Способ комплексного мониторинга состояния динамических объектов и систем

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей средств и систем мониторинга, а именно в придании им новых свойств, обеспечивающих дистанционную, целенаправленную адаптацию их программно-аппаратной конфигурации для решения в требуемый момент времени новой совокупности задач интеллектуальной обработки разнородных данных о параметрах контролируемых динамических систем в процессе их функционирования. Способ комплексного мониторинга состояния динамических объектов и систем предназначен для повышения адаптивности системы мониторинга в различных режимах путем проведения непрерывной диагностики с целью контроля состояния метрологических характеристик и достоверности измерительной информации в требуемый момент времени. 2 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к способам ведения комплексного мониторинга состояния динамических объектов и систем и может быть использовано для оценки соответствия установленным нормам и прогнозирования изменений состояния контролируемых динамических объектов, систем и макросистем в различных сферах деятельности, в том числе в системах телеконтроля и распознавания образов, формализации и представления знаний о состоянии динамических объектов, в системах управления различного назначения, информационного обеспечения принятия, контроля исполнения решений.

Комплексный мониторинг представляет собой совокупность организационно-технических мероприятий, включающих наблюдение за состоянием динамической системы (ДС) различными средствами, оценку состояния по измеренным значениям параметров состояния и прогнозирование изменений состояния под воздействием природных и антропогенных факторов. При этом разнородность элементов искусственного и естественного происхождения, формирующих структуру и состав, а также совокупность свойств и характеристик окружающей среды, в полной мере дает основание считать ее динамической системой высшего уровня иерархии.

Одной из основных задач любого вида мониторинга является своевременное обеспечение органов управления состоянием ДС - контролируемых объектов - достоверной информацией, позволяющей оценить параметры состояния, выявить причины, тенденции, а также определить последствия наблюдаемых изменений, создать предпосылки для определения комплекса организационно-технических мероприятий по исправлению возникающих негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб (см. Микрюков В.Ю. Безопасность жизнедеятельности.. - Ростов-на-Дону:Феникс, 2007, с. 346).

Для осуществления локального мониторинга используют мобильные станции и стационарные центры (посты) контроля по различным физическим полям, а для регионального мониторинга помимо средств локального мониторинга используются вертолеты, самолеты и космические аппараты, осуществляющие слежение за состоянием земной поверхности, минерально-сырьевых ресурсов недр, сохранностью животного и растительного мира и т.д. (см. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2007, с. 531-533, с. 586, с. 589).

В настоящее время широкое известны различные способы комплексного мониторинга.

