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RAILWISE-TSM 数据采集与自动化流程

详细说明RAILWISE-TSM平台的数据采集流程、自动化调度策略、数据质量控制、实时计算与告警推送机制

复核 2026-07-09入门公开可引用RailWise 技术团队

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RAILWISE-TSM 数据采集与自动化流程

1. 采集流程概览

TSM 的数据采集流程涵盖从任务触发到结果交付的完整闭环：

触发条件 → 任务调度 → 设备连接 → 测量执行 → 数据回传 → 质量检查 → 平差计算 → 变形分析 → 结果存储 → 告警判断 → 报告更新

整个流程在平台内自动化完成，无需人工干预。工程师可通过 Web 界面实时监控每个环节的状态。

2. 触发方式

TSM 支持三种采集触发方式，适应不同监测场景需求：

2.1 定时触发（Cron 调度）

最常用方式，按预设时间周期自动执行采集。

配置示例：

trigger:
  type: cron
  name: "日常监测任务"
  enabled: true

  # Cron 表达式: 每日 08:00、14:00、20:00 执行
  cron_expression: "0 8,14,20 * * *"

  # 时区设置
  timezone: "Asia/Shanghai"

  # 执行范围
  target:
    project: "绕城高速管廊工程1标段"
    point_groups: ["地表沉降", "支护水平位移"]
    exclude_points: ["P-99"]

常用 Cron 表达式参考：

采集频率	Cron 表达式	说明
每 30 分钟	`0/30 * * * *`	高频监测
每 4 小时	`0 0,4,8,12,16,20 * * *`	轨道交通高频快报
每 8 小时	`0 0,8,16 * * *`	常规高频监测
每日 3 次	`0 8,14,20 * * *`	日常监测
每日 1 次	`0 8 * * *`	常规监测
每周 1 次	`0 8 * * 1`	稳定期监测

2.2 间隔触发

按固定时间间隔触发，适合需要均匀采样的场景。

trigger:
  type: interval
  name: "连续监测任务"
  enabled: true

  # 间隔时间
  interval_minutes: 30

  # 有效时段（可选）
  active_hours:
    start: "06:00"
    end: "22:00"

  # 排除日期（可选）
  exclude_dates:
    - "2026-01-28"  # 春节
    - "2026-01-29"

2.3 事件触发

与外部系统联动，在特定事件发生时触发采集。

与盾构机 PLC 联动示例：

trigger:
  type: event
  name: "盾构穿越联动监测"
  enabled: true

  # 事件源配置
  event_source:
    type: plc
    connection: "opc.tcp://192.168.1.200:4840"

  # 触发条件
  conditions:
    - variable: "ring_number"
      operator: "changed"      # 环号变化时触发

    - variable: "cutter_torque"
      operator: ">"
      value: 3000             # 刀盘扭矩超限触发

  # 附加动作
  actions:
    - type: "increase_frequency"
      params:
        duration: "2h"
        new_interval: "10min"

与气象站联动示例：

trigger:
  type: event
  name: "暴雨加密监测"
  event_source:
    type: weather_api
    endpoint: "https://api.weather.com/..."
  conditions:
    - variable: "rainfall_1h"
      operator: ">"
      value: 50               # 1小时降雨量 > 50mm
  actions:
    - type: "emergency_collect"
      params:
        points: ["边坡测点组"]
        frequency: "1次/30min"
        duration: "24h"

3. 采集任务调度

3.1 调度器架构

TSM 的采集调度器采用分布式设计，核心组件包括：

┌─────────────────────────────────────────────┐
│              调度器核心 (Scheduler)          │
│  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐ │
│  │ 触发器    │  │ 任务队列  │  │ 执行器    │ │
│  │ Trigger  │  │ Queue    │  │ Executor │ │
│  └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘ │
│  ┌──────────┐  ┌──────────┐               │
│  │ 冲突检测  │  │ 资源管理  │               │
│  │ Conflict │  │ Resource │               │
│  └──────────┘  └──────────┘               │
└─────────────────────────────────────────────┘

3.2 任务优先级

当多个任务同时触发时，调度器按以下优先级执行：

优先级	任务类型	说明
P0	紧急采集	告警响应、事件触发
P1	高频快报	4h/8h 快报任务
P2	定时采集	日常监测任务
P3	补充测量	人工发起的补测
P4	备份采集	数据校验、冗余测量

