一种用于园区模拟及数据可视化的智慧大脑平台

摘要

本发明提出了一种用于园区模拟及数据可视化的智慧大脑平台。所述智慧大脑平台包括：OTA远程升级模块，用于对园区中所有在智慧大脑平台上进行联动管理的设备实施软件远程升级维护；数字孪生可视化模块，用于利用BIM+GIS针对园区中的建筑物构建建筑信息模型，并将所述园区中安装的所有传感器反馈的数据和运行的历史数据进行可视化展示；物联网融合通信模块，用于利用多种通信协议转换器将物联网多种通信协议和物联网协议进行打通，使物联网多种碎片化协议进行集成互通；5G边缘计算中心模块，用于实时处理园区中各设备产生的事件信息，并进行用户与公网的物理隔离。

说明书

技术领域

本发明提出了一种用于园区模拟及数据可视化的智慧大脑平台，属于智慧控制技术领域。

背景技术

目前园区、社区、楼宇智能化水平很低，各种子系统各自为战，不能形成联动效应，弱电、网络、消防、门禁、停车管理、物管等的底层技术系统（AI识别，设备管理，大数据、5G等设施）无法进行综合管理和打通，管理成本很高。目前园区社区楼宇需要实现全面智能化，提升园区安全能力，保障居民和办公人员的人身财产安全。

发明内容

本发明提供了一种用于园区模拟及数据可视化的智慧大脑平台，用以解决现有园区各子系统不能进行联动，无法进行综合管理导致园区安全防护能力较差的问题，所采取的技术方案如下：

一种用于园区模拟及数据可视化的智慧大脑平台，所述智慧大脑平台包括：

OTA远程升级模块，用于对园区中所有在智慧大脑平台上进行联动管理的设备实施软件远程升级维护；

数字孪生可视化模块，用于利用BIM+GIS针对园区中的建筑物构建建筑信息模型，并将所述园区中安装的所有传感器反馈的数据和运行的历史数据进行可视化展示；

物联网融合通信模块，用于利用多种通信协议转换器将物联网多种通信协议和物联网协议进行打通，使物联网多种碎片化协议进行集成互通；

5G边缘计算中心模块，用于实时处理园区中各设备产生的事件信息，并进行用户与公网的物理隔离。

进一步地，所述OTA远程升级模块包括：

发送模块，用于远程服务器向园区内的各用户终端发送最新固件版本信息；

信息反馈模块，用于所述用户终端在接收到最新固件版本信息之后与终端自身的固件版本信息进行比对，获得终端自身的固件版本信息与所述最新固件版本信息之间的版本差异信息，并将所述版本差异信息和OTA升级请求发送至远程服务器；

分组模块，用于所述远程服务器在接收到各用户终端反馈的版本差异信息之后，将用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级相同的用户终端划分为一组，形成多个用户终端组；

分批升级模块，用于按照预设的升级时间间隔对各用户终端组进行分批升级。

进一步地，所述分批升级模块包括

队列生成模块，用于按照用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级从小到大的顺序对各用户终端组进行由先到后的升级排序，形成用户组队列；

用户终端处理模块，用于判断用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级最小的用户终端组中的用户终端的数量，如果所述用户终端数量没有超过预设的用户终端个数阈值，则直接对用户终端组中的所有用户终端进行OTA远程升级；如果所述用户终端数量超过预设的用户终端个数阈值，则根据个数确定模型将所述用户终端组中的用户终端分为第一升级组和第二升级组，并利用时间间隔模型设置第一升级组和第二升级组之间的升级时间间隔；并对第一升级组和第二升级组中的用户终端进行OTA远程升级；

升级执行模块，用于在用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级最小的用户终端组完成OTA远程升级后，按照用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级从小到大的顺序对用户组队列中的各用户终端组进行依次OTA远程升级，每个用户终端组升级之间间隔时段为预设的升级时间间隔。

