一种智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统

摘要

本申请提供的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统，包括：控制中心和与智能建筑的各局域对应的局域分析控制节点，每个所述的局域分析控制节点又对应有多个传感器和多个执行设备；对于每个所述局域分析控制节点，所述传感器用于采集与自身类型对应类型的数据，并将采集到的数据发送至所述局域分析控制节点；所述局域分析控制节点用于对所述传感器采集到的数据进行分析，根据分析结果生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述执行设备；所述执行设备用于根据所述控制指令执行相应的动作；所述控制中心用于向所述局域分析控制节点发送分析结果上传请求。本申请实施例的系统，能够避免发生通信错误、数据丢失，并对数据进行及时处理。

说明书

技术领域

本申请涉及基于计算机网络系统实现的智能建筑技术领域，尤其涉及一种智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统。

背景技术

智能建筑是通过物联网技术将建筑体内的多种类型的传感器、智能设备和控制设备联通起来，对建筑体的各种环境参数和设施运行状况实现数据的采集、存储、分析，并在数据分析的基础之上进行智能化的自动控制，达到维护建筑内部人员和财产安全、为业主创造宜居环境、节能减排等方面的目标。

智能建筑内的传感器、智能设备和控制设备至少组成以下系统：安全监测系统(包括电路状态、水路状态、燃气状态、有害气体浓度、建筑结构稳定性这些方面的数据传感器，以及对电路、水路、燃气、排风的控制设备，例如自动控制的电闸、水阀、气阀、风扇等)、空气调节系统(检测温度、湿度、颗粒物的数据传感器，以及空调和净化控制设备)，照明系统(包括光照度传感器以及灯光控制设备)，安保防卫系统(包括视频监控、红外闯入监控器、门禁刷卡器以及报警器)。这些传感器和设备之间通过各种物联网协议相互通信，实现数据和指令的传递。

传统的智能建筑的以上各系统均采用中心式的集中架构，即各种传感器将检测数据上传到控制中心，控制中心通过分析数据产生指令，再把指令下行传递给空调、灯光控制器、报警器等执行设备。中心式架构存在的问题是：(1)以上过程要经历很多跳的通信，延迟大，容易发生通信错误、数据丢失等情况；(2)由于智能建筑(特别是大型建筑)内部传感器和智能设施数量极多，因此导致大量数据存在于控制中心，造成数据泛滥，有用的数据反倒得不到及时处理；(3)控制过程和指令复杂，例如，智能建筑的某个会议室要从闲置状态转为举办会议，这样温度要从节能温度调节到适宜温度，照明和空气净化要从关闭转为启动，门禁权限需要更新，红外闯入监控器要暂时关闭，这样控制中心就要向多个系统收集数据和下达指令，而且要面向该会议室内的各种传感器采集数据，向各种执行设备下达指令，对这些传感器和执行设备的设备名搜索、状态查询、参数设置等步骤都会较为复杂，如果涉及到人工控制的话还会消耗大量的时间。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统，采用边缘化的体系架构实现面向智能建筑内的局域空间的数据采集分析以及设施控制，来解决现有技术中的智能建筑采用中心式的集中架构，导致的延迟大，容易发生通信错误、数据丢失、数据淹没，针对建筑局域的控制过程和指令复杂的技术问题。

基于上述目的，在本申请提出了一种智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统，包括：

控制中心和与智能建筑的各局域对应的局域分析控制节点；

其中，每个所述的局域分析控制节点通信连接对应该局域的多个传感器和多个执行设备；

对于每个所述局域分析控制节点，所述传感器用于采集与自身类型对应类型的数据，并将采集到的数据发送至所述局域分析控制节点；

所述局域分析控制节点用于对所述传感器采集到的数据进行分析，根据分析结果生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述执行设备；

所述执行设备用于根据所述控制指令执行相应的动作；

所述控制中心用于向所述局域分析控制节点发送分析结果上传请求，进而接收所述局域分析控制节点上传的数据分析结果，和/或当所述局域分析控制节点生成的分析结果显示存在异常时，接收所述局域分析控制节点上传的异常通知。

