CN112749234A - 用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统 - Google Patents

用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统，该监测管理系统包括：分别用于监测室内空气质量参数以及室内能源消耗或能源效率的空气质量监测设备和能源监测设备；树莓派，其与监测设备及云端后台分别通信连接，并能够获取监测设备上传的监测数据，并将监测数据传输至云端后台；云端后台，其采用Springboot框架，并具有用于存储及调取监测数据的postgresql及Cassandra数据库。根据本发明的用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统，通过采用轻量级物联网协议并对系统的数据传输以及后台架构进行了多方面的优化和改善，提供更加高效稳定的监测管理系统并支持更高频率的数据传输。

Description

用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统
技术领域
本发明涉及用于室内空气质量及能源效率的传感器监测技术以及物联网领域，尤其涉及一种用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统。
背景技术
在室内空气质量与能源效率的监测或管理中，物联网相关技术的应用具有较好的应用前景。然而，目前相关领域中的这方面尝试尚未取得足够的进展。
目前在相关领域中，物联网平台大多采用基于Http传输协议和诸如ssm、ssh、mvc的后台架构，这存在一些技术短板。http协议是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。但是作为物联网传输协议，http就太过沉重，提高了对硬件和网络的要求，而ssm、ssh、mvc都是较老的后台框架，对数据库交互性能而言远不如最新技术，而且老的后台框架开发难度较大且不利于维护。
并且，现有的类似平台一般由电脑主机或者工作站来实现数据转发上传，这也会增加用户的成本，此外这些平台大多也不会采用网关技术，对设备兼容性较低，在数据库方面也都还是传统的数据库，收到数据量和频繁交互的影响，数据传输频率有较大限制。
因此，亟需设计一种新的用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统，以至少缓解或解决现有技术存在的上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有的基于物联网技术的用于监测管理室内空气质量与能源的平台兼容性较低、成本较高、数据传输频率限制较多、对部分硬件和网络带宽的要求较高，以及开发难度较大且不利于维护的缺陷，提出一种新的用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统。
本发明是通过采用下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统，其特点在于，该监测管理系统包括：
用于监测室内空气质量参数的空气质量监测设备；
用于监测室内能源消耗或能源效率的能源监测设备；
树莓派，树莓派与监测设备及云端后台分别通信连接，并被配置为能够获取监测设备上传的监测数据，并将监测数据传输至云端后台；
云端后台，云端后台采用Springboot框架，并且具有用于存储及调取监测数据的postgresql数据库以及Cassandra数据库。
根据本发明的一些实施方式，树莓派与监测设备及云端后台被配置为能够通过物联网数据传输协议进行数据传输。
根据本发明的一些实施方式，物联网数据传输协议包括MQTT协议。
根据本发明的一些实施方式，该监测管理系统还包括：
网关设备，网关设备被配置为能够采用多种物联网数据传输协议通信连接监测设备，以及采用MQTT协议通信连接树莓派，其中多种物联网数据传输协议包括MQTT协议、Modbus协议、OPC-UA协议。
根据本发明的一些实施方式，云端后台还采用JPA应用程序接口规范以及springsecurity框架，并被配置为能够提供多租户云服务模式。
根据本发明的一些实施方式，云端后台还被配置为能够将接收到的监测数据分为基本数据及遥测数据，并将基本数据存入postgresql数据库，将遥测数据存入Cassandra数据库。
根据本发明的一些实施方式，云端后台还被配置为能够提供用户界面，用户界面用于显示监测数据以及执行和监测数据相关的操作。
根据本发明的一些实施方式，云端后台设置有规则引擎以及通过规则引擎接入云端后台的外部接口，外部接口用于接入外部系统或外部设备。