Наиболее близким к заявленному способу является Способ комплексного мониторинга состояния динамических объектов и систем (см. Патент на изобретение RU 2 574 083, МПК G06F 19/00, Опубл. 10.02.2016 Бюл. №4), технический результат которого заключается в расширении функциональных возможностей средств и систем мониторинга, а именно в придании им новых свойств, которые обеспечивают дистанционную, целенаправленную адаптацию их программно-аппаратной конфигурации для решения в требуемый момент времени новой совокупности задач интеллектуальной обработки разнородных данных о параметрах контролируемых динамических систем в процессе их функционирования; в повышении защищенности данных, содержащихся в передаваемых от средств в центр обработки и управления (ЦОУ) сообщениях о результатах мониторинга состояния контролируемых объектов. До начала измерений формируют в аппаратно-программном комплексе (АПК) ЦОУ блокматрицу-задание каждому средству мониторинга на контроль состояния динамической системы или объекта. При этом в состав блокматрицы-задания включают: подматрицу-задание на измерение значений требуемой совокупности параметров состояния контролируемого объекта; подматрицу-задание на изменение содержимого базы знаний и порядка использования новых процедур интеллектуальной обработки измеренных значений параметров объекта; подматрицу-задание на изменение пространственно-временных характеристик состояния средства в процессе осуществления мониторинга. До начала дополнительных измерений в базы данных и правил баз знаний средств осуществления мониторинга по каналам связи вводят блокматрицу-задание, содержащую следующие данные: пронумерованные новые процедуры интеллектуальной обработки измеренных значений параметров состояния, правила интерпретации и отображения заданий, правила разделения матрицы-задания на подматрицы-задания и формирования сообщений о результатах мониторинга; правила использования процедур интеллектуальной обработки измеренных значений; правила преобразования измеренных значений в заданную форму; правила изменения состава процедур интеллектуальной обработки измеренных значений; идентификаторы вида действий и значения их уровней приоритета при изменении содержимого базы правил; вводят в систему измерений средств мониторинга модуль диспетчера, с помощью которого управляют частотой опроса параметров, выбором, функционированием выбранной совокупности измерительных модулей, а также функционированием модуля преобразования измеренных значений параметров состояния динамической системы. При необходимости оценивания состояния в случаях оперативного изменения задания, типов, структуры динамической системы от АПК органа управления по линиям связи передают, а в средстве осуществления мониторинга получают и преобразовывают в аппаратуре приема-передачи данных сообщение, содержащее блокматрицу-задание. Преобразованное сообщение передают в модуль ввода-вывода, где выделяют из сообщения подматрицы-задания и копируют их, после этого копию подматрицы-задания на измерение передают в диспетчер системы измерения, а копию блокматрицы-задания передают в базы правил и данных базы знаний. В диспетчере формируют состав и затем управляют функционированием сформированной совокупности измерительных модулей, которые осуществляют измерения в соответствии с заданной частотой, затем результаты измерений значений параметров состояния передают в модуль преобразования, где получают значения и формируют файлы преобразованных значений в заданной форме, затем из файлов формируют матрицу преобразованных значений, которую передают в базу данных. Затем в соответствии с правилами управления из базы данных файлы передают в модуль интеллектуальной обработки и оценивания, где по совокупности процедур, в соответствии с заданием вычисляют значения оценок параметров и/или интегральных характеристик динамической системы, затем их сравнивают с допустимыми, вычисляют значения и формируют матрицу безразмерных показателей соответствия (несоответствия) и фиктивных показателей несоответствия оцененных и заданных значений контролируемых параметров состояния динамической системы, затем передают матрицу показателей в модуль ввода-вывода, в котором ее включают в содержание сообщения о фактическом состоянии динамической системы, которое через аппаратуру приема-передачи данных передают в виде комплексного сигнала в ЦОУ, где преобразовывают и представляют в требуемой форме. Данный способ принят за прототип.

К недостаткам указанного способа стоит отнести:

- недостаточную адаптивность системы мониторинга в различных режимах в требуемый момент времени и, как следствие, достоверность измерительной информации, необходимой для решения новой совокупности задач оценивания состояния динамических систем в процессе их функционирования;

- ненормируемый диапазон контролируемых физических параметров в процессе проведения комплексного мониторинга динамических объектов и систем.

Задачей настоящего изобретения является повышение адаптивности системы мониторинга в различных режимах путем провения непрерывной диагностики с целью контроля состояния метрологических характеристик и достоверности измерительной информации в требуемый момент времени.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей средств и систем мониторинга, а именно, в придании им новых свойств, обеспечивающих дистанционную, целенаправленную адаптацию их программно-аппаратной конфигурации для решения в требуемый момент времени новой совокупности задач интеллектуальной обработки разнородных данных о параметрах контролируемых ДС в процессе их функционирования.

Решение поставленной задачи и получение технического результата обеспечивается введением в известный способ новых действий и изменением порядка формирования, формы передачи результатов оценивания состояния ДС, что существенно отличает предлагаемый от известных способов, а именно:

- до начала диагностики активируют в системе измерений средств мониторинга генератор контрольного сигнала и логический коммутирующий модуль, т.е. диспетчер, с помощью которого управляют формированием контрольного сигнала заданной точности адресно на имеющуюся на средстве совокупность измерительных модулей преобразования в заданную форму измеренных значений параметров состояния контролируемой Oi (или ее элементов);

- на основе анализа задач комплексного мониторинга определяют адресно метрологические характеристики каждого модуля измерительной системы, необходимые для решения оперативных задач комплексного оценивания и обработки измеренных значений параметров состояния контролируемой динамической системы Oi (i-номер типа или комплектации динамической системы) до их ввода в базы знаний средств мониторинга;

- определяют новые процедуры (очередность проведения оценки точности измерительной системы) измеренных значений параметров Oi;

- формируют в аппаратно-программном комплексе до начала измерений параметров процедуры оценки точности намеченных (или всех используемых) модулей измерительной системы. При этом в состав процедуры оценки точности дополнительно включают:

- совокупность составных частей (модулей) измерения измерительной системы, метрологические характеристики которых необходимо уточнить;

- последовательность логических, технических, коммутационных и программных операций проведения процедуры оценки точности составных частей измерительной системы;

- формат данных процедуры оценки точности составных частей измерительной системы;

- по запросу измерения инициируют проведение сформированной процедуры оценки точности составных частей измерительной системы.