在一些实施例中，还包括：物联网网关，所述控制中心、所述局域分析控制节点、所述传感器和所述执行设备通过接入所述物联网网关实现相互之间的通信连接。

在一些实施例中，所述传感器包括：

安全监测传感器、空气质量传感器、光照度传感器和安保防卫传感器。

在一些实施例中，所述执行设备包括：

安全控制设备、空调控制设备、灯光控制设备和闯入报警设备。

在一些实施例中，所述局域分析控制节点，还用于：

根据对应局域的状态自定义自身的数据分析和控制指令生成。

在一些实施例中，所述局域分析控制节点各自具有独立的操作系统，每个所述的操作系统包括以下三层架构：

基础数据层、基本功能控件层和功能应用层。

在一些实施例中，所述基础数据层用于对与所述局域分析控制节点对应的传感器采集到的数据进行存储。

在一些实施例中，所述基本功能控件层包括由所述局域分析控制节点生成的并向所述执行设备发送的控制指令组成的控制指令集。

在一些实施例中，所述功能应用层用于定义面向局域的应用功能组件，通过所述应用功能组件可以执行对局域进行控制的应用功能，以根据控制中心的简单指令对局域进行控制。

在一些实施例中，所述控制中心包括多个通信接口，每个所述的通信接口对应一个所述的局域分析控制节点，所述控制中心通过所述通信接口向对应的局域分析控制节点发送简单指令。

本申请实施例提供一种智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统，包括：控制中心和与智能建筑的各局域对应的局域分析控制节点，其中，每个所述的局域分析控制节点又对应有多个传感器和多个执行设备；对于每个所述局域分析控制节点，所述传感器用于采集与自身类型对应类型的数据，并将采集到的数据发送至所述局域分析控制节点；所述局域分析控制节点用于对所述传感器采集到的数据进行分析，根据分析结果生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述执行设备；所述执行设备用于根据所述控制指令执行相应的动作；所述控制中心用于向所述局域分析控制节点发送分析结果上传请求，进而接收所述局域分析控制节点上传的数据分析结果，和/或当所述局域分析控制节点生成的分析结果显示存在异常时，接收所述局域分析控制节点上传的异常通知。本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统，采用边缘计算体系，控制过程和指令简单、延时短，能够避免发生通信错误、数据丢失，并对数据进行及时处理。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统的结构示意图；

图2是本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统中的传感器的组成结构示意图；

图3是本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统中的执行设备的组成结构示意图；

图4是本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统中的局域分析控制节点的操作系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统，在智能建筑部署一定数量的局域分析控制节点，作为边缘计算体系下的边缘节点；局域分析控制节点是按照智能建筑的局域进行部署的，每个局域部署一个该节点；局域是智能建筑的一个空间范围，例如一个房间、一个楼层都可以作为一个局域；该局域内布置的各种类型的传感器和执行设备都通过物联网通信连接该局域的局域分析控制节点。也就是说，现有技术是以同一类别功能的传感器、执行设备以及控制中心来组成一个功能系统，例如背景技术中提到的安全监测系统、空气调节系统、照明系统、安保防卫系统等功能系统，整个智能建筑由若干个不同类型的功能系统来组成。相反，不像现有技术那样，本发明以建筑空间的局域为基本单位的架构来组成系统。局域分析控制节点作为边缘节点，对本局域内的各种类型功能的传感器传递的数据进行分析，根据分析的结果生成控制指令，然后下发给本局域内对应的各种功能的执行设备，从而使得控制过程和指令简单、延时短，能够避免发生通信错误、数据丢失，并对数据进行及时处理。因而，本发明中整个智能建筑是由分布在每个局域内的、以局域分析控制节点为中枢的若干边缘网络组成的。

具体地，如图1所示，是本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统的结构示意图。本实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统，可以包括：

控制中心101和与智能建筑的各局域对应的局域分析控制节点102(如图中所示的局域分析控制节点1、局域分析控制节点2……局域分析控制节点n等)，通常情况下，智能建筑的各局域对应一个所述的局域分析控制节点102，当然，也可以根据实际需要在智能建筑的局域中设置两个或者多个所述的局域分析控制节点102。其中，每个所述的局域分析控制节点102又对应有多个传感器103(如图中所示的传感器11、传感器12……传感器1n等)和多个执行设备104如图中所示的执行设备11、执行设备12……执行设备1n等)，所述多个传感器103和多个执行设备104都部署在各个局域之内，并且与本局域的局域分析控制节点102连接。每个局域分析控制节点102、传感器103和执行设备104可以具有各自对应的编号，如图中所示的两位编号11、12、1n等，两位编号中的第一位为局域分析控制节点102对应的编号，第二位为在该局域中传感器103或执行设备104的编号。

