CN109194930B - 楼宇环境一体式智能管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了楼宇环境一体式智能管理系统，包括管理终端和各楼宇现场监测子系统，所述管理终端通过无线网关与各楼宇现场监测子系统进行一对多的双向无线通信；所述管理终端包括相连接的云服务器和监控终端，所述云服务器与无线网关连接。

Description

楼宇环境一体式智能管理系统
技术领域
本发明创造涉及楼宇管控领域，具体涉及楼宇环境一体式智能管理系统。
背景技术
相关技术中的的楼宇管理模式中，各个系统分散设立，各自为政，系统间缺乏通信和联动，管理结构混乱，自动化程度低，响应不及时，人力成本高，能源浪费严重。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供楼宇环境一体式智能管理系统。
本发明创造的目的通过以下技术方案实现：
楼宇环境一体式智能管理系统，包括管理终端和各楼宇现场监测子系统，所述管理终端通过无线网关与各楼宇现场监测子系统进行一对多的双向无线通信；所述管理终端包括相连接的云服务器和监控终端，所述云服务器与无线网关连接。
所述的楼宇现场监测子系统包括监控图像采集子系统、环境感知数据采集子系统。
优选地，所述环境感知数据采集子系统包括部署于待监测区域的多个传感器节点，还包括汇聚节点，传感器节点采集所监测位置的环境感知数据，由汇聚节点汇聚各传感器节点的环境感知数据并发送至管理终端。
优选地，所述监控图像采集子系统包括图像数据采集单元、图像预处理及加密单元、图像传送单元，云服务器包括图像解密单元；所述图像预处理及加密单元与图像传送单元的接收端连接，所述图像解密单元与图像传送单元的传送端无线连接。
优选地，所述图像数据采集单元用于通过已校准的摄像机对楼宇监控图像数据进行摄像采集，所述已校准的摄像机为已经进行标定处理的摄像机。
优选地，摄像机的标定包括：
(1)采用国际象棋棋盘作为摄像机标定的参考图；
(2)采用摄像机对国际象棋棋盘进行图像采集，以得到棋盘图像，采集的时候尽量让棋盘占据尽可能多的画面，采集的棋盘图像的数量大于等于10；
(3)输入棋盘方格尺寸大小，设定棋盘角点搜索窗口方格大小，窗口方格小于棋盘方格大小，提取棋盘图像中棋盘上所有方格的角点；
(4)采用matlab标定工具箱对摄像机进行标定，根据取得的角点，运行程序得到摄像机的参数，完成标定。
本发明创造的有益效果：各楼宇现场监测子系统分别采集楼宇中的相关实时数据，并传送给管理终端中的无线网关，无线网关再通过云服务器传送给监控终端，能实现对人员进出的远程监管与记录，以及对楼宇环境的监测，更加人性化和智能化。
附图说明
利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的楼宇环境一体式智能管理系统的结构示意图；
图2是本发明一个示例性实施例的监控图像采集子系统的结构示意图。
附图标记：
管理终端1、楼宇现场监测子系统2、无线网关3、云服务器11、监控终端12、无线网关13、图像数据采集单元21、图像预处理及加密单元22、图像传送单元23。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1示出了本发明一个示例性实施例的楼宇环境一体式智能管理系统的结构示意图。
参见图1，本实施例的楼宇环境一体式智能管理系统，包括管理终端1和各楼宇现场监测子系统2，所述管理终端1通过无线网关3与各楼宇现场监测子系统2进行一对多的双向无线通信；所述管理终端1包括相连接的云服务器11和监控终端12，所述云服务器11与无线网关3连接。
在一种能够实现的方式中，所述的楼宇现场监测子系统2包括监控图像采集子系统、环境感知数据采集子系统。
在一种能够实现的方式中，所述环境感知数据采集子系统包括部署于待监测区域的多个传感器节点，还包括汇聚节点，传感器节点采集所监测位置的环境感知数据，由汇聚节点汇聚各传感器节点的环境感知数据并发送至管理终端1。
本发明上述实施例中，各楼宇现场监测子系统2分别采集楼宇中的相关实时数据，并传送给管理终端1中的无线网关3，无线网关3再通过云服务器11传送给监控终端12进行监控，能实现对人员进出的远程监管与记录，实现对环境的监测，更加人性化和智能化。
图2示出了本发明一个示例性实施例的监控图像采集子系统的结构示意图。
