CN104238510B - 一种基于物联网的智能建筑区域管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于物联网的智能建筑区域管理系统。本发明以智能建筑中基于建筑结构及功能、环境状况、人为划分等因素形成的区域为单位，在物联网的感知层针对建筑设备管理系统、信息服务设施、安全保卫设施、环境监测系统等多类型的功能节点决定区域依属，并基于区域进行系统集成，形成区域集成子系统，从而在区域范围以内实现各类型建筑功能系统的数据传输共享与相互联动。而在物联网的应用层，智能建筑的信息与控制中心则以区域为目标进行状况监测及任务指令的下达，区域集成子系统根据信息与控制中心的指令，调动区域内各建筑功能系统进行协同响应。

Description

一种基于物联网的智能建筑区域管理系统

技术领域

本发明涉及智能建筑技术领域，更具体地，涉及一种基于物联网的智能建筑区域管理系统。

背景技术

智能建筑以建筑物为平台和载体，内部集成了能够智能化工作的建筑设备管理系统、信息服务设施、安全保卫设施、环境监测系统等建筑功能系统，并且设立信息和控制中心对整个建筑进行状况监测和集中控制，最终实现建筑的功能、管理、环保、节能等方面的优化，为建筑使用者提供理想的环境和优质的服务。

智能建筑是以各类型的建筑功能系统自身的智能化和集中化管理和控制为基础和起点发展起来的，随着技术的不断发展，建筑功能系统自身的智能化水平和性能得到了显著的提升和完善。例如，智能照明系统已经能够实现基于时段和环境光照等因素全自动地进行照明设备的开关和强度调节；安全保卫设施可以实现门禁控制、视频监视、异常报警等方面的自动运行和响应；建筑物内的电子告示牌和显示屏幕可以在信息和控制中心的远程操作下实现开关控制和显示内容更新，等等。

当前，智能建筑技术发展的关键已经不在于各个建筑功能系统自身的提升，而在于建筑功能系统的综合集成。智能建筑的系统综合集成并不是各系统的简单叠加，而是要以数据交互传输和功能协同联动为手段，其中最基础的是建立各建筑功能系统一体化的信息共享和共同控制的机制。

物联网被称为“物物相连的互联网”，即通过传感设备和智能装置针对现实世界进行物体识别和信息采集，进而在约定的共同协议基础上，通过网络进行传输互联，并且进行数据的计算、处理、存储和应用，从而实现信息整合和共享。在物联网的基础上，能够在非常广泛的范围内，实现针对所谓物的实时控制和精确管理。

图1示出了物联网的网络架构，共包括三层体系，即感知层、网络传输层以及应用层。感知层实现对现实世界的状态感应、物体识别和信息采集，包括各类物理量传感器，RFID标签设施，二维码设施，还包括能够生成和传输自身相关状态数据的智能化装置，例如现有技术中的智能空调、智能监控器、智能灯具等都内置了支持物联网数据反馈的控制芯片。网络传输层的任务是针对感知层提供的数据实现传输与路由，将数据提供至应用层。应用层集中了物联网应用及其中间件架构，通过对数据的聚集和分析，实现具体功能。

可见，对于智能建筑当中各个建筑功能系统的集成来说，基于物联网技术的发展，能够充分地实现建筑功能系统之间的整合互通，从而为系统之间的数据交互和协同控制提供了良好的基础平台。因而，在将物联网从概念推向实际应用的进程当中，人们已经比较早地尝试在智能建筑领域构建物联网平台。

图2是现有技术中一种典型的基于物联网构建的智能建筑系统集成解决方案。在该方案中，智能建筑的闭路监控设备、门禁对讲系统、水电气计量表、照明控制系统、空调暖风系统等智能建筑的建筑功能系统通过标准化的适配器接口连接到交换机，再通过以太网架构连通至信息和控制中心服务器，由该服务器向智能建筑的物业管理中心以及互联网提供查询和控制服务。所述适配器接口可以基于BACNET、LONTALK等标准协议，向底层兼容不同功能设备的物理层及数据链路层，向上屏蔽了底层的差异而提供标准统一的接口和通信协议，由网关进行数据转换，实现符合以太网标准的上层硬件架构，从而将不同厂商的建筑功能系统均集成到整个智能建筑管理系统中来。

然而，从上述以物联网为基础实现集成的智能建筑管理体系中可以看到，现有技术以各个智能建筑系统为单位进行网络架构组织，并相应地执行数据传输和功能控制。各个智能建筑的功能系统直至物联网的应用层仍然处于分立的状态，需要由信息和控制中心进行系统之间数据的融合以及功能上的协同联动。可见，总的来说，通过对比图1和图2可以发现，现有技术仍然是以物联网自身的架构方式，来实现智能建筑中的系统集成。

