CN101894356A

CN101894356A - 一种开放式智能地球系统架构及实现方法

Info

Publication number: CN101894356A
Application number: CN2010102326214A
Authority: CN
Inventors: 柳林; 李万武; 李德仁; 卢秀山; 杨博雄
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2010-11-24

Abstract

本发明公开了一种开放式智能地球系统架构及实现方法，涉及地球空间信息领域。系统从逻辑上可分为物理层、数据层、功能层、应用层、管理和支撑层，包括数据采集系统、数据通讯系统、数据集成系统、数据处理系统、智能服务系统。其实现方法是通过各种感应器或探测器获取地球及其相关现象的数据和信息，利用通讯技术和云计算技术对数据进行集成和管理，采用模式识别、人工智能、各种算法模型对数据进行识别、处理、提取和挖掘获得所需要的知识，把知识转化为适应需求的各种服务模式和产品，以提供智能服务。其特征是将传感器网络技术、物联网技术、云计算技术、数据挖掘技术等运用到智能系统领域，建立开放式智能地球系统框架，并给出其实现方法。

Description

一种开放式智能地球系统架构及实现方法

技术领域

本发明属于地球空间信息学领域，涉及到智能信息系统、云计算技术、传感器网络技术和物联网技术。

背景技术

在地球空间信息领域中，数字地球、数字城市已取得初步成果，各个城市已相继开展数字环保、智能交通、电子政务等相关行业的数字化工作。“数字地球”是对地球及相关现象的数字化认识和再现，所以数字地球和数字城市虽然作到了“数字化”，但缺乏“智能化”。特别是在全球人口快速增长、自然资源日益贫乏、环境状况进一步恶化、自然灾害频繁发生的背景下，人们更需要一种智能化的信息系统来对全球信息进行智能化处理，并在此基础上提供智能化服务，以应对全球资源危机、改善全球环境状况。随着传感器技术、网络技术、计算机技术、IT等科技的发展，人类历史上第一次实现几乎任何系统的数字量化和互联，这也为开放式智能地球系统的实现提供了技术上的可能。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是在数字地球的基础上提供一种开放式智能地球系统架构及实现方法，以实现由客观物体到数据、由数据到信息、由信息到知识、由知识到决策和服务的智能化过程，以最方便快捷的方式、给最需要的人、提供最需要的服务，增加可控制性减少盲目性和混乱性，从而减少资源的损耗，实现整个地球的可持续发展。

一种开放式智能地球系统架构，包括数据采集系统、数据通讯系统、数据集成系统、数据处理系统和智能服务系统，其在逻辑上分为五层：物理层100、数据层200、功能层300、应用层400、管理和支撑层500。与物理层100相对应的是数据采集系统，包括遥感传感器110，嵌入式感应器120，环境监测器130，生物探测器140，RFID传感器150，扩展感应器160；与数据层200相对应的是数据集成和处理系统，包括由数据采集系统的各类传感器所采集的空间数据210，对空间数据210进行集成和处理的数据处理中心220，处理后产生的空间信息230，对空间信息230进行数据挖掘后产生的知识库240；与功能层300对应的是智能服务系统(服务器端)，包括智能服务平台310、Web服务器380和无线网关390，智能服务平台提供的应用包括公众日常服务320、企业规划服务330、政府决策服务340、科学研究服务350和其它扩展服务360；与应用层400相对应的是智能服务系统(客户端)，包括移动智能终端410和固定智能终端420；数据通讯系统包括移动通讯网610和有线通讯网620；管理和支撑层500是指保证物理层100、数据层200、功能层300实现的标准、协议、法律法规等支撑条件，如数据共享标准、数据保密协议、隐私信息保护法规等。

一种开放式智能地球系统实现方法，通过各种感应器或探测器获取地球及其相关现象的数据和信息，采用有线或无线通信技术对数据进行传输，利用云计算技术对数据进行集成和管理，采用模式识别、人工智能、各种算法模型对数据进行识别、处理提取有用的信息，对信息进行分析、挖掘获得所需要的知识，把知识转化为适应需求的各种服务模式和产品，通过智能终端面向政府机构、行业应用和个人生活提供智能化服务。

