CN111028110A - 一种面向多对象的智能社区综合管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向多对象的智能社区综合管理系统，以物联网为基础架构，该系统从功能结构上由智能家居子系统，社区资源子系统，电能管理子系统，云平台和移动端构成；针对社区内不同类型的成员，面向不同对象提供不同层次的服务，实现社区信息有效整合、利用。本发明系统构建通信网络，实现社区信息资源高效上传云平台，移动端实现数据监控、远程控制；构建社区资源数据库，建立社区资源模型；构建立体的社区能源系统，全面跟踪社区内电能的使用和产生的情况；组建共享云平台，实现各子系统数据交互、共享；设计移动端软件，实现数据远程监控、开关远程控制。

Description

一种面向多对象的智能社区综合管理系统

技术领域

本发明涉及社区物联网领域，尤其涉及一种面向多对象的智能社区综合管理系统。

背景技术

改革开放以来经济和科技飞速发展，推动着人们不断地追求高质量的生活。城镇人口飞速增加的同时，人们对住房要求越来越高，社区所需的基础设施、提供的服务也水涨船高，传统的社区管理方式已经落后于时代的步伐。另一方面，随着传感器技术的进一步发展，大数据、云计算概念开始普及，物联网技术日渐成熟，人们开始将智能化管理融入社区，智慧社区的概念开始深入人心。智慧社区需要对大量的现代化设备进行有效管理，需要处理随之而产生的大量数据，更需要应对多种设备通信接口不统一的问题。

现有的智能社区建设虽然投入了大量的硬件设备，但是由于在设计初期缺乏系统的规划，导致智能化程度单一，系统存在冗余，面向对象单一、缺乏对新能源的应用、缺少对电能的管理等问题。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种面向多对象的智能社区综合管理系统，该系统同时面向社区户主、物业和维修人员，实现更为立体的综合管理系统。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种面向多对象的智能社区综合管理系统，包括云平台、智能家居子系统、社区资源子系统、电能管理子系统和移动端；智能家居子系统、社区资源子系统、电能管理子系统分别连接于云平台；云平台包括云服务器和云数据库，云服务器收集各子系统上传的数据，并实时保存到云数据库；移动端连接于云平台，用户通过移动端共用云平台的数据共享，进行远程监控。

进一步地，所述云服务器搭载Tomcat服务器，采用消息中间件ActiveMQ技术对各子系统的功能服务器解耦进行异步通讯；采用Spring Boot框架构建RESTful API以JSON格式与移动端进行数据通讯。

进一步地，所述智能家居子系统包括社区数据转发服务器、通讯管理机、室内机；所述社区数据转发服务器通过互联网与云平台通信，又通过IEC60870-5-104规约与多台通讯管理机通讯；所述通讯管理机通过Modbus协议与多台室内机通讯。

进一步地，所述室内机连接户内传感器、执行器；所述室内机采集户内传感器的数据，控制执行器的开关动作；所述户内传感器包括温度传感器、侵入传感器、燃气浓度传感器、紧急报警按钮；所述执行器包括空调开关、灯具开关。

进一步地，所述社区资源子系统包括水泵管理模块、公共照明模块、监控模块、临时通行码模块、社区成员信息模块和报修模块；所述水泵管理模块采集社区内分布水泵的状态信息；所述公共照明模块控制社区内路灯开关；所述临时通行码模块生成并验证访客通行码；所述社区成员信息模块记录社区内户主、物业管理人员、维修工人的信息；所述报修模块记录报修订单信息；所述监控模块包括户内监控和社区关键区域监控，将采集到的视频信号上传视频转码服务器，采用FFmpeg对视频进行编解码，并采用WebSocket协议实现视频数据的传输。

进一步地，所述电能管理子系统包括充电桩模块、光伏发电模块和户内电能监控模块；所述充电桩模块记录详细用电信息，所述光伏发电模块绘制日发电曲线和年发电曲线，所述户内电能监控模块记录户主各支路用电情况。