对于每个所述局域分析控制节点102，所述传感器103用于采集与自身类型对应类型的数据，并将采集到的数据发送至所述局域分析控制节点102。传感器103采集的数据反映了本局域内部的状态。

如图2所示，是本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统中的传感器的组成结构示意图。在本实施例中，所述传感器103可以包括安全监测传感器1031、空气质量传感器1032、光照度传感器1033和安保防卫传感器1034。其中，所述安全监测传感器1031用于采集对应局域内的安全数据，又可以进一步划分为电路状态监测传感器、水路状态监测传感器、燃气状态监测传感器、有害气体浓度监测传感器和建筑结构稳定性监测传感器。其中，所述电路状态监测传感器用于采集对应局域内的电路的通断状态，进而确保对应局域内的供电正常，同时排除短路等安全隐患。所述水路状态监测传感器用于采集对应局域内的供水和排水数据，进而确保对应局域内的供水和排水正常，以及预防跑冒滴漏现象。所述燃气状态监测传感器用于采集对应局域内的燃气使用数据，进而确保对应局域内燃气供应正常，同时排除燃气泄漏等安全隐患。所述有害气体浓度监测传感器用于采集对应局域内的有害气体的浓度数据。所述建筑结构稳定性监测传感器用于采集对应区域内的建筑结构稳定性方面的数据，例如通过应变力传感器检测墙体的抗压能力、是否出现裂缝或者变形等状况。

所述空气质量传感器1032用于采集对应区域内的空气质量数据，包括空气的温度数据、湿度数据和颗粒物浓度数据，因此，空气质量传感器1032又可以进一步划分为空气温度传感器、空气湿度传感器和颗粒物浓度传感器，通过对空气温湿度以及其中有害成分的浓度进行监测，并在必要时对对应局域内的空气质量进行改善，从而保证了对应局域内的空气质量。

所述光照度传感器1033用于采集对应局域内的光照度数据，以根据采集到的光照对数据控制对应局域内的照明设备，以确保用户能够在正常光照度下生活或者工作。

所述安保防卫传感器1034用于采集对应局域内的安保防卫数据，例如利用视频监控设备采集进出人员的视频，或者利用红外监控设备采集人员的体形轮廓等，或者通过门禁采集进出人员的身份信息以及检测非法闯入等，以在当身份不合法的人员进出对应局域时能够及时做出响应，保证对应局域内的财产安全等。

所述局域分析控制节点102用于对所述传感器103采集到的数据进行分析，根据分析结果生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述执行设备104。

具体地，上述的多种类型的传感器将采集到的对应的数据发送至所述局域分析控制节点102，由所述局域分析控制节点102对多种类型的传感器发送的数据进行分析，生成相应的分析结果，例如对于安全监测传感器1031采集到的数据，经过分析可以确定对应局域内的供电是否正常，对应局域内的供水和排水是否正常，对应局域内燃气供应是否正常，是否存在燃气泄漏的状况，对应局域内的有害气体的浓度是否超标，以及，对应局域内的建筑结构是否存在不稳定的安全隐患。而对于所述空气质量传感器1032采集到的数据，经过分析可以确定对应局域内的空气质量是否达标。对于光照度传感器1033采集的数据，经过分析可以确定对应局域内的光照度是否不影响用户的正常生活或者工作，是否存在无人的局域内，照明设备处于工作状态。对于安保防卫传感器1034采集到的数据，经过分析可以确定对应局域内身份非法的人员进入。

所述执行设备104用于根据所述控制指令执行相应的动作。

如图3所示，是本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统中的执行设备的组成结构示意图。本实施例中的执行设备，可以包括安全控制设备1041、空调控制设备1042、灯光控制设备1043和闯入报警设备1044。

其中，所述安全控制设备1041相应的可以划分为自动控制的电闸，水阀，气阀，风扇，开关门等。电闸用于在接收到控制指令时，断开或者闭合相应的电路，水阀用于在接收到控制指令时，断开或者闭合相应的供水管路，气阀用于在接收到控制指令时，断开或者闭合相应的供气管路，风扇用于在接收到控制指令时，促进气体的流动，开关门则用于在接收到控制指令时，关闭对应的通道，避免有人员靠近建筑结构不稳定的区域。