根据本发明的一些实施方式，监测设备配置有用于监测温度、湿度、PM2.5浓度、CO2浓度、TVOC浓度的传感器。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
根据本发明的用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统，通过采用轻量级物联网协议并对系统的数据传输以及后台架构进行了多方面的优化和改善，使得系统能够高效支持海量数据的收发，提供更加高效稳定的运行并支持更高频率的数据传输，从而能够实现更为高效、稳定的室内空气质量监测和能源消耗效率监测。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统的系统架构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都将落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
图1示意性地示出了根据本发明优选实施方式的用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统的整体系统架构。
如图1所示，该监测管理系统包括：
用于监测室内空气质量参数的空气质量监测设备以及用于监测室内能源消耗或能源效率的能源监测设备，即图1中左侧示出的多个设备端；
树莓派，其与监测设备及云端后台分别通信连接，并被配置为能够获取监测设备上传的监测数据，并将监测数据传输至云端后台，即图1中的中间部分示出的数据传输部分；
云端后台，其采用Springboot框架，并且具有用于存储及调取监测数据的postgresql数据库(即图1中所示的pgsql数据库)以及Cassandra数据库。
根据本发明的一些优选实施方式，树莓派与监测设备及云端后台被配置为能够通过物联网数据传输协议进行数据传输。
根据本发明的一些优选实施方式，物联网数据传输协议包括MQTT协议。
如图1所示，根据本发明的一些优选实施方式，该监测管理系统还包括：
网关设备，网关设备被配置为能够采用多种物联网数据传输协议通信连接监测设备，以及采用MQTT协议通信连接树莓派，其中多种物联网数据传输协议包括MQTT协议、Modbus协议、OPC-UA协议。
由此，通过采用这种物联网网关架构，当有非常多不同协议的硬件设备同时接入系统时，为了避免协议之间的不兼容问题，采用网关统一接收数据后再统一通过MQTT协议上传。以此达到统一管理，高效运行的目的。
举例来说，基于本发明的上述优选实施方式，该室内空气质量与能源管理系统可以是结合Springboot+JPA，物联网传输MQTT协议，Modbus协议，树莓派系统应用，物联网网关而形成的综合物联网平台，采用Postgresql和大数据库Cassandra的双数据库来确保数据的及时性和准确性。Springboot+JPA是目前最主流的后台运行语言架构，基于JAVA开发，来确保设备数据的接收和最终页面的实时展示，MQTT轻量级物联网协议可以保证以相对较低的传输量传输，降低对硬件带宽和网络的要求，Modbus协议是硬件传感器最主流的通信协议，采用Modbus协议以便最大化适配各种型号的传感器。物联网平台的数据敏感性决定了其对数据库的高要求，本系统采用的双数据库，用Postgressql存储基本数据，用大数据库Cassandra来专门存储海量遥测数据，采用这些核心技术来确保系统的稳定、高效、健壮运行。
并且，应理解的是，本文中的能源监测设备可以是诸如电表、水表、水温控制表、燃气表或者与之相关联的一些传感器。
系统的实施包括树莓派的安装配置，现场传感器设备接入局域网后，现场会部署树莓派(类linux系统的微型电脑)，负责将设备的数据上传到我们云平台的物联网后台，树莓派可以远程控制，这样确保树莓派的及时运维。其中树莓派可以是一台基于类Linux系统的微型电脑，树莓派连接设备交换机和外网，使它内置程序接收来自设备的数据，再通过MQTT协议传输数据到云端。树莓派可以理解为上述系统架构中起到数据传输作用的关键实施实体或桥梁。
根据本发明的一些优选实施方式，云端后台还采用JPA应用程序接口规范以及spring security框架，并被配置为能够提供多租户云服务模式。
根据本发明的一些优选实施方式，云端后台还被配置为能够将接收到的监测数据分为基本数据及遥测数据，并将基本数据存入postgresql数据库，将遥测数据存入Cassandra数据库。其中，例如可将基本数据存入postgresql，而将数据量较大的遥测数据存入Cassandra数据库。
根据本发明的一些优选实施方式，云端后台还被配置为能够提供用户界面，用户界面用于显示监测数据以及执行和监测数据相关的操作。