进一步地，所述移动端包括户主移动端、物业移动端、维修工人移动端；户主移动端为智能家居功能，物业移动端为社区管理功能，维修工人移动端为报修订单功能。

进一步地，所述户主移动端包括空调控制、灯光控制、户内用电监测、家居安防、监控监测、临时通行权限申请和在线报修。

进一步地，所述物业移动端包括公共照明控制，水泵状态监测，光伏发电量记录，充电桩用电量记录，社区关键区域监控，对户主发布社区公告和管理报修订单。

进一步地，所述维修工人移动端包括报修订单功能，订单领取，状态更新。

有益效果：本发明从住户用电，社区用电，光伏发电，充电桩用电，建立了立体的社区能量记录系统；建立了社区资源模型，方便物业进行社区资源分配、管理、监控，从而实现社区综合管理。

本发明建立了包括电能资源在内的立体统一的社区资源平台，方便社区信息管理；建立了综合社区通信网络结构；针对社区内不同类型的成员，面向不同对象提供不同层次的服务，实现社区信息有效整合、利用。

附图说明

图1是本发明的系统总体结构示意图；

图2是云平台结构示意图；

图3是智能家居子系统通信拓扑结构图；

图4是室内机功能结构图；

图5是监控视频流传输过程流程图；

图6是移动端软件功能划分图；

图7是移动端APP数据同步流程图；

图8是临时通行码模块流程图；

图9是报修订单模块流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1所示，本发明所述的面向多对象的智能社区综合管理系统，包括云平台、智能家居子系统、社区资源子系统、电能管理子系统和移动端；智能家居子系统、社区资源子系统、电能管理子系统分别连接于云平台；云平台包括云服务器和云数据库，云服务器收集各子系统上传的数据，并实时保存到云数据库；移动端连接于云平台，用户通过移动端共用云平台的数据共享，进行远程监控。

本发明构建通信网络，实现社区信息资源高效上传云平台，移动端实现数据监控、远程控制；构建社区资源数据库，建立社区资源模型；构建立体的社区能源系统，全面跟踪社区内电能的使用和产生的情况；组建共享云平台，实现各子系统数据交互、共享；设计移动端软件，实现数据远程监控、开关远程控制。

如图2所示，云平台包括云服务器和云数据库，作为整个系统的信息中枢环节，云服务器收集各子系统上传的数据并实时保存到云数据库以供随时调用。各子系统通过向云服务器发送数据请求信号获取所需数据信息，云服务器接收到请求信号后从云数据库调取最新数据信息并回应发送请求的子系统服务器。通过整合各子系统的数据，并响应各子系统的数据请求，云平台实现各子系统的数据通讯，实现信息共享。

云平台搭载的Tomcat服务器作为一个开源的Java Servlet容器，提供Java网络服务器的开发环境，允许通过Java语言进行开发。考虑到需要同时与多台子系统服务器进行通讯，还需要与多台移动端通讯，而通讯接口各不相同的问题，云平台从子系统服务器收集、存储数据时需要统一数据格式，将数据传送至各子系统服务器时又需要将数据打包成与各子系统相适应的数据格式。

本发明通过在云服务器上安装ActiveMQ解决这一问题。作为开源消息总线，ActiveMQ将从接收端接收到的标准数据格式转化成适应发送端的标准数据格式。当子系统服务器向云服务器发送数据时，ActiveMQ接收端连接子系统服务器，发送端连接云服务器，将子系统服务器对应的标准数据格式进行解包、提取有用信息，打包成符合云服务器的标准数据格式以供云服务器使用。

当子系统服务器向云服务器请求数据时，ActiveMQ接收端连接云服务器，发送端连接子系统服务器。云服务器从数据库提取数据并发送至ActiveMQ后，ActiveMQ解包标准数据格式，并重新打包成符合子系统服务器的标准数据格式并发送。以这种方式来解耦各子系统服务器，降低系统各模块的相互依赖性，提升系统模块化，提高内聚性，优化系统结构。

通过ActiveMQ，各子系统能在云平台上转化成统一的标准数据格式，方便云平台进行数据管理、综合；整合的信息也能通过ActiveMQ转化为适应各子系统服务器的数据格式，提供了同一个数据格式转换功能。

云平台与移动端的通讯不同于子系统服务器，采用Spring Boot框架构建RESTfulAPI实现对移动端的统一接口，从而与移动端进行信息交互，以JSON的数据格式进行基本的数据通讯。

