（控制科学与工程专业论文）生产过程实时数据管理方法及其系统研究.pdf

学位论文数据集。 删嬲 中图分类号 t p 7 6 5 学科分类号 5 1 0 8 0 4 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 1 1 0 7 2 8 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名周峰学号 2 0 0 7 0 0 0 7 2 8 获学位专业名称控制科学与工程获学位专业代码 0 8 1 1 0 0 智能检测技术及 课题来源横向项目研究方向 测控系统 论文题目 生产过程实时数据管理方法及其系统研究 关键词流程工业，l a b v i e w ，实时数据管理方法，索引机制 论文答辩日期2 0 1 1 年5 月2 6 日论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名 职称 工作单位学科专长 指导教师王建林教授北京化工大学测控技术与系统 评阅人1张贝克教授北京化工大学过程智能仿真技术 评阅人2崔玉龙副教授北京化工大学电力电子技术应用 评阅人3 评阅人4 7 评阅人5 声 ：、 椭员蝴李宏光教授北京化工大学过程控制一。 答辩委员1陈娟教授北京化工大学智能检测技术 答辩委员2张贝克教授北京化工大学 过程智能仿真技术 答辩委员3 崔玉龙 副教授 北京化工大学 电力电子技术应用 答辩委员4夏涛副教授北京化工大学过程系统安全工程 答辩委员5曹政才副教授北京化工大学智能控制技术 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) ( 学科分类与代码中 查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 流程工业是国民经济中的重要行业。在流程工业中随着工业化和信息 化融合的进程加快，生产过程不断产生庞大的数据信息量，迫切需要对流 程工业中实时数据进行快速存取和有效管理。现有的生产过程实时数据管 理方法存在着一定的局限性，无法很好地满足生产过程实时数据管理高 效、稳定、可靠的要求。因此，对生产过程实时数据管理方法及其系统进 行研究，提高数据管理的高效性和可靠性具有重要的理论意义和应用价 值。 本文详细分析了现有生产过程实时数据管理技术及其系统的发展现 状，给出了一种生产过程实时数据管理方法，该方法引入了实时数据处理 机制，对h a s h 二叉树索引结构进行了改进，提高了实时数据的索引效率， 并采用t d m s 文件访问技术与a d o n e t 接口技术相结合的数据存储管 理方式，实现了历史数据的高效存储与访问；采用l a b v i e w 编程语言， 实现了基于改进h a s h 二叉树的实时数据索引，设计并实现了基于混合存 储机制的历史数据管理，并构建了生产过程实时数据管理系统。 实验研究表明，所提出的生产过程实时数据管理方法稳定可靠；该系 统能快速实现对实时数据和历史数据的存储和访问，很好地满足了流程工 业对系统实时性和稳定性的要求，较大程度的提高了实时数据管理的效 率。 北京化工大学硕士学位论文 关键词：流程工业，l a b v i e w ，实时数据管理方法，索引机制 a b s t r a c t a n d p r o c e s si n d u s t 拶o c c u p i e si m p o r t a mp o s i t i o ni nn a t i o n a le c o n o m y w i t h t h ei m e g r a t i o na c c e l e r a t i o no fi n d u s t r i a l i z a t i o na n di n f o m a t i o ni nt h ep r o c e s s i n d u s t r mm o r ea n dm o r ed a t ai n f o r m a t i o nc o n t i i l u et og e n e r a t e e f f e c t i v e m a n a g e m e n ta n de f j e i c i e n ts t o r a g ea r eu 玛e n t l yn e e d e df o rp r o c e s si n d u s t 拶 1 e a l t i m ed a t a t h e r ea r es o m el i m i t a t i o n si nc u l l r e n ti e a l t i m ed a t a m a n a g e m e n tm e t h o d ，w h i c hc a nn o ts a t i s 匆t h ee f j f i c i e n t ，s t a b l ea n dr e l i a b l e r e q u i r e m e n t so fp r o c