документация:модуль_спектрального_анализа []

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
===== Модуль спектрального анализа =====

Модуль предназначен для обработки данных акселерометров или других датчиков за определенные интервалы времени для построения спектра колебаний и нахождения в полуавтоматическом режиме основных форм колебаний и вычисления параметров их пиков. Различает одиночные и двойные пики.

==== Технические требования ====

Операционная система Ubuntu 20/22, Linux OS 64-битная. PHP версии 7.3, модуль работы с PostgreSQL и ClickHouse.

Требования к вычислительным ресурсам: 1 ядро, поддерживающее 64-битные вычисления, 500 Мбайт на жестком диске для временных данных.

==== Описание работы ====

Структурно работу модуля можно поделить на две части:

  * сбор, подготовка данных и отправка готовых данных, которую выполняет PHP-скрипт //index.php//;

  * обработка данных, формирование спектров и поиск основных форм колебаний, которые выполняет программа //RealTimeSpectrum//.

Модуль может быть вызван или из системы, или из консоли в контейнере //docker «php»//. Для запуска работы модуля запускается PHP-скрипт //index.php//.

Блок-схема работы модуля:

{{документация:модуль_спектрального_анализа:схема_работы_модуля_спектрального_анализа.jpg?nolink&582x1159|схема_работы_модуля_спектрального_анализа.jpg}}

Вначале работы скрипта //index.php//  загружаются конфигурационные данные модуля из файла //config.php//, содержащего данные к подключению к базам данных, он находится на директорию выше модуля и файла конфигурации модуля //config.php//, лежащего в директории модуля.

Далее выбираются шины типа "AN-D3" и "COM-AN-D3" (шины для подключения акселерометров). В выбранных шинах выбираются устройства типа "and_3". Далее просматриваются выбранные устройства и создается массив каналов этих устройств, у которых код равен "0.x" — ось X, "0.y" — ось Y, "0.z" — ось Z, "0.a" — модуль ускорения, обозначается через A.

После формирования массива обрабатываются оси. Проверяем, есть ли настройка для каждого канала в конфигурационном файле модуля //config.php//. Если данных настройки нет, то обработка данной оси пропускается.

Если канал сконфигурирован, то запрашиваются данные по этому каналу в интервале «''$time_interval''» до времени, запрошенного в начале запуска скрипта (переменная «''$timestamp''»).

Далее проверяются и создаются папки для выходных файлов программы //RealTimeSpectrum//  «''/var/www/html/public/Spectr''».

Данные программой //RealTimeSpectrum//  обрабатываются в двух вариантах. Первый — для полноценной спектральной мощности, данные записываются в директорию "''/data''", второй — для цветовой спектрограммы, данные записываются в директорию "''/data_partial''". Для спектрограммы спектральная мощность строится с меньшим частотным разрешением для увеличения быстродействия. Далее данные записываются в директории с именем равным id устройства, далее id канала, после год, и последняя директория – месяц.

Для примера формирования пути, если id устройства 67, id канала 433, 2022 год и месяц сентябрь 9-й месяц, тогда путь будет выглядеть для первого случая «''/var/www/html/public/Spectr/data/67/433/2022/09''», для второго случая «''/var/www/html/public/Spectr/data_partial/67/433/2022/09''».

Далее формируются конфигурационные файлы //ofs_options.ini//  и //config.path//  для работы программы //RealTimeSpectrum//  и записываются полученные данные в бинарном виде для обработки. Далее данные обрабатываются программой //RealTimeSpectrum//, и полученные данные размещаются как указано выше, а полученные данные по пикам основных форм колебаний отправляются в базу данных. Обработка, формирование файлов и отправка данных выполняются для двух случаев подряд, так как для них используются одни и те же данные, чтобы результаты были одинаковыми.

Основные файлы модуля:

  * //config.php//  - файл настроек программы обработки спектров, должен быть в //gitignore.//
  * //config_example.php//  - пример файла настроек программы обработки спектров.
  * //config.path//  - динамический файл настроек датчиков для работы программы обработки спектров //RealTimeSpectrus//, формируется в процессе работы модуля, должен быть в //gitignore//.
  * //ofs_options.ini//  - динамический файл общих настроек работы программы обработки спектров RealTimeSpectrus, формируется в процессе работы модуля, должен быть в //gitignore//.
  * .//gitignore//  - содержит список файлов и директорий, которые должны игнорироваться и не попадать в индекс git.
  * //RealTimeSpectrum//  - программа для обработки данных датчиков и формирования спектров и поиска пиков основных форм колебания.
  * //index.php//  – PHP-скрипт, вызываемый для обработки спектров. Непосредственно в нем берутся данные из базы данных, подготавливается для обработки и вызывается программа //RealTimeSpectrum//. Скрипт формирует пути, куда записывается спектр, сформированный //RealTimeSpectrum//, и отправляет результаты определения частот и декрементов колебаний в базу данных.
  * //data_processing.sh//  – bash-скрипт для запуска модуля через cron в контейнере.
  * //source//  – директория с временными рабочими файлами модуля.
  * //index_check.php//  – вспомогательный PHP-скрипт, позволяет проверить сколько в системе установлено устройств типа АН-Д3.
  * //data_processing_test.sh//  – вспомогательный bash-скрипт для запуска //index_check.php//  в контейнере.
**RealTimeSpectrum**

Программа //RealTimeSpectrum//  обрабатывает данные, сформированные акселерометрами, и строит спектры колебания.

Физический принцип, на котором основана работа программы, состоит в получении исходных данных ускорений с акселерометров от сборщика данных. Далее с помощью преобразования Фурье формируется спектральная мощность колебаний.

Метод определения основных форм колебаний и их декрементов является полуавтоматическим. Для его работы необходимо задать интервал частот, в котором необходимо искать пик колебаний, а также указать, ищется ли одинарный или двойной пик. Далее с помощью метода наименьших квадратов аппроксимируется пик или два пика в зависимости от настроек, и по данным аппроксимации вычисляются частота максимума пика и по ширине на полувысоте аппроксимированного пика – декремент колебаний.

==== Настройка модуля ====

Настройка модуля производится в файле //config.php//, все параметры подробно описаны в //config_example.php//, его содержание приведено ниже.

''$api_token = 'A8WQ0N4zYPQvxbBMvPVz2ZnhGGyfgjhbh''' - API-токен для доступа по REST API;

''$time_interval =40960''  - интервал в секундах от текущего времени, за который запрашиваются данные с //clickhouse//;

''$length_zap_full=8192''  - длина одной реализации для построения одного спектра;

''$length_zap_spectrograms=1024''  - длина одной реализации для построения цветовой спектрограммы (для повышения производительности длина уменьшена для быстрого рендера картинки);

''$number_records_full=2''  - количество реализаций, по которым происходит усреднение для построения одного спектра;

''$number_records_spectrograms=16''  - количество реализаций, по которым происходит усреднение для построения цветовой спектрограммы;

''$basic_waveforms=5''  - количество основных форм колебания, которые обрабатываются PHP-скриптом и отправляются в базу данных. Если данных на i-ю форму нет после работы программы построения спектра, то она заполняется нулями.

**Настройка каналов для обработки**

В массив ''$device_code''  добавляется код устройства, которому принадлежит канал.

В ''$min_frequency_all''  и в ''$max_frequency_all''  с ключом, равным коду устройства, указывается минимальная и максимальная граница интервалов, в которых нужно искать пики основных форм колебания. В ''$double_frequency_all''  указывается количество пиков для поиска.
<code>

$device_code=array('433', '434', '501', '502');

$min_frequency_all['433']='0.3 0.6 1.3';

$max_frequency_all['433']='0.35 0.8 1.6';

$double_frequency_all['433']='1 1 1';

$min_frequency_all['434']='0.3 0.6 1.3';

$max_frequency_all['434']='0.35 0.8 1.6';

$double_frequency_all['434']='1 1 1';

$min_frequency_all['501']='0.3 0.6 1.3';

$max_frequency_all['501']='0.35 0.8 1.6';

$double_frequency_all['501']='1 1 1';

$min_frequency_all['502']='0.3 0.6 1.3';

$max_frequency_all['502']='0.35 0.8 1.6';

$double_frequency_all['502']='1 1 1';

$device_code=array('433');

</code>

''$device_code''  – набор кодов устройств, где устройство означает одну ось датчика, например 001X. Т.е. устройство с кодом 433 – это датчик с номером 001, ось X.

Для устройства 433 указываем интервалы, в которых нужно искать пики колебаний.

Интервалы:

<code>
$min_frequency_all['433']='0.3 0.6 1.3';

$max_frequency_all['433']='0.35 0.8 1.6';

</code>

Они означают 3 интервала, в которых искать пики. Интервал 1 0.3-0.35; интервал 2 0.6-0.8; интервал 3 1.3-1.6; И количество пиков, которые необходимо искать ''$double_frequency_all['433']='1 1 1'''; Здесь указаны три интервала, в них искать по одному пику. Варианты значений 1 либо 2.