本发明的特征在于将传感器网络技术、物联网技术、云计算技术、数据挖掘技术运用到智能信息系统领域，建立一种开放式智能地球系统架构及实现方法；系统的突出特征在于系统的开放性，可以根据技术发展需要对系统进行扩展，系统开放性体现在：物理层100的传感器网络中，留有扩展感应器接口160，可以根据实际需求随时增加新型传感器；数据处理中心220采用云计算技术实现数据的处理，理论上允许无限量增加数据量；功能层300中留有扩展服务接口360，利用新型传感器或新算法获取的新知识提供新的扩展应用服务功能。

附图说明

图1是逻辑层次示意图。

图2是系统物理结构图。

图1中：100-物理层，200-数据层，300-功能层，400-应用层，500-管理和支撑层，110-遥感传感器，120-嵌入式感应器，130环境监测器，140-生物探测器，150-RFID识别器，160-扩展感应器，210-空间数据，220-数据处理中心，230-空间信息，240-知识库，310-智能服务平台，320-公众日常服务，330-企业规划服务，340-政府决策服务，350-科学研究服务，360-其它扩展服务，380-Web服务器，390-无线网关，410-移动智能终端，420-固定智能终端，610-移动通讯网，620-有线通讯网。

具体实施方式

以下结合附图进行详述。

如图1所示，本系统包括数据采集系统、数据通讯系统、数据集成系统、数据处理系统和智能服务系统，其在逻辑上分为五层：物理层100、数据层200、功能层300、应用层400、管理和支撑层500。物理层100即数据采集系统，包括遥感传感器110，嵌入式感应器120，环境监测器130，生物探测器140，RFID是识别器150，扩展感应器160；数据层即数据集成和处理系统，包括由数据采集系统的各类传感器所采集的空间数据210，采用云计算技术的数据处理中心220，对空间数据210进行集成和处理后产生的空间信息230，对空间信息230进行数据挖掘后产生的知识库240；功能层300即智能服务系统的服务器端，包括智能服务平台310、Web服务器380和无线网关390，智能服务平台提供的应用服务包括：公众日常服务320、企业规划服务330、政府决策服务340、科学研究服务350和其它扩展服务360；应用层400即智能服务系统的客户端，包括移动智能终端410和固定智能终端420；管理和支撑层500是指保证物理层100、数据层200、功能层300实现的标准、协议、法律法规等支撑条件，如数据共享标准、数据保密协议、隐私信息保护法规等。

如图2所示，本系统的具体实现方法如下：

1、通过各种与人们生活密切相关的感应器和专业探测器，利用传感器技术获取地球及其相关事物的数据和信息，包括与日常生活、企业规划、政府决策和科学研究等密切相关的方方面面的数据。通过遥感传感器110(在实施例中包括星载、机载的专业传感器)获取资源环境、国土监控、地球空间几何信息等专业信息；通过嵌入式传感器120获取微观领域的信息；通过环境监测器130(在实施例中包括环境监测器、化学探测器、辐射探测器等)获取环境相关数据；通过生物探测器140(在实施例中包括生物探测器和健康状况探测器，健康状况探测器又包括血压感应器、血糖感应器、健康指数感应器等)获取生物体特征或人体健康状况信息；通过RFID识别器150获取食物及产品的生产日期、产地、质地、保质期等数据；通过扩展感应器160对现有传感器进行扩展，以便随着传感器技术的发展把新型传感器纳入到此开放式智能地球系统中来，利用新型传感器获取新领域的信息。

2、采用通信技术(特别是移动无线通讯技术)、计算机技术、数据库技术和网格计算等技术对数据进行传输、集成，并利用云计算技术建立虚拟数据中心对数据和信息进行管理。采用虚拟数据中心对数据进行管理是关键，因为智能地球在宏观上大到整个地球、中观上涉及到各行各业和生活的方方面面、微观上深入到生物有机体内部，所以涉及的数据和信息用“海量”来描述已经不够了，对于这些超海量的数据进行集成，不采用虚拟数据中心是无法实现的。

3、采用模式识别、人工智能、数学领域所支持的通用算法模型、各专业领域的专业模型和方法对数据进行识别、处理提取有用的信息，对信息进行集成、分析、挖掘获得所需要的知识。

4、通过硬件集成和制造、软件的开发、个性化服务的定制、及相应的商业和非商业化运作模式，把知识转化为适应需求的各种服务模式和产品，为最需要的人、在最适宜的时间和地点、提供最适宜的服务。因为服务是建立在信息和知识之上，是建立在完整的技术体系之上，所以在此框架下的智能地球才能实现智能化服务，增加可控制性减少盲目性和混乱性，从而减少资源的损耗，实现整个地球的可持续发展。