e s si n d u s t t h e r e f o r e ，p r o d u c t i o np r o c e s sr e a l 一t i m ed a t a m a n a g e m e n t m e m o da n d s y s t e m r e s e a r c hh a v e i m p o r t a n t t h e o r e t i c a l s i g n i f i c a n c ea n d 印p l i c a t i o nv a l u e i tw a ss u m m a r i z e dt h a tt h ec u r r e md e v e l o p m e n ts t a m so fp r o d u c t i o n p r o c e s sr e a l - t i m ed a t am a n a g e m e n tt e c l m o l o g ya n ds y s t e m ap r o d u c t i o n p r o c e s sr e a l 一t i m ed a t am a n a g e m e n tm e t h o dw a sp r o p o s e d ar e a l t i m ed a t a h a n d l i n gm e c h a n i s mw a sp u l l e di n t h er e a l t i m ed a t ai n d e xe m c i e n c yw a s i m p r o v e dt h r o u g hd e s i g n i n gam o d i f i e dd a t aq u e r ya n di n d e xm e t h o db a s e do n h a s hb i n a 巧t r e e ；e 伍c i e n ts t o r a g ea n da c c e s so f h i s t o r i c a ld a t aw e r ea c h i e v e d t h r o u g hu s i n gt h er e a l - t i m ed a t as t o r a g em a n a g e m e n tm e t h o dw h i c hi st h e i 北京化t 大学硕士学位论文 c o m b i n a t i o no ft d m sf i l ea c c e s st e c h n o l o g ya n da d o n e ti n t e r f a c e t e c l l i l 0 1 0 9 y ；w i t hl a b v i e wp r o g r a m m i n gl 姐g u a g e ，t h em o d i f i e dd a t aq u e 巧 a n di n d e xm e t h o db a s e do nh a s hb i n a 巧t r e ew a sa c h i e v e d t h eh i s t o r i c a ld a t a m a n a g e m e n t b a s e do nm i x e d s t o r a g e m e c h a n i s mw a sd e s i g n e da n d i m p l e m e n t e d o nt h i sb a s i s ，m ep r o d u c t i o np r o c e s sr e a l t i m ed a t am a n a g e m e n t s y s t e mw a sb u i l t t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dp r o d u c t i o np r o c e s s r e a l t i m ed a t am a n a g e m e n tm e t h o di ss t a b l ea i l dr e l i a b l e ；t h es y s t e mc a n a c h i e v er 印i ds t o r a g ea n da c c e s so fr e a l t i m ea n dh i s t o r i c a ld a t a ，a n ds a t i s 矽 t h es y s t e mr e a l 一t i m ea n ds t a b i l i t yr e q u i r e m e n t sw e l li np r o c e s si n d u s 奶，t h e r e a l - t i m ed a t am a n a g e m e n te 伍c i e n c yw a si n l p r o v e dl a 唱e l y k e y w o r d s ：p r o c e s si n d u s t l a b v i e w ，r e a l 一t i m ed a t am a n a g e m e n tm e t h o d ， i n d e xm e c h a n i s m 目录 目录 第一章绪论1 1 1 弓i 言1 1 2 过程实时数据管理技术及其系统研究现状1 1 2 1 过程实时数据管理系统及其数据管理技术l 1 2 2 过程实时数据管理系统的接口技术3 1 2 3 过程实时数据管理系统数据压缩技术4 1 3 课题的研究意义及主要研究内容5 1 3 1 研究意义5 1 3 2 主要内容。