一種基於物聯網的智能建築區域管理系統的製作方法
2023-11-01 02:57:22 1
一種基於物聯網的智能建築區域管理系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於物聯網的智能建築區域管理系統。本發明以智能建築中基於建築結構及功能、環境狀況、人為劃分等因素形成的區域為單位，在物聯網的感知層針對建築設備管理系統、信息服務設施、安全保衛設施、環境監測系統等多類型的功能節點決定區域依屬，並基於區域進行系統集成，形成區域集成子系統，從而在區域範圍以內實現各類型建築功能系統的數據傳輸共享與相互聯動。而在物聯網的應用層，智能建築的信息與控制中心則以區域為目標進行狀況監測及任務指令的下達，區域集成子系統根據信息與控制中心的指令，調動區域內各建築功能系統進行協同響應。
【專利說明】—種基於物聯網的智能建築區域管理系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及智能建築【技術領域】，更具體地，涉及一種基於物聯網的智能建築區域管理系統。
【背景技術】
[0002]智能建築以建築物為平臺和載體，內部集成了能夠智能化工作的建築設備管理系統、信息服務設施、安全保衛設施、環境監測系統等建築功能系統，並且設立信息和控制中心對整個建築進行狀況監測和集中控制，最終實現建築的功能、管理、環保、節能等方面的優化，為建築使用者提供理想的環境和優質的服務。
[0003]智能建築是以各類型的建築功能系統自身的智能化和集中化管理和控制為基礎和起點發展起來的，隨著技術的不斷發展，建築功能系統自身的智能化水平和性能得到了顯著的提升和完善。例如，智能照明系統已經能夠實現基於時段和環境光照等因素全自動地進行照明設備的開關和強度調節；安全保衛設施可以實現門禁控制、視頻監視、異常報警等方面的自動運行和響應；建築物內的電子告示牌和顯示屏幕可以在信息和控制中心的遠程操作下實現開關控制和顯示內容更新，等等。
[0004]當前，智能建築技術發展的關鍵已經不在於各個建築功能系統自身的提升，而在於建築功能系統的綜合集成。智能建築的系統綜合集成並不是各系統的簡單疊加，而是要以數據交互傳輸和功能協同聯動為手段，其中最基礎的是建立各建築功能系統一體化的信息共享和共同控制的機制。
[0005]物聯網被稱為「物物相連的網際網路」，即通過傳感設備和智能裝置針對現實世界進行物體識別和信息採集，進而在約定的共同協議基礎上，通過網絡進行傳輸互聯，並且進行數據的計算、處理、存儲和應用，從而實現信息整合和共享。在物聯網的基礎上，能夠在非常廣泛的範圍內，實現針對所謂物的實時控制和精確管理。
[0006]圖1示出了物聯網的網絡架構，共包括三層體系，即感知層、網絡傳輸層以及應用層。感知層實現對現實世界的狀態感應、物體識別和信息採集，包括各類物理量傳感器，RFID標籤設施，二維碼設施，還包括能夠生成和傳輸自身相關狀態數據的智能化裝置，例如現有技術中的智能空調、智能監控器、智能燈具等都內置了支持物聯網數據反饋的控制晶片。網絡傳輸層的任務是針對感知層提供的數據實現傳輸與路由，將數據提供至應用層。應用層集中了物聯網應用及其中間件架構，通過對數據的聚集和分析，實現具體功能。
[0007]可見，對於智能建築當中各個建築功能系統的集成來說，基於物聯網技術的發展，能夠充分地實現建築功能系統之間的整合互通，從而為系統之間的數據交互和協同控制提供了良好的基礎平臺。因而，在將物聯網從概念推向實際應用的進程當中，人們已經比較早地嘗試在智能建築領域構建物聯網平臺。
[0008]圖2是現有技術中一種典型的基於物聯網構建的智能建築系統集成解決方案。在該方案中，智能建築的閉路監控設備、門禁對講系統、水電氣計量表、照明控制系統、空調暖風系統等智能建築的建築功能系統通過標準化的適配器接口連接到交換機，再通過乙太網架構連通至信息和控制中心伺服器，由該伺服器向智能建築的物業管理中心以及網際網路提供查詢和控制服務。所述適配器接口可以基於BACNET、LONTALK等標準協議，向底層兼容不同功能設備的物理層及數據鏈路層，向上屏蔽了底層的差異而提供標準統一的接口和通信協議，由網關進行數據轉換，實現符合乙太網標準的上層硬體架構，從而將不同廠商的建築功能系統均集成到整個智能建築管理系統中來。
[0009]然而，從上述以物聯網為基礎實現集成的智能建築管理體系中可以看到，現有技術以各個智能建築系統為單位進行網絡架構組織，並相應地執行數據傳輸和功能控制。各個智能建築的功能系統直至物聯網的應用層仍然處於分立的狀態，需要由信息和控制中心進行系統之間數據的融合以及功能上的協同聯動。可見，總的來說，通過對比圖1和圖2可以發現，現有技術仍然是以物聯網自身的架構方式，來實現智能建築中的系統集成。