然而，事实上，建筑物本身是一种独特的物联网应用环境。建筑物的核心特征是以空间区域作为其基本的功能单元和组织单元，智能建筑的建筑功能系统也需要分布或集中设置在空间区域内。小区等建筑群可以以幢为单位进行区域划分；对于一幢建筑物来说，可以按照楼层、房间等不同尺度的区域进行单元划分；某些较大建筑结构如走廊、门堂大厅、公共车库、看台虽然空间上连通，也可以根据位置关系来划分区域。区域在对建筑物的管理和控制方面具有重要作用，因为建筑物一般是基于区域进行组织和应用从而实现功能的。智能建筑的建筑功能系统也往往要面向区域发挥其作用。例如，在会议中心，人们以房间为单位召开会议，相应地就要以各个房间为单位对其温度、通风、供电、照明以及门禁设施、信息化设备进行设置和调控。另一方面，建筑物的各种自身状况也与区域具有密不可分的关系，例如建筑物内的自然光照、温度等状况都与区域位置呈现出密切的联系。建筑物的区域可以是由工程建设过程中形成的建筑结构和建筑功能决定的，例如楼层与房间；也可以基于各种自然或环境因素来划分，例如根据光照条件、室内温度分布进行自适应的区域分割；也可以是按照人为因素而划定的，例如在车库中分割停车区位。

由于上述原因，在基于物联网实现的智能建筑的集成系统当中，以区域为单位融合各个建筑功能系统、规划系统架构并实现信息资源共享、多系统协同和管理控制，相比现有技术面向各个建筑功能系统的网络构架和集中控制，具有明显的优势。例如，为了在智能建筑中的某一房间进行某项会议，需要将该房间的温度、通风、照明调节至适宜的程度，将房间内的显示器和音频装置等信息化设施设置至可用状态，根据参会人员情况对应地设置开放门禁系统，在电子公告牌上显示本会议的名称、起止时间等信息，以及启动相关的闭路监控以避免意外情况等等。以上管理一部分可以由智能建筑的系统自动实现，而另外一些则只能通过人工设置实现。但是在现有技术的体系结构下，无论是自动还是人工实现上述过程，都需要比较高的成本和比较复杂的控制手段。由于现有技术中空调、照明、信息服务设施管理、安保等建筑功能系统从基础的感知层是分立构建和组织的，因而信息和控制中心必须在应用层调用不同的功能应用，分别针对各个功能系统进行数据监测、分析、控制及指令下达。显然，信息和控制中心针对各个建筑功能系统在感知层上的全部或大部分传感器节点和智能设备分别进行相对独立的管理与控制，在现有技术中其硬件成本和通讯方面的开销是比较大的，特别是在多系统协同过程中需要调用各应用功能的控制进程，其实现过程非常复杂。相反，在以区域构架的物联网实现的智能建筑管理系统当中，信息和控制中心能够容易地调取与会议房间相关的区域，执行数据监测和实现管理控制。

发明内容

根据现有技术中的上述需求，本发明提供了一种基于物联网的智能建筑区域管理系统。本发明以智能建筑中基于建筑结构及功能、环境状况、人为划分等因素形成的区域为单位，在物联网的感知层针对建筑设备管理系统、信息服务设施、安全保卫设施、环境监测系统等多类型的功能节点决定区域依属，并基于区域进行系统集成，形成区域集成子系统，从而在区域范围以内实现各类型建筑功能系统的数据传输共享与相互联动。而在物联网的应用层，智能建筑的信息与控制中心则以区域为目标进行状况监测及任务指令的下达，区域集成子系统根据信息与控制中心的指令，调动区域内各建筑功能系统进行协同响应。

本发明提供了一种基于物联网的智能建筑区域管理系统，其特征在于，包括：功能设施节点，区域集成控制节点，区域控制中心，以及信息和控制中心；

所述功能设施节点处于物联网的感知层，用于对智能建筑的环境状态进行感应生成相应的参数数据，和/或执行建筑设施功能并生成反映自身状态的参数数据；

所述区域控制中心用于根据所述功能设施节点的空间位置、功能属性和状态参数确定其依属区域，形成各区域的区域集成子系统的节点构成方案，并且实现功能设施节点的编址和地址分配；

所述区域集成控制节点位于物联网的网络传输层，用于根据所述区域集成子系统的节点构成方案，与区域内的功能设施节点建立连接以便进行数据和指令传输；并且，所述区域集成控制节点对所述功能设施节点的状态参数进行汇集、存储与监测，并且向区域内的功能设施节点下达控制指令；所述区域集成控制节点还用于与信息和控制中心建立通信连接，上传本区域的区域信息和区域状态参数；

所述信息和控制中心用于汇集区域集成控制节点上传的区域信息和区域状态参数，根据所述区域状态参数监测区域的状态；并且向区域集成控制节点下达面向区域的区域控制指令。

优选的是，所述区域控制中心包括：通信单元，用于基于MAC层实现与各个功能设施节点和区域集成控制节点的通信；节点信息单元，用于接收和维护表示各个功能设施节点的空间位置、功能属性和状态参数的信息；规划获取单元，用于调取表示智能建筑中依据建筑结构、建筑功能和人为定义所划分的区域的空间边界范围的区域规划方案；规则选择单元，根据功能设施节点的功能属性，确定该功能设施节点区域依属的规则；空间关系计算单元，用于根据所述功能设施节点的空间位置以及所述空间边界范围，计算功能设施节点之间的空间关系，以及计算功能设施节点与智能建筑中依据建筑结构、建筑功能和人为定义所划分的区域之间的空间关系；状态相似度计算单元，用于根据功能设施节点的状态参数，计算功能设施节点之间状态参数相似度值；节点分配单元，用于基于所述规则，根据功能设施节点的空间关系、功能属性和状态参数相似度值中的至少一项，确定功能设施节点区域依属的区域。

