CN110855783A - 基于大数据的智慧城市数据系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于大数据的智慧城市数据系统，其包括具有通信连接的云数据服务平台和智慧城市子系统，智慧城市子系统包括物联网设备和物联网数据平台，物联网数据平台包括数据处理模块和数据代理模块，物联网数据平台的网关以及物联网设备具有带外通信系统。云数据服务平台中的数据中介服务器根据接收到的数据服务请求将智慧城市子系统分为数据生产方和数据应用方。数据中介服务器接收由数据生产方发送的可用数据流的元数据以及由数据应用方发送的数据需求信息，然后将数据应用方与数据生产方进行配对。数据中介服务器生成生产方配置和应用方配置。数据应用方将接收到的多个数据流的数据字段组装成用于指定智慧城市应用的单个目标数据流。

Description

基于大数据的智慧城市数据系统
本发明为原申请号为201810911222.7、原申请日为2018年08月11日、原发明名称为智慧城市数据共享系统的分案申请。
技术领域
本发明涉及大数据和智慧城市数据处理领域，尤其涉及一种基于大数据的智慧城市数据系统。
背景技术
智慧城市是物联网和数字城市结合的产物，在城市大数据的基础上提供智能分析和智能服务，研究智慧城市大量数据的收集、存储和分析处理技术，对于智慧城市数据挖掘和智慧决策具有重要的意义。目前城市数据多分布在原有各部门分散建立的信息化系统中，通过数据抽取后汇总到数据中心实现综合分析服务，但汇总整合后的数据会经常性地出现难匹配、不一致、信息冗余等问题，难以有效辅助智慧城市的多维决策分析，因此，从全局管理应用城市数据的角度出发，建立高度共享、面向主题、便于应用、灵活扩展的数据体系，是提升智慧城市运行效率的关键。
智慧城市中各部门中采集的各种数据如只在单一的系统内流动，其价值只发挥了10％不到。智慧城市数据只有突破单一系统的界限，从在一个系统内流动到被尽可能多的系统共享，才能实现价值的最大化。物联网产生大量数据，这些数据不仅对拥有或操作生成数据的物联网设备的组织而且对其他组织也有用。例如，由智慧照明系统的物联网传感器检测到的人流量和车流量数据对于智能交通系统和安防系统也有用。因此，各个组织之间需要及时地共享数据。现有的智慧城市系统的数据分享方案为：各个智慧城市系统的子组织将其物联网设备采集到的数据都传输到云数据中心，然后各个子组织再从云数据中心请求其它组织采集的数据，从而支持其具体的智能应用。数据使用组织需要将多个数据生成组织的数据流组合在一起，然而只使用了单个数据流中的部分数据，因此需要大量的人力来进行跨数据流过滤和聚合数据。因此现有的技术方案造成了带宽的浪费，也需要非常高的人力成本。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供了一种智慧城市数据共享系统，其包括具有通信连接的云数据服务平台和智慧城市子系统，所述智慧城市子系统包括智慧交通系统、智慧照明系统、智慧安防系统和智慧环境监测系统，所述智慧城市子系统包括物联网设备和物联网数据平台，所述物联网数据平台包括数据处理模块和数据代理模块，
云数据服务平台中的数据中介服务器根据接收到的数据服务请求将相关的智慧城市子系统分为数据生产方和数据应用方，
数据中介服务器接收由数据生产方发送的可用数据流的元数据以及由数据应用方发送的数据需求信息，然后将数据应用方与满足其需求的数据生产方进行配对，所述数据需求信息包括对与多个数据流相关联的各个数据字段的选择，
数据中介服务器生成生产方配置和应用方配置，并将其传输至相应的物联网数据平台；基于识别的配对，数据生产方与数据应用方建立对等连接，从而实现智慧城市子系统之间的实时数据共享，其包括：
数据中介服务器响应于数据应用方的数据请求并根据其数据需求信息使相应的数据生产方选择性地将数据字段发送给数据应用方，数据应用方将从多个数据生产方接收到的数据流的数据字段组装成用于指定智慧城市应用的单个目标数据流。