进一步地，所述个数确定模型为：

其中，

进一步地，所述时间间隔模型为：

其中，

进一步地，所述5G边缘计算中心模块包括：

数据处理模块，用于利用MEC系统实时处理园区中各设备产生的事件信息，加载AI和机器视觉，为园区5G专网中产生的网络数据进行数据交换和数据分析；

隔离模块，用于对核心网侧的用户面UPF和园区的公网进行物理隔离。

进一步地，所述智慧大脑平台的运行过程包括：

步骤1、对园区中所有在智慧大脑平台上进行联动管理的设备实施软件远程升级维护；

步骤2、利用BIM+GIS针对园区中的建筑物构建建筑信息模型，并将所述园区中安装的所有传感器反馈的数据和运行的历史数据进行可视化展示；

步骤3、利用多种通信协议转换器将物联网多种通信协议和物联网协议进行打通，使物联网多种碎片化协议进行集成互通；

步骤4、实时处理园区中各设备产生的事件信息，并进行用户与公网的物理隔离。

进一步地，步骤1所述的对园区中所有在智慧大脑平台上进行联动管理的设备实施软件远程升级维护，包括：

步骤101、远程服务器向园区内的各用户终端发送最新固件版本信息；

步骤102、所述用户终端在接收到最新固件版本信息之后与终端自身的固件版本信息进行比对，获得终端自身的固件版本信息与所述最新固件版本信息之间的版本差异信息，并将所述版本差异信息和OTA升级请求发送至远程服务器；

步骤103、所述远程服务器在接收到各用户终端反馈的版本差异信息之后，将用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级相同的用户终端划分为一组，形成多个用户终端组；

步骤104、按照预设的升级时间间隔对各用户终端组进行分批升级。

进一步地，步骤104所述的按照预设的升级时间间隔对各用户终端组进行分批升级，包括：

步骤1041、按照用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级从小到大的顺序对各用户终端组进行由先到后的升级排序，形成用户组队列；

步骤1042、判断用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级最小的用户终端组中的用户终端的数量，如果所述用户终端数量没有超过预设的用户终端个数阈值，则执行步骤1043；如果所述用户终端数量超过预设的用户终端个数阈值，则执行步骤1044；

步骤1043、直接对用户终端组中的所有用户终端进行OTA远程升级；

步骤1044、根据个数确定模型将所述用户终端组中的用户终端分为第一升级组和第二升级组，并利用时间间隔模型设置第一升级组和第二升级组之间的升级时间间隔；并对第一升级组和第二升级组中的用户终端进行OTA远程升级；

步骤1045、在用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级最小的用户终端组完成OTA远程升级后，按照用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级从小到大的顺序对用户组队列中的各用户终端组进行依次OTA远程升级，每个用户终端组升级之间间隔时段为预设的升级时间间隔。

进一步地，步骤4所述的实时处理园区中各设备产生的事件信息，并进行用户与公网的物理隔离，包括：

步骤501、利用MEC系统实时处理园区中各设备产生的事件信息，加载AI和机器视觉，为园区5G专网中产生的网络数据进行数据交换和数据分析；

步骤502、对核心网侧的用户面UPF和园区的公网进行物理隔离。

本发明有益效果：

本发明提出的一种用于园区模拟及数据可视化的智慧大脑平台，通过OTA远程升级模块、数字孪生可视化模块、物联网融合通信模块和5G边缘计算中心模块能够有效实现园区的智慧综合管理，提高园区内各子系统之间的联动性，进而提高综合管理的效率。同时，通过园区的智慧综合管理提高园区的安全防护能力。

附图说明

图1为本发明所述系统的系统框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提出的一种用于园区模拟及数据可视化的智慧大脑平台，如图1所示，所述智慧大脑平台包括：

OTA远程升级模块，用于对园区中所有在智慧大脑平台上进行联动管理的设备实施软件远程升级维护；

数字孪生可视化模块，用于利用BIM+GIS针对园区中的建筑物构建建筑信息模型，并将所述园区中安装的所有传感器反馈的数据和运行的历史数据进行可视化展示；

物联网融合通信模块，用于利用多种通信协议转换器将物联网多种通信协议和物联网协议进行打通，使物联网多种碎片化协议进行集成互通；

5G边缘计算中心模块，用于实时处理园区中各设备产生的事件信息，并进行用户与公网的物理隔离。

所述智慧大脑平台的运行过程包括：

步骤1、对园区中所有在智慧大脑平台上进行联动管理的设备实施软件远程升级维护；

步骤2、利用BIM+GIS针对园区中的建筑物构建建筑信息模型，并将所述园区中安装的所有传感器反馈的数据和运行的历史数据进行可视化展示；

步骤3、利用多种通信协议转换器将物联网多种通信协议和物联网协议进行打通，使物联网多种碎片化协议进行集成互通；

步骤4、实时处理园区中各设备产生的事件信息，并进行用户与公网的物理隔离。

上述技术方案的工作原理为：通过OTA远程升级模块对园区中所有在智慧大脑平台上进行联动管理的设备实施软件远程升级维护；其中，智慧园区中设备种类很多，软件操作系统以及通讯制式各不相同，能保证设备的在不影响工作情况下，完成bug修复以及新功能的推送。在不影响智慧园区的大脑运行的前提下，采用OTA的核心技术对于其进行远程升级。

