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工业大数据及其应用
02工业大数据感知与预处理
工业大数据感知与预处理大数据感知是从真实世界对象中获得原始数据的过程。工业大数据感知主要指的是通过各种技术手段收集工业环境中的数据。工业大数据预处理是指对收集到的原始数据进行质量评估、清洗、转换和集成等操作,以提高数据的质量和可用性。工业大数据感知与预处理是工业大数据应用的重要环节,涉及工业大数据的感知、传输、预处理等多个步骤。
1工业大数据来源工业大数据是指在工业领域中,围绕典型智能制造模式,从客户需求到销售、订单、计划、研发、设计、工艺、制造、采购、供应、库存、发货和交付、售后服务、运维、报废或回收再制造等整个产品全生命周期各个环节所产生的各类数据及相关技术和应用的总称。工业大数据以产品数据为核心,极大延展了传统工业数据范围,广义的工业大数据应分为工业大数据来源、工业大数据技术和工业大数据应用三大部分,如图2-1所示。
图2-1工业大数据包含的三大部分
2工业大数据感知数据感知技术是一种通过物理、化学或生物效应感知目标的状态、特征和方式的信息,并按照一定的规律将其转换成可利用信号,用以表征目标特征的信息获取技术。工业大数据感知技术是指通过应用传感器、无线射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)技术以及其他先进的数据采集方法,在工业环境中实时获取、收集、处理和分析数据的一系列技术手段。本节将重点介绍标识与解析技术、传感器技术、定位技术和群智感知技术等四种关键工业大数据感知技术。
2工业大数据感知2.1标识与解析在数字化的工业系统中,标识编码指能够唯一识别设备、物料、产品等物理资源和工序、软件、模型、数据等虚拟资源的身份符号,类似于“身份证”。标识解析指能够根据标识编码查询目标对象位置或者相关信息的系统,对物理对象和虚拟对象进行唯一性的逻辑定位和信息查询。常见的标识解析技术包括条码技术、磁卡技术、RFID技术、二维码技术、生物特征技术等。
2工业大数据感知条形码技术条形码是将宽度不等的多个黑条和空白,按照一定的编码规则排列,用以表达一组信息的图形标识符。目前世界上常用的码制有EAN条形码、UPC条形码、25条形码、交叉25条形码、库德巴条形码、Code39条形码和Code128条形码等,如图2-2所示。
图2-2条形码图案
2工业大数据感知条形码技术条形码解析的时候,是使用条形码识读设备(即条形码扫描器,又称条码扫描枪或条码阅读器)扫描,得到一组反射光信号,此信号经光电转化后变为一组与线条、空白相对应的电子信号,经解码后还原为相应的文字或数字,再传入计算机。目前也能够通过手机拍照方法对照片进行识别来获取条码中的数据。常用的条形码识读设备主要有CCD扫描器、激光扫描器和光笔扫描器三种。
2工业大数据感知二维码技术二维码又称二维条形码,是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布的、黑白相间的、记录数据符号信息的图形。
二维码可以分为堆叠式/行排式二维码和矩阵式二维码。堆叠式/行排式二维码形态上是由多行短截的一维条码堆叠而成,但与一维码的排列规则不完全相同;矩阵式二维条码以矩阵的形式组成,在矩阵相应元素位置上用“点”和“空”表示二进制的“1”和“0”,“点”和“空”的排列组成代码。
堆叠式/行排式二维码的编码原理与一维码的编码原理类似,可以用相同的设备对其进行扫描识读。由于堆叠式/行排式二维码的容量更大,所以校验功能有所增强,但不具有纠错功能。堆叠式/行排式二维码中具有代表性的有Code16K、Code49码、PDF417码,其样式如图2-3至图2-4所示。
2工业大数据感知二维码技术
矩阵式二维码是建立在计算机图像处理技术、组合编码原理等基础上的一种新型图形符号自动识读处理码制,通常都有纠错功能。具有代表性的矩阵式二维条码有:CodeOne码、MaxiCode码、QuickResponse码(简称,QR码)、DataMatrix码、HanXin码、GridMatrix码等,其样式如图2-5至图2-8所示。图2-3Code49码样例图2-4FDF417码样例
2工业大数据感知二维码技术图2-5Codeone码图2-6QR码
要获得二维码中的内容必须对其解析。二维码特征识别的思路是:首先,寻找二维码的三个角的定位角点,需要对图片进行平滑滤波,二值化,寻找轮廓,筛选轮廓中有两个子轮廓的特征,从筛选后的轮廓中找到面积最接近的3个,即是二维码的定位角点。图2-7DataMatrix码图2-8汉信码
2工业大数据感知二维码技术其次,判断3个角点处于什么位置,主要用来对图片进行透视校正(相机拍到的图片)或者仿射校正(对网站上生成的图片进行缩放、拉伸、旋转等操作后得到的图片)。
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