：6 第二章生产过程实时数据管理系统数据管理方法研究7 2 1 引言7 2 2 实时数据管理系统的数据管理方法一7 2 3 实时数据管理信息系统的设计原则9 2 4 实时数据管理信息系统体系架构1 0 2 4 1 实时数据管理信息系统结构1 0 2 4 2 实时数据管理信息系统架构设计1 3 2 5 小结。1 6 第三章基于h a s h 二叉树的过程实时数据索引方法改进1 7 3 1 弓i 一言一17 3 2 实时数据索引方法1 7 3 2 1 哈希索引机制1 7 3 2 2 二叉树索引机制1 8 3 3 改进h a s h 二叉树的过程实时数据索引1 9 3 3 1 改进二叉树的结构2 0 3 3 2 改进二叉树的构造2 2 v 北京化工大学硕上学位论文 3 4 小结2 3 第四章生产过程实时数据管理系统的实现2 5 4 1 引言2 5 4 2l a b v i e w 开发平台2 5 4 3 改进h a s h 二叉树索引方法实现2 6 4 3 1 提取工位号并求值2 6 4 3 2 生成h a s h 值数组2 6 4 3 3 数组排序2 7 4 3 4 建立改进二叉树结构2 8 4 3 5 数据查找2 9 4 4 实时数据管理系统接口设计与实现3 0 4 5 数据存储模块的设计与实现3 2 4 5 1 数据存储结构设计3 2 4 5 2 基于t d m s 的文件存储设计与实现3 4 4 5 3 基于a d o 。n e t 的数据存储设计与实现3 6 4 6 j 、结4 0 第五章实验与分析4 1 5 1 引言。4 l 5 2 实时数据索引方法测试4 l 5 2 1 无冲突时的结果验证4 1 5 2 2 冲突时的结果验证4 2 5 3 数据库o p cc l i e n t 接口测试4 5 5 4 数据管理方法实验测试4 7 5 4 1 实时数据管理测试。4 7 5 4 2 历史数据管理测试4 8 5 5 系统应用与测试4 9 5 6 小结。5 0 第六章结论与展望5 3 6 1 结论一5 3 6 2 展望5 3 v i 5 7 作者简介6 1 v 1 1 北京化工大学硕士学位论文 v i i i c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1f o r e w o r d l 1 21 kc u r r e n ts i t u a t i o no fp r o c e s sr e a l t i m ed a t am a n a g a m 斌t e d h i l o l o g ) ra i l ds y s t e i i l 1 1 2 1p r o c e s sr e a l t i m ed a t am a i l a g e m e n tt e c k l o l o g y 雒ds y s t e m 一1 1 2 2i n t e r f a c et ec _ h n 0 1 0 9 yi l lp r o c e s sr e a l t i m ed a t am a i l a g e m e n ts y s t e m 3 1 2 3d a t ac o m p r e s s i o nt ec _ h n o l o g yi np r o c e s sr e a l t i l n ed a t am a l l a g e r n 肌ts y s t 锄4 1 3s t l l d ym e 撕n ga n dm a j o rc o n t e i l t so f “sp a p e r 。5 1 3 1s 1 硼ym e a n i n go f t h i sp a p e r 5 1 3 2m 旬o rc o n t e n t so f t h i sp a p e r 6 c h a p t e r2d a t am a n a g e m e n tm e t h o dr e s e a r c h i n p r o d u c t i o np r o c e s s r e a l t i m ed a t am a n a g e m e n ts y s t e m 7 2 1f o r e w o r d 7 2 2d a t am a l l a g 锄e i l tm e t h o do f r e a l t i m ed a t am a l l a g e m e n ts y s t e m 7 2 3d e s i g np r i n c i p l e so f r e a l - t 妇ed a t am a n a g 锄e n ts y s t e m 。