一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统与方法技术方案

本发明专利技术属于物联网分析技术领域，尤其是涉及一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统与方法。一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统，包括城域级物联网感知层、城域级物联网网络层、城域级物联网数据层和城域级物联网应用层。本发明专利技术涉及的一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统与方法，在城域级空间范围内，利用多种类型的物联网采集数据，对数据进行多尺度的抽象，例如比较宏观的整个城区的尺度，比较微观的城区某个局部的尺度；利用各种因素执行场景的模式识别分析，可以综合空气颗粒物状况、污染源排放状况、风向和风速、城区交通状况等因素，进行多参量模型的分析，可以运用人工智能的手段进行决策。

An intelligent scene analysis system and method based on perception data of city level Internet of things

The invention belongs to the field of Internet of things analysis technology, in particular to an intelligent scene analysis system and method based on the perception data of the city level Internet of things. A scene intelligent analysis system based on the perceived data of the city level Internet of things, including the city level Internet of things perception layer, the city level Internet of things network layer, the city level Internet of things data layer and the city level Internet of things application layer. This invention relates to a scene intelligent analysis system and method based on the metropolitan area level Internet of things perception data. In the metropolitan area, the data is collected by a variety of types of Internet of things, and the data is abstracted in multi scale. For example, the scale of the whole urban area is compared and the local scale of the urban area is compared. The pattern recognition analysis using various factors can synthesize the factors such as air particle condition, pollution source, wind direction and wind speed, urban traffic condition and so on. The analysis of multi parameter model can be carried out by means of artificial intelligence.

【技术实现步骤摘要】
一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统与方法
本专利技术属于物联网分析
，尤其是涉及一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统与方法。
技术介绍