进一步优选的是，所述功能设施节点区域依属的规则包括空间优先规则；并且所述节点分配单元基于所述空间优先规则，获得功能设施节点的空间位置，并且调用所述区域规划方案，提取其中各个区域的空间边界范围，通过比较功能设施节点的空间位置和区域的空间边界范围之间的拓扑关系，将功能设施节点依属于其中一个所述区域，该功能设施节点处于所依属的区域的空间边界范围以内。

进一步优选的是，所述功能设施节点区域依属的规则包括属性优先规则；并且所述节点分配单元基于所述属性优先规则，获得具有相同功能属性的功能设施节点，并且根据这些功能设施节点的空间位置，确定功能设施节点位于其空间边界范围之内的区域；并且，从所述区域中选择具有最大便利性的至少一个区域，将具有相同功能属性的全部功能设施节点均依属于所述具有最大便利性的区域。

进一步优选的是，所述功能设施节点区域依属的规则包括基于状态参数的自适应区域划分规则；并且所述节点分配单元根据所述基于状态参数的自适应区域划分规则，获得功能设施节点的状态参数及空间位置，并且计算功能设施节点之间状态参数的差异值以及各功能设施节点之间的空间距离，将差异值和空间距离都在预定范围以内的功能设施节点自组织为所依属的区域。

优选的是，所述节点分配单元用于实现对区域的功能设施节点和区域集成控制节点的编址和地址分配。

优选的是，所述区域集成控制节点包括：下行通信单元，用于执行与区域集成子系统内的各功能设施节点的数据和指令传输；上行通信单元，用于与信息和控制中心实现数据和指令传输；数据汇集单元，用于汇集和保存区域集成子系统内的各功能设施节点提供的状态参数；监测单元，根据功能设施节点提供的状态参数，监测区域集成子系统的状态；指令控制单元，根据监测单元的监测情况，或者根据所接收到的信息和控制中心下达的区域控制指令，生成针对功能设施节点的节点控制指令。

优选的是，所述信息和控制中心包括：中心通信单元，用于实现与各区域集成子系统的区域集成控制节点的通信传输；区域管理单元，用于从各区域集成控制节点获得区域的区域信息，并且确定区域之间的空间关系；区域状态单元，用于汇集和保存各区域的区域集成控制节点上传的区域状态参数；区域监测单元，根据区域状态参数监测各个监测区域集成子系统对应区域的状态；区域控制单元，根据区域监测单元的监测情况以及区域之间的空间关系，生成针对区域的区域控制指令。

本发明在物联网的体系架构和技术基础之上，以区域为单位实现了智能建筑内功能设施的集成，形成区域集成子系统，从而在区域范围以内实现各类型建筑功能系统的数据传输共享与相互联动。并且在物联网的应用层，能够面向区域目标执行状况监测及区域指令的控制，区域集成子系统根据信息与控制中心的指令，调动区域内各建筑功能系统进行协同响应。以物联网为基础的智能建筑区域管理系统的网络架构与建筑实现其功能的基本单位相统一，提高了对智能建筑设施管理和控制的效率，降低了网络组织和通信传输的开销，能够方便在物联网应用层级实现面向区域化的集中管理应用，并且给程序开发提供了便利。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有技术中的物联网网络架构示意图；

图2是现有技术中基于物联网构建的智能建筑系统结构示意；

图3是本发明所述的基于物联网的智能建筑区域管理系统体系架构示意图；

图4是本发明智能建筑的区域划分和功能设施节点分布关系的示意图；

图5是本发明根据规则确定功能设施节点的区域依属的流程图；

图6是本发明所述的基于物联网的智能建筑区域管理系统结构示意图；

图7是本发明所述区域控制中心的结构框图；

图8是本发明所述区域集成控制节点的结构框图；

图9是本发明所述信息和控制中心的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种基于物联网的智能建筑区域管理系统，其以智能建筑中基于建筑结构及功能、环境状况、人为划分等因素形成的区域为单位，在物联网的感知层针对建筑设备管理系统、信息服务设施、安全保卫设施、环境监测系统等多类型的建筑功能系统进行集成，形成区域集成子系统，从而在区域范围以内实现各类型建筑功能系统的数据传输共享与相互联动。而在物联网的应用层，智能建筑的信息与控制中心则以区域为目标进行状况监测及任务指令的下达，区域集成子系统根据信息与控制中心的指令，调动区域内各建筑功能系统进行协同响应。

图3是本发明所述的基于物联网的智能建筑区域管理系统体系架构示意图。本发明仍然以物联网技术作为智能建筑当中信息化的功能设施实现网络组织和数据传输的基础，其体系结构包括感知层、网络传输层以及应用层的三层。

