本發明涉及工業數據管理，具體涉及一種支持計量單位自動轉換的表達式求值方法，特別適用于需要基于已有的帶計量單位的采集量進行計算并推斷出新的分析指標的場景。
背景技術：
1、在工業物聯網和智能制造領域，企業需要對海量的傳感器采集數據進行各種復雜的計算和分析，才能得到有價值的業務指標。這些計算需求覆蓋了各個行業和場景，從簡單的數學運算到復雜的多步驟推導，從實時監控到歷史數據分析，種類繁多、場景各異。
2、傳統的技術方案主要存在以下問題：
3、1)需要專業編程技能
4、傳統做法要么在數據采集端編寫代碼處理，要么在數據入庫后編寫復雜的?sql查詢語句。這不僅需要專業的編程技能，而且每次業務需求變化都要修改代碼、測試、部署，周期長、成本高、容易出錯。
5、2)計量單位不一致
6、在工業場景中，同一類物理量可能使用不同的計量單位：
7、不同設備：設備a使用毫安(ma)，設備b使用安培(a)；
8、不同時期：早期項目使用厘米(cm)，新項目使用米(m)；
9、不同地區：不同國家或地區使用不同的計量單位體系。
10、當這些使用不同計量單位的數據需要一起計算時，傳統的?sql?無法自動處理計量單位的轉換，必須人工計算轉換系數并編寫轉換代碼，容易出錯。
11、3)結果單位難以推導
12、當進行乘除運算時，結果的計量單位往往難以人工推導。例如：
13、電壓(v)?×?電流(a)?=?功率(w)；
14、長度(m)?×?長度(m)?=?面積(m2)；
15、長度(m)?×?面積(m2)?=?體積(m3)。
16、傳統方法需要人工判斷結果的單位，既費時又容易出錯。
17、4)單位兼容性檢查困難
18、當進行加減運算時，需要確保兩邊的物理量具有相同的量綱。例如，電流和電壓不能相加，因為它們是不同類型的物理量。傳統方法缺乏自動檢查機制，只能在運行時發現錯誤。
19、5)應用層計算性能瓶頸
20、現有技術通常在應用層進行表達式求值：先從數據庫讀取原始數據，再在應用程序中執行計算邏輯。這種架構存在嚴重的性能問題：
21、大量數據需要在數據庫和應用層之間傳輸，網絡開銷大；
22、應用層的計算能力遠不如數據庫的優化引擎；
23、遇到海量歷史數據的查詢場景（如查詢一年的分鐘級數據，數據量達到幾十萬甚至上百萬條），應用層需要讀取全部數據后逐條計算，內存消耗巨大，計算時間長，甚至導致應用程序崩潰，根本無法實際應用。
24、6)數據標準化困難
25、沒有標準化的數據，就無法對數據進行有效的分析和挖掘，數據就無法產生價值。本發明提出的公式表達式求值方法是實現數據標準化的重要手段。
26、cn109766384a公開了一種可視化系統中自動轉換數據計量單位的方法和裝置，通過設置數據基礎信息和轉換規則，根據數據大小按照轉換規則將數據按相應的精度換算成對應的數值，并將換算后的數值展示在界面中。該專利雖然實現了數據的自動轉換，但是在轉換規則的優化方面仍存在不足，難以根據數據的實際情況自適應地設置轉換步徑和數值精度。
27、cn114510497a公開了一種變量加工方法、裝置、設備及可讀存儲，采用sql語句的形式進行變量加工邏輯的表述，完成變量的邏輯加工和上線。該方法雖然縮短了變量提出到上線的周期，但在虛擬表的創建和管理流程上仍有待優化，難以實現高效的數據處理和查詢。
技術實現思路
1、本發明的目的是提供一種支持計量單位自動轉換的表達式求值方法，解決現有技術中計量單位不一致、單位轉換困難、結果單位推導復雜等問題。
2、本發明的一種支持計量單位自動轉換的表達式求值方法，包括：
3、在應用層建立包含基礎單位分類、派生單位分類和計量單位uom的三層計量單位體系，其中每個基礎單位分類指定一個基礎計量單位作為標準計量單位，每個派生單位分類由基礎單位分類組合列表定義，每個計量單位uom通過包括轉換系數和偏移量的單位轉換規則與所述基礎計量單位關聯；
4、應用層收到客戶端發起的關于某個元素包含多個屬性及相應運算符的計算表達式后，通過對客戶端發起的計算表達式進行解析，將所述計算表達式解析為抽象語法樹ast，包括：
5、應用層詞法分析器將所述計算表達式分解為詞法單元token序列；
6、應用層語法分析器將所述token序列解析為所述抽象語法樹ast；
7、應用層訪問器通過遍歷所述抽象語法樹ast，生成關于該元素的計算表達式的sql查詢語句并將該sql查詢語句發送給數據庫，所述sql查詢語句包含與基礎單位分類相對應的屬性、公式以及轉換系數或者包含與基礎單位分類相對應的屬性、公式、轉換系數、偏移量的sql片段；
8、所述數據庫通過執行所述sql查詢語句，完成所述計算表達式要求的計算任務；
