1.技術背景

基於物聯網的能源監測數據采集技術主要解決物聯網能源監測節點面向目標對象以協同方式進行能源監測數據采集的問題，屬於藍奧聲核心技術--邊緣協同感知(EICS）技術的關鍵支撐性技術之一。該項技術涉及無線物聯網邊緣智能與測控的技術領域，主要涉及面向能源監測的邊緣協同感知網絡及協同數據管理系統。

能源的綜合利用效率主要體現在安全性、節能性及經濟性方面。隨著物聯網智能技術的發展，能源監測與安全監控管理不僅面向能源生產、存儲、傳輸、配送環節，還需要更廣泛地、深入地涵蓋到分布式能源節點的能源使用消耗的全過程，基於對用戶範圍內不同目標場景中能源負載對象及關聯終端設備進行監測監控。

面向目標場景的物聯網邊緣智能技術需要解決的問題是，基於場景感知的關聯決策與服務。決定目標場景狀態的是與目標場景關聯的若幹目標對象及其關聯的狀態變量，其中大部分狀態變量往往源自作為目標對象設備的無線傳感器或其它感知監測設備，這些感知監測設備作為目標感知節點，也是邊緣感知網絡所服務的目標對象設備，直接與所服務目標場景的移動對象或位置環境建立了關聯綁定關系。

考慮物聯網場景智能服務的無線覆蓋問題，隨著周邊環境場景目標對象設備數量的增加，如果邊緣域面向低功耗目標對象設備的感知服務能力，完全或過多地依賴於專用服務節點或基站設備（如物聯網主機、路由器、網關/中繼、定位基站等），則將導緻感知服務能力的無線覆蓋性與算力的不足或者更高的資源成本消耗。

目標感知節點具有面向特定物理對象的感知監測能力，但考慮到功耗、資源、算力、安裝數量或技術兼容性等問題，通常並不需要它們複用於網絡服務節點，但在必要性時在功耗資源允許時，它們也可以履行網絡服務節點角色的部分職責，以提升邊緣網絡系統硬件設備的複用性及性價比。

建立分布式、持續性、大數據量的設備狀態能源監測系統，可以對節點能源利用效率及安全水平，進行監控、彙總、評估、指導等信息服務，為持續改善能源使用效率及安全性管理提供決策依據。

面向工業現場環境的用電設備監控管理，基於無線多模式管理與協同定位追蹤等關鍵技術，建立可提供分布式、低功耗、大數據、持續性、邊緣與中心智能管理相結合的信息服務系統。

電能監測節點為一種能源監測節點，對分布式設備用電時段及電能狀態進行監測，根據預案進行安全預警及保護的監控。系統可根據實時監測數據與分段記錄數據進行在線統計，為用戶提供在線可視化監控及信息服務。

用電監測的基礎信息包括：1)設備狀態：設備匹配綁定、使用時段、位置區域及關聯信息；2)實時電能監測數據：實時采集與定時上報數據；3）曆史數據記錄：包括正常分段記錄與異常日誌記錄；4)用電量、用電狀況及用電異常（預警及保護日誌）等統計信息。

根據用戶需求形成應用管理報表：1)設備節能環保及能源利用效率管理；2)設備使用效率及安全隱患報表；3)用電管理改善指導信息；4）安全監控及調度管理等。

2.2藍奧聲能源監測數據采集技術針對解決現有物聯網邊緣感知監測技術存在的以下幾方面缺陷問題：

1)協同性問題：邊緣服務節點設備缺乏完整的無線感知能力模型，現場網絡服務節點之間缺乏靈活的協同服務配合。現場環境的分布式能源監測節點僅僅作為目標監測節點，分別將采集數據上傳給上位主機；監測節點之間缺乏必要的協同監測能力，包括協同監測數據處理、協同保護、以及對不同目標場景狀態，動態調整監測策略及預案。