根据一个优选实施方式，所述智慧交通系统的应用包括实时交通数据发布和道路交通引导，所述智慧照明系统的应用包括节能管理和灯联网定位，所述智慧安防系统的应用包括远程监控和安防信息发布，所述智慧环境监测系统的应用包括污染物监测和环境信息发布。
根据一个优选实施方式，所述可用数据流的元数据包括：数据类型，数据速率，收集数据的物联网设备的信息，所述物联网设备的信息包括地理位置、制造商、型号、序列号和测量精度；
所述数据需求信息还包括：数据类型、数据速率以及收集数据时的地理位置信息和时间信息。
根据一个优选实施方式，所述生产方配置由数据中介服务器产生并将其发送至与单次数据服务相关联的数据生产方，所述生产方配置用于标识数据应用方并且指定由数据生产方提供的数据流的所选数据字段；
所述应用方配置由数据中介服务器产生并将其发送至与单次数据服务相关联的数据应用方，所述应用方配置用于标识将数据流传输到数据应用方的数据生产方并且指定将流传输的数据映射到单个目标数据流时的映射策略。
根据一个优选实施方式，数据中介服务器生成安全令牌并将其连同数据应用方的网络地址一并发送给数据生产方，数据生产方中的数据代理模块根据安全令牌和网络地址与数据应用方建立对等连接。
根据一个优选实施方式，在建立对等连接后，数据生产方根据生产方配置过滤原始数据流并将数据需求信息中选择的数据字段发送给数据应用方；
数据应用方接收来自数据生产方的数据流，然后通过数据代理模块将各个接收到的数据流组合成单个目标数据流。
根据一个优选实施方式，数据中介服务器包括通信模块、用户界面模块、配置创建器、供需信息库和行业简档库，其中，
所述供需信息库用于存储可用数据流的元数据和各个智慧城市子系统所需的数据流的元数据，
所述行业简档库用于存储各个智慧城市子系统的标识信息，
所述配置创建器用于生成生产方配置和应用方配置。
根据一个优选实施方式，所述物联网数据平台中的数据代理模块包括数据过滤单元、数据字段映射单元、数据格式化单元和通信单元。
本发明具有以下有益效果：
云数据服务平台中的数据中介服务器根据接收到的数据服务请求将相关的智慧城市子系统分为数据生产方和数据应用方。数据中介服务器根据接收到的由数据生产方发送的可用数据流的元数据以及由数据应用方发送的数据需求信息生成生产方配置和应用方配置，并将其传输至相应的物联网数据平台；基于识别的配对，数据生产方与数据应用方建立对等连接，从而实现智慧城市子系统之间的实时数据共享。因此，本发明能够将属于不同部门组织的智慧城市子系统中产生的物联网数据根据智慧城市应用的需求进行实时数据共享。由于这种数据实时共享是通过不同智慧城市子系统之间直接建立对等连接以选择性地传输数据流，相比于传统的数据分享方案，有效地节约了带宽并具有更快地响应速度。
此外，数据应用方能够将从多个数据生产方接收到的多个数据流的数据字段组装成用于指定智慧城市应用的单个目标数据流，不需要大量的人力来进行跨数据流过滤和聚合数据，从而显著降低了人工成本，更利于推广应用。
附图说明
图1示出了本发明的智慧城市数据共享系统的系统框图；
图2示出了本发明中一个实施例的智慧城市数据共享系统的系统框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
需要说明的是，本发明中的“数据生产方”和“数据应用方”分别用于代指生成数据和应用数据的物联网数据平台，其在不同的实际应用情况时可以相互转换，简言之，在单次数据服务过程中，发送数据流的物联网数据平台为数据生产方，接收数据流的物联网数据平台为数据应用方。
如图1所示，本发明提供了一种智慧城市数据共享系统，其包括具有通信连接的云数据服务平台和智慧城市子系统。智慧城市子系统包括智慧交通系统、智慧照明系统、智慧安防系统和智慧环境监测系统。智慧城市子系统包括物联网设备和物联网数据平台，物联网数据平台包括数据处理模块和数据代理模块。