如图3所示，智能家居子系统由社区数据服务器、通讯管理机和室内机构成的三级通讯网络，实现了数据信息的高效采集和传输。由室内机采集数量巨大的传感器信息，汇总后上传通讯管理机，通讯管理机采集多台室内机上传的数据整合打包后上传社区数据服务器。三级结构避免了由社区数据服务器直接采集大量的传感器数据而产生的资源浪费现象，也避免了因为级数太多而产生每级上的资源浪费现象，充分利用各层处理数据信息的能力，提高了整体效率。

社区数据服务器通过互联网实现与云平台的数据通讯，将采集到的数据定时发送至云平台从而实现云平台数据的实时更新。云平台也通过互联网向社区数据服务器发送指令，以实现远端控制的功能。

通讯管理机作为社区数据服务器与室内机通讯的中继部分，具有多个下行串口通讯接口及一个上行以太网通讯接口。根据实际需要配置下行串口数量，每一个串口对应一个室内机，采用Modbus规约实现室内机与通讯管理机的通讯。通讯管理机上行以太网通讯接口连接至社区数据服务器，采用IEC60870-5-104规约实现数据高速、低损传输。通讯管理机同时具备Modbus规约和IEC104规约，可实现传输信息在两种规约下的格式转换。当室内机采集所连传感器的数据后，以Modbus规约打包数据并上传通讯管理机，通讯管理机将数台室内机上传的数据整理汇总后，实时转化成符合IEC104规约的数据并上传社区数据服务器，完成数据的采集过程。当社区数据服务器接收到云平台发送的指令后，获取目标终端地址，查阅路由表以获取对应的通讯管理机并向其发送指令。通讯管理机获得指令后，转化数据格式并向目标终端即室内机发送指令。

如图4所示，室内机直接与户内传感器、执行机构互联，以实现本地控制，配备触摸屏方便人机交互。户内传感器包括侵入传感器，燃气浓度传感器和紧急报警按钮，执行机构包括灯具开关、空调开关。户主可以在户内通过操作触摸屏，实现空调控制，包括设定温度，设定风速，空调启停；实现灯具控制，包括不同情景模式下灯具的开关组合；读取户内传感器信息，看是否被触发。户内的室内机不需要通过云服务器就能实现对户内传感器的读取，户内执行机构的控制。

如图1所示，社区资源子系统包括水泵管理模块、公共照明模块、监控视频模块、临时通行码模块、社区成员信息模块和报修订单模块。物业通过调用这些模块的功能实现对社区资源的实时监控与管理，人员调度与分配，资源使用分析与优化。

在数据库中给社区内各资源建立对应的数字模型，建立立体的社区资源管理系统，水泵资源包括水泵编号，所处地理位置，工作状态，水池水位高度是否合理；公共照明资源包括照明编号，所处地理位置，开关状态；监控视频资源包括户内监控与社区关键区域监控；临时通行权限管理社区内临时进出人员信息；社区成员信息记录包括社区户主、社区物业和社区维修人员的身份信息，方便职能划分；报修订单由户主申请，物业分派，维修人员更新维修进度。

监控视频资源包括户内监控与社区关键区域监控。户内监控用于监控每户住户室内安全，用户可在移动端打开监控界面随时查看自家的监控画面；社区关键区域监控安装在包括社区主干道、社区景观带、儿童游乐场，对社区内的情况有详细的了解，物业和户主都有权限进行查看。通过监控摄像头采集的视频数据巨大，考虑到在网络上传播的效率，需要将视频数据先进行编码，然后采用Websocket进行数据流的传输。

如图5所示，本发明采用FFmpeg对视频流进行编码，视频流传输过程首先将监控摄像头采集的数据上传到视频转码服务器，服务器对视频流进行FFmpeg编码并存储于本地数据库。