[0010]然而，事實上，建築物本身是一種獨特的物聯網應用環境。建築物的核心特徵是以空間區域作為其基本的功能單元和組織單元，智能建築的建築功能系統也需要分布或集中設置在空間區域內。小區等建築群可以以幢為單位進行區域劃分；對於一幢建築物來說，可以按照樓層、房間等不同尺度的區域進行單元劃分；某些較大建築結構如走廊、門堂大廳、公共車庫、看臺雖然空間上連通，也可以根據位置關係來劃分區域。區域在對建築物的管理和控制方面具有重要作用，因為建築物一般是基於區域進行組織和應用從而實現功能的。智能建築的建築功能系統也往往要面向區域發揮其作用。例如，在會議中心，人們以房間為單位召開會議，相應地就要以各個房間為單位對其溫度、通風、供電、照明以及門禁設施、信息化設備進行設置和調控。另一方面，建築物的各種自身狀況也與區域具有密不可分的關係，例如建築物內的自然光照、溫度等狀況都與區域位置呈現出密切的聯繫。建築物的區域可以是由工程建設過程中形成的建築結構和建築功能決定的，例如樓層與房間；也可以基於各種自然或環境因素來劃分，例如根據光照條件、室內溫度分布進行自適應的區域分割；也可以是按照人為因素而劃定的，例如在車庫中分割停車區位。
[0011]由於上述原因，在基於物聯網實現的智能建築的集成系統當中，以區域為單位融合各個建築功能系統、規劃系統架構並實現信息資源共享、多系統協同和管理控制，相比現有技術面向各個建築功能系統的網絡構架和集中控制，具有明顯的優勢。例如，為了在智能建築中的某一房間進行某項會議，需要將該房間的溫度、通風、照明調節至適宜的程度，將房間內的顯示器和音頻裝置等信息化設施設置至可用狀態，根據參會人員情況對應地設置開放門禁系統，在電子公告牌上顯示本會議的名稱、起止時間等信息，以及啟動相關的閉路監控以避免意外情況等等。以上管理一部分可以由智能建築的系統自動實現，而另外一些則只能通過人工設置實現。但是在現有技術的體系結構下，無論是自動還是人工實現上述過程，都需要比較高的成本和比較複雜的控制手段。由於現有技術中空調、照明、信息服務設施管理、安保等建築功能系統從基礎的感知層是分立構建和組織的，因而信息和控制中心必須在應用層調用不同的功能應用，分別針對各個功能系統進行數據監測、分析、控制及指令下達。顯然，信息和控制中心針對各個建築功能系統在感知層上的全部或大部分傳感器節點和智能設備分別進行相對獨立的管理與控制，在現有技術中其硬體成本和通訊方面的開銷是比較大的，特別是在多系統協同過程中需要調用各應用功能的控制進程，其實現過程非常複雜。相反，在以區域構架的物聯網實現的智能建築管理系統當中，信息和控制中心能夠容易地調取與會議房間相關的區域，執行數據監測和實現管理控制。
【發明內容】
[0012]根據現有技術中的上述需求，本發明提供了一種基於物聯網的智能建築區域管理系統。本發明以智能建築中基於建築結構及功能、環境狀況、人為劃分等因素形成的區域為單位，在物聯網的感知層針對建築設備管理系統、信息服務設施、安全保衛設施、環境監測系統等多類型的功能節點決定區域依屬，並基於區域進行系統集成，形成區域集成子系統，從而在區域範圍以內實現各類型建築功能系統的數據傳輸共享與相互聯動。而在物聯網的應用層，智能建築的信息與控制中心則以區域為目標進行狀況監測及任務指令的下達，區域集成子系統根據信息與控制中心的指令，調動區域內各建築功能系統進行協同響應。
[0013]本發明提供了一種基於物聯網的智能建築區域管理系統，其特徵在於，包括:功能設施節點，區域集成控制節點，區域控制中心，以及信息和控制中心；
[0014]所述功能設施節點處於物聯網的感知層，用於對智能建築的環境狀態進行感應生成相應的參數數據，和/或執行建築設施功能並生成反映自身狀態的參數數據；
[0015]所述區域控制中心用於根據所述功能設施節點的空間位置、功能屬性和狀態參數確定其依屬區域，形成各區域的區域集成子系統的節點構成方案，並且實現功能設施節點的編址和地址分配；
[0016]所述區域集成控制節點位於物聯網的網絡傳輸層，用於根據所述區域集成子系統的節點構成方案，與區域內的功能設施節點建立連接以便進行數據和指令傳輸；並且，所述區域集成控制節點對所述功能設施節點的狀態參數進行匯集、存儲與監測，並且向區域內的功能設施節點下達控制指令；所述區域集成控制節點還用於與信息和控制中心建立通信連接，上傳本區域的區域信息和區域狀態參數；
[0017]所述信息和控制中心用於匯集區域集成控制節點上傳的區域信息和區域狀態參數，根據所述區域狀態參數監測區域的狀態；並且向區域集成控制節點下達面向區域的區域控制指令。
[0018]優選的是，所述區域控制中心包括:通信單元，用於基於MAC層實現與各個功能設施節點和區域集成控制節點的通信；節點信息單元，用於接收和維護表示各個功能設施節點的空間位置、功能屬性和狀態參數的信息；規劃獲取單元，用於調取表示智能建築中依據建築結構、建築功能和人為定義所劃分的區域的空間邊界範圍的區域規劃方案；規則選擇單元，根據功能設施節點的功能屬性，確定該功能設施節點區域依屬的規則；空間關係計算單元，用於根據所述功能設施節點的空間位置以及所述空間邊界範圍，計算功能設施節點之間的空間關係，以及計算功能設施節點與智能建築中依據建築結構、建築功能和人為定義所劃分的區域之間的空間關係；狀態相似度計算單元，用於根據功能設施節點的狀態參數，計算功能設施節點之間狀態參數相似度值；節點分配單元，用於基於所述規則，根據功能設施節點的空間關係、功能屬性和狀態參數相似度值中的至少一項，確定功能設施節點區域依屬的區域。