2)邊緣計算問題：從物理層次看，包括邊緣雲計算、雲邊協同計算、現場網絡計算、智能終端計算、目標對象計算等，現有技術的邊緣計算，尤其是邊緣域智能硬件設備承擔的數據處理與智能決策，尚缺乏整體的層次性，過於依賴個別核心智能設備（物聯網主機、智能網關、路由器）。

3)邊緣設備的複用性問題：從設備利用效率來看，邊緣服務節點複用性較低，過於依賴專用智能設備（物聯網主機、智能網關、路由器、定位基站），而較少利用一些同樣具有無線感知計算能力的低成本複用節點。

4)面向低功耗對象設備問題：現有邊緣無線網絡通信技術主要包括無線連接（點對點或點對多點）與Mesh網絡兩大類型。面向低功耗目標對象設備的無線互操作仍然缺乏快速高效機製。其中，無線連接需要預先基於握手協議進行無線通信參數交換；而Mesh網絡節點在響應外圍低功耗對象設備時，尚未有效解決快速場景觸發響應及應答機製問題。

5)能源/電能監測設備的安全性：能源監測節點設備（如水電氣計量表、計量傳感器、電能計量插座等）可支持能源/電能監測數據采集，通過狀態監測、位置感知、遠程控製及異常處理，實現諸多智能管理能力，但在負載設備匹配、瞬態異常響應及保護等方面，其安全性仍需要進一步提升。

6).節能性與異常處理能力的平衡問題：在負載對象處於不同運行狀態（如未接入或接入後的正常運行、潛在異常或臨界異常狀態），缺乏根據當前目標場景及負載對象狀態進行由針對性的靈活選擇與適應能力。不加區別的實時監測數據處理，不僅會導緻敏感性資源（如功耗、算力、帶寬）的無謂損失、大量的數據冗餘；也會導緻在重點目標負載對象真正出現瞬態異常時，缺乏更為實時、有效的異常處理能力。

7)對接入接出瞬態缺乏安全保護：現有技術的安全保護主要針對負載對象運行過程，而對負載對象接入接出（如插拔）的瞬態過程，缺乏更有針對性行的有效保護。例如對於特殊工業環境的用電負載熱插拔，為了進行防弧而不得不采取過於結構過於複雜、成本極高的特殊防弧保護技術。

因此，在面向目標對象進行能源監測數據采集過程，基於物聯網的能源監測節點需要具有更好的複用性、協同性及靈活性：如何針對當前不同場景對象狀態選擇合理的能源監測模式，達到在安全性、節能性、實時響應能力及系統數據需求等方面的動態平衡；如何對物聯網邊緣域的能源監測數據采集的協同監測數據處理過程進行協同管理，以針對能源監測場景對象狀態具有更好的數據采集實時性及綜合效率，成為亟待解決的技術問題。

2.關於藍奧聲能源監測數據采集技術

2.1藍奧聲能源監測數據采集技術所解決的技術問題

該項技術要解決的技術問題在於，目標監測節點與周邊協同感知節點通過協同監測，基於場景狀態信息通過狀態模式解析獲得監測模式信息，使得目標監測節點能夠彈性調整監測模式參數，通過監測數據處理獲取目標監測信息，從而解決能源監測模式的協同性與靈活性問題；在協同監測的基礎上，周邊協同感知節點通過對目標監測信息進行分類監測數據處理獲得分類監測數據，並以彈性數據上傳方式將所述分類監測數據傳送至協同數據管理系統，從而進一步解決對能源監測數據采集的邊緣協同數據處理和協同管理系統問題。

