一種手機數據採集分析系統的製作方法
2023-04-28 21:01:16 3
本發明涉及智慧家庭領域，尤其涉及一種手機數據採集分析系統。
背景技術：
智慧家庭旨在綜合應用物聯網、自動控制與各種通訊技術，針對家庭設備的群組實現統籌協調和智能化控制，實現家庭內部的生活環境感知、安全監控感知以及人員狀態感知，並且通過支撐智慧家庭的網絡平臺實現信息交互與遠程控制，將人、設備、環境組織為一個有機的整體，形成安全、舒適、健康、環保、節能、方便的家庭生活方式。
目前應用較為廣泛的智慧家庭體系具體包括以下部分：一是家庭環境監測和控制系統，用於對家庭住宅的溫度、溼度、空氣品質等環境參數進行監測，並控制空調、加熱供暖系統、加溼器、空氣淨化器、通風增氧系統等對家庭內部環境予以調節；二是家庭照明系統，用於檢測家庭住宅的自然光照狀況和室內亮度狀態，並對照明燈光設施進行開關控制與照度調節；三是家庭安防體系，面向家庭住宅的私有空間區域，執行視頻監視、紅外監控、煙霧監測、危險氣體監測、漏水監測並進行本地和遠程報警；四是能夠整合進入智慧家庭系統的各種智能控制家電，包括智能冰箱、智能洗衣機、智能熱水器、智能電視以及家庭娛樂設備，這些智能家電可以向智慧家庭系統實時提供自身工作狀態，並接受智慧家庭系統對其功能的調節與控制；五是家庭健康系統，包括實現人體參數監測的各種家用醫療設施、健身器械等，獲得家人身體健康狀態，建立家庭體育鍛鍊記錄檔案。
大數據概念和相關技術近年來得到了長足的發展和普及，在各種領域的應用獲得了豐碩的成果。家庭生活最能夠表現出用戶自身的習慣與偏好，也需要滿足用戶最多的個性化需要。因此，在智慧家庭體系中建立以用戶大數據為基礎的雲端平臺，進行有效的數據採集和深度的數據分析，則可以支撐智慧家庭實現充分個性化的功能服務與交互共享，使智慧家庭與用戶個性實現高度貼合，充分提升用戶體驗。
但是，在家庭的應用場景下，智慧家庭用戶大數據呈現出如下特點：第一，數據源分散，各個智慧家庭子系統下的任何設備或傳感器都能夠生成並輸出相關的數據，不論是採用輪詢的方式，還是採用建立固定通道下的數據通訊方式，與這些數據源進行通信和數據源整合管理都存在較大的負擔。二是智慧家庭各個子系統下兼容了不同廠家的大量設備和傳感器，執行各自的通訊標準協議，造成數據類型多樣，數據結構特異化。三是數據在時間上的有效性豐富多變，智慧家庭的設備和傳感器所採集和生成的數據，有些是短時有效的，例如室內溫度、溼度數據等；有些則是在較長時間期限上有效的，或者是可供系統累積的長期性、周期性數據。以上各方面的因素，給智慧家庭前端的數據採集帶來較大難度。
另一方面，現有的智慧家庭系統的數據分析處理能力主要體現為單一來源和類型數據的存儲和調用，作為對智慧家庭體系下各種設備與子系統進行智能控制的判斷依據；例如，家庭照明系統所採集的光照和亮度數據被作為照明系統開啟、關閉和照度調節的依據，被加以存儲和分析。但是，現有的智慧家庭數據分析技術對全部數據進行整合與分析的能力不足，例如，不能將上述家庭照明系統所採集的光照和亮度數據關聯到家庭住宅溫度、溼度等環境方面的分析，也不能將光照和亮度數據作為拍攝環境參數而關聯到對視頻監控系統拍攝模式的控制，或者將光照和亮度數據關聯到用戶個人健康方面的應用。
再者，從硬體架構上看，現有的智慧家庭體系需要建立一個連接家庭智能網關的家庭數據中心，通過該數據中心實現對前端採集數據的存儲和調用。該數據中心為主的架構能夠比較便利地支持家庭內部智能網關對數據的管理與應用，但是，在面向大數據的應用場景中，雲端後臺通過網絡接入和訪問各個家庭的數據中心則不夠直接,包括地址配置和管理不方便,數據訪問權限及驗證困難,數據的存取實時性較差,等等。而且，數據中心不能與智慧家庭體系中的各個設備實現直接連接，必須依靠智能網關向各個設備主動詢問數據，或被動接收設備上傳數據，數據採集能力受到較大的制約。