[0019]進一步優選的是，所述功能設施節點區域依屬的規則包括空間優先規則；並且所述節點分配單元基於所述空間優先規則，獲得功能設施節點的空間位置，並且調用所述區域規劃方案，提取其中各個區域的空間邊界範圍，通過比較功能設施節點的空間位置和區域的空間邊界範圍之間的拓撲關係，將功能設施節點依屬於其中一個所述區域，該功能設施節點處於所依屬的區域的空間邊界範圍以內。
[0020]進一步優選的是，所述功能設施節點區域依屬的規則包括屬性優先規則；並且所述節點分配單元基於所述屬性優先規則，獲得具有相同功能屬性的功能設施節點，並且根據這些功能設施節點的空間位置，確定功能設施節點位於其空間邊界範圍之內的區域；並且，從所述區域中選擇具有最大便利性的至少一個區域，將具有相同功能屬性的全部功能設施節點均依屬於所述具有最大便利性的區域。
[0021]進一步優選的是，所述功能設施節點區域依屬的規則包括基於狀態參數的自適應區域劃分規則；並且所述節點分配單元根據所述基於狀態參數的自適應區域劃分規則，獲得功能設施節點的狀態參數及空間位置，並且計算功能設施節點之間狀態參數的差異值以及各功能設施節點之間的空間距離，將差異值和空間距離都在預定範圍以內的功能設施節點自組織為所依屬的區域。
[0022]優選的是，所述節點分配單元用於實現對區域的功能設施節點和區域集成控制節點的編址和地址分配。
[0023]優選的是，所述區域集成控制節點包括:下行通信單元，用於執行與區域集成子系統內的各功能設施節點的數據和指令傳輸；上行通信單元，用於與信息和控制中心實現數據和指令傳輸；數據匯集單元，用於匯集和保存區域集成子系統內的各功能設施節點提供的狀態參數；監測單元，根據功能設施節點提供的狀態參數，監測區域集成子系統的狀態；指令控制單元，根據監測單元的監測情況，或者根據所接收到的信息和控制中心下達的區域控制指令，生成針對功能設施節點的節點控制指令。
[0024]優選的是，所述信息和控制中心包括:中心通信單元，用於實現與各區域集成子系統的區域集成控制節點的通信傳輸；區域管理單元，用於從各區域集成控制節點獲得區域的區域信息，並且確定區域之間的空間關係；區域狀態單元，用於匯集和保存各區域的區域集成控制節點上傳的區域狀態參數；區域監測單元，根據區域狀態參數監測各個監測區域集成子系統對應區域的狀態；區域控制單元，根據區域監測單元的監測情況以及區域之間的空間關係，生成針對區域的區域控制指令。
[0025]本發明在物聯網的體系架構和技術基礎之上，以區域為單位實現了智能建築內功能設施的集成，形成區域集成子系統，從而在區域範圍以內實現各類型建築功能系統的數據傳輸共享與相互聯動。並且在物聯網的應用層，能夠面向區域目標執行狀況監測及區域指令的控制，區域集成子系統根據信息與控制中心的指令，調動區域內各建築功能系統進行協同響應。以物聯網為基礎的智能建築區域管理系統的網絡架構與建築實現其功能的基本單位相統一，提高了對智能建築設施管理和控制的效率，降低了網絡組織和通信傳輸的開銷，能夠方便在物聯網應用層級實現面向區域化的集中管理應用，並且給程序開發提供了便利。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
[0027]圖1是現有技術中的物聯網網絡架構示意圖；
[0028]圖2是現有技術中基於物聯網構建的智能建築系統結構示意；
[0029]圖3是本發明所述的基於物聯網的智能建築區域管理系統體系架構示意圖；
[0030]圖4是本發明智能建築的區域劃分和功能設施節點分布關係的示意圖；
[0031]圖5是本發明根據規則確定功能設施節點的區域依屬的流程圖；
[0032]圖6是本發明所述的基於物聯網的智能建築區域管理系統結構示意圖；
[0033]圖7是本發明所述區域控制中心的結構框圖；
[0034]圖8是本發明所述區域集成控制節點的結構框圖；
[0035]圖9是本發明所述信息和控制中心的結構框圖。
【具體實施方式】
[0036]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發明的技術方案，並使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合實施例及實施例附圖對本發明作進一步詳細的說明。
[0037]本發明提供了一種基於物聯網的智能建築區域管理系統，其以智能建築中基於建築結構及功能、環境狀況、人為劃分等因素形成的區域為單位，在物聯網的感知層針對建築設備管理系統、信息服務設施、安全保衛設施、環境監測系統等多類型的建築功能系統進行集成，形成區域集成子系統，從而在區域範圍以內實現各類型建築功能系統的數據傳輸共享與相互聯動。而在物聯網的應用層，智能建築的信息與控制中心則以區域為目標進行狀況監測及任務指令的下達，區域集成子系統根據信息與控制中心的指令，調動區域內各建築功能系統進行協同響應。
[0038]圖3是本發明所述的基於物聯網的智能建築區域管理系統體系架構示意圖。本發明仍然以物聯網技術作為智能建築當中信息化的功能設施實現網絡組織和數據傳輸的基礎，其體系結構包括感知層、網絡傳輸層以及應用層的三層。
