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.

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.

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:

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 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.

$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');

$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:

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

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

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

''$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'';

}';

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.