並且，智能網關加數據中心的現有體系其核心構思是圍繞各個子系統中的設備和傳感器而展開的數據採集，而並非面向用戶的數據採集。一個智慧家庭中完全可能存在多個用戶，每個用戶都會形成表徵其自身特性的用戶數據，而在現有的智能網關加數據中心的架構中，區分源自不同用戶的數據在實現手段和數據管理上都存在非常大的難度，因為數據中心只能根據作為數據源的各種傳感器和智能設備(例如傳感器和智能設備的ID)進行數據的區分與管理，而這些傳感器和智能設備卻並不可能識別用戶身份，或者不希望用戶在使用之前先進行繁瑣的身份登錄，因此不同的用戶在智慧家庭中共同應用智能設備和功能，這就造成數據中心所匯集和管理的數據實際上是若干用戶混雜的數據，無法針對這些數據進行有效的用戶特徵提取與分析。
隨著移動網際網路的廣泛覆蓋，藍牙和紅外等設備近距離無線互聯技術的普及，以及智慧型手機終端的功能完善，智慧型手機已經逐漸取代過去的家庭網關，成為了智慧家庭的中樞。智慧型手機在智慧家庭中可以作為一個通用的遙控器，對全部設備和電器進行指令輸入與人機互動；用戶通過打開智慧家庭系統的用戶APP，既可以用手機開、關智能電視或照明系統，也可以通過手機來調節空調溫度或換氣系統的送風大小。智慧型手機還是智慧家庭的遠程交互與控制設備，用戶即便離家在外，也可以隨時通過手機在移動網際網路上接入智慧家庭系統，既可以接收家庭安防體系的報警並進行實時查詢監視，也可以對室內溫溼度、熱水器溫度進行提前設置，例如在天氣炎熱的夏季，用戶在下班之前就可以利用手機指令家庭的空調和熱水器開啟並分別調整好溫度，這樣回到家中就可以立即享受適宜的室溫並進行淋浴。
智慧型手機具有較強的數據傳輸能力，可以在多種網絡條件下支持高速度、大容量的數據收發，並且智慧型手機與各種物聯網及智能家電設備可以實現有效的互聯互通，因此，如果能夠將智慧型手機作為智慧家庭體系中的數據採集中樞和數據遠程傳輸中樞，並配合大數據分析的雲端平臺實現對手機採集數據的綜合整合分析，則能夠從根本上克服現有智慧家庭體系在數據採集與分析上的不足，提升大數據應用水平。
技術實現要素：
鑑於上述現有技術中存在的以上問題，本發明提出一種手機數據採集分析系統。本系統以智慧型手機作為整個智慧家庭體系的數據採集中樞和數據遠程傳輸中樞，利用各種互聯互通協議建立手機與智慧家庭當中各種物聯網及智能家電設備的直接通信連接並進行數據傳輸，從而利用手機採集智慧家庭體系產生或感測的大量用戶數據；手機對所採集的用戶數據進行數據格式處理及有效性判斷，並且利用手機自身的ID實現對用戶數據的身份標識，進而由手機將用戶數據實時上傳至支撐大數據應用的雲端分析平臺；雲端分析平臺對手機採集、處理並提供的用戶數據進行數據關聯度的整合，並進行智慧家庭用戶數據的綜合分析。
本發明提供了一種手機數據採集分析系統，包括：前端設備群組、智能網關、外部網絡接口設備、手機、雲端分析平臺；其特徵在於：
前端設備群組包括智慧家庭中的前端設備，所述前端設備用於產生或感測表示家庭環境參數、用戶人身狀態參數和設備自身工作狀態參數的數據；
所述前端設備群組、智能網關、外部網絡接口設備按照預定的拓撲結構組織形成的設備網絡；所述智能網關與前端設備群組中的各個前端設備建立支持雙向交互的通訊連接；並且，智能網關通過所述外部網絡接口設備接入網際網路，以便實現對智慧家庭的遠程訪問與遠程控制；
所述手機基於近距無線傳輸協議實現與前端設備群組中前端設備的直接連接，並採集前端設備產生或感測的數據；並且，所述手機接入家庭無線WIFI區域網路，並通過該家庭無線WIFI區域網路從同樣接入該網絡的前端設備和智能網關採集數據；並且，所述手機通過網際網路訪問所述智能網關，並通過所述智能網關採集所述前端設備生成或感測的數據；手機將所採集的數據處理為用戶數據；
所述手機將所採集的用戶數據實時上傳至支撐大數據應用的雲端分析平臺；