云数据服务平台中的数据中介服务器根据接收到的数据服务请求将相关的智慧城市子系统分为数据生产方和数据应用方。数据中介服务器接收由数据生产方发送的可用数据流的元数据以及由数据应用方发送的数据需求信息，然后将数据应用方与满足其需求的数据生产方进行配对，数据需求信息包括对与多个数据流相关联的各个数据字段的选择。
数据中介服务器生成生产方配置和应用方配置，并将其传输至相应的物联网数据平台；基于识别的配对，数据生产方与数据应用方建立对等连接，从而实现智慧城市子系统之间的实时数据共享，其包括：数据中介服务器响应于数据应用方的数据请求并根据其数据需求信息使相应的数据生产方选择性地将数据字段发送给数据应用方，数据应用方将从多个数据生产方接收到的多个数据流的数据字段组装成用于指定智慧城市应用的单个目标数据流。
示例性地，智慧交通系统的应用包括实时交通数据发布和道路交通引导，智慧照明系统的应用包括节能管理和灯联网定位，智慧安防系统的应用包括远程监控和安防信息发布，智慧环境监测系统的应用包括污染物监测和环境信息发布。
本发明避免了现有技术方案中集中式存储造成的大带宽需求和资源浪费，并且使得数据共享系统具有更好的可扩展性。此外，本发明不需要大量的人力来进行跨数据流过滤和聚合数据，从而显著降低了人工成本，更利于推广应用。
实施例1
图2为本实施例的智慧城市数据共享系统的系统框图，需要说明的是，为了简明清晰地表达出该实施例的技术方案特点，图中略去了云数据服务平台和智慧城市子系统，而分别采用其具体构成结构来说明本发明的技术方案。
在本实施例中，位于左侧及右侧的物联网数据平台为数据生产方，位于中间的接收数据流的物联网数据平台为数据应用方。为了便于理解，该实施例可以看做为了执行智慧安防系统的远程监控应用时的数据共享系统示意图，中间的物联网数据平台属于智慧安防系统，左侧和右侧的物联网数据平台分别属于智慧交通系统和智慧照明系统。应该理解的是，智慧城市数据共享系统通常可以包括任意数量的物联网数据平台，并且每个单独的物联网数据平台通常可以充当数据生产方或数据应用方。此外，图中物联网设备的数量通常来说为多个，为了表达方便仅示例性地示出了部分物联网设备，因此不应将此看作对本发明的限制。
在智慧城市数据共享系统中，连接到物联网数据平台的多个物联网设备包括但不限于音视频设备、环境传感器和监测装置(例如，温度传感器，压力传感器，流量传感器和相关的警报系统)以及固定或移动计算设备。每个物联网数据平台中的数据处理模块可以处理或分析从相应的物联网设备接收的原始数据。此外，每个物联网数据平台中的数据代理模块用于与数据中介服务器进行通信以及与其它物联网数据平台进行数据交换。
对于充当数据生产方的物联网数据平台，其数据代理模块将关于可用数据流的元数据发送到数据中介服务器。该元数据可以包括数据类型、数据速率、关于收集数据的物联网设备的信息，物联网设备的信息包括它们的位置，制造商，型号/序列号以及测量精度。类似地，对于充当数据应用方的物联网数据平台，数据代理模块将数据需求信息传输到数据中介服务器，前述数据需求信息包括对与多个数据流相关联的各个数据字段的选择，此外数据需求信息还包括数据类型、数据速率以及收集数据时的地理位置信息和时间信息。
在数据中介服务器接收到数据应用方发送的数据服务请求以及数据需求信息后，将数据应用方与满足其需求的数据生产方进行配对。进一步地，数据中介服务器生成生产方配置和应用方配置，并将其传输至相应的物联网数据平台。
生产方配置由数据中介服务器产生并将其发送至与单次数据服务相关联的数据生产方，生产方配置用于标识数据应用方并且指定由数据生产方提供的数据流的所选数据字段。
应用方配置由数据中介服务器产生并将其发送至与单次数据服务相关联的数据应用方，应用方配置用于标识将数据流传输到数据应用方的数据生产方并且指定将流传输的数据映射到单个目标数据流时的映射策略。
