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龙图腾网获悉中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司申请的专利一种基于NB-IoT和SCADA的流域水环境监测系统获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117214396B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-27发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202311027518.X，技术领域涉及：G06F3/00；该发明授权一种基于NB-IoT和SCADA的流域水环境监测系统是由杨党锋;贾新会;张群;张扬;杨文栋;刘凡;袁博;白雪设计研发完成，并于2023-08-15向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于NB-IoT和SCADA的流域水环境监测系统在说明书摘要公布了：本发明提供了一种基于NB‑IoT和SCADA的流域水环境监测系统，解决了现有流域水环境监测技术中监测成本高、覆盖性小、设备连接数量有限、数据利用低的问题；本系统主要是数据采集模块通过在原有的在线仪表上扩展添加NB‑IoT模块的终端数据采集；数据传输处理模块接收NB‑IoT模块的终端数据并进行处理得到目标数据，并将目标数据实时传递给SCADA系统的过程数据库PDB；数据展示模块是将目标数据通过对象链接，采用组态的方式将目标数据在SCADA系统呈现给用户，实现了实时远程监控、数据分析和优化、多样化数据呈现、生产过程联动功能。本发明涉及流域水环境治理领域。

本发明授权一种基于NB-IoT和SCADA的流域水环境监测系统在权利要求书中公布了：1.一种基于NB-IoT和SCADA的流域水环境监测系统，其特征在于，所述系统包括数据采集模块、数据传输处理模块、数据展示模块； 所述数据采集模块，是在原有的在线仪表上扩展添加NB-IoT模块的终端数据采集； 所述数据传输处理模块，用于接收NB-IoT模块的终端数据并进行处理得到目标数据，并将目标数据存储在关系型数据库中，有n个分站通过工业网关OPC服务器的开放数据库连接客户端ODBC直接关联目标数据表，将目标数据实时传递给SCADA系统的过程数据库PDB； 所述数据传输处理模块，包括数据采集层、SCADA监控层； 所述数据采集层，将设备传回的数据进行数据接收、拥塞处理、协议解析，并将处理设备数据同时上报；所述数据采集层引入Redis消息流进行拥塞控制处理；所述Redis消息流进行拥塞控制处理；具体包括如下步骤： a、创建Stream：每个NB-IoT模块的数据作为一个单独的消息发送到一个统一的消息队列中，使用XADD命令将NB-IoT模块的数据添加到Stream数据流；提供秘钥key、消息ID和消息内容，其中，消息内容为key-value型数据，ID最常使用*，表示由Redis内存数据库自动生成消息ID； b、处理Stream数据：数据采集层使用内存数据库Redis自带的XREAD或XREADGROUP命令读Stream中的数据；使用XREADGROUP处理分布式环境下的数据读取；通过XREADGROUP命令和消费者组，Redis实现消息队列系统，m个消费者可以并发地从Redis消息流中获取消息形成消费者群组，消费者群组是数据采集层通过Redis的XGROUPCREATE命令创建的，每个消费者群组按照监测类型命名一个唯一的名称，并通过消息ID与特定的Stream关联；XGROUPCREATE命令允许指定消费者群组的最后已读消息ID，新加入群组的消费者可以从指定的位置开始消费； c、当消费者通过XREADGROUP命令从Stream消息流中读取消息时，Redis会查找群组中的未确认消息，并将其分配给消费者；不同消费者使用不同的消费者ID标识自己，每个消息都有一个全局唯一的ID，Redis使用消费者ID和消息ID来标识已确认消息，消费者ID由Redis自动生成时间戳加序列号；消息格式为：XACKkeygroupID[ID……]，命令XACK返回成功确认的消息数据；所述XACK返回的成功确认的消息数量是指消费者端的消息数量与总的消息数量一致； d、限制Stream大小：通过MAXLEN最大消息长度参数来限制Stream的大小，防止Stream无限制地增长，消息格式为：XTRIMkeyMAXLEN[~]count 采用利特尔定律Little'sLaw对数据队列进行调整优化： L=λW 其中，L表示为RedisStream中未处理的消息数量的平均队列长度； λ表示为每秒钟到达RedisStream的队列消息数量的平均到达生产者的生产率； W表示为消息在RedisStream中待处理的平均逗留时间；同时W与单个消息的处理速率R也成正比：W=RT; T表示当前消息之前的未处理的消息个数,需要通过提高处理速度或增加消费者数量来改善; 优化调整方案如下： 1增加处理能力：如果消息产生率λ大于预设阈值时，增加消费者数量或优化消费者的处理效率R； 2减少等待时间：如果消息产生率λ与处理率R之间存在差异，当消息产生率与处理率=阈值时，则差异较大，进行动态调整； 所述数据采集层的协议解析是指数据经过Stream队列后进行消息的协议解析，根据预先定义好的私有协议进行数据包的拆分、验证、结构化，得到最终的监测值： 所述拆分是将接收到的数据按照协议约定好的标识符逗号进行切割，切割为字符串数组，其中第一位代表消息ID，第二位代表消息类型，通过前两位判断在预定义的唯一ID和消息类型内的数据包是否合法，按照协议的偏移量形成数组并逐一解析；所述解析方法如下： 解析时将接收到的数据放在数组arr中，每一包的序列号为SensorNum,数据位为5位，校验位为3位，则遍历数组arr，计算每次的偏移量offset： offset=3+sensorNum-1*5 其中，减一是由于数组的下标是从0开始，根据计算出来的offset遍历数组，得出所有数据包； 所述验证是将解析后的数据通过日志log输出在控制台，同时实时地查看仪表表头上的数据，对比数据是否一致，实际数据V等于采集数据V’，数据一致时表示协议解析正确，不一致时，打印每一步解析过程中的数据值，判断逻辑是否存在错误，如果代码实现逻辑无误，进一步使用wireshark抓包，查看原始数据包是否正确；所述原始数据包是否正确是通过查看真实仪表的显示屏上的目标数据是否和采集上来通过log日志打印出来的数据一致判断； 所述结构化是将拆分完成并验证后的目标数据进行结构化存储，创建监测数据结构体，将检测到的数值对应到数据类别和关键字段属性上，最终存储在MySQL关系型数据库中；所述验证后的数据为仪表采集到的不同监测项的真实模拟量数值、检测项类型； 所述SCADA监控层，用于接收现场设备层采集到的原始数据并传递给SCADA系统，SCADA监控层是通过ODBCClient开放数据库连接客户端，将数据从MySQL数据库经过OPCServer过程控制对象链接服务器透传到SCADA的PDB过程数据库，最终通过各种数据链接的形式呈现在组态界面； 所述数据展示模块，用于目标数据通过对象链接，采用组态的方式将目标数据在SCADA系统上呈现给用户。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术，可联系本专利的申请人或专利权人中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，其通讯地址为：710065 陕西省西安市丈八东路18号西北勘测设计研究院；或者联系龙图腾网官方客服，联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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