在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述监控图像采集子系统包括图像数据采集单元21、图像预处理及加密单元22、图像传送单元23，云服务器11包括图像解密单元；所述图像预处理及加密单元22与图像传送单元23的接收端连接，所述图像解密单元与图像传送单元23的传送端无线连接。
所述图像数据采集单元21用于通过已校准的摄像机对楼宇监控图像数据进行摄像采集，所述已校准的摄像机为已经进行标定处理的摄像机，摄像机的标定包括：
(1)采用国际象棋棋盘作为摄像机标定的参考图；
(2)采用摄像机对国际象棋棋盘进行图像采集，以得到棋盘图像，采集的时候尽量让棋盘占据尽可能多的画面，采集的棋盘图像的数量大于等于10；
(3)输入棋盘方格尺寸大小，设定棋盘角点搜索窗口方格大小，窗口方格小于棋盘方格大小，提取棋盘图像中棋盘上所有方格的角点；
(4)采用matlab标定工具箱对摄像机进行标定，根据取得的角点，运行程序得到摄像机的参数，完成标定。
本优选实施例通过已校准的摄像机对楼宇监控图像数据进行摄像采集，能够更准确地获取楼宇监控图像数据，从而进一步提高楼宇监控的精度。
在一种能够实现的方式中，按照实际需要在设定的监测区域内部署完传感器节点，将设定的监测区域划分成多个片区，并对各片区的传感器节点数量进行调整，包括：
(1)确定部署的各传感器节点到汇聚节点的距离，设定片区划分的数量P，根据监测力度需求由弱到强的顺序对各片区进行依次标号，从而监测力度需求最弱的片区的标号为1，而监测力度需求最强的片区的标号为P；
(2)对监测区域的各个片区根据标号的大小被分配不同的权级，其中标号为m的片区的权级为：
Hm＝em-P
式中，Hm表示标号为m的片区的权级，e为自然常数；
(3)根据片区的权级计算该片区应该分配的传感器节点数量：
Figure BDA0001842116700000031
式中，Gm表示标号为m的片区应该分配的传感器节点数量，Hβ为标号为β的片区的权级；
(4)统计各片区的实际传感器节点部署数量，根据片区标号由小到大的顺序，对各片区依次进行数量检测和调整，具体为：当片区内的实际传感器节点部署数量Ga′大于应该分配的传感器节点数量Ga时，在与该片区相邻的两个片区中选择标号最大的作为移动目的地，将该片区中距离所述移动目的地较近的Ga′-Ga个传感器节点移动至所述移动目的地，并更新移动目的地的实际传感器节点部署数量，对下一个片区进行检测。
其中，P按照下列公式设定：
Figure BDA0001842116700000041
式中，Wmax为部署的传感器节点到汇聚节点的最大距离，Wmin为部署的传感器节点到汇聚节点的最小距离，Wmax-1为部署的传感器节点到汇聚节点的次大距离，Wmin-1为部署的传感器节点到汇聚节点的次小距离，k为设定的监测区域相邻片区之间的间隔。
本实施例按照实际需求在设定的监测区域内部署传感器节点后，将设定的监测区域划分成多个片区，并对各片区的传感器节点数量进行调整。本实施例提出了具体的传感器节点数量调整机制，该机制根据监测力度需求为每个片区设置相应的权级，并根据权级计算该片区应该分配的传感器节点数量，通过计算出的传感器节点数量与传感器节点实际部署数量进行比较，确定是否调整片区内的传感器节点数量。
本实施例使得传感器节点相对集中于监测力度需求较高的区域，其他区域传感器节点分布较少，从而能够进一步提高相对重要的监测区域的网络覆盖率，相对于随机部署传感器节点的方式，优化了网络拓扑结构，进而提升无线传感器网络的监测性能。
在一个实施例中，传感器节点模型采用布尔感知模型，传感器节点感知半径异构，任意传感器节点的感知半径在[Lmin，Lmax]范围内，其中Lmax和Lmin分为传感器节点感知半径的上下限；部署传感器节点时设置任意相邻两个传感器节点i，j的距离W(i，j)满足：
Figure BDA0001842116700000042
式中，Li为传感器节点i的感知半径，Lj为传感器节点j的感知半径，Lu为网络中按照实际需求部署的第u个传感器节点的感知半径，N为网络中按照实际需求部署的传感器节点数量，C为所述监测区域的体积。
本实施例通过设定任意相邻两个传感器节点之间的距离范围，以控制两个相邻传感器节点之间感知范围的重叠度，能够使得相邻两个传感器节点之间的感知范围的重叠处于较为合理的水平，也有利于避免传感器节点之间由于距离过远而不能实现较高的覆盖率。