作为整个系统的基础，位于感知层的功能设施节点一般包括以下类型：(1)用于对智能建筑的温度、湿度、光照、空气状况等物理量指标进行感应的传感器；(2)用于对物体和人员进行识别并产生相应识别信息的RFID和门禁；(3)智能控制的通风、空调、供暖、灯具、供排水、电力、动力设施，以上设施可以接受指令的控制而自动地执行相关功能，而且能够生成并反馈表示自身运行状态的参数数据，属于物联网概念中的智能化装置；(4)用于安全保卫的闭路摄像、红外监测、烟雾传感等设备；(5)建筑内的电子公告牌、显示大屏幕、视频音响设施、投影装置、公共打印机、公共电话等提供信息服务的信息化设施，这些设备同样可以受到指令控制并进行数据生成和反馈。

为了解决通信问题，所述各类型的功能设施节点具有数据接口和通信传输的统一协议。协议通过向上提供标准化的数据接口，屏蔽了各功能设施节点底层的数据结构和传输方式的异构性，提供统一格式的数据，并且定义了功能设施节点与外界标准化的通信和交互方式。

与现有物联网在感知层的架构不同，本发明在感知层的核心改进是将所述功能设施节点以建筑的区域为单位组织为区域集成子系统。相同区域内不同类型的功能设施节点共同连接形成本区域的区域集成子系统,位于不同区域内的相同类型的功能设施节点也有可能分别属于不同的区域集成子系统。物联网的上层则面向区域集成子系统进行数据监测、状态控制和指令下达。因此，本发明在感知层的主要问题在于以功能设施节点与区域的依属关系为依据，实现将功能设施节点组织为区域集成子系统。

上文已经介绍过，所述区域包括：按照建筑结构和建筑功能划分的区域；基于各种自然或环境因素划分的区域，以及人为定义划人分的区域。对于根据建筑结构和功能划分的区域以及人为划分的区域，通常在本发明的网络构建阶段，应当已经具备建筑区域划分的具体规划方案，例如可按照楼层、房间等建筑结构为单位划分区域；可以对电梯间、机房等根据其特殊的建筑功能设定为独立区域；可对车库、大堂、走廊、看台等较大的建筑空间根据其位置和面积分布，按照人为拟定的划分方案确定区域。而基于各种自然或环境因素划分的区域，由于受到建筑物内外各种因素的复杂影响，并且有可能随着时间变化而波动，无法事先规划。例如，建筑物内的光照分布随着空间、时间、天气等因素具有一定的不规律性，因而为了实现自适应的照明控制，对于建筑物内各级亮度区域的划分，可以按照下文介绍的方法，由本系统通过光照传感器节点自组织形成区域集成子系统的方式加以实现。

图4是本发明实施例中智能建筑的区域划分和功能设施节点分布关系的示意图。区域是建筑物的一种空间分布状态。相应地，在决定功能设施节点与区域的依属关系当中，决定因素首先包括功能设施节点的位置与区域的空间范围之间的关系。如在图4所示的智能建筑空间当中，区域A表示其中某个房间所限定的空间范围，相应地，其位置处于该区域A的空间范围以内的功能设施节点EA(包括温湿度传感器、通风、空调、供暖、闭路摄像、烟感、信息化设施等)依属于该区域A，并且在后续的过程中这些功能设施节点将被集成到区域A的区域集成子系统SA当中。但是，并非全部处于某个区域的空间范围以内的功能设施节点都被设定为依属该区域，也不是同一个区域内的功能设施节点都在空间上相邻或相近或者处在同一空间范围内。功能设施节点的功能属性是决定其所依属区域的另一个因素。例如，图4所示的智能建筑空间中，共设置了四扇临时疏散门和相应的门禁系统D1-D4，其中D1处于区域A的空间范围以内，而D2－D4处于该建筑空间的区域B的空间范围之内，基于门禁系统D1在功能属性上与其它门禁系统相同，且门禁系统功能属性上的重要性更高，因而可以按照功能属性优先的划分规则，可将D1与D2－D4一起共同归入依属区域B，从而门禁系统D1作为功能设施节点将被集成至区域B的区域集成子系统SB当中。

在上面提到的基于各种自然或环境因素自适应性进行区域划分的情况当中，需要参考功能设施节点所提供的状态参数，并且在与自适应区域划分相同步地决定功能设施节点的区域依属关系。例如，对于图4中的光照传感器L和亮度调节功能的灯具E，首先依据这些功能设施节点的功能属性(亮度检测和照明亮度调节)，决定对其采用基于状态参数的自适应区域划分规则；进而，通过这些功能设施节点初始依属的区域集成子系统，获得各光照传感器L所检测到的亮度参数；通过比较各光照传感器L的亮度参数，将亮度差异小于预定阈值且空间距离在预定范围之内的各光照传感器L以及与之配对的一个或多个灯具E(一般与该传感器位置上比较邻近)归入同一个基于亮度而划分的区域C，与之同步的是，这些功能设施节点也就相应地被组织为该区域C的区域集成子系统SC。而亮度差异大于阈值或者空间距离超出预定范围的光照传感器L及相应灯具则被划入其它的亮度区域及相应区域集成子系统。通过亮度参数实现的自适应区域划分和相应的集成，对环境亮度处在同一水平上的光照传感器和灯具进行统一的监测和管理，能够为能耗评估、亮度调节、自然光利用等方面的应用带来比较大的便利。