为了使指定的数据生产方和数据应用方连接并进行数据传输，数据中介服务器生成安全令牌并将其连同数据应用方的网络地址一并发送给数据生产方，数据生产方中的数据代理模块根据安全令牌和网络地址与数据应用方建立对等连接。优选地，安全令牌被设置为在特定时间段之后到期，并且更新的安全令牌被周期性地发送给数据应用方和数据生产方以重新建立连接。
在建立对等连接后，数据生产方根据生产方配置过滤原始数据流并将数据需求信息中选择的数据字段发送给数据应用方。数据应用方接收来自多个数据生产方的数据流。基于应用方配置，数据应用方的数据代理模块将各个接收到的数据流组合成单个目标数据流，以供物联网数据平台进一步使用。
数据中介服务器包括通信模块、用户界面模块、配置创建器、供需信息库和行业简档库。
供需信息库用于存储可用数据流的元数据和各个智慧城市子系统所需的数据流的元数据。
行业简档库用于存储各个智慧城市子系统的标识信息，例如，所属行业/组织、地理区域、组织规模、其内部运行的物联网设备类型和/或获取的数据类型的信息。应当说明的是，尽管供需信息库和客户简单库被分开描述，但是它们也可以被集成到单个数据库中，在这种情况下，其属于数据库中的不同类目。
配置创建器用于生成生产方配置和应用方配置。通信模块用于从物联网数据平台接收数据服务请求、数据需求信息以及可用数据流的元数据。此外，通信模块还可以被配置为将安全令牌、生产方配置、应用方配置发送到物联网数据平台，并且为物联网数据平台提供用户接口。用户界面模块生成用于向平台用户呈现信息或请求信息的用户界面。
物联网数据平台包括数据处理模块和数据代理模块，其中，数据代理模块包括数据过滤单元、数据字段映射单元、数据格式化单元和通信单元。
数据处理模块可对传入的原始数据流进行调节，过滤，聚合，平均和/或重新采样。此外，数据处理模块可以分析和处理数据，在充当数据生产方时，原始数据和/或经处理的数据可以被传递到数据代理模块以用于传输到其他物联网数据平台。相对应地，在充当数据应用方时，数据代理模块从其他物联网数据平台接收到的数据流可以被转发到数据处理模块进行处理和分析，或者存储在物联网数据平台的永久存储器中以备将来使用。
数据代理模块中的通信单元用于与数据中介服务器通信并且与其他物联网数据平台建立对等连接。
在作为数据生产方时，数据过滤单元可以基于生产方配置过滤原始数据流，从而得到仅包括数据需求信息中所选择的数据字段。
在作为数据应用方时，经由通信单元接收到的数据流被传输至数据字段映射单元，数据字段映射单元可以根据应用方配置聚合多个数据流上的数据字段以生成单个目标数据流。数据格式化单元用于执行单位转换、数据类型转换从而将接收到的数据格式转换为目标数据流所需的格式。此外数据格式化单元还用于对时间进行校正，其用于确保每个数据样本所属的时间点一致。
实施例2
作为实施例1的改进和补充，物联网数据平台的网关以及其连接的物联网设备具有带外通信系统。物联网数据平台的网关通过网络广播网关与对应的物联网设备通信的带外无线信标，该带外无线信标包括令牌。在工作时，网关接收到加密分组，网关使用公开密钥将前述加密分组解密为中间有效载荷，然后由网关使用前述令牌将中间有效负载解密为解密的分组。
具体地，带外通信系统可以为RF发射器，前述公开密钥对应于多个物联网设备中的证书。通过采用该技术方案，物联网设备与物联网数据平台的网关进行正常通信需要同时满足以下条件：1、物联网设备具有带外通信系统2、物联网设备位于网关的有效广播通信距离范围内；3、物联网设备具有相应的证书。
这样，只有在同时满足前述3个条件时，物联网设备才能与物联网数据平台进行有效地通信，从而有效地避免了无关网络设备攻击物联网数据平台或者与物联网数据平台进行数据交互。由于现有的物联网设备往往安全验证措施不足，因此该技术方案大大提高了物联网数据平台的网络通信安全，从而提高了整个智慧城市数据共享系统数据安全性和有效性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于大数据的智慧城市数据系统，其特征在于，其包括具有通信连接的云数据服务平台和智慧城市子系统，所述智慧城市子系统包括物联网设备和物联网数据平台，所述物联网数据平台包括数据处理模块和数据代理模块，