3.3 设备冲突处理

当多个任务需要同一台设备时，调度器自动协调：

conflict_resolution:
  strategy: "priority_first"    # priority_first / queue / merge

  # 若选择 merge，可合并多个任务的测点列表
  merge_conditions:
    - max_points: 50            # 合并后测点数上限
    - max_duration: "30min"     # 合并后采集时长上限
    - point_proximity: "50m"    # 测点空间距离限制

4. 测量执行流程

4.1 设备连接与初始化

measurement_flow:
  step_1_connect:
    action: "establish_connection"
    timeout: 10000              # 连接超时（毫秒）
    retry: 3

  step_2_initialize:
    action: "initialize_device"
    operations:
      - "check_compensator"    # 检查补偿器状态
      - "check_battery"        # 检查电池电量
      - "check_prism_constant" # 检查棱镜常数
      - "set_atmospheric"      # 设置大气改正参数

  step_3_orientation:
    action: "station_setup"
    method: "resection"         # 后方交会 / known_point 已知点
    min_targets: 3              # 最少后视目标数
    max_residual: 2.0           # 最大残差（mm）

4.2 测量模式

TSM 支持多种测量模式，根据项目需求选择：

测量模式	适用场景	精度	效率
极坐标法	常规监测	高	中
后方交会	自由设站	高	低
前方交会	双站观测	很高	低
自动追踪	机器人全站仪	高	很高
扫描模式	断面扫描	中	很高

极坐标法配置示例：

measurement:
  method: "polar"

  # 测站设置
  station:
    point_id: "GD01"          # 工作基点编号
    instrument_height: 1.500    # 仪器高（米）

  # 后视方向
  backsight:
    point_id: "BS01"
    prism_height: 1.500

  # 测量参数
  parameters:
    rounds: 3                   # 测回数
    face_change: true           # 是否盘左盘右
    measurement_mode: "standard" # standard / tracking / fast

  # 限差设置
  tolerance:
    round_diff: 2.0             # 测回差（mm）
    horizontal_diff: 5"        # 水平角测回差
    vertical_diff: 5"           # 垂直角测回差

后方交会配置示例：

measurement:
  method: "resection"

  # 已知控制点（至少 3 个）
  control_points:
    - point_id: "JZ01"
      x: 40512345.678
      y: 3312345.678
      h: 5.678
    - point_id: "JZ02"
      x: 40512350.000
      y: 3312350.000
      h: 5.680
    - point_id: "JZ03"
      x: 40512355.000
      y: 3312340.000
      h: 5.675

  # 交会参数
  parameters:
    min_angle: 30               # 交会角最小值（度）
    max_angle: 150              # 交会角最大值（度）
    max_residual: 2.0           # 最大残差（mm）

4.3 自动追踪模式

对于 Leica TS16、Trimble S9 等机器人全站仪，支持自动追踪棱镜：

measurement:
  method: "automatic_tracking"

  tracking:
    enabled: true
    search_mode: "prism"        # prism / reflectorless
    search_range: "360"         # 搜索范围（度）

  # 目标列表
  targets:
    - point_id: "P-01"
      prism_type: "360_prism"   # 360度棱镜
      prism_constant: 0.0
      target_height: 1.500

    - point_id: "P-02"
      prism_type: "mini_prism"
      prism_constant: -17.5
      target_height: 1.200

5. 数据质量控制

5.1 原始数据检查

采集完成后，系统自动执行以下质量检查：

检查项	检查内容	不合格处理
测回差检查	各测回坐标差是否超限	重测或标记异常
角度检查	水平角/垂直角是否在合理范围	标记异常
距离检查	斜距是否在量程范围内	标记异常
补偿器检查	倾斜补偿值是否超限	告警并暂停采集
气象检查	温度/气压是否异常	提示人工确认

5.2 粗差探测

采用统计方法自动识别粗差：

quality_control:
  outlier_detection:
    method: "3_sigma"           # 3σ 准则 / grubbs / dixon