[0039]作為整個系統的基礎，位於感知層的功能設施節點一般包括以下類型:(1)用於對智能建築的溫度、溼度、光照、空氣狀況等物理量指標進行感應的傳感器；(2)用於對物體和人員進行識別並產生相應識別信息的RFID和門禁；(3)智能控制的通風、空調、供暖、燈具、供排水、電力、動力設施，以上設施可以接受指令的控制而自動地執行相關功能，而且能夠生成並反饋表示自身運行狀態的參數數據，屬於物聯網概念中的智能化裝置；(4)用於安全保衛的閉路攝像、紅外監測、煙霧傳感等設備；(5)建築內的電子公告牌、顯示大屏幕、視頻音響設施、投影裝置、公共印表機、公共電話等提供信息服務的信息化設施，這些設備同樣可以受到指令控制並進行數據生成和反饋。
[0040]為了解決通信問題，所述各類型的功能設施節點具有數據接口和通信傳輸的統一協議。協議通過向上提供標準化的數據接口，屏蔽了各功能設施節點底層的數據結構和傳輸方式的異構性，提供統一格式的數據，並且定義了功能設施節點與外界標準化的通信和交互方式。
[0041]與現有物聯網在感知層的架構不同，本發明在感知層的核心改進是將所述功能設施節點以建築的區域為單位組織為區域集成子系統。相同區域內不同類型的功能設施節點共同連接形成本區域的區域集成子系統，位於不同區域內的相同類型的功能設施節點也有可能分別屬於不同的區域集成子系統。物聯網的上層則面向區域集成子系統進行數據監測、狀態控制和指令下達。因此，本發明在感知層的主要問題在於以功能設施節點與區域的依屬關係為依據，實現將功能設施節點組織為區域集成子系統。
[0042]上文已經介紹過，所述區域包括:按照建築結構和建築功能劃分的區域；基於各種自然或環境因素劃分的區域，以及人為定義劃人分的區域。對於根據建築結構和功能劃分的區域以及人為劃分的區域，通常在本發明的網絡構建階段，應當已經具備建築區域劃分的具體規劃方案，例如可按照樓層、房間等建築結構為單位劃分區域；可以對電梯間、機房等根據其特殊的建築功能設定為獨立區域；可對車庫、大堂、走廊、看臺等較大的建築空間根據其位置和面積分布，按照人為擬定的劃分方案確定區域。而基於各種自然或環境因素劃分的區域，由於受到建築物內外各種因素的複雜影響，並且有可能隨著時間變化而波動，無法事先規劃。例如，建築物內的光照分布隨著空間、時間、天氣等因素具有一定的不規律性，因而為了實現自適應的照明控制，對於建築物內各級亮度區域的劃分，可以按照下文介紹的方法，由本系統通過光照傳感器節點自組織形成區域集成子系統的方式加以實現。
[0043]圖4是本發明實施例中智能建築的區域劃分和功能設施節點分布關係的示意圖。區域是建築物的一種空間分布狀態。相應地，在決定功能設施節點與區域的依屬關係當中，決定因素首先包括功能設施節點的位置與區域的空間範圍之間的關係。如在圖4所示的智能建築空間當中，區域A表示其中某個房間所限定的空間範圍，相應地，其位置處於該區域A的空間範圍以內的功能設施節點EA(包括溫溼度傳感器、通風、空調、供暖、閉路攝像、煙感、信息化設施等)依屬於該區域A，並且在後續的過程中這些功能設施節點將被集成到區域A的區域集成子系統SA當中。但是，並非全部處於某個區域的空間範圍以內的功能設施節點都被設定為依屬該區域，也不是同一個區域內的功能設施節點都在空間上相鄰或相近或者處在同一空間範圍內。功能設施節點的功能屬性是決定其所依屬區域的另一個因素。例如，圖4所示的智能建築空間中，共設置了四扇臨時疏散門和相應的門禁系統D1-D4，其中Dl處於區域A的空間範圍以內，而D2 — D4處於該建築空間的區域B的空間範圍之內，基於門禁系統Dl在功能屬性上與其它門禁系統相同，且門禁系統功能屬性上的重要性更高，因而可以按照功能屬性優先的劃分規則，可將Dl與D2 — D4 一起共同歸入依屬區域B，從而門禁系統Dl作為功能設施節點將被集成至區域B的區域集成子系統SB當中。
[0044]在上面提到的基於各種自然或環境因素自適應性進行區域劃分的情況當中，需要參考功能設施節點所提供的狀態參數，並且在與自適應區域劃分相同步地決定功能設施節點的區域依屬關係。例如，對於圖4中的光照傳感器L和亮度調節功能的燈具E，首先依據這些功能設施節點的功能屬性(亮度檢測和照明亮度調節)，決定對其採用基於狀態參數的自適應區域劃分規則；進而，通過這些功能設施節點初始依屬的區域集成子系統，獲得各光照傳感器L所檢測到的亮度參數；通過比較各光照傳感器L的亮度參數，將亮度差異小於預定閾值且空間距離在預定範圍之內的各光照傳感器L以及與之配對的一個或多個燈具E (—般與該傳感器位置上比較鄰近)歸入同一個基於亮度而劃分的區域C，與之同步的是，這些功能設施節點也就相應地被組織為該區域C的區域集成子系統SC。而亮度差異大於閾值或者空間距離超出預定範圍的光照傳感器L及相應燈具則被劃入其它的亮度區域及相應區域集成子系統。通過亮度參數實現的自適應區域劃分和相應的集成，對環境亮度處在同一水平上的光照傳感器和燈具進行統一的監測和管理，能夠為能耗評估、亮度調節、自然光利用等方面的應用帶來比較大的便利。
