一種異構(gòu)感知數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)適配接入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智慧城市異構(gòu)數(shù)據(jù)集成與共享技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種異構(gòu)感知數(shù)據(jù) 的動(dòng)態(tài)適配接入方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 智慧城市通過(guò)信息技術(shù)手段，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、分析整合和利用城市各部分的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn) 對(duì)城市生活環(huán)境的透徹感知、城市資源的全面調(diào)控、城市中各個(gè)部分協(xié)調(diào)配合。當(dāng)出現(xiàn)應(yīng) 急突發(fā)情景，如自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生、社會(huì)安全等突發(fā)事件，智慧城市一般通過(guò)應(yīng) 急響應(yīng)避免大財(cái)產(chǎn)損失和嚴(yán)重的人員傷亡。然而，各行業(yè)部門、企業(yè)和個(gè)人都布設(shè)了各種 各樣的傳感器，傳感器數(shù)據(jù)的采集、傳輸和發(fā)布等也呈現(xiàn)多種形式，導(dǎo)致各種數(shù)據(jù)的存在形 式、來(lái)源和記錄格式也各不相同，城市感知數(shù)據(jù)呈現(xiàn)異構(gòu)性。異構(gòu)性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1)數(shù)據(jù)的表達(dá)形式多樣，體現(xiàn)在不同應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)據(jù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不同，封裝的格式不同；2) 數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議多樣，例如有基于tcp、http的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，3)數(shù)據(jù)的來(lái)源多樣，除了物 理傳感器外，還有虛擬傳感器，如權(quán)威部門中國(guó)氣象，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)定期發(fā)布?xì)庀箢A(yù)報(bào)或?qū)崟r(shí)氣 象數(shù)據(jù)。由此可見(jiàn)，城市管理數(shù)據(jù)來(lái)源多、類型雜、體量大，為了實(shí)現(xiàn)智慧城市各類信息資源 包括傳感器資源的有效整合與應(yīng)用，需要構(gòu)建統(tǒng)一有效的異構(gòu)數(shù)據(jù)接入，為城市時(shí)空實(shí)體 (如基礎(chǔ)地理實(shí)體、城市基礎(chǔ)設(shè)施、移動(dòng)目標(biāo)等）和時(shí)空事件（如交通流量、人群聚集、空氣 質(zhì)量等）提供有效的信息服務(wù)和決策支持。
[0003] 針對(duì)城市建設(shè)中感知數(shù)據(jù)的異構(gòu)性問(wèn)題，用標(biāo)準(zhǔn)化的元數(shù)據(jù)來(lái)統(tǒng)一管理分散的數(shù) 據(jù)資源，并基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享與服務(wù)，該模式的解決方式，得到了普遍理解和認(rèn) 同。開(kāi)放地理空間信息聯(lián)盟的傳感器網(wǎng)整合框架（SWE,SensorWebEnhancement)是上述 解決方式最典型體系，SWE不僅定義了標(biāo)準(zhǔn)化的元數(shù)據(jù)，同時(shí)，通過(guò)定義一系列信息共享方 面的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)（OGCWebService，0WS)，如WCS、WSC和SLD等多個(gè)0WS，實(shí)現(xiàn)了所有類 型的傳感器、變送器、傳感數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，可發(fā)現(xiàn)、可接入、可使用。SWE定義的傳感器標(biāo)記語(yǔ)言 (SensorMarkupLanguage，SensorML)和觀測(cè)與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)（Observations&Measurements， 0&M)消除了數(shù)據(jù)表達(dá)多樣導(dǎo)致的數(shù)據(jù)只能被專有應(yīng)用使用的問(wèn)題，消除了信息孤島現(xiàn)象， 為城市運(yùn)營(yíng)提供了完整綜合性數(shù)據(jù)服務(wù)。開(kāi)放地理空間信息聯(lián)盟所發(fā)布的系列標(biāo)準(zhǔn)已得到 廣泛認(rèn)同，成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