根据本发明的一些优选实施方式，云端后台设置有规则引擎以及通过规则引擎接入云端后台的外部接口，外部接口用于接入外部系统或外部设备。
根据本发明的一些优选实施方式，监测设备配置有用于监测温度、湿度、PM2.5浓度、CO2浓度、TVOC浓度的传感器。
根据本发明的上述优选实施方式的用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统，通过采用轻量级物联网协议MQTT来降低对硬件和网络带宽的要求，使得系统接收设备数据更加高效和快捷。本系统采用Springboot+JSP框架作为后台程序框架使得后台程序更加稳定，并且可以高效支持海量数据的接收和转发到UI，开发难度相比之前的框架更加容易。采用Postgresql和Cassandra数据库使得系统可以支持更高频率的数据传输，目前已经达到三秒。
由此，可进一步实现为室内空气监测提供更加高效稳定的后台和数据库的目的，并通过最新技术的加持使得室内空气质量和能源监测更加高效稳定。
总体来说，根据本发明的上述优选实施方式的用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统相比前文所介绍的现有技术的解决方案而言具有如下技术优势。
采用Springboot+JPA+Spring security模式，程序更加高效稳定。采用MQTT协议，传感器数据上传更加轻量快捷，采用树莓派上传数据，便于现场安装维护，降低硬件要求。采用postgresql和大数据库Cassandras双数据库结合的方式，使得数据管理更加高效，采用大数据库使得数据采集频率更加高效。系统部署在云平台并采用多租户的模式，用户可以随时随地通过互联网访问。多租户模式下可以支持更多的用户，让资源利用最大化。
在基于应用物联网技术的上述监测管理系统的基础上，可进一步结合诸如BIM智能空调控制系统三维建模图像相关技术开发优选的应用实例。
例如，在一些进一步优选的应用实例中，可采用对现场BIM智能空调控制系统三维建模图像配合BIM大楼建模环境图像等数据进行分析，对空调系统及周边环境的变化等状况提取监测数据，实时传送给远程监测人员；监测人员可通过BIM智能空调控制系统整套实时的三维传输图像，对需要控制的设备进行操作控制、状态监测、设备信息查询，通过BIM周边环境的三维图像及变化对空调系统的控制提前做出设定及调整。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于监测管理室内空气质量与能源的监测管理系统，其特征在于，所述监测管理系统包括：
用于监测室内空气质量参数的空气质量监测设备；
用于监测室内能源消耗或能源效率的能源监测设备；
树莓派，所述树莓派与所述监测设备及云端后台分别通信连接，并被配置为能够获取所述监测设备上传的监测数据，并将所述监测数据传输至云端后台；
云端后台，所述云端后台采用Springboot框架，并且具有用于存储及调取所述监测数据的postgresql数据库以及Cassandra数据库。
2.如权利要求1所述的监测管理系统，其特征在于，所述树莓派与所述监测设备及所述云端后台被配置为能够通过物联网数据传输协议进行数据传输。
3.如权利要求2所述的监测管理系统，其特征在于，所述物联网数据传输协议包括MQTT协议。
4.如权利要求1所述的监测管理系统，其特征在于，所述监测管理系统还包括：
网关设备，所述网关设备被配置为能够采用多种物联网数据传输协议通信连接所述监测设备，以及采用MQTT协议通信连接所述树莓派，其中所述多种物联网数据传输协议包括MQTT协议、Modbus协议、OPC-UA协议。
5.如权利要求1所述的监测管理系统，其特征在于，所述云端后台还采用JPA应用程序接口规范以及spring security框架，并被配置为能够提供多租户云服务模式。
6.如权利要求1所述的监测管理系统，其特征在于，所述云端后台还被配置为能够将接收到的所述监测数据分为基本数据及遥测数据，并将所述基本数据存入postgresql数据库，将所述遥测数据存入Cassandra数据库。
7.如权利要求1所述的监测管理系统，其特征在于，所述云端后台还被配置为能够提供用户界面，所述用户界面用于显示所述监测数据以及执行和所述监测数据相关的操作。
8.如权利要求1所述的监测管理系统，其特征在于，所述云端后台设置有规则引擎以及通过所述规则引擎接入所述云端后台的外部接口，所述外部接口用于接入外部系统或外部设备。
9.如权利要求1所述的监测管理系统，其特征在于，所述监测设备配置有用于监测温度、湿度、PM2.5浓度、CO2浓度、TVOC浓度的传感器。
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