[0045]可見，本發明對智能建築所劃分的區域並非嚴格的空間區域，而是以功能設施節點所依屬的空間區域為基礎，結合節點的功能屬性和狀態參數，綜合確定的設施集合。
[0046]對於功能設施節點的區域依屬，如圖5的流程圖所示，首先，在步驟501，依據這些功能設施節點的功能屬性，選擇確定該節點區域依屬的規則；所述規則包括空間優先規則、屬性優先規則以及上述基於狀態參數的自適應區域劃分規則。對於上面的示例中區域A的溫溼度傳感器、通風、空調、供暖、閉路攝像、煙感、信息化設施等功能設施節點，基於其面向建築物的特定空間區域(如某個房間)提供檢測和實現功能的自身屬性，決定了需要採用空間優先規則。相應地，基於所述門禁系統Dl - D4的自身屬性以及光照傳感器L和燈具E的自身屬性，則分別為之確定了屬性優先規則以及基於狀態參數的自適應區域劃分規則。在步驟502，對於依據空間優先規則決定其依屬區域的功能設施節點，獲得該節點的空間位置，並且調用按照建築結構和功能的區域劃分或者人為區域劃分的的規劃方案，提取其中各個區域的空間邊界範圍，通過比較節點的空間位置和區域的空間邊界範圍之間的拓撲關係，確定節點位於其中哪個區域的空間邊界範圍以內，從而將該節點依屬於某個區域。在步驟503，對於確定以屬性優先規則決定其依屬區域的功能設施節點，首先獲得各功能設施節點的功能屬性，直至取得本系統的有效範圍內擁有相同功能屬性的全部功能設施節點，然後，可以按照以下兩種方式之一處理:方式一是進一步根據各功能設施節點的空間位置和上述按照建築結構和功能的區域劃分或者人為區域劃分的規劃方案中，確定這些功能設施節點分別位於哪些區域的空間邊界範圍之內；並且，從這些區域中選擇對於面向區域的系統集成和上層控制來說具有最大便利性的至少一個區域，例如為了施工布設方便，選擇包含數量最多的功能設施節點的區域，或者選擇空間分布上居於中心的區域；進而，將這些擁有相同功能屬性的全部功能設施節點均依屬於上述最大便利性的區域；對於具有相同功能屬性的功能設施節點的空間分布過於廣泛的情況下，可以根據上述因素選擇多個區域作為最大便利性的區域，並且依據各節點與多個區域的空間關係確定各節點的依屬。方式二則是為具有相同功能屬性的全部功能設施節點專門建立一個虛擬的區域，面向該虛擬的區域進行集成和控制。步驟504中，對於確定採用基於狀態參數的自適應區域劃分規則的功能設施節點，參見上文中光照傳感器和燈具的示例，獲得各功能設施節點的狀態參數及空間位置，並且獲得狀態參數的差異值以及各節點之間的空間距離，將差異值和空間距離都在預定範圍以內的節點自組織為其依屬的區域。
[0047]上文中結合圖4的示例以及圖5的流程圖介紹了區域劃分以及確定功能設施節點的區域依屬，在此基礎之上，下面將功能設施節點按照所依屬的區域集成為區域集成子系統。區域集成子系統的集成過程包括對相應區域的功能設施節點進行數據通信連接和編址。
[0048]圖6是本發明所述的基於物聯網的智能建築區域管理系統結構示意圖。可見，面向所述區域組織和構建的各區域集成子系統包括依屬於區域的各個功能設施節點601以及區域集成控制節點602，參見圖3所示的體系架構，所述功能設施節點601位於物聯網的感知層，而所述區域集成控制節點602位於物聯網的網絡傳輸層。區域控制中心603可以歸屬於物聯網體系中的任意一個層級，但是區域控制中心603基於MAC層通信協議而與各個功能設施節點601以及區域集成控制節點602進行相互通信，不依賴於物聯網自身的數據傳輸途徑和機制。區域控制中心603從物聯網應用層的數據管理中心調取區域劃分的規劃方案，以及接收功能設施節點601的空間位置、功能屬性、狀態參數等信息，執行圖5所示的區域依屬判定流程，為各個功能設施節點601確定其依屬區域，從而形成了各區域的區域集成子系統的節點構成方案。
[0049]在數據通信連接方面，在各區域集成子系統當中，功能設施節點601以及區域集成控制節點602根據上文中介紹的數據接口和通信傳輸的統一協議，通過標準化的數據接口進行相互之間的數據和指令傳輸。功能設施節點601和區域集成控制節點602可以通過有線和/或無線通信協議進行互聯和通信。對於基於空間優先規則以及屬性優選規則依屬至區域的功能設施節點，由於網絡成員和結構固定，可以採用有線通信連接至區域集成控制節點；而對於基於狀態參數的自適應區域劃分規則所建立的區域及相關的功能設施節點，由於其網絡結構隨時間變化存在不確定性，例如當前區域的某個功能設施節點在下一個時間階段隨著狀態參數的變化可能依屬至其它區域而造成網絡的重組，因而優先適用ZigBee等無線通信協議實現與區域集成控制節點602的連接。
[0050]區域控制中心603在為各個區域的區域集成子系統生成節點構成方案之後，進而針對區域集成子系統的功能設施節點601以及區域集成控制節點602進行地址的生成和分配，即進行編址。區域控制中心603所生成的地址格式可以為:
[0051]區域編號.動態區域編號.節點號