所述空调控制设备1042用于在接收到控制指令时，调整自身的工作模式，以改变对应区域内的空气的质量，包括空气的温度、湿度和颗粒物浓度等。

所述灯光控制设备1043用于到控制指令时，为对应的照明系统进行供电或者停止供电。

所述闯入报警设备1044用于到控制指令时，发出报警声，以提醒相关人员有身份非法的人员进出对应局域等。

所述控制中心101用于向所述局域分析控制节点102发送分析结果上传请求，以命令目标局域分析控制节点102上次自身的分析结果，进而接收所述局域分析控制节点上传的数据分析结果，和/或当所述局域分析控制节点102生成的分析结果显示存在异常时，由该局域分析控制节点102对存在异常的分析结果进行主动上报，并由所述控制中心101接收所述局域分析控制节点102上传的异常通知，并由控制中心101的工作人员对存在的异常进行处理。

本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统，采用边缘计算体系，控制过程和指令简单、延时短，能够避免发生通信错误、数据丢失，并对数据进行及时处理。

此外，作为本申请的一个可选实施例，在上述实施例中，所述的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统还可以包括：物联网网关，所述控制中心以及一个或者更多局域内的所述局域分析控制节点、所述传感器和所述执行设备通过接入所述物联网网关实现相互之间的通信连接。

作为本申请的另一个实施例，所述局域分析控制节点，还用于根据对应局域的状态和预计模式，自定义自身的数据分析和控制指令生成。例如，视智能建筑中某一局域的使用和闲置状态，对使用或者是准备使用的局域按照正常模式来进行数据分析和控制指令生成，闲置的局域可以按照节能模式来控制，相应地，该局域内的安全控制设备1041停止对相应的电路供电、断开供水管路和供气管路，并关闭风扇等。同时，所述空调控制设备1042将自身的工作模式切换为非工作状态，所述灯光控制设备1043停止为对应的照明系统进行供电，所述闯入报警设备1044则不在接收控制指令等。

本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统能够取得与上述实施例相类似的技术效果，这里不再赘述。

图4是本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统中的局域分析控制节点的操作系统的结构示意图。在本实施例中，所述局域分析控制节点各自具有独立的操作系统，并且每个所述的操作系统包括以下三层架构：

基础数据层401、基本功能控件层402和功能应用层403。

其中，所述基础数据层401用于对与所述局域分析控制节点对应的传感器采集到的数据进行存储。例如可以对各种类型的传感器采集到的安全数据、光照度数据、空气质量数据和安保防卫数据进行存储。可选地，所述基础数据层401可以包括多个数据存储单元，不同的数据存储单元用于存储不同类型的数据。

所述基本功能控件层402包括由所述局域分析控制节点生成的并向所述执行设备发送的控制指令组成的控制指令集。

具体地，所述基本功能控件层402包括对各种执行设备下达指令的指令集，以及实现基本数据分析功能的控件。例如将本局域的传感器检测的数据与设定阈值进行比较以判断是否存在异常的分析控件；与控制中心进行上下行通信的通信控件等。

所述功能应用层403用于定义面向局域的应用功能组件，通过所述应用功能组件可以执行对局域进行控制的应用功能，以根据控制中心的简单指令对局域进行控制。应用功能组件可以调用述基本功能控件层的各种基本数据分析功能控件以及指令集，并且可以调取基础数据层的基础数据，从而利用基本数据分析功能控件实现对本局域内基础数据的分析，以及实现对本局域内执行设备下达的控制指令的生成和发送。功能应用层的各种应用功能组件为用户提供了可以方便调用的应用工具以及直观的人机交互接口，用户可以通过控制中心连接任何一个局域分析控制节点，获取该节点支持的应用功能组件的列表，并且下令该局域分析控制节点运行其中任何一个应用功能组件，执行相应的应用功能，并且获得该应用功能组件反馈的应用功能的执行结果。

例如，功能应用层上可以定义面向局域的启用应用功能，对于即将使用的会议室，控制中心只需要向对应的局域分析控制节点下达一个简单的启用指令，则该局域分析控制节点就可以调用该启用应用功能，进而自动调用分析控件分析本局域的温度、照明、空气质量等传感数据与为了实现局域启动而设定的阈值之间是否存在偏离，以及调用指令集而向局域内的各种执行设备下发一系列的控制指令，实现温度要从节能温度调节到适宜温度，照明设备和空气净化要从关闭转为启动，门禁权限需要更新，红外监控设备要暂时关闭等一系列的控制。再例如，功能应用层上可以定义面向局域的停用应用功能，仍以会议室为例，控制中心只需要向对应的局域分析控制节点下达一个简单的停用指令，则该局域分析控制节点就可以调用该停用应用功能，进而调用指令集而下发一系列新的控制指令，停止对该局域的温度的调节、照明和对空气的净化，将门禁权限设置为所有人不可进入，同时启用红外监控设备等。