可见，本发明对智能建筑所划分的区域并非严格的空间区域，而是以功能设施节点所依属的空间区域为基础，结合节点的功能属性和状态参数，综合确定的设施集合。

对于功能设施节点的区域依属，如图5的流程图所示，首先，在步骤501，依据这些功能设施节点的功能属性，选择确定该节点区域依属的规则；所述规则包括空间优先规则、属性优先规则以及上述基于状态参数的自适应区域划分规则。对于上面的示例中区域A的温湿度传感器、通风、空调、供暖、闭路摄像、烟感、信息化设施等功能设施节点，基于其面向建筑物的特定空间区域(如某个房间)提供检测和实现功能的自身属性，决定了需要采用空间优先规则。相应地，基于所述门禁系统D1－D4的自身属性以及光照传感器L和灯具E的自身属性，则分别为之确定了属性优先规则以及基于状态参数的自适应区域划分规则。在步骤502，对于依据空间优先规则决定其依属区域的功能设施节点，获得该节点的空间位置，并且调用按照建筑结构和功能的区域划分或者人为区域划分的的规划方案，提取其中各个区域的空间边界范围，通过比较节点的空间位置和区域的空间边界范围之间的拓扑关系，确定节点位于其中哪个区域的空间边界范围以内，从而将该节点依属于某个区域。在步骤503，对于确定以属性优先规则决定其依属区域的功能设施节点，首先获得各功能设施节点的功能属性，直至取得本系统的有效范围内拥有相同功能属性的全部功能设施节点，然后，可以按照以下两种方式之一处理：方式一是进一步根据各功能设施节点的空间位置和上述按照建筑结构和功能的区域划分或者人为区域划分的规划方案中，确定这些功能设施节点分别位于哪些区域的空间边界范围之内；并且，从这些区域中选择对于面向区域的系统集成和上层控制来说具有最大便利性的至少一个区域，例如为了施工布设方便，选择包含数量最多的功能设施节点的区域，或者选择空间分布上居于中心的区域；进而，将这些拥有相同功能属性的全部功能设施节点均依属于上述最大便利性的区域；对于具有相同功能属性的功能设施节点的空间分布过于广泛的情况下，可以根据上述因素选择多个区域作为最大便利性的区域，并且依据各节点与多个区域的空间关系确定各节点的依属。方式二则是为具有相同功能属性的全部功能设施节点专门建立一个虚拟的区域，面向该虚拟的区域进行集成和控制。步骤504中，对于确定采用基于状态参数的自适应区域划分规则的功能设施节点，参见上文中光照传感器和灯具的示例，获得各功能设施节点的状态参数及空间位置，并且获得状态参数的差异值以及各节点之间的空间距离，将差异值和空间距离都在预定范围以内的节点自组织为其依属的区域。

上文中结合图4的示例以及图5的流程图介绍了区域划分以及确定功能设施节点的区域依属，在此基础之上，下面将功能设施节点按照所依属的区域集成为区域集成子系统。区域集成子系统的集成过程包括对相应区域的功能设施节点进行数据通信连接和编址。

图6是本发明所述的基于物联网的智能建筑区域管理系统结构示意图。可见，面向所述区域组织和构建的各区域集成子系统包括依属于区域的各个功能设施节点601以及区域集成控制节点602，参见图3所示的体系架构，所述功能设施节点601位于物联网的感知层，而所述区域集成控制节点602位于物联网的网络传输层。区域控制中心603可以归属于物联网体系中的任意一个层级，但是区域控制中心603基于MAC层通信协议而与各个功能设施节点601以及区域集成控制节点602进行相互通信，不依赖于物联网自身的数据传输途径和机制。区域控制中心603从物联网应用层的数据管理中心调取区域划分的规划方案，以及接收功能设施节点601的空间位置、功能属性、状态参数等信息，执行图5所示的区域依属判定流程，为各个功能设施节点601确定其依属区域，从而形成了各区域的区域集成子系统的节点构成方案。

在数据通信连接方面，在各区域集成子系统当中，功能设施节点601以及区域集成控制节点602根据上文中介绍的数据接口和通信传输的统一协议，通过标准化的数据接口进行相互之间的数据和指令传输。功能设施节点601和区域集成控制节点602可以通过有线和/或无线通信协议进行互联和通信。对于基于空间优先规则以及属性优选规则依属至区域的功能设施节点，由于网络成员和结构固定，可以采用有线通信连接至区域集成控制节点；而对于基于状态参数的自适应区域划分规则所建立的区域及相关的功能设施节点，由于其网络结构随时间变化存在不确定性，例如当前区域的某个功能设施节点在下一个时间阶段随着状态参数的变化可能依属至其它区域而造成网络的重组，因而优先适用ZigBee等无线通信协议实现与区域集成控制节点602的连接。

