型模式的关系型数据库

4．3．3 文档型NoSQL数据库

5 监测数据应用

5．1 应用模块概述

5．2 数据查询

5．3 数据分析

5．4 监测数据管理系统界面及文档查询

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

附录

致谢