多傳感器融合下后勤物資采供數據遠程采集技術

任宗來

（1.山東理工大學，山東 淄博 255049；2.國網中興有限公司，北京 100053）

0 引 言

后勤物資機構在企業管理中，負責為企業全部機構提供采供數據[1-2]。后勤物資采供數據采集的準確性和實時性直接影響企業管理者的決策，與企業的發展密切相關[3-4]。由于后勤物資采供涉及多個數據源，其數據源的多樣性增加了數據采集的難度。因此，相關領域學者對后勤物資采供數據采集進行了研究。

張韜等研究EtherCAT 協議的數據采集方法，通過EtherCAT 協議，提升主從站后勤物資采供數據傳輸能力，快速實現后勤物資采供數據遠程采集[5]。雖然該方法采集速度快，但因未采用數據處理方法，采集的數據中存在大量冗余數據，導致后勤物資采供數據遠程采集效果不佳。張合生等研究Jaya 優化標定的數據采集方法，構建采集模型，并利用Jaya 優化標定方法優化采集模型求解效率，減小后勤物資采供數據遠程采集的誤差率[6]。但該方法模型求解過程計算量較大，導致數據采集效率比較低。

多傳感器融合是利用多傳感器采集數據，對數據實施預處理后，通過數據融合來提高數據采集的精度[7-9]。多傳感器融合在工業定位、監控、機器人等領域應用效果較好。針對上述問題，本文研究多傳感器融合下后勤物資采供數據遠程采集技術，為后勤物資管理部門提供精準的采供數據。

1 后勤物資采供數據遠程采集技術

1.1 后勤物資采供數據遠程采集技術總體架構

多傳感器融合下后勤物資采供數據遠程采集技術需要設置多傳感器作為后勤物資采供數據遠程采集設備。該技術的總體架構如圖1 所示。

圖1 技術總體架構

由圖1 可知，多傳感器融合下后勤物資采供數據遠程采集技術主要由后勤物資采供原始數據采集、數據匯總與轉換、數據預處理與融合、數據輸出等構成。每個單元均由物聯網實現后勤物資采供數據遠程傳輸任務。利用多傳感器采集后勤物資采供原始數據，并將其匯總至A/D 轉換器，利用A/D 轉換器實現數據形式轉換，便于數據的遠程傳輸。將轉換后的后勤物資采供原始數據經物聯網傳輸至數據預處理與融合單元，通過改進自適應加權融合算法對多傳感器采集的原始數據實施預處理與融合后，輸出后勤物資采供數據遠程采集結果。

后勤物資采供數據遠程采集過程采用待采集信號調制幅值的過程表示[10-11]，調制后幅值表達式如下：

式中：周期用Dγ描述；第γ時刻調制結果用hγ(t)描述；數量用g描述；待采集信號用h(t)描述；調制系數用εg描述；脈沖函數用f(t)描述。

當t=Dγ時，待遠程采集后勤物資采供數據信號表達式為：

經過式（2）對h(t)實施離散化處理后，因多源傳感器采集信號h(t)為帶限的，需要對采集信號進行恢復，幅度大小是1，采集信號恢復表達式如下：

通過信號恢復可提高多傳感器采集后勤物資采供數據的完整率[12]。

1.2 多傳感器融合方法

在分析1.1 節后勤物資采供數據遠程采集技術總體架構的基礎上，獲取待遠程采集后勤物資采供數據信號后，采用多傳感器融合的改進自適應加權融合算法，對多傳感器采集的原始數據進行融合，提高多傳感器遠程采集后勤物資采供數據的效率。

自適應加權融合算法流程為：計算傳感器n時刻自相關函數；計算傳感器n時刻互相關函數；通過傳感器自相關函數減去傳感器n時刻互相關函數，求出傳感器方差；通過傳感器方差得出每個傳感器權值；通過權值求解的傳感器后勤物資采供數據采樣時間為n時的估計值就是融合后后勤物資采供數據。

該算法具體應用過程如下：設置2 臺后勤物資采供數據的傳感器分別用a、b表示，有待采集后勤物資采供數據分別用Ya、Yb表示，Ya、Yb求解公式如下：

式中：Y為后勤物資采供真實數據；Va、Vb均為觀測誤差。

傳感器a方差、傳感器b方差表達式如下：

式中E(· )代表求均值。因每個傳感器是獨立采集后勤物資采供數據，此時多傳感器的觀測誤差均值是0。傳感器a、b之間的互相關函數表達式如下：

傳感器a的自相關函數表達式如下：

利用多傳感器遠程采集后勤物資采供數據，需要對全部函數實施處理。計算采樣點遠程采集后勤物資采供數據的平均值，再計算全部傳感器互相關函數和自相關函數，最后求解多傳感器采集遠程采集后勤物資采供數據的平均值，得出傳感器全部函數，提高全部函數的求解精度。采樣點時間總數是n個，多傳感器互相關函數和自相關函數具體表達式如下：