区域控制中心603在为各个区域的区域集成子系统生成节点构成方案之后，进而针对区域集成子系统的功能设施节点601以及区域集成控制节点602进行地址的生成和分配，即进行编址。区域控制中心603所生成的地址格式可以为：

区域编号.动态区域编号.节点号

其中，区域控制中心603根据所述区域划分的规划方案，逐一为按照建筑结构和功能划分的区域以及按照人为定义而划分的区域确定固定的区域编号；对于以上两类区域，动态区域编号设置为全零状态；区域控制中心603为被确定依属于以上两类区域的功能设施节点编制若干位的顺序码作为节点号；其中，数值为0的最低顺序码保留给所述区域集成控制节点602，其余顺序码依次分配给区域的各个功能设施节点。在区域编号字段中保留若干个预定编号，保留的预定编码分配给在属性优先规则中为具有相同功能属性的全部功能设施节点专门建立的虚拟区域，以及依据基于状态参数的自适应区域划分规则而形成的区域。对于依据基于状态参数的自适应区域划分规则而形成的区域，由于其区域划分和节点构成处于动态变化之中，因而采用了动态区域编号.节点号的编址方案。例如，对于图4中作为示例的各光照传感器L以及与之配对的一个或多个灯具E，依次为本系统有效范围内的全部光照传感器和灯具分配顺序码作为节点号，各光照传感器和灯具的节点号一经分配确定即保持不变；根据光照传感器的状态参数的变化，按图5中步骤504所示，在每个时间阶段进行区域的重新划分及其节点构成的动态调整，并且为调整后依属同一区域的光照传感器及相匹配的灯具分配相同的动态区域编号，而依属于不同区域的光照传感器及灯具则具有不同的动态区域编号。因此，这一编址方案能够保证节点号的稳定存在，有利于针对各个光照传感器及灯具节点实现数据处理和指令控制；同时通过时段更新的动态区域编号，能够明确各个区域的节点构成。

区域控制中心603将各个功能设施节点的地址发送至相应节点601，并且将区域集成子系统的节点地址列表发送至区域集成控制节点602。基于上述地址，区域集成控制节点602可以实现与功能设施节点601之间的网络通信，从而实现数据传输和指令交互。

区域集成控制节点602的作用是区域集成子系统的通信中枢、数据中枢和总控节点。如上文所述，区域集成子系统内的各功能设施节点601作为物联网体系中的传感器或者智能设备，可以产生反映现实环境及设备自身状况的状态参数数据，并且基于上述地址和数据通信方式将状态参数数据实时或者分时段上传给区域集成控制节点602。区域集成控制节点602对所述状态参数进行汇集、存储与监测，并且可以根据需要向区域集成子系统内的功能设施节点下达控制指令，可以在区域范围内实现不同类型的功能设施节点的信息共享和联动协同。例如，在图4的示例中，温湿度传感器向区域集成控制节点602上报的数据反映了区域A当前的温湿度状况，区域集成控制节点602可以根据对温湿度状况数据的监测，向区域A以内的空调、供暖、通风等功能设施节点下达指令，控制这些节点的开启、关闭及相应工作状态。由于区域集成控制节点602面向本区域范围内实现信息共享和联动协同，其处理的数据量和控制难度都有所降低，而且协同控制的效率和通信开销显著减少。

参见图6，本系统的信息和控制中心604在图3所示的物联网体系当中处于应用层，与现有技术当中该中心面向各个建筑功能系统进行中央控制不同，在本发明中其能够面向区域进行信息采集、整合和区域集中控制。信息和控制中心604与处在物联网网络传输层的各个区域集成控制节点602基于物联网定义的统一数据接口和通信协议执行双向的数据传输，从而能够获取区域集成控制节点602所汇集的本区域各个功能设施节点601的相关信息和状态参数。以此为基础，信息和控制中心604可以对各区域的状态进行监测，并且在必要的情况下向各区域的区域集成控制节点602下达控制指令。

通过信息和控制中心604针对各区域集成控制节点602进行的区域集中控制，可以实现跨区域范围的联动机制。例如，在图4的示例当中，当区域A的烟感设施检测到异常状况时，将报警上报至区域A的区域集成控制节点602；区域集成控制节点602根据报警的类型，判断是自身响应还是需要继续上报信息和控制中心604。根据由区域A的区域集成控制节点602所上报的报警，信息和控制中心604可以向区域B的区域集成控制节点602下达控制命令，开启该区域范围内的门禁设施D1－D4。与现有技术中在功能系统架构上的联动不同，本发明的联动是基于区域的联动，例如，在建筑空间范围内存在多个包含门禁设施的区域的情况下，根据区域A的报警，信息和控制中心604可优先确定与区域A空间位置邻近的区域，控制开放其门禁设施。