    # 3σ 准则参数
    sigma_multiplier: 3.0

    # 历史数据窗口
    history_window: 10            # 最近 10 次观测

    # 处理策略
    action: "re_measure"        # re_measure / flag / discard
    max_remeasure: 2            # 最大重测次数

5.3 数据完整性校验

completeness_check:
  required_points: 56           # 应测点数
  min_completion_rate: 0.95     # 最低完成率 95%

  # 未完成测点处理
  missing_action: "alarm"       # alarm / skip / manual

  # 数据时间一致性
  time_sync:
    max_time_diff: 300          # 最大时间差（秒）
    reference: "server_time"    # 以服务器时间为准

6. 实时计算流程

6.1 坐标计算

原始观测数据（水平角、垂直角、斜距）经以下步骤转换为三维坐标：

原始观测值
  → 大气改正（温度、气压、湿度）
  → 加常数改正（棱镜常数、仪器常数）
  → 投影改正（高程归化、高斯投影）
  → 平差计算（最小二乘平差）
  → 三维坐标 (X, Y, H)

Rust 计算引擎核心代码片段：

// 极坐标法坐标计算（简化示意）
pub fn polar_to_cartesian(
    station: &Station,
    observation: &Observation,
    atmosphere: &Atmosphere,
) -> Result<Coordinate, ComputeError> {
    // 1. 大气改正
    let corrected_distance = apply_atmospheric_correction(
        observation.slope_distance,
        atmosphere.temperature,
        atmosphere.pressure,
        atmosphere.humidity,
    );

    // 2. 加常数改正
    let final_distance = corrected_distance
        + observation.prism_constant
        + station.instrument_constant;

    // 3. 计算坐标增量
    let dx = final_distance * observation.vertical_angle.cos()
             * observation.horizontal_angle.sin();
    let dy = final_distance * observation.vertical_angle.cos()
             * observation.horizontal_angle.cos();
    let dh = final_distance * observation.vertical_angle.sin()
             + station.instrument_height
             - observation.target_height;

    // 4. 计算测点坐标
    Ok(Coordinate {
        x: station.x + dx,
        y: station.y + dy,
        h: station.h + dh,
    })
}

6.2 变形量计算

将当前坐标与初始值对比，计算累计变形量：

// 变形量计算
pub fn compute_deformation(
    current: &Coordinate,
    initial: &Coordinate,
) -> Deformation {
    Deformation {
        dx: current.x - initial.x,
        dy: current.y - initial.y,
        dh: current.h - initial.h,
        // 水平位移合成
        d_horizontal: ((current.x - initial.x).powi(2)
                      + (current.y - initial.y).powi(2)).sqrt(),
        // 三维位移合成
        d_total: ((current.x - initial.x).powi(2)
                 + (current.y - initial.y).powi(2)
                 + (current.h - initial.h).powi(2)).sqrt(),
    }
}

6.3 变化速率计算

// 变化速率计算（基于最近 N 次观测）
pub fn compute_rate(
    observations: &[TimedObservation],
    window_size: usize,
) -> Result<Rate, ComputeError> {
    if observations.len() < 2 {
        return Err(ComputeError::InsufficientData);
    }

    let recent = &observations[observations.len().saturating_sub(window_size)..];
    let time_diff = recent.last().unwrap().timestamp - recent.first().unwrap().timestamp;
    let deformation_diff = recent.last().unwrap().deformation.d_horizontal
                         - recent.first().unwrap().deformation.d_horizontal;

    Ok(Rate {
        horizontal_rate: deformation_diff / time_diff.as_days(),
        unit: "mm/day",
    })
}

7. 告警判断与推送

7.1 告警判断逻辑

alert_logic:
  # 累计变形量判断
  cumulative:
    - level: "注意"
      condition: "deformation >= threshold_attention"

    - level: "预警"
      condition: "deformation >= threshold_warning"

    - level: "报警"
      condition: "deformation >= threshold_alert"

    - level: "控制"
      condition: "deformation >= threshold_control"

  # 变化速率判断
  rate:
    - level: "注意"
      condition: "rate >= rate_attention"

    - level: "预警"
      condition: "rate >= rate_warning"

  # 趋势判断（基于线性回归）
  trend:
    enabled: true
    prediction_days: 7
    confidence: 0.95

7.2 告警推送配置

notification:
  channels:
    - type: "sms"
      enabled: true
      provider: "aliyun"
      template: "TSM_ALERT_SMS"