9 2 4a r c h i t e c t u r eo f r e a l 一t i m ed a t am a l l a g 锄e n ts y s t e i n 1 0 2 4 1r e a l - t i n l ed a t am a n a 管班l e n ts y s t e ms t n 】碰u r e 。1 0 2 4 2r e a l t i m ed a t am a i l a g e m e n ts y s t e n la r c h i t e c t u r ed e s i g n 1 3 2 5s u n l m a n ，1 6 c h a p t e r3p r o c e s sr e a l t i m ed a t ai n d e xm e t h o di m p r o v e m e n tb a s e do n h a s hb i n a r yt r e e - 1 7 3 1f o r e w o r d 1 7 3 2p r o c e s sr e a l t i m ed a t ai n d e xn l e t h o d1 7 3 2 1h a s hi n d e xm e c h a n i s m 1 7 3 2 2b i n a r yt r e ei n d e xm e c h a n i s m 1 8 3 3p r o c e s sr e a l t i m ed a t ai n d e xi m p r 0 v e m e i l tb a s e do nh a s hb i n a r yt r e e 19 i x 北京化1 = 大学硕上学位论文 3 3 1t 1 1 es t m c t i 】r eo f i m p r o v e db i n 哪讹e 2 0 3 3 21 1 1 ec o n s t m c t i o no fi m p r o v e db i n 哪仃e e 2 2 3 4s u 】n m a 巧2 3 c h a p t e r4 p r o d u c t i o n p r o c e s s r e a l - t i m ed a t a m a n a g e m e n ts y s t e m i m p l e m e n t a t i o n 2 5 4 1f o r e w o r d 2 5 4 2l a b v i e w d e v e l o p m e n tp l a t f 0 n l l 2 6 4 3h i l p r o v e db i n a r y 圩e ei n d e xm e m o d i m p l e i i l e n t a t i o n 2 6 4 3 1e x t r a c t i o na n de v a l u a t i o no f w o r kb i tn u m b e r 2 6 4 3 2h a s hv a l u ea r r a yg e n e r a t e d 2 6 4 3 3a r r a ys e q u e n c e 2 7 4 3 4e s t a b l i s l l i l l e l l to f i m p r o v e db i n a r y 骶es t r u c n l r e 2 8 4 3 5d a t as e a “i h 2 9 4 4d e s i g na i l di m p l 锄e n t a t i o no f r e a l t i m ed a t am a i l a g e m e n ts y s t e mi n t e r f a c e 3 0 4 5d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fd a t as t o r a g em o d u l e 3 2 4 5 1d a t as t o r a g es 伽j c t i 】r ed e s i g n 3 2 4 5 2d e s i g na n di m p l e i n a l t a t i o no ff i l es t o r a 曙eb a s e do nt d m s 3 4 4 5 3d e s i g na n di m p l e i 】1 e n t a t i o no f d a t as t o m g eb a s e do na d o n e t 3 6 4 6s u l n m m y 4 0 c h a p t e r5e x p e r i m e n