物联网(TheInternetofThings，简称IOT)是继计算机、互联网及通信网之后的又一次信息产业发展的浪潮，被认为是第三次信息革命。物联网是具有全面感知、可靠传输、智能处理特征，是能够连接物理世界的网络。它具有感知、传输、信息处理三层架构，是互联网和通信网的拓展应用与网络延伸,它可以改变人们的工作生活方式、提升对世界的精准控制，从而实现科学决策与资源优化配置等功能作用。我国政府于2009年把“发展物联网产业”写进“政府工作报告”，将其列为我国五大新兴战略性产业之一，极大地推动了物联网产业发展。作为一种新技术的产生和发展，物联网对整个社会包括交通行业的影响巨大而又深远。深入研究物联网下的信息采集、传输、处理和服务的特征，对基于物联网下的区域信息网络进行系统研究，是行业信息化发展的现实需求，将有利于提升体系效能，推动产业结构调整和产业升级。物联网并非单一的技术逻辑的产物，我们可以将它理解为人与物的深度对话机制和双向的信息翻译机制，有效解决了自然主体之间信息传播的虚拟间性难题。物联化进程在当代已经成为人类更为直接的历史实践主题和更加自觉的社会发展选择，通过信息论的视角来诠释物联网的内在机理，通过媒介观的变革来解读物联网的演进规律，通过形而上的思考来剖析物联网的认知逻辑，将自然界与人类社会在物联网视域中的现实交往关系奠基于更深刻的理论基点之上，是科学的人文性和技术的社会性必然要面临的重要命题，具有很好的社会历史价值和现实意义。物联网在信息传播中的优势释放了其媒体价值，物联网对信息资源的聚合力和信息传输的渗透力奠定了其传播影响力的雄厚基础，自然也催生了传播形态的深刻变革。我们基于物联网环境下“人一机一物”三类主体所对应的用户空间域，信息空间域，物理空间域的三元体系架构，以及贯穿其间的控制流，数据流，感知流的动态交互模式，针对三元动态空间域的信息传播过程，提出了物联世界中的交往形态问题，重点解决如何在同时具备物理环境实体异构、信息空间动态交互、用户需求复杂多变的物联网环境中通过多主体关系之间的相互作用来实现智慧物联网传播。回望互联网技术革命的演进线路：时代的“内容传播信息搜索”，是网络泛传播时代；时代的“个体创造群体协作”，是网络社会形成时代；时代的“万物感知智慧控制”，是人类社会与物质世界全方位互联的信息交互时代。现在的完成了计算机的大规模互联与数据共享的使命，未来网络的规模将远远超过现在的互联网，实现更加智能化和泛在化的互联，首先是移动互联网中手机与手机的互联，社交网络中人与人的互联，物联网中人与物、物与物的互联，最终完成现实世界与信息世界的完全融合。这将是一个超大尺度、无限聚融、层级丰富、和谐运行的复杂网络体系，实现着任何信息主体在任何时间、任何地点访问任何信息源的世界形态，它为我们描绘出各类信息主体之间相互叠加、高度融合、自由转换的理想化交互图景，也使我们的地球真正变成一个整合统一的立体化信息系统。然而目前还没有一个能够完全解决物联网在城域范围内进行数据采集、抽象、分析进而实现决策的整体性系统或方法来解决现有的整体效率不强的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种面向城域物联网进行高效数据分析的基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统。本专利技术的目的还在于提供一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析方法。一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统，包括城域级物联网感知层、城域级物联网网络层、城域级物联网数据层和城域级物联网应用层；所述的城域级物联网感知层由交互空间模块构成，所述的交互空间模块包括电磁感应传感器、光谱传感器、音频和食品传感器、卫星遥感系统、GNSS传感器、红外传感器、霍尔传感器；交互空间模块根据预先设定的控制和管理标准，为整个物联网的信息网络采集环境中发生的所有物理事件和全部数据；所述的城域级物联网网络层由交互通道和交互协议构成，交互通道包括PAN网络、LAN网络、WLAN网络、WAN网络、GPRS网络、GPS网络、3G网络、4G网络；所述的交互协议为适用于交互通道的各类协议；交互通道和交互协议将城域级物联网感知层上传过来的所有物理事件和全部数据传递给城域级物联网数据层进行储存，并将城域级物联网数据层接收到的城域级物联网应用层的决策信息发送给交互空间模块；所述的城域级物联网数据层是基于内存和硬盘相结合的大型服务器；包括MongoDB数据库、Hbase数据库、Redis数据库、NoSQL数据库、Redis数据库、Cassandra数据库；城域级物联网数据层通过分布式存储架构存储城域级物联网网络层和城域级物联网应用层传递的异构化、结构化数据；所述的城域级物联网应用层是把城域级物联网感知层获取到的、城域级物联网数据层传递的数据信息进行分析、处理、存储、过滤，并对城域级物联网感知层所处的环境进行分析，根据结果提供用户所需的服务，对物联网中的客体进行智能化的识别、定位、跟踪、监测、决策和管理的数据终端。