[0052]其中，區域控制中心603根據所述區域劃分的規劃方案，逐一為按照建築結構和功能劃分的區域以及按照人為定義而劃分的區域確定固定的區域編號；對於以上兩類區域，動態區域編號設置為全零狀態；區域控制中心603為被確定依屬於以上兩類區域的功能設施節點編制若干位的順序碼作為節點號；其中，數值為O的最低順序碼保留給所述區域集成控制節點602，其餘順序碼依次分配給區域的各個功能設施節點。在區域編號欄位中保留若干個預定編號，保留的預定編碼分配給在屬性優先規則中為具有相同功能屬性的全部功能設施節點專門建立的虛擬區域，以及依據基於狀態參數的自適應區域劃分規則而形成的區域。對於依據基於狀態參數的自適應區域劃分規則而形成的區域，由於其區域劃分和節點構成處於動態變化之中，因而採用了動態區域編號.節點號的編址方案。例如，對於圖4中作為示例的各光照傳感器L以及與之配對的一個或多個燈具E，依次為本系統有效範圍內的全部光照傳感器和燈具分配順序碼作為節點號，各光照傳感器和燈具的節點號一經分配確定即保持不變；根據光照傳感器的狀態參數的變化，按圖5中步驟504所示，在每個時間階段進行區域的重新劃分及其節點構成的動態調整，並且為調整後依屬同一區域的光照傳感器及相匹配的燈具分配相同的動態區域編號，而依屬於不同區域的光照傳感器及燈具則具有不同的動態區域編號。因此，這一編址方案能夠保證節點號的穩定存在，有利於針對各個光照傳感器及燈具節點實現數據處理和指令控制；同時通過時段更新的動態區域編號，能夠明確各個區域的節點構成。
[0053]區域控制中心603將各個功能設施節點的地址發送至相應節點601，並且將區域集成子系統的節點地址列表發送至區域集成控制節點602。基於上述地址，區域集成控制節點602可以實現與功能設施節點601之間的網絡通信，從而實現數據傳輸和指令交互。
[0054]區域集成控制節點602的作用是區域集成子系統的通信中樞、數據中樞和總控節點。如上文所述，區域集成子系統內的各功能設施節點601作為物聯網體系中的傳感器或者智能設備，可以產生反映現實環境及設備自身狀況的狀態參數數據，並且基於上述地址和數據通信方式將狀態參數數據實時或者分時段上傳給區域集成控制節點602。區域集成控制節點602對所述狀態參數進行匯集、存儲與監測，並且可以根據需要向區域集成子系統內的功能設施節點下達控制指令，可以在區域範圍內實現不同類型的功能設施節點的信息共享和聯動協同。例如，在圖4的示例中，溫溼度傳感器向區域集成控制節點602上報的數據反映了區域A當前的溫溼度狀況，區域集成控制節點602可以根據對溫溼度狀況數據的監測，向區域A以內的空調、供暖、通風等功能設施節點下達指令，控制這些節點的開啟、關閉及相應工作狀態。由於區域集成控制節點602面向本區域範圍內實現信息共享和聯動協同，其處理的數據量和控制難度都有所降低，而且協同控制的效率和通信開銷顯著減少。
[0055]參見圖6，本系統的信息和控制中心604在圖3所示的物聯網體系當中處於應用層，與現有技術當中該中心面向各個建築功能系統進彳丁中央控制不冋，在本發明中其能夠面向區域進行信息採集、整合和區域集中控制。信息和控制中心604與處在物聯網網絡傳輸層的各個區域集成控制節點602基於物聯網定義的統一數據接口和通信協議執行雙向的數據傳輸，從而能夠獲取區域集成控制節點602所匯集的本區域各個功能設施節點601的相關信息和狀態參數。以此為基礎，信息和控制中心604可以對各區域的狀態進行監測，並且在必要的情況下向各區域的區域集成控制節點602下達控制指令。
[0056]通過信息和控制中心604針對各區域集成控制節點602進行的區域集中控制，可以實現跨區域範圍的聯動機制。例如，在圖4的示例當中，當區域A的煙感設施檢測到異常狀況時，將報警上報至區域A的區域集成控制節點602 ;區域集成控制節點602根據報警的類型，判斷是自身響應還是需要繼續上報信息和控制中心604。根據由區域A的區域集成控制節點602所上報的報警，信息和控制中心604可以向區域B的區域集成控制節點602下達控制命令，開啟該區域範圍內的門禁設施Dl — D4。與現有技術中在功能系統架構上的聯動不同，本發明的聯動是基於區域的聯動，例如，在建築空間範圍內存在多個包含門禁設施的區域的情況下，根據區域A的報警，信息和控制中心604可優先確定與區域A空間位置鄰近的區域，控制開放其門禁設施。
[0057]信息和控制中心604可以面向區域向區域集成控制節點602下達控制指令，從而對區域內多種功能設施節點實現的集中控制。與現有技術當中以各功能系統為對象的集中控制需要調用各系統的應用接口不同，信息和控制中心604針對區域的集中控制能夠以統一的應用接口實現。例如，為了在圖4所示的區域A內召開會議，信息和控制中心604需要對區域A內的溫溼度傳感器、通風、空調、供暖、閉路攝像、煙感、信息化設施等功能設施節點進行啟動，並且給予參數設定。在現有技術當中實現這一功能需要信息和控制中心依次進入傳感器系統、通風系統、空調系統、供暖系統、閉路電視系統以及信息化設施管理系統的應用接口，控制開啟和設置。而在本發明當中，信息和控制中心604隻需要調用區域控制應用，根據該應用所提供的功能接口向區域A的區域集成控制節點602下達啟動指令，並且啟動指令攜帶必要的設置參數，而區域集成控制節點602則能夠根據該啟動指令控制區域範圍以內的功能設施節點進行啟動並設置相應狀態。