ta n da n a l y s i s 4 1 5 1f o r e 、) l r o r d 4 1 5 2t e s to f r e a l t i m ed a t ai n d e xm e t h o d 一4 1 5 2 1r e s u l ta l 】t b e n t i c a t i o nw i m o u tc o n n i c t 4 1 5 2 2r e s u l ta u c h e n t i c a t i o nw i t hc o n n i c t 4 2 5 37 r e s to fd a t a b a s eo p cc l i e n ti n t e r f a c e 4 5 5 4e x p e r i m e n tt e s to fd a t am a n a g e m e n tm e t h o d 4 7 5 4 1t b s to f r e a l - t i m ed a t am a n a g e m e n t 4 7 5 4 2t e s to fh i s t o r i c a ld a t am a n a g e m e n t 4 8 5 5s y s t e ma p p l i c a t i o na n dt e s t 4 9 5 6s u m m a 拶5 0 c h a p t e r6c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t 5 3 x c o n t e n t s 6 1c o n c l u s i o n 5 3 6 2p r o s p e c t 5 3 r e f b r e n c e 5 5 a c l m o w l e d g m e n t s 5 7 r e s e a r c hr e s u l t sa n d p u b l i s h e da c a d e m i cp a p e r s 5 9 b r i e fi n t r o d u c t i o no fa u t h o r 6 1 北京化工大学硕十学位论文 x i i 绪论 1 1 引言 绪论 流程工业涵盖了包括制药、化工、轻工等在国民经济中占重要地位的行业。当前， 企业国际化和市场竞争越来越激烈，提高企业效率和综合竞争力是当前流程工业企业 面临的重要课题。我国的流程工业起步晚，底子薄，在长期的工业发展过程中存在着 能耗大、成本高，设备效率低、管理滞后等各种问题。企业自身信息化建设是解决问 题的关键。以信息化带动工业化是实现流程工业现代化的重要步骤。因此，建立符合 当前流程工业状况的生产过程实时数据管理信息系统，实现工业生产过程和信息管理 的综合集成，对企业现代信息化建设非常重要。 近年来，作为企业综合自动化系统中的一部分，生产过程实时数据管理系统 r t d b m s ( r e a l t i m ed a t a b a s em a i l a g 锄e i l ts y s t e m ) 得到了较快的发展，也取得了较好 的应用效果。但是，现有实时数据管理系统应用在流程工业中，其实时数据处理方法 还存在着一定的局限性，无法很好的满足流程工业对实时性和可靠性的要求。在流程 工业中针对大量的数据信息量，对生产过程实时数据管理方法及其系统进行研究，是 企业综合自动化系统和现代信息化建设的一个重要研究内容。 1 2 过程实时数据管理技术及其系统研究现状 1 2 1 过程实时数据管理系统及其数据管理技术 随着工业化和信息化的发展，数据信息量骤然增加，实时数据的处理遇到很大 的瓶颈和难度，效率十分低下，面对如此大量的信息流和庞大的数据流，为了适应企 业工业化和自动化的需要，需要建立一个功能完善的实时数据管理信息系统对各种不 同的数据进行统一的集成和管理。 1 流程工业的实时性需求 流程工业过程是一个连续，复杂的生产过程，其中包含了诸如温度，压力，流量， 液位，湿度等大量的动态过程数据，其具有生产数据批量大，加工过程连续不间断， 自动化程度高等特剧。为了实现流程工业企业的高效稳定生产，要求工业流程全过 程实现实时监控、实时数据的快速处理、历史数据的长期存储以及生产数据信息的高 效集成与共享。流程工业过程中大量的实时数据信息往往具有两个比较突出的特点： 一是数据的实时性强，要求实时数据管理系统通过数据接口采集到的数据在一定的时 北京化工大学硕士学位论文 问以内要进行快速处理并及时给出响应；二是需要处理的数据是“短暂 的，工业流 程中的实时数据只有在某一特定的时间内是有效的，超过这个截止时间，数据就将变 得没有意义。 2 实时数据管理系统的一般系统模型 实时应用程序 实时调度e 二一实时事务匕二二 实时并发控制 实时资源管理 实时i o 调度 实时数据库 图1 一l 实时数据管理系统一般系统模型 f i g 1 1g 饥e r a la r c h i 妣t i l o fr e a l t i 脚d a t am a i l a g e i n 饥ts y s t 锄 实时数据管理系统r t d b m s 是企业实现信息化和工业自动化的基础。