通过数字孪生可视化模块利用BIM+GIS针对园区中的建筑物构建建筑信息模型，并将所述园区中安装的所有传感器反馈的数据和运行的历史数据进行可视化展示；其中，BIM+GIS可建筑信息模型，可多视角线上观看园区。全过程应用三维、实时、动态的模型涵盖了几何信息、空间信息、地理信息、各种建筑组件的性质信息等；同时将传感器反馈的数据，以及运行的历史数据进行可视化处理，使其可以直观呈现。

通过物联网融合通信模块利用多种通信协议转换器将物联网多种通信协议和物联网协议进行打通，使物联网多种碎片化协议进行集成互通；其中，物联网融合通信模块包括丰富的数据通信接口和多种通信协议转换器。其中，数据通信接口融合兼容2G/NB/3G/4G/5G/WIFI/ZIGBEE/LORA/蓝牙/NFC/串口和(232/485)/Cable/433/光纤接口/LAN通信模块；多种通信协议转换器将物联网多种通信协议和物联网协议进行打通，兼容LWM2M、MQTT、MODBUS、OPCUA、DDS、AMQP、XMPP、JMS、REST、CoAP等物联网多种碎片化协议进行集成互通；同时，物联网融合通信模块中的各硬件工作温度-30-70度，支持9V-36V电压输入，具备过流过压防护，静电、EMC、振动等均符合工业等级标准。

通过5G边缘计算中心模块通过MEC系统实时处理园区中各设备产生的事件信息，并进行用户与公网的物理隔离。其中，MEC系统搭载IAAS和PAAS能力，就近实时处理事件信息；加载AI和机器视觉，用于安防和应急通信，并为园区5G专网提供核心网数据交换和分析服务，具体的：1、EC-IAAS包含：CPU/GPU服务器、存储、交换机、路由器、防火墙；以及VIM虚拟化或容器平台 2、EC-PAAS包含：能力使能，比如实时音视频平台、轻量级物联网平台、AI算法平台、大数据运算平台；

同时，5G边缘计算中心模块利用UPF进行用户与公网的物理隔离，核心网侧用户面UPF和公网物理隔离，数据不出园，保证专有网络数据流量的安全性。

上述技术方案的效果为：本实施例提出的一种用于园区模拟及数据可视化的智慧大脑平台，通过OTA远程升级模块、数字孪生可视化模块、物联网融合通信模块和5G边缘计算中心模块能够有效实现园区的智慧综合管理，提高园区内各子系统之间的联动性，进而提高综合管理的效率。同时，通过园区的智慧综合管理提高园区的安全防护能力。

本发明的一个实施例，所述OTA远程升级模块包括：

发送模块，用于远程服务器向园区内的各用户终端发送最新固件版本信息；

信息反馈模块，用于所述用户终端在接收到最新固件版本信息之后与终端自身的固件版本信息进行比对，获得终端自身的固件版本信息与所述最新固件版本信息之间的版本差异信息，并将所述版本差异信息和OTA升级请求发送至远程服务器；

分组模块，用于所述远程服务器在接收到各用户终端反馈的版本差异信息之后，将用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级相同的用户终端划分为一组，形成多个用户终端组；

其中，所述版本差异信息包括用户终端当前自身的固件版本信息，以及用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级，其中，用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级根据最新固件版本编号和用户自身当前的固件版本序号以及版本序号生成规则来确定，例如，最新固件版本的编号为2.0，用户终端的自身固件版本编号为1.0，该固件版本序号按照没升级一次，序号加1的方式生成，即，1.0、2.0、3.0……，那么此时，用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级为1。