所述的采集环境中发生的所有物理事件和全部数据的具体内容包括：(1)采集事件的形式信息定义为语法信息，采集事件的意义信息定义为语义信息，事件的效用信息称为语用信息，分别依次用符号Δlg、Δls、Δlp表示，全信息集合：Δl＝Q(Δlg+Δls+Δlp),Q代表运算符，当事件不稳定时为不确定运算，当事件稳定时为确定运算；(2)引入主体的先验信息lr(X；A)、后验信息lo(X；A)、实得信息Δln(X；A)和期望信息le(X；A)；主体A关于事件X的先验信息是指主体在实际观察该事件之前已经具有的关于该事件的信息；主体A关于事件X的后验信息是指主体在实际观察该事件之后所获得的关于该事件的信息；主体A关于事件X的实得信息是指主体由于观察该事件而实际获得的该事件的净信息；主体A关于事件X的期望信息是指主体在各种状态下对事件期望获得的信息；先验信息、后验信息、实得信息与全信息的运算关系表示为：Δl＝Q(Δln(X；A))＝Q(lo(X；A)-lr(X；A))；语法信息、语义信息、语用信息分别表示为：(3)将经过时间序列ti后获得的先验信息、后验信息、实得信息为；Δlg＝Δlg(X,ti；A)＝log(X,ti；A)-lrg(X,ti；A)Δls＝Δls(X,ti；A)＝los(X,ti；A)-lrs(X,ti；A)Δlp＝Δlp(X,ti；A)＝lop(X,ti；A)-lsp(X,ti；A)，i＝1,2,3,...m；m代表时间序号；上述经过时间序列ti后获得的先验信息、后验信息、实得信息用来描述事件外在结构的显性状态和对事件所发出的刺激信号的感觉、知觉和表象，包括事件的颜色、形状、大小、声音、速度、温度、频率的状态信息。所述的交互通道和交互协议将城域级物联网感知层上传过来的所有物理事件和全部数据传递给城域级物联网数据层的具体内容包括：(1)数据处理：设Gn为某一区域内对应于时间的信息量指标数列，n代表区域序号，(2)建立灰色系统预测模型中的GM(h,l)模型：a和u为由原始数据决定的模型参数，(3)还原处理：进行生成数据的逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统，包括城域级物联网感知层、城域级物联网网络层、城域级物联网数据层和城域级物联网应用层；其特征在于：所述的城域级物联网感知层由交互空间模块构成，所述的交互空间模块包括电磁感应传感器、光谱传感器、音频和食品传感器、卫星遥感系统、GNSS传感器、红外传感器、霍尔传感器；交互空间模块根据预先设定的控制和管理标准，为整个物联网的信息网络采集环境中发生的所有物理事件和全部数据；所述的城域级物联网网络层由交互通道和交互协议构成，交互通道包括PAN网络、LAN网络、WLAN网络、WAN网络、GPRS网络、GPS网络、3G网络、4G网络；所述的交互协议为适用于交互通道的各类协议；交互通道和交互协议将城域级物联网感知层上传过来的所有物理事件和全部数据传递给城域级物联网数据层进行储存，并将城域级物联网数据层接收到的城域级物联网应用层的决策信息发送给交互空间模块；所述的城域级物联网数据层是基于内存和硬盘相结合的大型服务器；包括Mongo DB数据库、Hbase数据库、Redis数据库、NoSQL数据库、Redis数据库、Cassandra数据库；城域级物联网数据层通过分布式存储架构存储城域级物联网网络层和城域级物联网应用层传递的异构化、结构化数据；所述的城域级物联网应用层是把城域级物联网感知层获取到的、城域级物联网数据层传递的数据信息进行分析、处理、存储、过滤，并对城域级物联网感知层所处的环境进行分析，根据结果提供用户所需的服务，对物联网中的客体进行智能化的识别、定位、跟踪、监测、决策和管理的数据终端。...

【技术特征摘要】
1.一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统，包括城域级物联网感知层、城域级物联网网络层、城域级物联网数据层和城域级物联网应用层；其特征在于：所述的城域级物联网感知层由交互空间模块构成，所述的交互空间模块包括电磁感应传感器、光谱传感器、音频和食品传感器、卫星遥感系统、GNSS传感器、红外传感器、霍尔传感器；交互空间模块根据预先设定的控制和管理标准，为整个物联网的信息网络采集环境中发生的所有物理事件和全部数据；所述的城域级物联网网络层由交互通道和交互协议构成，交互通道包括PAN网络、LAN网络、WLAN网络、WAN网络、GPRS网络、GPS网络、3G网络、4G网络；所述的交互协议为适用于交互通道的各类协议；交互通道和交互协议将城域级物联网感知层上传过来的所有物理事件和全部数据传递给城域级物联网数据层进行储存，并将城域级物联网数据层接收到的城域级物联网应用层的决策信息发送给交互空间模块；所述的城域级物联网数据层是基于内存和硬盘相结合的大型服务器；包括MongoDB数据库、Hbase数据库、Redis数据库、NoSQL数据库、Redis数据库、Cassandra数据库；城域级物联网数据层通过分布式存储架构存储城域级物联网网络层和城域级物联网应用层传递的异构化、结构化数据；所述的城域级物联网应用层是把城域级物联网感知层获取到的、城域级物联网数据层传递的数据信息进行分析、处理、存储、过滤，并对城域级物联网感知层所处的环境进行分析，根据结果提供用户所需的服务，对物联网中的客体进行智能化的识别、定位、跟踪、监测、决策和管理的数据终端。2.