实时数据 管理信息系统是根据具体的需求和应用创建相对应的实时数据库，提供实时数据库和 企业底层控制系统的接口，支持建立在实时数据库之上的各种应用。实时数据管理系 统的一般系统模型如图1 1 所示。实时数据管理系统通过实时数据管理模块和接口模 块对全厂范围内各种设备和装置的数据信息进行监测和采集，在系统中实现对数据的 统一集成和管理。 3 生产过程实时数据管理技术 流程工业生产过程对实时数据管理的实时性和可靠性具有很高的要求。用户通过 生产过程实时数据管理系统对数据进行在线监测，及时发现工业生产中存在的问题， 可以减少工业故障带来的损失。同时，对历史数据进行查看和分析，可以发现工业过 程运行的规律，对提高工业生产效率提供数据支持。生产过程的实时数据管理技术主 要包含以下几个方面：实时数据采集接口和存储接口的设计，数据索引机制，数据压 缩，数据统一集成，系统资源调度，并发控制协议【2 1 ，事务优先级分派【3 】等。这些构 成生产过程实时数据管理系统的各个模块之间高度相关，应用性密切相连，是实时数 据管理中不可或缺的重要组成部分，也是实时数据管理系统的重点研究内容。在实际 应用中，在利用实时数据管理技术构造系统时，要结合工程应用的背景和实时数据的 2 需 绪论 性。 同数据类型的实时数据，同时，多数生产 装置还存在着异构的特点，流程工业对实时数据的要求很高，这就需要对不同的异构 数据进行统一的集成和优化【4 ，5 】。因此，针对不同的数据源，在进行统一集成之前，会 采用不同的数据接口技术进行数据的采集。在实时数据管理系统中，主要采用 o d b c ( o p e l ld a t a b a s ec o i l l l e c t i 劬s q l ，d d e ( d y n 锄i cd a t ae x c h a i l g e ) ，o p c ( o l ef o r p r o c e s sc o 椭1 ) 等数据接口技术。 1 o d b c 技术在实时数据管理系统中的应用 o d b c 是开放数据互联的简称，是由美国微软公司提出的不同数据库之间互联的 一种工业标准，为异构数据库不同的数据源提供统一的接口，基于o d b c 的应用程序 把s q l 语言作为标准语言来存取各种不同的数据源【6 ，7 1 。各种支持o d b c 标准的应用 程序都可以通过实时数据管理系统r t d b m s 的o d b c 接口访问实时数据库，实现对 数据的读写操作。o d b c 结构图如图1 2 所示。o d b c s q l 技术相同的应用程序代码 可用于不同的r t d b m s ，提高了实时数据管理系统不同数据源之间的互操作性，同时， o d b c 技术的开放性为数据的统一集成提供了技术支持，并且o d b c 的应用与 r t d b m s 分开，因此降低了开发和维护的成本【8 1 0 】。 图1 - 2o d b c 结构图 f i g 1 20 d b cs n l l c t u r a lf i g i l r e 2 d d e 技术在实时数据管理系统中的应用 d d e 是动态数据交换的简称【1 1 ，12 1 ，是由美国微软公司提出的数据交换方式。两个 应用程序间通过d d e 建立的连接属于c l i e n t s e r v e r 的关系，而且两个应用程序问的 通信方式是双通道的，当s e r v e r 中数据发生变化时会及时通知c l i e n t 。因此，应用程 序通过d d e 连接实时数据管理系统r t d b m s ，不但可以往罩写入数据，也可以读数 据。 3 北京化工大学硕十学位论文 d d e 技术在很多著名的自动化软件中都得到了应用。例如w o n d e 刑a r c 公司的 d 嬲e r v e r 和i n t o u c h ，s i e m e l l s 的s i m a t i cn e t 和w i n c c ，r o c k w d l a b 的r s l i l l ) 【和r s v i e w 3 2 等【1 3 】。由于不同软件基本都符合d d e 接口标准，可以比较方便的实现连接。 d d e 方式建立的数据连接，通信效率比较低，面对大规模的实时数据，数据更新 速度很慢。因此，在实时数据管理系统应用中，d d e 连接方式适用于数据点比较少， 速度和实时性要求不高的场合。 3 o p c 技术在实时数据管理系统中的应用 o p c 是把o l e 应用于过程控制领域，o l e 是面向对象程序设计的一种规范【1 4 - 1 6 】。 o p c 定义了一种开放的接口标准，它基于w i n d o w s 的o l e ，c o m ，d c o m 技术，允 许在自动化控制，应用现场设备等之间进行简明的数据交换【1 7 1 。o p c 为w i n d o w s 的 应用程序和现场控制设备之间建立了一座桥梁，它为设备的硬件开发商和软件开发商 提供了一个透明的规则，计算机硬件开发商只需要编写一套驱动程序就可以满足不同 用户的要求，用户也扩大设备选型的范围。 