По окончании работы процедуры оценки точности составных частей измерительной системы производят следующие действия:

- обрабатывают полученных данные: в соответствии с принятыми правилами;

- производят передачу полученных данных в программный алгоритм проведения измерений измерительной системы;

- на основе полученных данных после проведения процедуры оценки точности составных частей измерительной системы формируют новый алгоритм проведения измерений;

- в требуемый момент реального времени дистанционно настраивают программно-аппаратную конфигурацию средств осуществления мониторинга на получение и обработку дополнительной информации, необходимой для решения новой совокупности задач интеллектуальной обработки разнородных данных о параметрах контролируемой динамической системы,

- в центре обработки и управления формируют сигнал готовности проведения следующего этапа измерений состояния динамической системы.

Непрерывно в ходе измерения физических параметров рассчитывают производные параметры на основании измеренных по заданным правилам, причем таким образом, что значения всех измеряемых параметров и всех производных параметров привязываются к одинаковым моментам времени.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного Способа комплексного мониторинга состояния динамических объектов и систем, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результатом поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявляемый Способ комплексного мониторинга состояния динамических объектов и систем поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлена схема осуществления заявляемого способа, на фиг. 2 показан модуль измерения.

Где позициями обозначены:

1 - центр обработки данных и управления,

2 - интеллектуальный центр знаний;

3 - база знаний;

4 - матрица показателей соответствия фактических и допустимых значений параметров состояния, сформированные на i-ом этапе осуществления мониторинга j-го модуля;

5 - база правил формирования задания системе мониторинга;

6 - модуль интеллектуальной обработки;

7 - база данных;

8 - диспетчер системы измерений;

9 - задание системе мониторинга;

10 - подматрица задания на измерение;

11 - подматрица задания на диагностику системы мониторинга;

12 - обработчик измеренных величин;

13 - модуль контрольного сигнала;

14 - результаты измерения;

15 - модули измерения;

16 - динамическая система;

17 - коммутатор контрольного сигнала, имеющий входы:

а - измерительный вход, в - вход контрольного сигнала, г - управляющий вход; и выход измерительный - б;

18 - измерительный тракт;

19 - модуль информационного обмена;

20 - модуль приема контрольного сигнала.

Способ комплексного мониторинга состояния динамических объектов и систем осуществляется центром обработки данных и управления 1, в состав которого входят интеллектуальный центр знаний 2, база знаний 3, матрица показателей соответствия фактических и допустимых значений параметров состояния, сформированные на i-ом этапе осуществления мониторинга j-го модуля 4, база правил формирования задания системе мониторинга 5, модуль интеллектуальной обработки 6, база данных 7, диспетчер системы измерений 8, задание системе мониторинга 9, подматрица задания на измерение 10, подматрица задания на мониторинг системе мониторинга 11, обработчик измеренных величин 12, модуль контрольного сигнала 13, результаты измерения 14, и N модулей измерения 15, осуществляющих измерение параметров динамической системы 16.

Измерение параметров динамической системы осуществляется модулями измерения 15 и передается на обработчик измеренных величин 12. Обработчик измеренных величин 12 получает команду на запуск заранее определенных модулей измерения 15 от диспетчера системы измерений 8, управляемого модулем интеллектуальной обработки 6. Модуль интеллектуальной обработки 6, основываясь на базе правил формирования задания системе мониторинга 5, формирует задание системе мониторинга 9, состоящее из подматрицы-задания на измерение 10 в режиме измерения или подматрицы-задания на диагностику системы мониторинга 11 в режиме диагностики.