当用户需要查看监控视频时，需要经历以下步骤：

第一步：用户在移动端打开监控视频界面；

第二步：移动端检测到监控界面打开，向云服务器发送请求建立通信通道的信号；

第三步：云服务器应答，成功连接云服务器与移动端的Websocket通道；

第四步：云服务器向视频转码服务器发送请求建立通信通道的信号；

第五步：视频转码服务器应答，成功连接云服务器与视频转码服务器的Websocket通道，至此，从视频转码服务器到云服务器再到移动端的视频流传输通道建立完毕；

第六步：视频转码服务器开始传输视频流数据。

当用户退出监控视频界面时，经历以下步骤：

第一步：用户在移动端退出监控视频界面；

第二步：移动端检测到监控界面关闭，向云服务器发送断开通信通道的信号；

第三步：云服务器应答，停止向移动端发送视频流，成功断开云服务器与移动端的Websocket通道；

第四步：云服务器向视频转码服务器发送请求断开通信通道的信号；

第五步：视频转码服务器应答，停止向云服务器发送视频流，成功断开云服务器与视频转码服务器的Websocket通道；

至此，视频传输服务停止。

如图1所示，电能管理子系统用于记录社区内各支路的电能收支情况，将记录保存于数据库中，生成统计表便于统计分析。户主能根据户内各支路的用电情况，尤其是空调用电情况，进行相关的分析，清楚了解各支路用电百分比，户内用电量的时间分布情况，从而养成更良好的用电习惯。比如，当用户发现空调用电所占百分比大大超过其他用电器，就会适当的控制空调使用时间从而减少消耗电量；当用户发现其他支路用电超出日常用电的正常范围，就会分析原因减少电能的浪费，排查故障用电器。社区物业能根据社区内充电桩用电、光伏发电板发电进行相应的管理工作，记录各充电桩使用情况与工作状态，方便分析充电桩分布合理性、排查充电桩的故障；记录光伏发电板的发电量，生成日发电量曲线和年发电量曲线图，能方便从发电量曲线图中分析出光伏发电板是否产生故障。

移动端开发对应的APP，方便用户与社区信息进行交互。APP根据不同用户的身份信息展现不同的功能内容，功能划分如图6所示，面向户主的以智能家居功能为主，实现灯光、空调控制，安防报警，户内用电监测、监控监测，临时通行权限申请和在线报修；面向物业的以社区管理功能为主，实现公共照明控制，水泵状态监测，光伏发电量记录，充电桩用电量记录，社区关键区域监控，对户主发布社区公告和管理报修订单；面向社区维修工人的以报修订单功能为主，实现订单领取、状态更新功能。通过共用同一个云平台实现数据的共享，通过设置不同账号类型实现软件功能分类。

移动端APP数据同步流程图如图7所示，首先，移动端APP将用户的登陆信息上传云平台进行身份校验，验证通过后APP会保存验证的身份信息方便后续通讯的进行。在进行数据请求时，APP会将身份信息与请求信号一并打包发送，从而准确地从数据库中调用该用户的相关数据；在进行指令传达时，APP会将身份信息与指令信号一并打包发送，云服务器通过读取数据包中的身份信息，在云数据库中找到对应的通讯管理机IP地址及室内机地址，进而发送至社区数据服务器进行后续通讯操作。

APP主界面包括各功能界面入口按钮，一旦进入各功能界面，APP就开始以登陆的用户信息为引，向云平台请求相关数据并不断更新显示信息。当APP检测到用户有控制指令时，APP将身份信息和控制指令一并打包发送云服务器；云服务器解读用户信息后从数据库中找到对应地通讯管理机IP地址及室内机地址，将控制指令与对应的地址信息通过ActiveMQ编码后发送给社区数据服务器；社区数据服务器解读出地址信息后将控制指令发送给对应的通讯管理机；最后通讯管理机向对应室内机发送控制指令。控制指令发送完成后，传感器实时反馈控制后的状态，并上传云平台，同步至移动端。

比如，户主用APP打开智能家居界面并控制家中空调打开，当前界面将显示该空调已打开，并显示设置的温度与风速。对应的控制信息和用户信息将从移动端发送至云平台，云平台解读后再将信息发送至社区数据服务器，社区数据服务器通过对应的通讯管理机发送给目标室内机，控制该户的空调打开并设置对应的温度和风速。指令发送完成后，室内机重新检测空调的状态，并将状态发送至云平台并更新数据库中数据，APP根据云数据库中数据进行同步。如果空调开启失败，APP中的空调界面将把空调状态重新调整至关闭。

移动端APP临时通行码模块可以生成临时访客通行码，访客通过户主申请的临时通行码在指定的有效时间内可进出社区，具体工作流程图如图8所示。户主需要先在移动端APP填写访客信息表以及预计到访时间来申请临时通行码，申请信息上传云平台后生成二维码回送至移动端APP。当访客使用临时通行码时，云平台会根据申请时填写的预计到访时间进行校验，如果超出预计到访时间30min则不能通过验证，需要重新申请通行码。