分批升级模块，用于按照预设的升级时间间隔对各用户终端组进行分批升级。

其中，所述分批升级模块包括

队列生成模块，用于按照用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级从小到大的顺序对各用户终端组进行由先到后的升级排序，形成用户组队列；

用户终端处理模块，用于判断用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级最小的用户终端组中的用户终端的数量，如果所述用户终端数量没有超过预设的用户终端个数阈值，则直接对用户终端组中的所有用户终端进行OTA远程升级；如果所述用户终端数量超过预设的用户终端个数阈值，则根据个数确定模型将所述用户终端组中的用户终端分为第一升级组和第二升级组，并利用时间间隔模型设置第一升级组和第二升级组之间的升级时间间隔；并对第一升级组和第二升级组中的用户终端进行OTA远程升级；

升级执行模块，用于在用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级最小的用户终端组完成OTA远程升级后，按照用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级从小到大的顺序对用户组队列中的各用户终端组进行依次OTA远程升级，每个用户终端组升级之间间隔时段为预设的升级时间间隔。

其中，所述个数确定模型为：

其中，

所述时间间隔模型为：

其中，

上述技术方案的工作原理为：所述OTA远程升级模块在运行过程中，首先，通过发送模块控制远程服务器向园区内的各用户终端发送最新固件版本信息；然后，利用信息反馈模块控制所述用户终端在接收到最新固件版本信息之后与终端自身的固件版本信息进行比对，获得终端自身的固件版本信息与所述最新固件版本信息之间的版本差异信息，并将所述版本差异信息和OTA升级请求发送至远程服务器；之后，采用分组模块控制所述远程服务器在接收到各用户终端反馈的版本差异信息之后，将用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级相同的用户终端划分为一组，形成多个用户终端组；最后，通过分批升级模块按照预设的升级时间间隔对各用户终端组进行分批升级。

其中，所述分批升级模块的，运行过程包括：

首先，采用队列生成模块按照用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级从小到大的顺序对各用户终端组进行由先到后的升级排序，形成用户组队列；

然后，利用用户终端处理模块判断用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级最小的用户终端组中的用户终端的数量，如果所述用户终端数量没有超过预设的用户终端个数阈值，则直接对用户终端组中的所有用户终端进行OTA远程升级；如果所述用户终端数量超过预设的用户终端个数阈值，则根据个数确定模型将所述用户终端组中的用户终端分为第一升级组和第二升级组，并利用时间间隔模型设置第一升级组和第二升级组之间的升级时间间隔；并对第一升级组和第二升级组中的用户终端进行OTA远程升级；

最后，通过升级执行模块在用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级最小的用户终端组完成OTA远程升级后，按照用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级从小到大的顺序对用户组队列中的各用户终端组进行依次OTA远程升级，每个用户终端组升级之间间隔时段为预设的升级时间间隔。

上述技术方案的效果为：不同于传统的先向服务器申请资源的终端先得到服务器分配的资源的策略，而是采用由服务器根据待升级的用户终端的实际情况来进行升级批次划分的OTA远程升级策略进行OTA远程升级，通过这种OTA远程升级方式以用户终端的固件版本为基础进行用户终端的升级划分，完全可以将同一区域的用户终端进行分解升级，并根据用户终端的实际情况进行分批升级的合理分配和划分，有效防止同一区域的目标用户终端在升级过程中产生宽带拥堵的问题发生。

同时，通过上述公式针对用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级最小的用户终端组的用户终端数量进行第一升级组和第二升级组的划分，能够有效提高用户终端升级批次划分的合理性和与用户终端自身实际固件版本情况的匹配性。同时，能够有效提高用户终端的批次划分效率。通过上述公式获得用户终端组对应的第一升级组和第二升级组，其第一升级组和第二升级组中的用户终端个数比例的合理性和平衡性较高，使每一批用户终端升级的终端数量均不会造成宽带拥堵而降低OTA升级效率的问题发生，并且使每一组的用户终端涉及过程中均不会因为用户终端数量较多而产生升级消耗时间过程，影响下一批用户终端升级效率的问题发生。