[0004] 但是，SWE主要是面向用戶提供傳感器信息及其數(shù)據(jù)的查詢，與各類傳感器的連接 主要通過(guò)中間件實(shí)現(xiàn)。傳感器接入到SWE服務(wù)時(shí)，仍需要做適配工作，將傳感器協(xié)議轉(zhuǎn)換成 SWE協(xié)議。由于數(shù)據(jù)協(xié)議和來(lái)源的多樣性，當(dāng)感知數(shù)據(jù)與SWE的服務(wù)連接時(shí)，仍然需要大量 人工操作和重復(fù)性開(kāi)發(fā)，而且，SWE規(guī)范中沒(méi)有明確定義適配的方法和具體位置，自動(dòng)適配 的問(wèn)題仍沒(méi)有得到解決。這將導(dǎo)致城市傳感網(wǎng)建設(shè)時(shí)，需要大量人工操作為每個(gè)傳感器進(jìn) 行協(xié)議轉(zhuǎn)換，工作量巨大。在智慧城市建設(shè)中，包括物理傳感器與虛擬傳感器在內(nèi)，需要為 成千上萬(wàn)的傳感器提供異構(gòu)的感知數(shù)據(jù)。人工協(xié)議轉(zhuǎn)換的方式效率低，嚴(yán)重阻礙智慧城市 的發(fā)展進(jìn)程。因此，需要設(shè)計(jì)一種感知數(shù)據(jù)適配接入的方法，使異構(gòu)數(shù)據(jù)自動(dòng)適配接入，減 少?gòu)?fù)雜的人工操作，以解決異構(gòu)感知數(shù)據(jù)接入效率低下的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)傳感器的"即插即用"。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)異構(gòu)感知數(shù)據(jù)的接入，國(guó)內(nèi)外不少機(jī)構(gòu)均開(kāi)展了相關(guān)研宄，并取得了一 定的成果。美國(guó)蒙特利海灣研宄所（MontereyBayAquariumResearchlnstitue，MBARI) 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種硬件設(shè)備Puck，其中存儲(chǔ)了傳感器的元數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)等信息，元數(shù)據(jù)信息包 SWE的SensorML信息，然后將Puck內(nèi)置或者外接在傳感器上，從而實(shí)現(xiàn)傳感器與元數(shù)據(jù)的 硬件綁定，系統(tǒng)將自動(dòng)從設(shè)備Puck中檢索這些信息并自動(dòng)完成傳感器的適配，從而實(shí)現(xiàn)傳 感器的即插即用。但是，這種硬件解決方法，需要改造傳感器的硬件結(jié)構(gòu)，成本較高，因此， 無(wú)法在智慧城市中廣泛應(yīng)用。
[0006] 蔡永娟等人在《基于SensorML和IEEE1451的新型傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)研宄》中一類 通過(guò)創(chuàng)建映射規(guī)則進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換的方法被提出，這類方法將底層協(xié)議轉(zhuǎn)換成SWE協(xié)議，一 定程度上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)接入，但該方法依賴固定的映射模板，當(dāng)感知數(shù)據(jù)源發(fā)生變化 時(shí)，原有的映射規(guī)則將不能適用。
[0007] 李秀等人在《一種支持傳感器即插即用的動(dòng)態(tài)適配器方法》提出一種支持傳感器 動(dòng)態(tài)適配器方法。該方法建立面向集成的傳感器信息模型（UniversalSensorDescriptor forIntegration，USDI)，通過(guò)該模型在SWE和IEEE1451之上提出的一種支持傳感器動(dòng) 態(tài)適配器方法。IEEE1451側(cè)重于傳感器硬件接口的標(biāo)準(zhǔn)化，且傾向于底層的設(shè)計(jì)，不能為 邏輯意義上傳感器（虛擬傳感器）提供額外描述信息。該方法沒(méi)有考慮到數(shù)據(jù)來(lái)源的多樣 性，只實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)物理傳感器感知數(shù)據(jù)的接入。