Файл для работы программы обработки спектров, общие настройки.

''$file_options='number_records = '.$number_records.''' - количество реализаций, по которым будет строится апроксимация спекра и находится параметры колебаний сооружения;

''length_zap ='.$length_zap.''' - длина одной реализации в количестве отсчетов, должно быть кратно 2^n, 2 в степени n, где n целое число;

''number_of_records = 30''  - сколько в одном файле реализаций;

''sampling_time = 0.1''  - время дискретизации датчиков в секундах;

''time = "22_01_10_23_59_43_021"''  - время, с которого считывать данные, данные до этой временной ометки будут игнорироваться, если указать 00_00_00_00_00_00_000, то будут обрабатываться все данные;

''time_start = "2022_02_12_07_21_00_729"''  - время, с которого считывать данные, данные до этой временной ометки будут игнорироваться, если указать 00_00_00_00_00_00_000, то будут обрабатываться все данные;

''time_end = "'."$year"."ckgedit>."$month"."ckgedit>."$day"."ckgedit>. "$hour"."ckgedit>."$minute"."ckgedit>."$second".'_000" big_files = 0''  - параметр, отвечающий за то, что мы берем большие файлы данных за сутки. 1 - мы берем, другое значение, не берем;

''debug_mode = 0''  - режим отладки, выводятся промежуточные данные обработки, по умолчанию отключено;

''procces_all_files = 0''  - обработка всех файлов сразу, по умолчанию обрабатывается начиная с самого последнего;

''rusian = 1''  - включение русского языка, по умолчанию включен;

''file_size_for_processing = 1''  - устанавливаем ограничение обработки файлов за один запуск;

''time_shift=0.24573333333333''  - сдвиг по времени в секундах. Пропуск времени между соседними спектрами при обработке всех файлов сразу, величина в секундах;

''detector_option_file = "Config.path"''  - имя файла с настройками для датчиков;

''fast_processing = 0'';

''file_format=4''  - формат файлов данных;

''monitoring_horizont=1'''.

Файл для работы программы обработки спектров, настройка датчиков

<code>
''$file_options_conf='{''

''limitation_standart_deviation=0''  // среднеквадратичное отклонение;

''limitation_ejection=50''  // выброс в процентах от диапазона;

''measuring_range=3600''  // тип датчика (диапазон) AN3600, AN7200;

''axis='.$detector_name.'''  // номер датчика и его оси;

''namefile="'.dirname(FILE).'/source/"''  // относительный путь к данным;

''savadata="'.$dir.'/"''  // относительный путь, куда сохранять результаты моделирования;

''datatemperature="./"''  // относительный путь, откуда читать данные по температуре;

''min_frequency ='.$min_frequency.'''  // минимальная частота интервалов, в которых ищутся пики, в Гц, пример 0.4 0.8 2.3;

''max_frequency ='.$max_frequency.' ''  // максимальная частота интервалов, в которых ищутся пики, в Гц. Пример 0.6 1.1 2.5;

''double_frequency ='.$double_frequency.'''  // количество пиков в интервале, допустимые значения 1 - один пик, 2 - два пика в интервале;

''signal_level=0'';

}';

</code>

**Настройка запуска по расписанию**

Для запуска модуля из консоли нужно использовать скрипт //data_processing.sh//, который запускает модуль в контейнере //docker «php»//.

Для запуска модуля по расписанию настраивается запуск скрипта //data_processing.sh//  через cron от имени root в требуемый интервал.

При новой установке необходимо проверить права на запуск как исполняемой программы //data_processing.sh RealTimeSpectrum//.

Содержание скрипта //data_processing.sh//:

''«/opt/monitoring/dc exec -T php php /var/www/html/SpectralAnalysis/Spectr/index.php» Данные означают: - ''  /opt/monitoring/dc – запуск docker;

- ''exec – команда выполнить; - ''-T – не создавать виртуальное tty-устройство для виртуальной консоли; - ''php – запуск контейнера php; - ''php /var/www/html/SpectralAnalysis/Spectr/index.php – запуск PHP-скрипта //index.php//, путь указан в среде контейнера; **Тестирование и юнит тесты**
Для тестирования можно запускать из консоли скрипт «''data_processing_test.sh», который запускает в контейнере PHP-скрипт «''index_check.php».

**Подключения модуля в системе мониторинга**

Подключение модуля осуществляется автоматически при создании виджета класса SpectrogramWidget или SpectrWidget и выборе канала устройства типа акселерометр.