另一方面，通过设置升级时间间隔，能够使第一升级组和第二升级组在升级过程中保持一定的间隔时间长度，这样能够避免两批用户终端之间升级安排过于紧迫而导致远程服务器没有足够的时间对已完成升级的用户终端进行后续的数据处理就开始进行下一批用户终端升级，导致远程服务器数据处理效率降低。并且，通过上述公式获取的升级时间间隔，通过第一升级组和第二升级组的实际用户终端的个数进行升级时间间隔的设置，既能够保证远程服务器对第一升级组中的用户终端有效的升级后数据处理，又能够保证不耽误第二升级组的用户终端的升级时间，使第一升级组和第二升级组的升级时间安排的合理性和平衡性，有效避免升级时间间隔的设置对OTA远程升级的效率的影响。

本发明的一个实施例，所述5G边缘计算中心模块包括：

数据处理模块，用于利用MEC系统实时处理园区中各设备产生的事件信息，加载AI和机器视觉，为园区5G专网中产生的网络数据进行数据交换和数据分析；

隔离模块，用于对核心网侧的用户面UPF和园区的公网进行物理隔离。

上述技术方案的工作原理为：首先，通过数据处理模块利用MEC系统实时处理园区中各设备产生的事件信息，加载AI和机器视觉，为园区5G专网中产生的网络数据进行数据交换和数据分析；然后，利用隔离模块对核心网侧的用户面UPF和园区的公网进行物理隔离。

上述技术方案的效果为：在数据量超大的情况下，能够有效提高数据处理效率，并大幅度提高专有网络数据流量的安全性。

本发明的一个实施例，步骤1所述的对园区中所有在智慧大脑平台上进行联动管理的设备实施软件远程升级维护，包括：

步骤101、远程服务器向园区内的各用户终端发送最新固件版本信息；

步骤102、所述用户终端在接收到最新固件版本信息之后与终端自身的固件版本信息进行比对，获得终端自身的固件版本信息与所述最新固件版本信息之间的版本差异信息，并将所述版本差异信息和OTA升级请求发送至远程服务器；

步骤103、所述远程服务器在接收到各用户终端反馈的版本差异信息之后，将用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级相同的用户终端划分为一组，形成多个用户终端组；

步骤104、按照预设的升级时间间隔对各用户终端组进行分批升级。

其中，步骤104所述的按照预设的升级时间间隔对各用户终端组进行分批升级，包括：

步骤1041、按照用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级从小到大的顺序对各用户终端组进行由先到后的升级排序，形成用户组队列；

步骤1042、判断用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级最小的用户终端组中的用户终端的数量，如果所述用户终端数量没有超过预设的用户终端个数阈值，则执行步骤1043；如果所述用户终端数量超过预设的用户终端个数阈值，则执行步骤1044；

步骤1043、直接对用户终端组中的所有用户终端进行OTA远程升级；

步骤1044、根据个数确定模型将所述用户终端组中的用户终端分为第一升级组和第二升级组，并利用时间间隔模型设置第一升级组和第二升级组之间的升级时间间隔；并对第一升级组和第二升级组中的用户终端进行OTA远程升级；

步骤1045、在用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级最小的用户终端组完成OTA远程升级后，按照用户终端当前自身的固件版本信息与最新固件版本信息之间相差的版本数级从小到大的顺序对用户组队列中的各用户终端组进行依次OTA远程升级，每个用户终端组升级之间间隔时段为预设的升级时间间隔。

上述技术方案的效果为：不同于传统的先向服务器申请资源的终端先得到服务器分配的资源的策略，而是采用由服务器根据待升级的用户终端的实际情况来进行升级批次划分的OTA远程升级策略进行OTA远程升级，通过这种OTA远程升级方式以用户终端的固件版本为基础进行用户终端的升级划分，完全可以将同一区域的用户终端进行分解升级，并根据用户终端的实际情况进行分批升级的合理分配和划分，有效防止同一区域的目标用户终端在升级过程中产生宽带拥堵的问题发生。

本发明的一个实施例，步骤4所述的实时处理园区中各设备产生的事件信息，并进行用户与公网的物理隔离，包括：

步骤501、利用MEC系统实时处理园区中各设备产生的事件信息，加载AI和机器视觉，为园区5G专网中产生的网络数据进行数据交换和数据分析；

步骤502、对核心网侧的用户面UPF和园区的公网进行物理隔离。

上述技术方案的效果为：上述技术方案的效果为：在数据量超大的情况下，能够有效提高数据处理效率，并大幅度提高专有网络数据流量的安全性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。