2.2類似競爭技術的缺陷問題（→見前述）

3.技術解決方案

3.1概述

周邊若幹能源監測節點面向目標對象以協同方式進行能源監測數據采集，其中不同的能源監測節點作為目標監測節點與/或協同感知節點，所述方法包括以下步驟：

首先，某一目標監測節點以當前監測模式，通過對信號采集數據進行監測數據處理獲取目標監測信息，並發送給周邊協同感知節點；所述協同感知節點根據接收到的所述目標監測信息，通過場景狀態解析在場景狀態跳變時將相應的場景狀態信息反饋發送給所述目標監測節點；所述目標監測節點基於接收到的所述場景狀態信息，對於當前目標監測信息通過狀態模式解析導出監測模式參數，並啟動對應的監測模式。

其次，某一協同感知節點根據獲得的目標監測信息，通過狀態模式解析獲得監測模式信息，並將所述監測模式信息反饋發送給關聯的目標監測節點；所述目標監測節點按照接收到的所述監測模式信息，調整設置監測模式參數，通過監測數據處理獲取目標監測信息，並發送給周邊協同感知節點；所述協同感知節點通過對所述目標監測信息進行分類監測數據處理獲得分類監測數據，並將所述分類監測數據傳送至協同數據管理系統。

3.2 主要技術特征

1)時隙隔離：所述目標監測節點對前置信號輸入之耦合采集的瞬態過程進行時隙隔離保護，避免信號采集時隙與功率脈衝時隙存在時域交疊；使得所述信號采集時隙處於相對較低幹擾的時隙。

2)協同服務：所述協同感知節點為一種提供無線協同感知服務的設備角色，所述協同感知服務至少包括狀態監測模式管理、邊緣監測數據管理；所述能源監測節點作為目標監測節點，當獲得前置觸發響應時複用於協同感知節點；所述能源監測節點作為協同感知節點時，為周邊其它目標監測節點及其關聯的目標對象，基於有限敏感處理提供無線協同感知服務。

3)狀態模式：所述狀態模式解析為，所述能源監測節點根據當前的目標狀態信息對監測模式在安全性、節能性、實時響應能力及系統數據需求進行平衡取向評估。

4)分類監測：所述協同感知節點基於邊緣監測數據管理，通過分類監測數據處理形成分類監測數據，所述分類監測數據包括實時監測數據、曆史監測數據、日誌及統計數據記錄。

5)目標核驗：所述目標監測節點在需要進行對象匹配核驗之前發送核驗觸發信號，對象識別標簽通過對所述核驗觸發信號的響應，以應答方式發送所述對象識別信號，所述目標監測節點對所述對象識別信號進行對象匹配核驗。

6)能效監控：管理系統至少包括數據采集管理模塊與監控信息服務模塊，用以提供能效/安全監控信息服務；所述數據采集管理模塊包括分類采集數據處理與目標采集數據管理； 所述監控信息服務模塊用於，通過對實時監測數據的監控處理和對曆史監測數據的引用分析，獲得與目標能效監控關聯的實時展示、安全應急處理及敏感對比評估的服務信息。

7) 敏感評估：所述管理系統通過分類采集數據處理獲得的分類監測數據，並基於所述分類監測數據通過敏感對比評估提供能效監控信息；所述管理系統通過分類差異性對比計算獲得各類差異性參數，並根據對應類別的差異性指數進行敏感對比評估。

4.技術效果

4.1解決的技術問題

該項技術電能監測節點通過發送核驗觸發信號，獲得當前用電負載對象以應答響應方式發送的對象識別信號，以對用電負載接入進行識別感知；對接收到的對象識別信號進行對象匹配核驗，以配置調整與當前負載對象相匹配的監測模式參數，以此解決針對當前負載對象的匹配安全性及監測模式的靈活性問題；當所述負載對象處於臨界異常狀態時，啟動臨界監測模式，獲得瞬態異常特征參數，從而提升對瞬態異常的響應速度，並解決節能性與安全性的平衡問題；發送異常觸發狀態信標，以被周邊的協同感知節點接收並進行異常處理；從而解決針對目標異常狀態感知觸發的協同性問題。