9、其中，所述元素是指工業場景中需要管理的各種對象；所述屬性用于表示元素的相關數據。
10、優選地，通過判斷所述元素是否具有虛擬表，確定執行所述sql查詢語句的數據庫；當判斷所述元素具有虛擬表，使用虛擬表所在的數據庫連接執行sql查詢語句；當判斷所述元素沒有虛擬表，使用默認關聯的數據庫連接執行所述sql查詢語句。
11、優選地，當判斷所述元素具有所述虛擬表時，所生成的sql查詢語句還包含用于查詢所述虛擬表的子句。
12、優選地，采用一個元素一張虛擬表方式，為所述元素創建虛擬表；在為所述元素添加一個屬性時，就在所述虛擬表中添加與該屬性對應的一列。
13、優選地，在屬性設置的數據引用類型為指標類metric時，在虛擬表中添加的列為metric列，否則為標簽tag列；metric列用于存儲變化的時序數據，tag列用于存儲靜態數據。
14、優選地，使用虛擬表所在數據庫連接執行sql查詢語句虛擬表包括：
15、從所述sql查詢表中讀取屬性的數據值（如屬性為電流、電壓或溫度的時序數據值）；
16、利用轉換系數將讀取的數據值轉換成具有基礎計量單位的數據值；
17、再利用公式對具有基礎計量單位的數據值進行計算。
18、優選地，所述抽象語法樹ast至少包括：多個具有所述屬性的占位符節點和具有單位轉換規則和推導算法的運算符節點。
19、優選地，應用層通過遍歷所述抽象語法樹ast，生成所述sql片段包括：應用層遍歷所述抽象語法樹ast，通過訪問ast的占位符節點，查找所述屬性并獲取所述屬性所對應的數據列名和計量單位信息，通過訪問ast的運算符節點，獲得所述單位轉換規則和推導算法；利用所述單位轉換規則和推導算法生成所述sql片段。
20、優選地，所述單位轉換規則包括：利用單位轉換系數和/或偏移量進行單位轉換使所有參與加減運算的操作數的計量單位一致的加減法轉換規則、利用單位轉換系數進行單位轉換使所有參與乘除運算的操作數的計量單位均為基礎計量單位的乘除法轉換規則、使所有參與比較運算和位運算的操作數單位一致的比較運算和位運算轉換規則、不改變參數計量單位的函數調用轉換規則。
21、優選地，所述應用所述單位轉換規則和推導算法生成所述sql片段包括：
22、在加減運算時，檢查參與加減法運算的操作數的基礎單位分類是否一致，并判斷是否需要進行利用加減法轉換規則進行單位轉換；
23、若參與加減法運算的操作數的基礎單位分類一致且需要進行單位轉換，則生成包含基礎單位分類、計量單位以及單位轉換系數的sql片段，或者生成包含基礎單位分類、計量單位、單位轉換系數以及偏移量的sql片段。
24、優選地，所述應用所述單位轉換規則和推導算法生成用于計算的sql片段包括：在乘除運算時，根據參見乘除運算的多個操作數分別對應的多個數據列名，獲得每個數據列名的計量單位及其基礎單位分類的組合；通過乘除法運算轉換規則將所述組合中基礎單位分類的計量單位轉換為基礎計量單位；將轉換成基礎計量單位的基礎單位分類組合進行合并；利用所述推導算法查找或推導合并后的基礎單位分類組合所匹配的派生單位分類；生成關于該派生單位分類的包括基礎單位分類、計量單位以及單位轉換系數的所述sql片段。
25、優選地，在通過對ast的占位符節點進行語義分析查找到某個元素的多個屬性所對應的數據列名的同時，數據庫將所查找到的數據列名對應的不同數據庫不同表的數據列整合到一張虛擬表中，以便通過將該元素的多個屬性的多個sql片段整合到一個查詢求值語句中，利用所述虛擬表進行所述查詢求值。
26、優選地，所述派生計量單位分類的基礎分類組合列表中每一項包含基礎分類標識和冪次，系統根據乘除運算時合并后的基礎分類組合自動查找或推導對應的派生單位分類。
27、優選地，所述表達式解析過程中，占位符機制支持屬性引用占位符、時間占位符、環境變量占位符等多種類型，系統可擴展新的占位符類型而無需修改語法規則。
28、優選地，所述批量查詢方法將屬性按數據來源分類：靜態屬性直接從元數據獲取，標簽引用屬性構造一個?sql?查詢，指標引用屬性和公式屬性利用?tdengine?的cols函數合并到一個?sql?語句，常量表達式屬性構造一個?sql?計算。
29、優選地，所述方法支持表達式的嵌套引用，使用處理鏈跟蹤機制檢測循環引用，限制表達式嵌套深度，保證系統穩定性。
30、本發明能夠實現以下技術效果：1）用戶無需編程即可定義復雜的數據計算邏輯：2）自動處理計量單位的轉換和推導；3）自動檢查計量單位的兼容性；4）充分利用數據庫的計算能力，性能優異；5）支持對歷史數據的批量計算。