信息和控制中心604可以面向区域向区域集成控制节点602下达控制指令，从而对区域内多种功能设施节点实现的集中控制。与现有技术当中以各功能系统为对象的集中控制需要调用各系统的应用接口不同，信息和控制中心604针对区域的集中控制能够以统一的应用接口实现。例如，为了在图4所示的区域A内召开会议，信息和控制中心604需要对区域A内的温湿度传感器、通风、空调、供暖、闭路摄像、烟感、信息化设施等功能设施节点进行启动，并且给予参数设定。在现有技术当中实现这一功能需要信息和控制中心依次进入传感器系统、通风系统、空调系统、供暖系统、闭路电视系统以及信息化设施管理系统的应用接口，控制开启和设置。而在本发明当中，信息和控制中心604只需要调用区域控制应用，根据该应用所提供的功能接口向区域A的区域集成控制节点602下达启动指令，并且启动指令携带必要的设置参数，而区域集成控制节点602则能够根据该启动指令控制区域范围以内的功能设施节点进行启动并设置相应状态。

图7示出了本发明所述区域控制中心的结构框图。上文已经介绍了，所述区域控制中心的功能包括确定各功能设施节点的依属区域，生成各区域的区域集成子系统的节点构成方案，实现节点的编址和地址分配。参见图7，所述区域控制中心包括：通信单元，用于基于MAC层实现与各个功能设施节点和区域集成控制节点的通信；节点信息单元，用于接收和维护表示各个功能设施节点的空间位置、功能属性和状态参数的信息；规划获取单元，用于调取表示智能建筑中依据建筑结构、建筑功能和人为定义所划分的区域的空间边界范围的区域规划方案；规则选择单元，根据功能设施节点的功能属性，确定该功能设施节点区域依属的规则，即上文所述的空间优先规则、属性优先规则以及上述基于状态参数的自适应区域划分规则；空间关系计算单元，用于根据所述功能设施节点的空间位置以及所述空间边界范围，计算功能设施节点之间的空间关系，以及计算功能设施节点与智能建筑中依据建筑结构、建筑功能和人为定义所划分的区域之间的空间关系；状态相似度计算单元，用于根据功能设施节点的状态参数，计算功能设施节点之间状态参数相似度值；节点分配单元，用于基于所述规则，根据功能设施节点的空间关系、功能属性和状态参数相似度值中的至少一项，确定功能设施节点区域依属的区域，从而生成各区域的区域集成子系统的节点构成方案，并且实现节点的编址和地址分配。各模块所执行的以上规则和算法在上文中已经加以描述，在此不再赘述。

图8示出了本发明所述区域集成控制节点的结构框图。区域集成子系统的通信中枢、数据中枢和总控节点。参见图8，所述区域集成控制节点包括：下行通信单元，用于执行与区域集成子系统内的各功能设施节点的数据和指令传输，该下行通信单元采用物联网的感知层与网络传输层之间的通信接口，并且可以采用ZigBee协议等适合局部范围内物联网节点通信的有线或无线通信方法；上行通信单元，用于与信息和控制中心实现数据和指令传输，上行通信单元采用物联网的网络传输层与应用层之间的通信接口，基于以太网或者GPRS、3G等有线或无线通信方法实现通信传输；数据汇集单元，用于汇集和保存区域集成子系统内的各功能设施节点提供的状态参数；监测单元，根据功能设施节点提供的状态参数，监测区域集成子系统的状态；指令控制单元，根据监测单元的监测情况，或者根据所接收到的信息和控制中心下达的区域控制指令，生成针对功能设施节点的节点控制指令。可见，区域集成控制节点一方面负责对本区域数据的汇集，为信息整合共享提供了平台；另一方面对本区域的状态进行监测，并且在必要的情况下执行节点控制；同时，还响应信息和控制中心的区域控制指令，将对区域的控制指令解析为针对各功能设施节点的控制指令。

图9是本发明所述信息和控制中心的结构框图。信息和控制中心执行面向区域进行信息采集、整合和区域集中控制。参见图9，信息和控制中心包括：中心通信单元，用于通过物联网的网络传输层与应用层之间的通信接口，实现与各区域集成子系统的区域集成控制节点的通信传输；区域管理单元，用于从各区域集成控制节点获得区域集成子系统对应的区域信息，所述区域信息包括区域的空间边界范围、节点构成方案、节点功能属性等，并且确定区域之间的空间关系；区域状态单元，用于汇集和保存各区域的区域集成控制节点上传的区域状态参数，区域状态参数是区域集成控制节点的数据汇集单元在各功能设施节点提供的状态参数的基础上抽取形成的；区域监测单元，根据区域状态参数监测各个监测区域集成子系统对应区域的状态；区域控制单元，根据区域监测单元的监测情况以及区域之间的空间关系，生成针对区域的区域控制指令；例如，如上文所述，当区域A的烟感节点探测到异常，区域控制单元基于区域A的区域集成控制节点上传的监测报警，以及区域A与区域B等其它区域的空间分布关系，生成区域控制指令，下达给区域B对应的区域集成控制节点，以便开放相应的门禁系统。