式中傳感器總數用m描述。

傳感器觀測方差計算公式為：

在得出傳感器觀測后勤物資采供數據的方差后，計算傳感器權值。傳感器權值表達式如下：

傳感器的后勤物資采供數據采樣時間為n時，估計值表達式為：

該估計值為融合后的后勤物資采供數據結果，即多傳感器融合下后勤物資采供數據遠程采集結果。

為提高后勤物資采供數據遠程采集效率，在自適應加權融合算法基礎上，對原始后勤物資采供數據實施預處理，提高后勤物資采供數據融合的準確性。改進算法流程如下：設置經多傳感器遠程采集的原始后勤物資采供數據變量用z1，z2，…，zl描述，將遠程采集的原始后勤物資采供數據由低到高排序，得出原始后勤物資采供數據集合，該集合用R={zmin,…,zmax}描述，去掉該數據集中最大值zmax，生成多傳感器遠程采集的原始后勤物資采供數據數組，用C描述，C∈R；去掉該數據集中最小值zmin，生成多傳感器遠程采集的原始后勤物資采供數據數組，用D描述，D∈R。

傳感器遠程采集的原始后勤物資采供數據數組C、D平均值與中值的差求解公式如下：

式中：C、D集合原始后勤物資采供數據平均值分別用Cave、Dave描述；C、D集合原始后勤物資采供數據中值分別用Cmed、Dmed描述。

將C、D數組差進行比較，選取最小數組作為最后采集原始后勤物資采供數據數組，通過平均值、標準差公式求解采集原始后勤物資采供數據數組平均值與標準差，平均值公式如下：

標準差求解公式為：

式中：數據總量用k描述；數據變量用l描述。

將預處理后的多傳感器遠程采集原始后勤物資采供數據作為自適應加權融合算法的數據基礎[13]，利用該算法進行多傳感器后勤物資采供數據融合，完成后勤物資采供數據遠程采集。

2 實驗分析

為驗證所提方法的應用效果，以某醫院的后勤物資采供數據作為實驗對象。該醫院為市級甲等醫院，共設置科室26 個，后勤物資機構主要負責醫院的后勤物資采供數據采集與共享工作，其中，后勤物資采供數據包括藥品采供數據、設備采供數據、辦公用品采供數據、消殺用品采供數據等。

將所提方法應用在醫院的后勤物資采供數據遠程采集中，因后勤物資采供數據類型不同，選取多傳感器采集不同類型后勤物資采供數據。實驗使用的傳感器參數設置如表1 所示。

表1 傳感器參數設置

將醫院終端設備接收后勤物資采供數據量的時間作為測試方法數據采集效率的評價指標，其接收數據量時間越短，說明數據采集的效率越高。實驗對比方法分別為文獻[5]方法和文獻[6]方法，采用三種方法遠程采集后勤物資采供數據，統計三種方法的接收數據量時間，結果如圖2 所示。

圖2 三種方法的接收數據量時間

由圖2 可知，隨著醫院終端設備接收后勤物資采供數據量的增加，三種方法的接收數據量時間隨之增加。當醫院終端設備接收后勤物資采供數據量達到18×104bit 時，文獻[5]方法和文獻[6]方法的接收數據量時間分別為112 ms 和131 ms，而所提方法的接收數據量時間僅為42 ms。經對比分析得出所提方法的數據采集效率較高。

后勤物資采供數據遠程采集過程用待采集信號調制幅值的過程表示，因此選取后勤物資采供數據集中的一種數據作為測試數據，設置3 個AIMMS-30 傳感器，采用所提方法采集該測試數據，并得出所提方法數據采集結果，如圖3 所示。

圖3 所提方法的數據采集結果

由圖3 可知，采用所提方法的3 個AIMMS-30 傳感器融合采集測試數據，與采用3 個AIMMS-30 傳感器分別采集的測試數據相比，通過改進自適應加權融合算法，可實現采集的測試數據融合，傳感器融合后的信號比較完整，并能夠去除冗余數據，確保數據采集效果。

3 結 論

企業供應鏈的管理離不開后勤物資采供數據的支持，只有后勤物資采供數據準確，采購部門才可依據該數據合理采集后勤物資，保障企業每個機構的需求，實現后勤物資采供的合理性。因此，研究多傳感器融合下后勤物資采供數據遠程采集技術，保障數據采集環節的時效性與效果。實驗結果表明，所提方法的應用效果較好，可有效采集后勤物資采供數據，且數據采集效率較高。