o p c 是最常用的一种接口标准，其应用领域非常广泛。高建平等【1 8 】提出了一种基 于o p c 技术构建实时数据管理系统的方法，在实时数据管理组态平台d l p a s a r e a l 实现了对实时数据和历史数据的高效管理，这是o p c 技术的常见应用。杨静等【1 9 】通 过o p c 和a c t i v e x 技术搭建了一个实时监控系统，远程监控是通过o p c 利用m i c r o s o r 的d c o m 来实现的，整个系统实现了实时数据的远程传输和动态显示。o p c 技术还 能作为中间件应用在数据库的访问之中。张坤鳌等【2 0 】基于o p c 中间件技术设计了一 种电力调度系统集成方案，实现了对系统数据库中数据的访问和传输，具有比较高的 效率。 o p c 对硬件设备的接口标准进行了统一定义，不管现场的工业设备以何种形式存 在，用户都可以利用统一的标准去访问，彻底把用户从底层开发中解放出来【2 1 1 。o p c 技术具有比较好的应用前景。 1 2 3 过程实时数据管理系统数据压缩技术 在流程工业中，生产过程会产生大量的过程实时数据和历史数据。为了方便用户 以后对大量历史数据进行查看和分析，需要对数据进行有效和快速的存储。面对庞大 的数据信息量，如果直接将数据存储到历史数据库中，对存储空间会形成极大的浪费， 不利于对资源的合理利用。因此，必须对数据进行有效的压缩。 数据压缩技术是伴随着信息技术论的发展而产生的。1 9 4 8 年，信息论之父 c e s h a r u l o n 在论文“通信的数学理论( am a t h e i i l a t i c a lt h e o r yo f c o 伽m u n i c a t i o n ) ”【2 2 】 中指出，所有的数据信息都存在着冗余，冗余信息量的大小与数据信息中各个符号出 现概率的不确定性相关。这是第一次为数据压缩技术提出了理论基础。1 9 5 2 年， 4 第一章绪论 d a h u 胁孤发表了论文“最小冗余度代码的构造方法【2 3 1 ，在论文中提出了第一个 数据编码方法，这就是h u 伍n a l l 编码，该编码方法影响广泛，从上世纪6 0 年代至今， 在数据压缩技术中得到了深入的应用。2 0 世纪8 0 年代，犹太人j z i v 和a l e n l p e l 从 h u f h a i l 编码方法中解放出来，开发出了一系列更快捷，更有效的数据压缩算法，这 些算法统称为l z 系列算法【2 4 1 。1 9 9 4 年，m b 1 l n o w s 和d j w h e e l e r 共同提出了一种 简称为b w t 的数据压缩算法，该算法对字符串轮转后获得的字符矩阵进行排序和变 换，取得了很好的压缩效率。数据压缩技术具有重要的应用价值，随着信息论技术的 进步其研究必然向更深层次发展。 数据压缩技术在其发展的过程中逐渐出现了通用的数据压缩技术和针对某些特 定领域的专用数据压缩技术。通用的数据压缩算法主要包含p p m 算法【2 5 1 、l z 系列 算法、b w t 算法【2 6 j 等，这些算法基本都是以数据信息在计算机存储中的最小单位“字 节 进行压缩的，不管数据本身的特征。而专用数据压缩技术是针对特定数据的本身 特征来设计压缩算法，或者是对通用的压缩算法进行变形或改进，比如多媒体数据压 缩技术，医学数据压缩技术，生产过程实时数据压缩技术等都是专用压缩技术的代表。 数据压缩技术在移动通信，管道泄漏检测，航空航天，电子工程，自动控制等领一 域都有着广泛的应用。李膺等【27 】将数据压缩技术应用在广播通信中，实现了数据的 快速传输，促进了全数字化信号传输技术的向前发展；潘海涛，何洁月等【2 8 】以电厂实 时数据管理系统为例，提出了一种新型的适配性数据取样压缩方法，实现了对数据的 快速存储和挖掘；杨理践，夏克，高松巍等【2 9 】在管道泄漏检测中，提出一种以整数提 升小波变换的思想，结合自适应算术编码为核心的无损压缩算法，实现了很高的压缩磊， 比，有很好的实践应用价值。钱神恩，张斧等【3 0 3 1 】将实时数据压缩方法应用在天文观 测图像数据的传输中，提出了一种“基础比特+ 溢出比特 的数据编码方法，取得了 很好的应用效果。随着数据压缩技术的发展，其应用范围已经扩展到了当今社会的各 个领域，极大的提高了数据的传输和利用效率。 1 3 课题的研究意义及主要研究内容 1 3 1 研究意义 流程工业是国民经济中的重要行业。随着当前企业现代化和信息网络化进程的加 快，流程工业的发展迎来了快速发展的历史机遇。流程工业与离散工业相比，具有复 杂性，不确定性，非线性，多目标，多约束，多资源相互协调等特点，流程工业还普 遍存在着生产装置并存的现象。这些特点决定了对流程工业中产生的实时数据进行高 效集成和处理是一个比较复杂的问题。同时，由于流程工业中实时数据的规模非常庞 大，对实时数据进行操作和访问十分繁琐，直接导致