本项发明的特征在于将传感器网络技术、物联网技术、云计算技术、数据挖掘技术等运用到智能信息系统领域，建立一种开放式智能地球系统架构及实现方法，以利用新一代信息技术通过一种更智慧的方法来改变公众、政府和企业的运行方式。整个系统的实现过程是一个由客观物体到数据、由数据到信息、由信息到知识、由知识到决策和服务的智能化过程，其核心是信息处理，技术载体是网络，关键是智能化，目标是服务。

Claims

1.一种开放式智能地球系统架构及实现方法，包括数据采集系统、数据通讯系统、数据集成系统、数据处理系统、智能服务系统，其在逻辑上分为五层：物理层(100)、数据层(200)、功能层(300)、应用层(400)、管理和支撑层(500)，与物理层(100)相对应的是数据采集系统，包括各种专业传感器和非专业传感器；与数据层(200)相对应的是数据集成和数据处理系统，包括由数据采集系统的各类传感器所采集的空间数据(210)，对空间数据(210)进行集成和处理的数据处理中心(220)，处理后产生的空间信息(230)，对空间信息(230)进行数据挖掘后产生的知识库(240)；与功能层(300)对应的是智能服务系统(服务器端)，包括智能服务平台(310)，Web服务器(380)和无线网关(390)；与应用层(400)相对应的是智能服务系统(客户端)，包括移动智能终端(410)和固定智能终端(420)；数据通讯系统包括移动通讯网(610)和有线通讯网(620)，其实现方法是：通过各种感应器或探测器获取地球及其相关现象的数据和信息，采用有线或无线通信技术对数据进行传输，利用云计算技术技术对数据进行集成和管理，采用模式识别、人工智能、各种算法模型对数据进行识别、处理提取有用的信息，对信息进行分析、挖掘获得所需要的知识，把知识转化为适应需求的各种服务模式和产品，通过智能终端提供智能服务。

2.根据权利要求1所述的一种开放式智能地球系统，其特征在于物理层(100)是由传感器网络组成的数据采集系统，包括：遥感传感器(110)，嵌入式感应器(120)，环境监测器(130)，生物探测器(140)，RFID识别器(150)，扩展感应器(160)。

3.根据权利要求1所述的一种开放式智能地球系统，其特征在于数据层(200)中的数据处理中心(220)，其功能采用“云计算中心”来实现，以满足海量数据处理的需要；数据处理是采用模式识别、人工智能、各种算法和模型对空间数据(210)进行数据精化、知识挖掘和智能化处理，是一个由数据-信息-知识的过程。

4.根据权利要求1所述的一种开放式智能地球系统，其特征在于功能层(300)是利用集群式服务器来实现应用服务功能；功能层(300)的智能服务平台(310)可以提供的应用服务包括：公众日常服务(320)，企业规划服务(330)，政府决策服务(340)，科学研究服务(350)和其它扩展服务(360)。

5.根据权利要求1所述的一种开放式智能地球系统，其特征在于系统应用层(400)是实现智能服务的客户端，包括移动智能终端(410)和固定智能终端(420)，移动智能终端(410)包括智能手机、PDA、掌上电脑、智能手表、智能纽扣等智能微型设备；固定智能终端(420)包括电脑、电视机、微波炉、电冰箱、洗衣机、信息厅等带有微处理器的固定设备。

6.根据权利要求1所述的一种开放式智能地球系统，其特征在于管理和支撑层(500)指保证物理层(100)、数据层(200)、功能层(300)实现的标准、协议、法律法规等支撑条件，如数据共享标准、数据保密协议、隐私信息保护法规等。

7.根据权利要求1所述的一种开放式智能地球系统，其特征在于数据通讯系统指无线移动通讯网(610)和有线通讯网(620)，包括红外通讯、蓝牙通讯、GSM通讯、GPRS通讯、卫星通信、有线通讯、特殊专线通讯等通讯方式。

8.根据权利要求1所述的一种开放式智能地球系统，其特征在于系统的开放性，可以根据技术发展需要对系统进行扩展，系统开放性体现在：物理层(100)的传感器网络中，留有扩展感应器接口(160)，可以根据技术发展和实际需求随时增加新型传感器；数据处理中心(220)采用云计算技术实现数据的处理，理论上允许无限量增加数据量；功能层(300)中留有扩展服务接口(360)，利用新型传感器或新算法获取的新知识提供新的扩展应用服务功能。