[0008] 以上方法沒(méi)有很好的解決異構(gòu)感知數(shù)據(jù)適配接入難題，即數(shù)據(jù)表達(dá)多樣、數(shù)據(jù)的 傳輸協(xié)議多樣與數(shù)據(jù)來(lái)源多樣性導(dǎo)致的感知數(shù)據(jù)獲取方式與解譯方法不確定問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明要解決的核心問(wèn)題是：動(dòng)態(tài)地根據(jù)異構(gòu)感知數(shù)據(jù)生成適配器，適配器與傳 感器直接通信，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)感知數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)接入至SWE服務(wù)；為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提 供了一種異構(gòu)感知數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)適配接入方法。
[0010] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種異構(gòu)感知數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)適配接入方法，其特征在 于，包括以下步驟：
[0011] 步驟1 :建立面向SWE數(shù)據(jù)接入的異構(gòu)傳感器信息模型（HeterogeneousSensor InformationModel,HSIM)，并實(shí)例化異構(gòu)傳感器信息模型；
[0012] 步驟2 :根據(jù)實(shí)例進(jìn)行傳感器注冊(cè)；
[0013] 步驟3:傳感器信息管理；
[0014] 步驟4 :根據(jù)實(shí)例，查詢方法庫(kù)，配置和組合與傳感器連接方法、數(shù)據(jù)譯碼方法，動(dòng) 態(tài)生成適配器；
[0015] 步驟5 :動(dòng)態(tài)適配器與傳感器進(jìn)行交互；
[0016] 步驟6 :數(shù)據(jù)服務(wù)管理器通過(guò)SWE服務(wù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0017] 作為優(yōu)選，步驟1中所述的HSM模型使用XML序列化，包括：約束信息、傳感器設(shè) 備標(biāo)識(shí)信息、觀測(cè)過(guò)程信息、傳感器聯(lián)系信息、傳感器能力信息；所述的約束信息包括共享 約束級(jí)別和有效時(shí)間約束范圍，用于描述傳感器以及傳感器數(shù)據(jù)使用的包括安全、共享、可 操作的約束條件；所述的傳感器設(shè)備標(biāo)識(shí)信息包括傳感器的標(biāo)示符、傳感器的觀測(cè)特征、傳 感器的型號(hào)、傳感器的用途和傳感器的地理位置信息，用于快速識(shí)別可用的傳感器觀測(cè)資 源；傳感器的觀測(cè)特征包括觀測(cè)狀態(tài)、觀測(cè)性質(zhì)和觀測(cè)結(jié)果；觀測(cè)過(guò)程信息用于描述傳感 器進(jìn)行觀測(cè)時(shí)所需的輸入信息、參數(shù)信息、處理方法和輸出信息；輸出信息包括輸出數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)和輸出度量單位，用于描述數(shù)據(jù)的封裝方式；處理方法包括處理方法名稱和處理方法描 述，令所述的傳感器作為系統(tǒng)，觀測(cè)現(xiàn)象作為輸入，觀測(cè)值為輸出，則系統(tǒng)處理過(guò)程為物理 傳感器或者虛擬傳感器的數(shù)據(jù)處理過(guò)程，處理方法用于描述數(shù)據(jù)處理方式，即用于說(shuō)明數(shù) 據(jù)來(lái)自于物理或虛擬傳感器；參數(shù)信息包括字段標(biāo)識(shí)、字段名稱、字段數(shù)據(jù)類型、字段煒度， 用于給出解析觀測(cè)數(shù)據(jù)所需要的參數(shù)與標(biāo)識(shí)；傳感器聯(lián)系信息包括傳感器的歸屬單位、負(fù) 責(zé)人聯(lián)系電話和負(fù)責(zé)人聯(lián)系地址；傳感器能力信息包括觀測(cè)能力和通信能力；通信能力包 括傳輸協(xié)議和通信接口，用于說(shuō)明數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，基于TCP的通信協(xié)議傳輸時(shí)，通信接口 即為socket連接時(shí)使用的端口號(hào)；基于HTTP通信協(xié)議傳輸時(shí)，通信接口即為HTTP請(qǐng)求的 URL地址；觀測(cè)能力包括采樣間隔、觀測(cè)精度、觀測(cè)范圍、觀測(cè)對(duì)象和觀測(cè)屬性。實(shí)例化HSM 模型的目的是為傳感器注冊(cè)和自動(dòng)生成適配器提供數(shù)據(jù)支持。
[0018] 作為優(yōu)選，步驟2中所述的傳感器注冊(cè)為兩種注冊(cè)，第一種注冊(cè)用于感知數(shù)據(jù)接 入時(shí)的傳感器管理，第二種注冊(cè)即向SWE服務(wù)注冊(cè)；所述的第一種注冊(cè)過(guò)程為：將實(shí)例化的 異構(gòu)傳感器信息模型存儲(chǔ)至傳感器注冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，使用傳感器標(biāo)識(shí)符作為表名，建立數(shù)據(jù)表， 表中的字段為信息模型中的元數(shù)據(jù)，所述的元數(shù)據(jù)包括傳輸協(xié)議、通信接口；所述的第二種 注冊(cè)過(guò)程為：SWE為傳感器注冊(cè)和觀測(cè)值插入至SWE服