雲端分析平臺對手機採集、處理並提供的用戶數據進行數據關聯度的整合，並進行智慧家庭用戶數據的綜合分析。
優選的是，所述手機在從前端設備群組中的前端設備獲得原始數據的基礎上，採用統一的數據幀格式封裝原始數據，從而形成具有統一的數據格式的智慧家庭前端採集數據。
進一步優選的是，所述統一的數據幀一般包括數據源ID、數據類型、數據採集時間、手機ID以及數據值。
優選的是，所述手機利用手機ID標識所採集的數據，實現對用戶數據的身份標識。
優選的是，所述手機利用數據類型、數據採集時間進行數據時間有效性的判別。
進一步優選的是，所述手機為每一種數據類型都設置一有效時間閾值，根據數據採集時間與當前時間，判斷所採集的數據是否已經超出了該有效時間閾值，從而進行所述數據時間有效性的判別。
優選的是，雲端分析平臺基於數據類型和採集時間，對於數據類型存在關聯性且採集時間接近的用戶數據進行合併，形成關聯數組，並根據關聯數組進行綜合分析。
優選的是，前端設備群組中的前端設備與智能網關共同接入家庭無線WIFI區域網路，通過家庭無線WIFI區域網路實現前端設備群組中的前端設備面向智能網關的數據上傳，以及智能網關面向前端設備群組中任何前端設備的數據傳輸和指令下達；或者，前端設備群組中的前端設備基於近距無線傳輸協議與智能網關實現雙向的數據通信交互。
優選的是，所述手機接入家庭無線WIFI區域網路從而實現與智能網關的互聯，並且通過智能網關與家庭無線WIFI區域網路中的各前端設備進行交互控制，從而向前端設備下達控制指令；或者，所述手機基於近距無線傳輸協議與前端設備進行點對點直接連接，並且直接向這些前端設備下發控制指令。
進一步優選的是，手機向前端設備發送控制指令的同時，也會並行地發送一詢問請求；前端設備答覆該詢問請求，向手機傳送其感測或生成的數據。
可見，本發明通過手機作為智慧家庭數據採集的中樞，建立了直接、快速、易於管理的數據採集通道和數據傳輸通道，利用手機標識用戶身份，可以比較便捷和容易地進行智慧家庭中用戶的區分，避免了用戶混雜，利用雲端分析平臺實現了智慧家庭用戶數據的綜合分析。
說明書附圖
圖1是本發明優選實施例的手機數據採集分析系統結構示意圖。
具體實施方式
下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步具體的說明。
本發明提供了一種手機數據採集分析系統，該系統應用於智慧家庭體系下的用戶數據採集和分析，以智慧型手機作為整個體系的數據採集中樞和數據遠程傳輸中樞，並且通過雲端分析平臺匯集用戶大數據並進行整合的用戶數據分析。
如圖1所示的手機數據採集分析系統整體結構示意圖，該系統具體包括：前端設備群組1、智能網關2、外部網絡接口設備3、手機4、雲端分析平臺5。
智慧家庭的前端設備群組1是智慧家庭體系的各個子系統中傳感器、智能調控設施、智能家電等前端設備形成的集合。智慧家庭可分為家庭環境監測和控制系統、家庭照明系統、家庭安防體系、智能家電、家庭健康系統等若干子系統。其中，家庭環境監測和控制系統包括用於感測家庭環境溫度、溼度、氧含量、有害氣體含量、顆粒物含量等環境參數數據的傳感器1－1，以及空調、加熱供暖系統、加溼器、空氣淨化器、通風增氧系統等智能調控設施1－2。家庭照明系統包括感測日光光照和室內亮度的傳感器1－1，以及作為智能調控設施1－2的照明燈光設施。家庭安防體系下包括實現紅外監控、煙霧監測、危險氣體監測、漏水監測的傳感器1－1，以及作為智能家電1－3用來執行視頻監視的網絡攝像機。家庭健康系統包括作為智能家電1－3的各種家用醫療設施和健身器械。並且智慧家庭體系中還可以包括智能冰箱、智能洗衣機、智能熱水器、智能電視以及家庭娛樂設備等智能家電1－3。