[0058]圖7示出了本發明所述區域控制中心的結構框圖。上文已經介紹了，所述區域控制中心的功能包括確定各功能設施節點的依屬區域，生成各區域的區域集成子系統的節點構成方案，實現節點的編址和地址分配。參見圖7，所述區域控制中心包括:通信單元，用於基於MAC層實現與各個功能設施節點和區域集成控制節點的通信；節點信息單元，用於接收和維護表示各個功能設施節點的空間位置、功能屬性和狀態參數的信息；規劃獲取單元，用於調取表示智能建築中依據建築結構、建築功能和人為定義所劃分的區域的空間邊界範圍的區域規劃方案；規則選擇單元，根據功能設施節點的功能屬性，確定該功能設施節點區域依屬的規則，即上文所述的空間優先規則、屬性優先規則以及上述基於狀態參數的自適應區域劃分規則；空間關係計算單元，用於根據所述功能設施節點的空間位置以及所述空間邊界範圍，計算功能設施節點之間的空間關係，以及計算功能設施節點與智能建築中依據建築結構、建築功能和人為定義所劃分的區域之間的空間關係；狀態相似度計算單元，用於根據功能設施節點的狀態參數，計算功能設施節點之間狀態參數相似度值；節點分配單元，用於基於所述規則，根據功能設施節點的空間關係、功能屬性和狀態參數相似度值中的至少一項，確定功能設施節點區域依屬的區域，從而生成各區域的區域集成子系統的節點構成方案，並且實現節點的編址和地址分配。各模塊所執行的以上規則和算法在上文中已經加以描述，在此不再贅述。
[0059]圖8示出了本發明所述區域集成控制節點的結構框圖。區域集成子系統的通信中樞、數據中樞和總控節點。參見圖8，所述區域集成控制節點包括:下行通信單元，用於執行與區域集成子系統內的各功能設施節點的數據和指令傳輸，該下行通信單元採用物聯網的感知層與網絡傳輸層之間的通信接口，並且可以採用ZigBee協議等適合局部範圍內物聯網節點通信的有線或無線通信方法；上行通信單元，用於與信息和控制中心實現數據和指令傳輸，上行通信單元採用物聯網的網絡傳輸層與應用層之間的通信接口，基於乙太網或者GPRS、3G等有線或無線通信方法實現通信傳輸；數據匯集單元，用於匯集和保存區域集成子系統內的各功能設施節點提供的狀態參數；監測單元，根據功能設施節點提供的狀態參數，監測區域集成子系統的狀態；指令控制單元，根據監測單元的監測情況，或者根據所接收到的信息和控制中心下達的區域控制指令，生成針對功能設施節點的節點控制指令。可見，區域集成控制節點一方面負責對本區域數據的匯集，為信息整合共享提供了平臺?』另一方面對本區域的狀態進行監測，並且在必要的情況下執行節點控制；同時，還響應信息和控制中心的區域控制指令，將對區域的控制指令解析為針對各功能設施節點的控制指令。
[0060]圖9是本發明所述信息和控制中心的結構框圖。信息和控制中心執行面向區域進行信息採集、整合和區域集中控制。參見圖9，信息和控制中心包括:中心通信單元，用於通過物聯網的網絡傳輸層與應用層之間的通信接口，實現與各區域集成子系統的區域集成控制節點的通信傳輸；區域管理單元，用於從各區域集成控制節點獲得區域集成子系統對應的區域信息，所述區域信息包括區域的空間邊界範圍、節點構成方案、節點功能屬性等，並且確定區域之間的空間關係；區域狀態單元，用於匯集和保存各區域的區域集成控制節點上傳的區域狀態參數，區域狀態參數是區域集成控制節點的數據匯集單元在各功能設施節點提供的狀態參數的基礎上抽取形成的；區域監測單元，根據區域狀態參數監測各個監測區域集成子系統對應區域的狀態；區域控制單元，根據區域監測單元的監測情況以及區域之間的空間關係，生成針對區域的區域控制指令；例如，如上文所述，當區域A的煙感節點探測到異常，區域控制單元基於區域A的區域集成控制節點上傳的監測報警，以及區域A與區域B等其它區域的空間分布關係，生成區域控制指令，下達給區域B對應的區域集成控制節點，以便開放相應的門禁系統。
[0061]綜上所述，本發明在物聯網的體系架構和技術基礎之上，以區域為單位實現了智能建築內功能設施的集成，形成區域集成子系統，從而在區域範圍以內實現各類型建築功能系統的數據傳輸共享與相互聯動。並且在物聯網的應用層，能夠面向區域目標執行狀況監測及區域指令的控制，區域集成子系統根據信息與控制中心的指令，調動區域內各建築功能系統進行協同響應。以物聯網為基礎的智能建築區域管理系統的網絡架構與建築實現其功能的基本單位相統一，提高了對智能建築設施管理和控制的效率，降低了網絡組織和通信傳輸的開銷，能夠方便在物聯網應用層級實現面向區域化的集中管理應用，並且給程序開發提供了便利。