В режиме измерений совокупность модулей измерения 15, управляемых модулем интеллектуальной обработки 6, производит измерения параметров динамической системы 16. Результаты измерения 14 через обработчик измеренных величин 12 под управлением диспетчера системы измерений 8 поступают в базу данных 7 модуля интеллектуальной обработки 6. Совокупность модулей измерения 15 определяется модулем интеллектуальной обработки 6 на основе базы правил формирования задания системе мониторинга 5.

В режиме мониторинга модулем интеллектуальной обработки 6 на основании правил, содержащихся в базе правил формирования задания системе мониторинга 5 формируется задание системе мониторинга 9, содержащее подматрицу-задание на диагностику системы мониторинга 11. Подматрица-задание на мониторинг системы мониторинга 11 определяет совокупность модулей измерения 15, контролируемых параметров, подлежащих мониторингу, и алгоритм управления модулем контрольного сигнала 13. Выполнив мониторинг, модуль интеллектуальной обработки 6 заносит результаты мониторинга в базу знаний 3, где хранятся матрицы показателей соответствия фактических и допустимых значений параметров состояния, сформированные на i-ом этапе осуществления мониторинга j-го модуля 4. Анализируя показатели для каждого модуля измерения 15 во времени, интеллектуальный модуль обработки 6 сравнивает фактические значения параметров состояния с допустимыми и на основании этой информации делает вывод о метрологическом соответствии каждого модуля измерения 15, и о необходимых поправках, учитываемых в измерениях до следующего выполнения мониторинга. Также модуль интеллектуальной обработки 6 на основании базы знаний 3 определяет изменение во времени метрологических характеристик каждого модуля измерения 15 с последующей экстраполяцией результатов измерения, на основе которой вырабатывает вывод о моменте выхода метрологических характеристик каждого модуля измерения 15 за границы допустимых значений.

Модуль измерения 15 состоит из коммутатора контрольного сигнала 17, измерительного тракта 18, модуля информационного обмена 19 и модуля приема контрольного сигнала 20.

Вход измерительного тракта 18 подключен к коммутатору контрольного сигнала 17, имеющему три входа: а - измерительный вход, в - вход контрольного сигнала, г - управляющий вход; и измерительный выход - б. В режиме проведения измерений по команде на управляющем входе г коммутатор контрольного сигнала 17 соединяет измерительный тракт 18 к измерительному входу а, на который подается измеряемый сигнал. После обработки измеряемый сигнал с измерительного тракта 18 подается на выход 6 модуля измерения 15 и, далее, поступает на модуль информационного обмена 19.

В режиме мониторинга центром обработки данных и управления 1 посредством диспетчера системы измерений 8, основываясь на базе правил формирования задания системе мониторинга 5, формируется задание системе мониторинга 9, состоящее из подматрицы-задания на диагностику системы мониторинга 11. В соответствии с подматрицей-заданием на диагностику системы мониторинга 11 активируется модуль контрольного сигнала 13. Диспетчер системы измерений 8 через модули информационного обмена 19 соответствующих модулей измерения 15 подает команду коммутатору контрольного сигнала 17 на переключение измерительного тракта 18 с измерительного входа а на вход контрольного сигнала в. На вход контрольного сигнала в через модуль приема контрольного сигнала 20 подается контрольный сигнал, поступающий с модуля контрольного сигнала 13, и проводится диагностика системы мониторинга.

Таким образом, задачи расширения функциональных возможностей средств и систем мониторинга с приданием им новых свойств, обеспечивающих дистанционную, целенаправленную адаптацию их программно-аппаратной конфигурации для решения в требуемый момент времени новой совокупности задач интеллектуальной обработки разнородных данных о параметрах контролируемых ДС в процессе их функционирования решена.