根据权利要求1所述的一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统，其特征在于，所述的采集环境中发生的所有物理事件和全部数据的具体内容包括：(1.1)采集事件的形式信息定义为语法信息，采集事件的意义信息定义为语义信息，事件的效用信息称为语用信息，分别依次用符号Δlg、Δls、Δlp表示，全信息集合：Δl＝Q(Δlg+Δls+Δlp),Q代表运算符，当事件不稳定时为不确定运算，当事件稳定时为确定运算；(1.2)引入主体的先验信息lr(X；A)、后验信息lo(X；A)、实得信息Δln(X；A)和期望信息le(X；A)；主体A关于事件X的先验信息是指主体在实际观察该事件之前已经具有的关于该事件的信息；主体A关于事件X的后验信息是指主体在实际观察该事件之后所获得的关于该事件的信息；主体A关于事件X的实得信息是指主体由于观察该事件而实际获得的该事件的净信息；主体A关于事件X的期望信息是指主体在各种状态下对事件期望获得的信息；先验信息、后验信息、实得信息与全信息的运算关系表示为：Δl＝Q(Δln(X；A))＝Q(lo(X；A)-lr(X；A))；语法信息、语义信息、语用信息分别表示为：(1.3)将经过时间序列ti后获得的先验信息、后验信息、实得信息为；Δlg＝Δlg(X,ti；A)＝log(X,ti；A)-lrg(X,ti；A)Δls＝Δls(X,ti；A)＝los(X,ti；A)-lrs(X,ti；A)Δlp＝Δlp(X,ti；A)＝lop(X,ti；A)-lsp(X,ti；A)，i＝1,2,3,...m；m代表时间序号；上述经过时间序列ti后获得的先验信息、后验信息、实得信息用来描述事件外在结构的显性状态和对事件所发出的刺激信号的感觉、知觉和表象，包括事件的颜色、形状、大小、声音、速度、温度、频率的状态信息。3.根据权利要求1所述的一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统，其特征在于，所述的交互通道和交互协议将城域级物联网感知层上传过来的所有物理事件和全部数据传递给城域级物联网数据层的具体内容包括：(2.1)数据处理：设Gn为某一区域内对应于时间的信息量指标数列，n代表区域序号，(2.2)建立灰色系统预测模型中的GM(h,l)模型：a和u为由原始数据决定的模型参数，(2.3)还原处理：进行生成数据的逆运算，预测数据为各事件对应的指标；为Gn(ti)的预测值；(2.4)精度检验：残差和相对残差的检验包括：残差相对残差G0(ti)为标准区域第ti时刻的信息量指标数列；(2.5)若E(ti)、e(t)小于等于系统设定的阈值E0和e0，则将Gn(ti)传送至城域级物联网数据层；若E(ti)、e(t)大于系统设定的阈值E0和e0，则暂停所在区域的物联网工作，待阈值重新小于小于等于系统设定的阈值E0和e0，再回复城域级物联网网络层工作。4.根据权利要求1所述的一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统，其特征在于，所述的城域级物联网数据层存储的数据信息包括：boolean类型，用来存储布尔类型数据；double类型，用来存储实数类型数据；int类型，用来存储整数类型的数据；String类型，用来存储字符串数据；datetime类型，用来存储时间和日期数据；Image类型，用来存储小于8MB大小的图片；Video类型，用来存储任意大小的视频数据；Blob类型，用来存储其它二进制数据；Object类型，用来存储结构可扩展的对象类型。5.根据权利要求1所述的一种基于城域级物联网感知数据的场景智能分析系统，其特征在于，所述的城域级物联网应用层是把城域级物联网感知层获取到的、城域级物联网数据层传递的数据信息进行分析、处理、存储、过滤，并对城域级物联网感知层所处的环境进行分析的具体内容包括：(4.1)将每一个事件和客体设定为节点，将任务均衡分配到每一个节点上，在相邻节点之间，通过其中一个节点q向另一个节点f发送一个带当前时间戳的信标帧在邻居节点f收到该信标帧后，立即将该数据包中的时间戳TS进行提取，并创建一个返回ACK包，将时间戳数据加入到ACK包中，推送至大型服务器；(4.2)原节点q收到该ACK包后，从中提取需要的时间戳信息TS，再根据当前系统时间TM，计算节点的传输时延T＝(TM-TS)/2；(4.3)每个节点分别与其周围节点依次计算传输时延，并将这些时延存入路由表信息中，其中系统的原节点的传输时延的值为0；信息每隔一段固定时间，就会重新进行发包，来根据实时的网络状态，更新路由表；(4.4)计算出经过A节点路径到达系统的原节点的传输时延，当邻居节点之间传输时延估计完成后，在第1行节点i发送一个广播请求包，获取相邻节点的迭代累加时延；在第2行当节点i收到邻居节点的返回包后，提取出其中的迭代累加时延；在第3、4行将提取出的邻居节点迭代累加时延与自身和邻居节点间的传输实验估计值相加，结果保存入节点i的节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍敏，
申请(专利权)人：特斯联北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11