[0062]以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，本發明還可以應用在其它設備中；以上描述中的尺寸和數量均僅為參考性的，本領域技術人員可根據實際需要選擇適當的應用尺寸，而不脫離本發明的範圍。本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求所界定的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種基於物聯網的智能建築區域管理系統，其特徵在於，包括:功能設施節點，區域集成控制節點，區域控制中心，以及信息和控制中心； 所述功能設施節點處於物聯網的感知層，用於對智能建築的環境狀態進行感應生成相應的參數數據，和/或執行建築設施功能並生成反映自身狀態的參數數據； 所述區域控制中心用於根據所述功能設施節點的空間位置、功能屬性和狀態參數確定其依屬區域，形成各區域的區域集成子系統的節點構成方案，並且實現功能設施節點的編址和地址分配； 所述區域集成控制節點位於物聯網的網絡傳輸層，用於根據所述區域集成子系統的節點構成方案，與區域內的功能設施節點建立連接以便進行數據和指令傳輸；並且，所述區域集成控制節點對所述功能設施節點的狀態參數進行匯集、存儲與監測，並且向區域內的功能設施節點下達控制指令；所述區域集成控制節點還用於與信息和控制中心建立通信連接，上傳本區域的區域信息和區域狀態參數； 所述信息和控制中心用於匯集區域集成控制節點上傳的區域信息和區域狀態參數，根據所述區域狀態參數監測區域的狀態；並且向區域集成控制節點下達面向區域的區域控制指令。
2.根據權利要求1所述的基於物聯網的智能建築區域管理系統，其特徵在於，所述區域控制中心包括:通信單元，用於基於MAC層實現與各個功能設施節點和區域集成控制節點的通信；節點信息單元，用於接收和維護表示各個功能設施節點的空間位置、功能屬性和狀態參數的信息；規劃獲取單元，用於調取表示智能建築中依據建築結構、建築功能和人為定義所劃分的區域的空間邊界範圍的區域規劃方案；規則選擇單元，根據功能設施節點的功能屬性，確定該功能設施節點區域依屬的規則；空間關係計算單元，用於根據所述功能設施節點的空間位置以及所述空間邊界範圍，計算功能設施節點之間的空間關係，以及計算功能設施節點與智能建築中依據建築結構、建築功能和人為定義所劃分的區域之間的空間關係；狀態相似度計算單元，用於根據功能設施節點的狀態參數，計算功能設施節點之間狀態參數相似度值；節點分配單元，用於基於所述規則，根據功能設施節點的空間關係、功能屬性和狀態參數相似度值中的至少一項，確定功能設施節點區域依屬的區域。
3.根據權利要求2所述的基於物聯網的智能建築區域管理系統，其特徵在於，所述功能設施節點區域依屬的規則包括空間優先規則；並且所述節點分配單元基於所述空間優先規則，獲得功能設施節點的空間位置，並且調用所述區域規劃方案，提取其中各個區域的空間邊界範圍，通過比較功能設施節點的空間位置和區域的空間邊界範圍之間的拓撲關係，將功能設施節點依屬於其中一個所述區域，該功能設施節點處於所依屬的區域的空間邊界範圍以內。
4.根據權利要求2所述的基於物聯網的智能建築區域管理系統，其特徵在於，所述功能設施節點區域依屬的規則包括屬性優先規則；並且所述節點分配單元基於所述屬性優先規則，獲得具有相同功能屬性的功能設施節點，並且根據這些功能設施節點的空間位置，確定功能設施節點位於其空間邊界範圍之內的區域；並且，從所述區域中選擇具有最大便利性的至少一個區域，將具有相同功能屬性的全部功能設施節點均依屬於所述具有最大便利性的區域。
5.根據權利要求2所述的基於物聯網的智能建築區域管理系統，其特徵在於，所述功能設施節點區域依屬的規則包括基於狀態參數的自適應區域劃分規則；並且所述節點分配單元根據所述基於狀態參數的自適應區域劃分規則，獲得功能設施節點的狀態參數及空間位置，並且計算功能設施節點之間狀態參數的差異值以及各功能設施節點之間的空間距離，將差異值和空間距離都在預定範圍以內的功能設施節點自組織為所依屬的區域。
6.根據權利要求2所述的基於物聯網的智能建築區域管理系統，其特徵在於，所述節點分配單元用於實現對區域的功能設施節點和區域集成控制節點的編址和地址分配。
7.根據權利要求1所述的基於物聯網的智能建築區域管理系統，其特徵在於，所述區域集成控制節點包括:下行通信單元，用於執行與區域集成子系統內的各功能設施節點的數據和指令傳輸；上行通信單元，用於與信息和控制中心實現數據和指令傳輸；數據匯集單元，用於匯集和保存區域集成子系統內的各功能設施節點提供的狀態參數；監測單元，根據功能設施節點提供的狀態參數，監測區域集成子系統的狀態；指令控制單元，根據監測單元的監測情況，或者根據所接收到的信息和控制中心下達的區域控制指令，生成針對功能設施節點的節點控制指令。
8.根據權利要求1所述的基於物聯網的智能建築區域管理系統，其特徵在於，所述信息和控制中心包括:中心通信單元，用於實現與各區域集成子系統的區域集成控制節點的通信傳輸；區域管理單元，用於從各區域集成控制節點獲得區域的區域信息，並且確定區域之間的空間關係；區域狀態單元，用於匯集和保存各區域的區域集成控制節點上傳的區域狀態參數；區域監測單元，根據區域狀態參數監測各個監測區域集成子系統對應區域的狀態；區域控制單元，根據區域監測單元的監測情況以及區域之間的空間關係，生成針對區域的區域控制指令。
【文檔編號】G05B15/02GK104238510SQ201410445640
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】孫向東, 楊俊 , 高豔輝 申請人:尚高科技有限公司