модуль_спектрального_анализа []

Это старая версия документа!

Содержание

Модуль спектрального анализа
Настройка модуля

Модуль спектрального анализа

Назначение модуля

Модуль предназначен для обработки данных акселерометров или других датчиков за определенные интервалы времени для построения спектра колебаний и нахождения в полуавтоматическом режиме основных форм колебания и вычисления их 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, подготовку данных и отправку готовых данных, которую выполняет PHP скрипт «index.php». Обработка данных, формирование спектров и поиск основных форм колебаний 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 представлена на рисунке.

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 файл 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, обрабатываем оси. Проверяем, или есть настройка для каждого канала в конфигурационном файле модуля «config.php». Если данных настройки нет, по обработка данной оси пропускается. Если канал сконфигурирован, то запрашивается данные по этому каналу в интервале «$time_interval» до времени запрошенного в начале запуска скрипта, переменная «$timestamp». Далее проверяется 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, и 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 и должны использоваться одни и те же данные, что бы результаты были одинаковыми. Рисунок. Блок-схема модуля. 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 датчкиков 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 интедекс 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, подготавливаются для обработки и вызывается программа RealTimeSpectrum. Скрипт формируют 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 АНД-3 - 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 дектементов является полуавтоматическим. Для его работы необходимо задать интервал частот, в котором необходимо искать пик колебаний, и так же указать ищется ли одинарный или двойной пик. Далее специальным методом 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 = ' A 8 WQ 0 N 4 zYPQvxbBMvPVz 2 ZnhGGyfgjhbh '; 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 построени я одного спектра $ length_zap_spectrograms =1024; Длина одной реализации для построения цветовой спектрограммы, так как вопрос ещё в производительности то длина уменьшена для быстрого рендера картинки $ number_records_full =2; Количество реализаций, п о 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, котор ые обрабатываются скриптом PHP 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, к котор ому принадлежит канал в $min_frequency_all и в $max_frequency_all с ключем равным коду устройста указывается минимальная и максимальная граница интервалов, в которых нужно искать пики основных форм колебания. В $ double_frequency_all указываестя коли чество 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'; Более подробное описание что есть что $ device_code = array ('433'); $ device_code - набор кодов устройств, где устройстово означает одну ось датчкика , например 001X. Т.е. устройство с кодом 433 это датчик с н омером 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. Интерв ал 1 0.3-0.35; интервал 2 0.6-0.8; интервал 3 1.3-1.6; И количесвто 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 пр ограммы 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 С колько в одном файле реализаций sampling_time = 0.1 Время дискретизации датчиков в секундах time = «22_01_10_23_59_43_021» Время, с к оторого считывать данные, данные до этой временной ометки будут игнорироваться ,е сли 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 ,е сли указать 00_00_00_00_00_00_000, то будут обрабатываться все данные time_end = «'.»$year«.»_«.»$month«.»_«.»$day«.»_«.»$hour«.»_«.»$minute«.»_«.»$second«.'_000» big_files = 0 Параметр, отвечающий за то, что мы берем больши е 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 с амого последнего rusian = 1 Включение русского языка, по умолчанию включен file_size_for_processing = 1 У станавливаем ограничение обработки файлов за один запуск time_shift =0.24573333333333 Сдвиг по времени в секундах Пропуск времени между сосе дними 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 програ ммы 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 дан ные 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 - однин пик, 2 - два пика в интервале signal_level =0; }';