移动端APP报修订单模块能够实现社区内各成员分工高效协作维护社区，由户主申请报修订单，由物业分配报修任务，由维修工人进行维修工作与订单状态更新，具体工作流程图如图9所示。户主在移动端填写报修信息并上传云平台，云平台根据上传的报修信息生成报修订单，更新至报修订单列表。物业端从报修订单列表获取报修订单信息，再从云平台成员信息列表中同步维修人员的信息，将未分配的报修订单分配给维修人员。被物业分配的报修订单会同步至维修工人端的APP上，维修工人领取到报修订单后可查看订单具体信息，并根据维修进度实时更新报修订单状态。更新后的报修订单信息存储与云平台中的数据库中，以供小区户主和物业管理人员查验。

Claims (10)

1.一种面向多对象的智能社区综合管理系统，其特征在于，包括云平台、智能家居子系统、社区资源子系统、电能管理子系统和移动端；

智能家居子系统、社区资源子系统、电能管理子系统分别连接于云平台；云平台包括云服务器和云数据库，云服务器收集各子系统上传的数据，并实时保存到云数据库；

移动端连接于云平台，用户通过移动端共用云平台的数据共享，进行远程监控。

2.根据权利要求1所述的面向多对象的智能社区综合管理系统，其特征在于，所述云服务器搭载Tomcat服务器，采用消息中间件ActiveMQ技术对各子系统的功能服务器解耦进行异步通讯；采用Spring Boot框架构建RESTfulAPI以JSON格式与移动端进行数据通讯。

3.根据权利要求1所述的面向多对象的智能社区综合管理系统，其特征在于，所述智能家居子系统包括社区数据转发服务器、通讯管理机、室内机；

所述社区数据转发服务器通过互联网与云平台通信，又通过IEC60870-5-104规约与多台通讯管理机通讯；所述通讯管理机通过Modbus协议与多台室内机通讯。

4.根据权利要求3所述的面向多对象的智能社区综合管理系统，其特征在于，所述室内机连接户内传感器、执行器；所述室内机采集户内传感器的数据，控制执行器的开关动作；

所述户内传感器包括温度传感器、侵入传感器、燃气浓度传感器、紧急报警按钮；所述执行器包括空调开关、灯具开关。

5.根据权利要求1所述的面向多对象的智能社区综合管理系统，其特征在于：所述社区资源子系统包括水泵管理模块、公共照明模块、监控模块、临时通行码模块、社区成员信息模块和报修模块；

所述水泵管理模块采集社区内分布水泵的状态信息；所述公共照明模块控制社区内路灯开关；所述临时通行码模块生成并验证访客通行码；所述社区成员信息模块记录社区内户主、物业管理人员、维修工人的信息；所述报修模块记录报修订单信息；

所述监控模块包括户内监控和社区关键区域监控，将采集到的视频信号上传视频转码服务器，采用FFmpeg对视频进行编解码，并采用WebSocket协议实现视频数据的传输。

6.根据权利要求1所述的面向多对象的智能社区综合管理系统，其特征在于：所述电能管理子系统包括充电桩模块、光伏发电模块和户内电能监控模块；所述充电桩模块记录详细用电信息，所述光伏发电模块绘制日发电曲线和年发电曲线，所述户内电能监控模块记录户主各支路用电情况。

7.根据权利要求1所述的面向多对象的智能社区综合管理系统，其特征在于：所述移动端包括户主移动端、物业移动端、维修工人移动端；户主移动端为智能家居功能，物业移动端为社区管理功能，维修工人移动端为报修订单功能。

8.根据权利要求7所述的面向多对象的智能社区综合管理系统，其特征在于：所述户主移动端包括空调控制、灯光控制、户内用电监测、家居安防、监控监测、临时通行权限申请和在线报修。

9.根据权利要求7所述的面向多对象的智能社区综合管理系统，其特征在于：所述物业移动端包括公共照明控制，水泵状态监测，光伏发电量记录，充电桩用电量记录，社区关键区域监控，对户主发布社区公告和管理报修订单。

10.根据权利要求7所述的面向多对象的智能社区综合管理系统，其特征在于：所述维修工人移动端包括报修订单功能，订单领取，状态更新。

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