综上所述，本发明在物联网的体系架构和技术基础之上，以区域为单位实现了智能建筑内功能设施的集成，形成区域集成子系统，从而在区域范围以内实现各类型建筑功能系统的数据传输共享与相互联动。并且在物联网的应用层，能够面向区域目标执行状况监测及区域指令的控制，区域集成子系统根据信息与控制中心的指令，调动区域内各建筑功能系统进行协同响应。以物联网为基础的智能建筑区域管理系统的网络架构与建筑实现其功能的基本单位相统一，提高了对智能建筑设施管理和控制的效率，降低了网络组织和通信传输的开销，能够方便在物联网应用层级实现面向区域化的集中管理应用，并且给程序开发提供了便利。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它设备中；以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用尺寸，而不脱离本发明的范围。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于物联网的智能建筑区域管理系统，其特征在于，包括：功能设施节点，区域集成控制节点，区域控制中心，以及信息和控制中心；

所述功能设施节点处于物联网的感知层，用于对智能建筑的环境状态进行感应生成相应的参数数据，和/或执行建筑设施功能并生成反映自身状态的参数数据；

所述区域控制中心用于根据所述功能设施节点的空间位置、功能属性和状态参数确定其依属区域，形成各区域的区域集成子系统的节点构成方案，并且实现功能设施节点的编址和地址分配；

所述区域集成控制节点位于物联网的网络传输层，用于根据所述区域集成子系统的节点构成方案，与区域内的功能设施节点建立连接以便进行数据和指令传输；并且，所述区域集成控制节点对所述功能设施节点的状态参数进行汇集、存储与监测，并且向区域内的功能设施节点下达控制指令；所述区域集成控制节点还用于与信息和控制中心建立通信连接，上传本区域的区域信息和区域状态参数；

所述信息和控制中心用于汇集区域集成控制节点上传的区域信息和区域状态参数，根据所述区域状态参数监测区域的状态；并且向区域集成控制节点下达面向区域的区域控制指令；

其中,所述区域控制中心包括：通信单元，用于基于MAC层实现与各个功能设施节点和区域集成控制节点的通信；节点信息单元，用于接收和维护表示各个功能设施节点的空间位置、功能属性和状态参数的信息；规划获取单元，用于调取表示智能建筑中依据建筑结构、建筑功能和人为定义所划分的区域的空间边界范围的区域规划方案；规则选择单元，根据功能设施节点的功能属性，确定该功能设施节点区域依属的规则；空间关系计算单元，用于根据所述功能设施节点的空间位置以及所述空间边界范围，计算功能设施节点之间的空间关系，以及计算功能设施节点与智能建筑中依据建筑结构、建筑功能和人为定义所划分的区域之间的空间关系；状态相似度计算单元，用于根据功能设施节点的状态参数，计算功能设施节点之间状态参数相似度值；节点分配单元，用于基于所述规则，根据功能设施节点的空间关系、功能属性和状态参数相似度值中的至少一项，确定功能设施节点区域依属的区域；

所述功能设施节点区域依属的规则包括：空间优先规则、属性优先规则、基于状态参数的自适应区域划分规则；

并且，所述节点分配单元基于所述空间优先规则，获得功能设施节点的空间位置，并且调用所述区域规划方案，提取其中各个区域的空间边界范围，通过比较功能设施节点的空间位置和区域的空间边界范围之间的拓扑关系，将功能设施节点依属于其中一个所述区域，该功能设施节点处于所依属的区域的空间边界范围以内；

所述节点分配单元还基于所述属性优先规则，获得具有相同功能属性的功能设施节点，并且根据这些功能设施节点的空间位置，确定功能设施节点位于其空间边界范围之内的区域；并且，从所述区域中选择具有最大便利性的至少一个区域，将具有相同功能属性的全部功能设施节点均依属于所述具有最大便利性的区域；

所述节点分配单元还根据所述基于状态参数的自适应区域划分规则，获得功能设施节点的状态参数及空间位置，并且计算功能设施节点之间状态参数的差异值以及各功能设施节点之间的空间距离，将差异值和空间距离都在预定范围以内的功能设施节点自组织为所依属的区域。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能建筑区域管理系统，其特征在于，所述节点分配单元用于实现对区域的功能设施节点和区域集成控制节点的编址和地址分配。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的智能建筑区域管理系统，其特征在于，所述区域集成控制节点包括：下行通信单元，用于执行与区域集成子系统内的各功能设施节点的数据和指令传输；上行通信单元，用于与信息和控制中心实现数据和指令传输；数据汇集单元，用于汇集和保存区域集成子系统内的各功能设施节点提供的状态参数；监测单元，根据功能设施节点提供的状态参数，监测区域集成子系统的状态；指令控制单元，根据监测单元的监测情况，或者根据所接收到的信息和控制中心下达的区域控制指令，生成针对功能设施节点的节点控制指令。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的智能建筑区域管理系统，其特征在于，所述信息和控制中心包括：中心通信单元，用于实现与各区域集成子系统的区域集成控制节点的通信传输；区域管理单元，用于从各区域集成控制节点获得区域的区域信息，并且确定区域之间的空间关系；区域状态单元，用于汇集和保存各区域的区域集成控制节点上传的区域状态参数；区域监测单元，根据区域状态参数监测各个监测区域集成子系统对应区域的状态；区域控制单元，根据区域监测单元的监测情况以及区域之间的空间关系，生成针对区域的区域控制指令。