    - type: "email"
      enabled: true
      smtp: "smtp.railwise.cn"
      template: "TSM_ALERT_EMAIL"

    - type: "wechat_work"
      enabled: true
      webhook: "https://qyapi.weixin.qq.com/..."
      template: "TSM_ALERT_WECHAT"

    - type: "app_push"
      enabled: true
      provider: "jpush"

  # 分级通知策略
  routing:
    - level: "注意"
      channels: ["app_push"]
      delay: 0

    - level: "预警"
      channels: ["app_push", "email"]
      delay: 0

    - level: "报警"
      channels: ["app_push", "email", "sms"]
      delay: 0

    - level: "控制"
      channels: ["app_push", "email", "sms", "wechat_work"]
      delay: 0
      escalation: "call_duty_engineer"  # 升级至电话通知

7.3 告警内容模板

【TSM 监测预警】

项目：绕城高速管廊工程1标段
时间：2025-07-08 14:00:00

⚠️ 预警级别：橙色（报警）

测点信息：
- 测点编号：P-12
- 测点名称：12号墩沉降
- 当前累计变形：32.5 mm
- 报警阈值：30.0 mm
- 超限值：+2.5 mm
- 变化速率：3.2 mm/天

趋势分析：
- 近7天累计变化：12.8 mm
- 预测3天后：41.2 mm（将达到控制值）

建议措施：
1. 立即加密观测频率至 1次/2小时
2. 通知施工单位暂停该断面附近作业
3. 组织专家现场踏勘

查看详情：http://tsm.railwise.cn/projects/RW-2025-001/alerts/P-12

8. 数据存储与归档

8.1 数据分层存储

数据类型	存储介质	保留策略	说明
原始观测值	TimescaleDB	永久	水平角、垂直角、斜距
计算坐标	TimescaleDB	永久	X, Y, H
变形量	TimescaleDB	永久	dx, dy, dh, d_horizontal
告警记录	PostgreSQL	5年	告警时间、级别、内容
报告文件	MinIO	5年	PDF、Excel 报告
系统日志	文件系统	1年	调试与审计日志

8.2 数据压缩策略

TimescaleDB 自动执行数据压缩：

-- 查看压缩策略（由系统自动管理）
SELECT * FROM timescaledb_information.compression_settings
WHERE hypertable_name = 'observations';

-- 典型压缩配置：
-- 7 天内的数据：不压缩（快速查询）
-- 7-90 天的数据：中等压缩
-- 90 天以上的数据：高压缩比

9. 监控与运维

9.1 采集任务监控

在 TSM Web 界面中可实时监控：

左侧导航栏 → 采集监控 → 实时看板

监控指标：

指标	说明	正常范围
任务成功率	成功任务数 / 总任务数	≥ 95%
平均采集时长	单次采集耗时	≤ 30 分钟
数据完整率	实际测点数 / 计划测点数	≥ 98%
设备在线率	在线设备数 / 总设备数	≥ 99%
告警响应时间	从超限到通知的时间	≤ 5 分钟

9.2 异常处理

异常类型	自动处理	人工介入
设备离线	重连 3 次后标记离线	检查物理连接
测回差超限	自动重测	检查棱镜/气象参数
补偿器超限	暂停采集并告警	重新整平仪器
网络中断	缓存数据，恢复后补传	检查网络设备
计算异常	标记异常，跳过该测点	检查控制网

10. 相关文档

文档	路径	说明
TSM 平台概览	./tsm-overview.md	产品介绍与系统架构
TSM 部署与安装指南	./tsm-installation.md	环境搭建与部署
全站仪配置与连接设置	./tsm-station-config.md	设备接入与通信配置
监测项目创建与管理	./tsm-monitoring-project.md	项目配置与测点管理

11. 元数据标签

# AI 语义标签
semantic_tags:
  - data_acquisition
  - automated_monitoring
  - collection_schedule
  - quality_control
  - real_time_computation
  - adjustment_computation
  - deformation_analysis
  - alert_notification
  - data_storage
  - monitoring_operations

📌 版本记录

v1.0.0 (2025-07-08) — 初始版本，涵盖采集触发、调度策略、质量控制、实时计算与告警推送

如需技术支持，请联系 RailWise 客户服务团队：support@railwise.cn