在本实施例中，所述控制中心包括多个通信接口，每个所述的通信接口对应一个所述的局域分析控制节点，所述控制中心通过所述通信接口向对应的局域分析控制节点发送简单指令。

作为本申请的一个可选实施例，所述局域分析控制节点基于本局域内部多种类型的传感器发送的数据，通过分析获得针对该局域的分析结果。以上分析过程除了较为简单的将温度、空气质量、光照度等传感数据与预设的阈值进行比较之外，还可以从本局域采集的多种类型的传感数据执行综合分析，判断局域的当前状态。具体来说，可以将本局域的温度、空气质量、光照度等传感数据组合为一个多维度的参数向量，并且与表明局域状态的多种预定模式标准参数向量进行比较，确定向量之间的向量差。例如，已经预定了作为会议室的一个局域在使用状态下的标准参数向量，该标准参数向量包括该局域在使用状态下的温度、空气质量、光照度等传感数据的标准值；将该局域当前的温度、空气质量、光照度等传感数据组合为一个多维度的参数向量，将该参数向量与标准参数向量比对，计算向量差，作为分析依据，可以根据该向量差而对局域内的执行设备进行控制。

本发明以建筑空间的局域为基本单位，所述局域是建筑物的一个房间、楼层、门厅等独立的空间范围。局域分析控制节点作为边缘节点，连接本局域内的各种类型功能的传感器以及本局域内的各种功能的执行设备，从而位于同一个局域内的局域分析控制节点以及传感器、执行设备要首先进行配对，建立上述通信连接。然而，建筑物内传感器、执行设备的数量和类型繁多，如果完全依靠人工配置实现将同一个局域内的传感器和执行设备与该局域的局域分析控制节点建立配对将会是繁琐的工作。由于距离因素以及墙壁等建筑结构的阻隔，位于同一个局域内的节点相互之间收发的无线信号强度的衰减一般会明显低于跨局域的节点之间无线信号收发的信号强度衰减。故而，在上述配对的过程中，所述局域分析控制节点首先广播第一配对邀请信号，第一次广播的该配对邀请信号的发射信号强度为DB₁，接收到该配对邀请信号的n个传感器或者执行设备检测所接收的该第一配对邀请信号的信号强度，表示为(DB₁)′_i，即第i个传感器或者执行设备对该第一配对邀请信号的接收信号强度，i≤n。各个传感器或者执行设备将自身的(DB₁)′_i值回传给所述局域分析控制节点；求所接收到的n个(DB₁)′_i值的标准差：

其中表示全部(DB₁)′_i的均值；如果该标准差S的值大于阈值，说明各传感器或者执行设备对第一配对邀请信号的接收信号强度的差异度较大，则接收到该第一配对邀请信号的传感器或者执行设备除了本局域之内的传感器和执行设备，还包括其他局域的传感器和执行设备，故而，降低所述局域分析控制节点所发送的配对邀请信号的发射信号强度至DB₂，接收到该配对邀请信号的m个传感器或者执行设备所接收的该配对邀请信号的信号强度表示为(DB₂)′_i，i≤m。各个传感器或者执行设备将自身的(DB₂)′_i值回传给所述局域分析控制节点，求所接收到的m个(DB₂)′_i值的标准差S₂，判断S₂是否低于或等于阈值，若仍然大于阈值则降低所述局域分析控制节点所发送的配对邀请信号的发射信号强度至DB₃，依次类推，直至第L次发送配对邀请信号后该标准差S_L低于或等于阈值，说明各传感器或者执行设备对第L次配对邀请信号的接收信号强度的差异度较小，则将接收到该第L次发送的配对邀请信号的传感器或者执行设备作为与该局域分析控制节点处于同局域的节点，在这些传感器或者执行设备与局域分析控制节点之间进行配对；进而，可以将配对信息发送给控制中心，由控制中心进行人工复核或者修改，从而，方便了以局域为单位建立配对的操作。

本申请实施例的智能建筑物联网信息的边缘化分析及局域控制系统，能够使得控制中心下发的指令更加简单，从而避免发生通信错误。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。