Способ комплексного мониторинга состояния динамических объектов и систем, заключающийся в том, что на средствах мониторинга измеряют дистанционными и контактными методами значения совокупности контролируемых параметров, оценивают значения контролируемых параметров по их измеренным значениям, сравнивают оцененные значения с допустимыми, вычисляют значения показателей соответствия или несоответствия установленным нормам, при этом в состав блокматрицы-задания включают подматрицы-задания на проведение измерений требуемой совокупности параметров динамической системы, на изменение содержания базы знаний и порядка использования процедур интеллектуальной обработки измеренных значений, изменение характеристик состояния средства в процессе осуществления мониторинга, при этом до начала в базу правил базы знаний средств осуществления мониторинга вводят значения границ интервалов допустимых значений, процедуры интеллектуальной обработки измеренных значений новых параметров состояния, формирование сообщений о результатах мониторинга, правила управления процессом измерений значений параметров, правила преобразования измеренных значений в заданную форму, правила оценивания преобразованных значений и сравнения полученных значений оценок параметров состояния динамической системы с допустимыми значениями; правила изменения состава процедур интеллектуальной обработки измеренных значений, идентификаторы вида действий и их уровней приоритета при выполнении операций обработки данных и изменения содержимого базы знаний, выбором, функционированием выбранной совокупности модулей измерения, а также функционированием модуля преобразования в заданную форму измеренных значений параметров состояния контролируемой динамической системы; в требуемый момент реального времени дистанционно настраивают программно-аппаратную конфигурацию средств осуществления мониторинга на получение и обработку дополнительной информации, для этого в центре обработки и управления формируют содержание задания средству мониторинга состояния динамической системы, после чего от аппаратно-программного комплекса центра обработки и управления передают, а в средствах осуществления мониторинга получают и преобразовывают в аппаратуре приема-передачи данных сообщение, затем в диспетчере формируют состав требуемой совокупности измерительных модулей, посредством которых затем осуществляют измерения значений контролируемых параметров, после этого результаты измерений передают в модуль преобразования, затем их сравнивают с допустимыми, вычисляют значения и формируют матрицу показателей соответствия или несоответствия оцененных и допустимых значений контролируемых параметров состояния динамической системы, затем передают матрицу показателей в модуль ввода-вывода, в котором включают ее в содержание сообщения о фактическом состоянии динамической системы, которое через аппаратуру приема-передачи данных передают в АПК ЦОУ, отличающийся тем, что дополнительно введены новые действия и порядок формирования, формы передачи результатов оценивания состояния ДС, а именно: до начала диагностики активируют в системе измерений средств мониторинга генератор контрольного сигнала и логический коммутирующий модуль, т.е. диспетчер, с помощью которого управляют формированием контрольного сигнала заданной точности адресно на имеющуюся на средстве совокупность измерительных модулей преобразования в заданную форму измеренных значений параметров состояния контролируемой Oi или ее элементов; на основе анализа задач комплексного мониторинга определяют адресно метрологические характеристики каждого модуля измерительной системы, необходимые для решения оперативных задач комплексного оценивания и обработки измеренных значений параметров состояния контролируемой динамической системы Oi (i - номер типа или комплектации динамической системы) до их ввода в базы знаний средств мониторинга; определяют новую процедуру очередности проведения оценки точности измерительной системы измеренных значений параметров Oi; формируют в аппаратно-программном комплексе до начала измерений параметров процедуры оценки точности намеченных или всех используемых модулей измерительной системы, при этом в состав процедуры оценки точности дополнительно включают: совокупность составных частей измерения измерительной системы, метрологические характеристики которых необходимо уточнить; последовательность логических, технических, коммутационных и программных операций проведения процедуры оценки точности составных частей измерительной системы; формат данных процедуры оценки точности составных частей измерительной системы; по запросу измерения инициируют проведение сформированной процедуры оценки точности составных частей измерительной системы; а по окончании работы процедуры оценки точности составных частей измерительной системы производят следующие действия: обрабатывают полученные данные в соответствии с принятыми правилами; производят передачу полученных данных в программный алгоритм проведения измерений измерительной системы; на основе полученных данных после проведения процедуры оценки точности составных частей измерительной системы формируют новый алгоритм проведения измерений; а в требуемый момент реального времени дистанционно настраивают программно-аппаратную конфигурацию средств осуществления мониторинга на получение и обработку дополнительной информации, необходимой для решения новой совокупности задач интеллектуальной обработки разнородных данных о параметрах контролируемой динамической системы; в центре обработки и управления формируют сигнал готовности проведения следующего этапа измерений состояния динамической системы; непрерывно в ходе измерения физических параметров рассчитывают производные параметры на основании измеренных по заданным правилам, причем таким образом, что значения всех измеряемых параметров и всех производных параметров привязываются к одинаковым моментам времени.