各個子系統中的前端設備一方面作為各個子系統中的功能單元，根據自身產生和外界提供的控制指令執行相應的設備功能，另一方面也作為數據源，產生或感測表示家庭環境參數、用戶人身狀態參數和設備自身工作狀態參數的數據。例如，家庭環境監測和控制系統中的溫度傳感器、溼度傳感器、空氣成份傳感器可以感測產生家庭環境溫度、溼度、氧含量、有害氣體含量、顆粒物含量等環境參數數據，家庭照明系統中的光照和亮度傳感器可以感測產生室內的陽光照度和環境亮度參數；智能冰箱可以根據其自身工作狀態而產生冷凍溫度、冷藏溫度、製冷運轉周期等工作狀態參數；智能熱水器可產生預定水溫設置、實際水溫等工作狀態參數；家庭健康系統的家用醫療設施可以在用戶每次測量後產生體重、體溫、血壓等用戶人身狀態參數，健身器械可以在用戶每次使用之後記錄鍛鍊時段、時長、強度等工作狀態參數。
智慧家庭體系是由前端設備群組1、智能網關2、外部網絡接口設備3按照預定的拓撲結構組織形成的設備網絡。其中，智能網關2作為設備網絡的中心，與前端設備群組1中的各個前端設備建立支持雙向交互的通訊連接。目前，組建智慧家庭的常規手段是採用兩種方式：一是使前端設備群組1中的各種智能家電1－3與智能網關2共同接入家庭無線WIFI區域網路實現互聯互通，家庭無線WIFI區域網路可提供20M帶寬以上的區域網內上下行數據傳輸速率，能夠實現前端設備群組1中的各種智能家電1－3面向智能網關2的數據上傳，以及智能網關2面向前端設備群組1中任何智能家電的數據傳輸和指令下達。二是使智能網關2兼容ZigBee、藍牙、紅外等近距無線傳輸協議，從而前端設備群組1中的傳感器1－1和智能調控設施1－2可以基於ZigBee、藍牙、紅外等近距無線傳輸協議與智能網關2實現雙向的數據通信交互。並且，智能網關2通過所述外部網絡接口設備3接入網際網路，以便實現對智慧家庭的遠程訪問與遠程控制。
手機4作為移動通信終端，支持多種網絡連接模式，具備較強的數據傳輸能力和設備互聯能力。手機4作為智慧家庭體系的通用遙控器，可以接入家庭無線WIFI區域網路從而實現與智能網關2的互聯，並且通過智能網關2與家庭無線WIFI區域網路中的各種智能家電1－3進行交互控制，從而向智能家電1－3下達控制指令；也可以基於ZigBee、藍牙、紅外等近距無線傳輸協議實現與任何智能調控設施1－2以及支持近距無線傳輸協議的智能家電1-3的點對點直接連接，並且直接向這些智能調控設施1－2下發控制指令。手機4還作為遠程交互控制設備，可以通過網際網路遠程訪問智能網關2，通過與智能網關2的交互獲得智慧家庭體系內部的任何參數，並且向智能網關2遠程下達控制指令，由智能網關2根據手機4遠程下達的控制指令而對前端設備群組1中的前端設備進行控制。
在本發明中，進一步以手機4作為整個智慧家庭體系的數據採集中樞和數據遠程傳輸中樞，從而建立了手機數據採集分析系統。手機4對智慧家庭體系的數據採集包括近程採集和遠程採集兩種模式，下面分別予以介紹。
在近程採集模式中，手機4處於智慧家庭的空間之內。從而，手機4可以基於ZigBee、藍牙、紅外等近距無線傳輸協議實現與前端設備群組1中的各個傳感器1－1和智能調控設施1－2的直接連接，並接收傳感器1－1所感測生成的數據以及智能調控設施1－2的工作狀態數據；對於支持近距無線傳輸協議的各種智能家電1-3，手機4同樣可以基於近距無線傳輸協議與這些智能家電1-3建立直接連接並接收智能家電的工作狀態數據。對於不採用無線WI-FI方式接入智慧家庭而是採用各種近距無線傳輸協議組成物聯網的各類傳感器和智能調控設施來說，對其數據的採集只能通過智能網關2為其分配虛擬網絡地址並基於該虛擬網絡地址予以訪問的方式實現。相對而言，在本發明當中，手機4利用近距無線傳輸協議建立直接的數據採集方式，可以簡化從智慧家庭的各類傳感器和智能調控設施獲取數據的過程，能夠解決智慧家庭數據多源化帶來的採集困難的問題。同時，手機4也可以接入家庭無線WIFI區域網路，並通過該家庭無線WIFI區域網路從同樣接入該網絡的智能家電1－3和智能網關2獲取數據。