在一个实施例中，网络初始化时，传感器节点通过与其他传感器节点的信息交互确定邻居节点，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其余传感器节点；汇聚节点向与其距离小于设定的距离下限Wmin的传感器节点发送休眠指示消息，接收到休眠指示消息的传感器节点与距离最近的邻居节点进行距离比较，若传感器节点相对于距离最近的邻居节点更靠近汇聚节点，则向距离最近的邻居节点发送休眠指令，以令距离最近的邻居节点进入休眠状态，否则令自己进入休眠状态。
在一个实施例中，汇聚节点将与其距离小于设定的距离下限Wmin的传感器节点及对应距离最近的邻居节点作为近邻节点，汇聚节点定期收集网络内各传感器节点的能量消息，并根据能量消息检测未休眠的近邻节点是否满足下列能量条件，对满足能量条件的近邻节点发送更换通知；接收到更换通知的近邻节点唤醒其距离最近的邻居节点，然后自己进入休眠状态：
Figure BDA0001842116700000051
式中，Qd为近邻节点d的当前剩余能量，Qu为网络中第u个传感器节点的当前剩余能量，N为网络中部署的传感器节点数量。
汇聚节点附近的传感器节点不仅传输自己采集的环境感知数据，还要中继转发其他传感器节点的环境感知数据，因此在汇聚节点附近的传感器节点相比远离汇聚节点的传感器节点要发送更多的环境感知数据，所以无线传感器网络在汇聚节点附近容易产生能量空洞。
基于此问题，本实施例定义了近邻节点以及能量条件，并使得近邻节点在能量不满足设定的能量条件时，唤醒其距离最近的邻居节点，然后自己进入休眠状态。本实施例能够避免该附近的传感器节点的能量快速消耗，从而有效避免上述能量空洞现象，延长无线传感器网络的生存时间。
基于上述设置的无线传感器网络，能够迅速、准确、实时监测到环境感知数据，从而监控人员能够根据监测到的环境感知数据采取相应的措施，实现对楼宇环境的管理。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.楼宇环境一体式智能管理系统，其特征是，包括管理终端和各楼宇现场监测子系统，所述管理终端通过无线网关与各楼宇现场监测子系统进行一对多的双向无线通信；所述管理终端包括相连接的云服务器和监控终端，所述云服务器与无线网关连接；所述的楼宇现场监测子系统包括监控图像采集子系统、环境感知数据采集子系统；所述环境感知数据采集子系统包括部署于待监测区域的多个传感器节点，还包括汇聚节点，传感器节点采集所监测位置的环境感知数据，由汇聚节点汇聚各传感器节点的环境感知数据并发送至管理终端；按照实际需要在设定的监测区域内部署完传感器节点，将设定的监测区域划分成多个片区，并对各片区的传感器节点数量进行调整，包括：
(1)确定部署的各传感器节点到汇聚节点的距离，设定片区划分的数量P，根据监测力度需求由弱到强的顺序对各片区进行依次标号，从而监测力度需求最弱的片区的标号为1，而监测力度需求最强的片区的标号为P；
(2)对监测区域的各个片区根据标号的大小被分配不同的权级，其中标号为m的片区的权级为：
Hm＝em-P
式中，Hm表示标号为m的片区的权级，e为自然常数；
(3)根据片区的权级计算该片区应该分配的传感器节点数量：
Figure FDA0002622798920000011
式中，Gm表示标号为m的片区应该分配的传感器节点数量，Hβ为标号为β的片区的权级，N为网络中按照实际需求部署的传感器节点数量；
(4)统计各片区的实际传感器节点部署数量，根据片区标号由小到大的顺序，对各片区依次进行数量检测和调整，具体为：当片区内的实际传感器节点部署数量Ga′大于应该分配的传感器节点数量Ga时，在与该片区相邻的两个片区中选择标号最大的作为移动目的地，将该片区中距离所述移动目的地较近的Ga′-Ga个传感器节点移动至所述移动目的地，并更新移动目的地的实际传感器节点部署数量，对下一个片区进行检测。
2.根据权利要求1所述的楼宇环境一体式智能管理系统，其特征是，所述监控图像采集子系统包括图像数据采集单元、图像预处理及加密单元、图像传送单元，云服务器包括图像解密单元；所述图像预处理及加密单元与图像传送单元的接收端连接，所述图像解密单元与图像传送单元的传送端无线连接。
3.根据权利要求2所述的楼宇环境一体式智能管理系统，其特征是，所述图像数据采集单元用于通过已校准的摄像机对楼宇监控图像数据进行摄像采集，所述已校准的摄像机为已经进行标定处理的摄像机。
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