因此，相對於現有技術，該項技術基於對用電負載的識別感知進行感知監測及異常響應處理，通過對監測模式的彈性調整及協同監測處理，並對能源監測數據采集的協同監測數據處理過程進行協同管理，使得針對能源監測場景對象狀態具有更好的數據采集實時性及綜合效率，解決能源監測過程的安全性、實時性、節能性及靈活性問題、。

4.2技術效果（具體有益效果）：

該項技術具有監測數據解析處理效率高、節點互操作協同性好、異常觸發響應快且安全性高等有益效果；具體體現在以下幾個方面：

1)能源監測節點在負載對象接人接出環節，通過對負載對象接入進行識別感知；對接收到的對象識別信號進行對象匹配核驗，以配置調整與當前負載對象相匹配的監測模式參數，以此解決針對當前負載對象的匹配安全性及監測模式的靈活性問題。

3)能源監測節點對於負載對象在常態下采取低功耗的節能監測模式。當負載對象未接(空載）或正常運行時，能源監測節點處於節能監測模式，有利於節約電能監測功耗，減少數據冗餘；尤其為了減少安裝成本在無線窄帶無線通信時，通過彈性數據上傳，減少無線幹擾及數據資源競爭。

4）能源監測節點基於目標監測信息處理，通過狀態模式評估，對於處於異常狀態的負載對象，通過提升監測模式等級而提升監測數據的實時性和安全性；在負載對象處於潛在異常狀態時，啟動潛在異常監測模式；有利於快速異常響應及異常響應處理，包括記錄異常過程、保護數據、異常告警等處理。

5）能源監測節點在負載對象處於臨界異常狀態時，啟動臨界異常監測模式，以臨界實時跟蹤處理獲得瞬態異常特征參數，有利於提升對異常響應的實時性與一緻性；通過發送具有有更高活躍度的異常觸發狀態信標，具有觸發響應快、優先級高，使得協同感知節點可以在短時間快速、可靠地獲得前置觸發響應。

6)能源監測節點在臨界異常監測模式下，通過對狀態變量Xi以臨界實時跟蹤處理獲得瞬態異常特征參數，並通過瞬態衝擊量預測及臨界反饋監測，解決瞬態異常響應的穩定性與一緻性問題；當電能信號出現瞬態畸變時可以快速響應，解決了實時性與穩定性之間的平衡問題。

7）能源監測節點基於邊緣協同感知網絡面向用電場景對象，其中全部或部分電能監測節既可作為目標監測節點又可作為協同感知節點，使得能源監測節點設備具有較好的硬件複用性和無線互操作協同性。

8）通過目標場景狀態感知、前端數據敏感預選、狀態模式評估、模式參數調整等處理，解決數據實時性與資源占用、穩定性與響應速度、節能性與安全性等之間的平衡性與靈活性問題。

9)按敏感性優先級，監測數據處理效率高：按敏感狀態變化優先處理及上傳；減少（或非優先）不必要的數據冗餘（已經上傳且沒有有效狀態變化），對於目標對象實時位置、狀態變化監測及數據上傳處理，具有更高的協同數據處理效率。

10)網絡設備資源複用性強：協同感知節點可以是一種服務角色，邊緣域中不同拓撲類型(如目標、中繼或中心)的感知節點均可動態角色複用（基於分時切換或配置）；不僅專用無線網絡服務節點（網關、基站），可更多利用其它應用節點(智能插座、智能燈光節點、電能監測節點)作為協同感知節點；

11)協同性好、覆蓋性強：協同感知節點基於前置感知觸發與任務機製對周邊目標感知節點提供協同服務；根據場景狀態解析算法，對不同的前置觸發，提供不同優先級與有效持續器的變量跟蹤計算。

12)具有網絡自愈能力、穩定性高：多節點協同服務數據傳輸為彈性數據路徑，具有動態平衡性、可選擇性及冗餘性，具有更好的網絡自愈能力，從而具有更高的穩定性、可靠性及離線（斷網）處理能力。