手機4對數據的採集方式包括主動詢問方式和被動接收方式。在主動詢問方式中，當手機4利用近距無線傳輸協議或通過接入家庭無線WIFI區域網路而與前端設備建立連接後，可以向特定的前端設備主動發送詢問請求，而前端設備答覆該詢問請求，向手機傳送其感測或生成的數據。一般來說，手機4作為智慧家庭的通用型遙控器，當主動與前端設備連接並向前端設備發送控制指令的同時，也會並行地發送一所述詢問請求，從而在進行遙控的同時也完成對相關數據的主動詢問採集。在被動接收方式中，手機在利用近距無線傳輸協議進入物聯網後，即廣播發送自身標識，凡收到該標識的前端設備即向手機反饋自身感測或生成的數據，被動接收方式主要適用於對手機周邊一定範圍的環境參數數據的採集。
在遠程採集模式下，手機4處於智慧家庭的空間範圍以外，其通過網際網路訪問智能網關2，並通過智能網關2與前端設備群組1中各種前端設備的數據通道而獲取數據。
在從前端設備群組1中的前端設備獲得原始數據的基礎上，手機4對原始數據進行統一化格式的數據處理。在這一過程中，手機4採用統一的數據幀格式封裝原始數據，從而形成具有統一的數據格式的智慧家庭前端採集數據。可以根據實際的需求來設計該智慧家庭前端採集數據所具有的統一的數據格式，該統一的數據幀一般包括數據源ID、數據類型、數據採集時間、手機ID以及數據值。
智慧家庭中經常存在多個用戶共存的狀態，用戶共用智慧家庭中部分設備，但通常認為每個用戶會使用自己特定的手機。因此，在上述統一的數據幀格式中，利用手機ID實現對用戶數據的身份標識。例如，用戶以自己特定的手機對某個智能家電進行遙控，或者對某個智能調控設施進行遙控，則該智能家電或智能調控設施的工作狀態數據即作為與該用戶相關聯的用戶數據，以該用戶對應的特定手機ID予以標識。或者，手機4以上述被動接收方式採集了傳感器提供的環境參數數據，這些數據代表了用戶實際所在的環境，因此，即作為用戶相關聯的環境參數數據，以該用戶對應的特定手機ID予以標識。手機4通過家庭無線WIFI區域網路訪問智能家電所取得的數據，也被作為特定用戶的訪問數據，而以該用戶對應的特定手機ID予以標識。
手機4在統一的數據幀格式的基礎上，利用數據類型、數據採集時間進行數據時間有效性的判別。具體來說，為每一種數據類型都設置一有效時間閾值，根據數據採集時間與當前時間，判斷所採集的數據是否已經超出了該有效時間閾值。進行數據時間有效性的判斷是為了避免因採集延遲等原因造成的時間上已經無效的數據作為用戶數據上傳，而給大數據分析帶來的幹擾。
手機4對所採集的用戶數據進行統一化的數據格式處理及時間有效性的判斷，並利用手機自身的ID實現對用戶數據的身份標識之後，基於手機的數據傳輸能力，將所採集的用戶數據實時上傳至支撐大數據應用的雲端分析平臺5。
雲端分析平臺5對手機採集、處理並提供的用戶數據，根據數據類型和採集時間進行數據關聯度的整合，並進行智慧家庭用戶數據的綜合分析。雲端分析平臺5基於數據類型和採集時間，對於數據類型存在關聯性且採集時間接近的用戶數據進行合併，形成關聯數組，並根據關聯數組進行綜合分析。例如，家庭照明系統所採集的光照和亮度數據與家庭住宅的溫度、溼度數據具有關聯性，因此可以將採集時間接近在閾值範圍內的光照、亮度、溫度、溼度數據進行合併，實現綜合的數據分析和應用，例如，可以將光照和亮度數據作為拍攝環境參數而關聯到對視頻監控系統拍攝模式的控制，或者將光照和亮度數據關聯到用戶個人健康方面的應用。
可見，本發明通過手機作為智慧家庭數據採集的中樞，建立了直接、快速、易於管理的數據採集通道和數據傳輸通道，利用手機標識用戶身份，可以比較便捷和容易地進行智慧家庭中用戶的區分，避免了用戶混雜，利用雲端分析平臺實現了智慧家庭用戶數據的綜合分析。
以上實施例僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。