所述物联网数据平台的网关以及其连接的物联网设备具有带外通信系统，物联网数据平台的网关通过网络广播网关与对应的物联网设备通信的带外无线信标，该带外无线信标包括令牌；在工作时，网关接收到加密分组，网关使用公开密钥将前述加密分组解密为中间有效载荷，然后由网关使用前述令牌将中间有效负载解密为解密的分组；
云数据服务平台中的数据中介服务器根据接收到的数据服务请求将相关的智慧城市子系统分为数据生产方和数据应用方，数据中介服务器接收由数据生产方发送的可用数据流的元数据以及由数据应用方发送的数据需求信息，然后将数据应用方与满足其需求的数据生产方进行配对，所述数据需求信息包括对与多个数据流相关联的各个数据字段的选择，
数据中介服务器生成生产方配置和应用方配置，并将其传输至相应的物联网数据平台；所述生产方配置由数据中介服务器产生并将其发送至与单次数据服务相关联的数据生产方，所述生产方配置用于标识数据应用方并且指定由数据生产方提供的数据流的所选数据字段；
所述应用方配置由数据中介服务器产生并将其发送至与单次数据服务相关联的数据应用方，所述应用方配置用于标识将数据流传输到数据应用方的数据生产方并且指定将流传输的数据映射到单个目标数据流时的映射策略；
数据中介服务器响应于数据应用方的数据请求并根据其数据需求信息使相应的数据生产方选择性地将数据字段发送给数据应用方，数据应用方将从数据生产方接收到的多个数据流的数据字段组装成用于指定智慧城市应用的单个目标数据流。
2.根据权利要求1所述的智慧城市数据系统，其特征在于，所述物联网数据平台包括数据处理模块和数据代理模块，数据代理模块包括通信单元和数据字段映射单元；
经由通信单元接收到的数据流被传输至数据字段映射单元，数据字段映射单元根据应用方配置聚合多个数据流上的数据字段以生成单个目标数据流。
3.根据权利要求1或2所述的智慧城市数据系统，其特征在于，所述智慧城市子系统包括智慧交通系统、智慧照明系统、智慧安防系统和智慧环境监测系统。
4.根据权利要求1至3之一所述的智慧城市数据系统，其特征在于，所述智慧交通系统的应用包括实时交通数据发布和道路交通引导，所述智慧照明系统的应用包括节能管理和灯联网定位，所述智慧安防系统的应用包括远程监控和安防信息发布，所述智慧环境监测系统的应用包括污染物监测和环境信息发布。
5.根据权利要求1至4之一所述的智慧城市数据系统，其特征在于，所述可用数据流的元数据包括：数据类型，数据速率，收集数据的物联网设备的信息，所述物联网设备的信息包括地理位置、制造商、型号、序列号和测量精度；
所述数据需求信息还包括：数据类型、数据速率以及收集数据时的地理位置信息和时间信息。
6.根据权利要求5所述的智慧城市数据系统，其特征在于，所述数据中介服务器生成安全令牌并将其连同数据应用方的网络地址一并发送给数据生产方，数据生产方中的数据代理模块根据安全令牌和网络地址与数据应用方建立对等连接。
7.根据权利要求6所述的智慧城市数据系统，其特征在于，在建立对等连接后，数据生产方根据生产方配置过滤原始数据流并将数据需求信息中选择的数据字段发送给数据应用方；
数据应用方接收来自数据生产方的数据流，然后通过数据代理模块将各个接收到的数据流组合成单个目标数据流。
8.根据权利要求7所述的智慧城市数据系统，其特征在于，所述数据中介服务器包括通信模块、用户界面模块、配置创建器、供需信息库和行业简档库，其中，
所述供需信息库用于存储可用数据流的元数据和各个智慧城市子系统所需的数据流的元数据，
所述行业简档库用于存储各个智慧城市子系统的标识信息，
所述配置创建器用于生成生产方配置和应用方配置。
9.根据权利要求8所述的智慧城市数据系统，其特征在于，所述带外通信系统为RF发射器，公开密钥对应于多个物联网设备中的证书。
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