CN113473265A - 基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，包括：基础设施层：提供软件资源、硬件资源和网络资源的支持和管理；业务系统层：制定统一的业务系统接入标准，形成统一的接入规范；数据交换层：采用ESB实现企业应用不同消息和信息的传递；流程管理层：统一数据接入标准、数据传输接入规范；信息服务层：整合各专业用户，实现统一的人机交互页面，并通过统一安全权限认证技术，实现对操作人员级别控制和权限动态配置管理。该系统能够满足项目对既有系统中不同设备和不同子系统以及不同专业对应的结构化和非结构化监测数据的集成与融合需求，为风险决策提供数据。

Description

基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统

技术领域

本发明涉及综合监测系统技术领域，具体涉及一种基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统。

背景技术

随着城市地下基础设施的发展，相应地出现了地下基础设施管理监测的难题。主要在于城市地下基础设施灾害难发现、易扩大、难防控，目前对于城市地下基础设施综合监测存在非常迫切的需求。

目前现存的综合监测系统功能、结构以及所用设备各不相同，尚没有可用的整合手段。如何获取其中数据且与新设综合检测系统融合互通，从而建立城市地下基础设施运行综合监测平台，建成地铁、地下综合体、地下管廊运行综合监测系统示范工程，是目前的一大课题。本发明的目的即在于提出一种基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，能够满足项目对既有系统中不同设备和不同子系统以及不同专业对应的结构化和非结构化监测数据的集成与融合需求，为风险决策提供数据。

为实现上述目的，本发明的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，包括：

基础设施层：作为系统底层支撑服务，提供系统的软件资源、硬件资源和网络资源的支持和管理，提供系统运维服务给系统运维人员进行问题定位与修复；

业务系统层：为系统运行进行业务逻辑支撑，采用可弹性扩展的模块架构设计，制定统一的业务系统接入标准，形成统一的接入规范；

数据交换层：采用ESB（Enterprise Service Bus，即企业服务总线），支持基于内容的路由和过滤，具备了复杂数据的传输能力，并提供一系列的标准接口，用于实现企业应用不同消息和信息的准确、高效和安全传递，ESB提供事件驱动和文档导向的处理模式，及分布式的运行管理机制；

流程管理层：通过业务流程管理（BPM），使用技术来改进产品、服务创新、提高客户响应时间，快速提高流程的敏捷性、可转移性和可重复性，制定统一的数据接入标准、数据传输接入规范，提高数据存储、查询、计算等数据流转的效率；

信息服务层：整合各专业用户，实现统一的人机交互页面，并通过统一安全权限认证技术，实现对操作人员级别控制和权限动态配置管理。

进一步地，流程管理层中制定多协议统一的数据接入标准和数据传输接入规范，以满足对既有系统中不同设备、不同子系统和不同专业对应的结构化及非结构化监测数据的集成与融合需求，从而为风险决策提供数据。

进一步地，数据交换层包括物联网中间件，数据交换层通过物联网中间件与现有综合监测系统实现数据交换，数据交换层与超算平台的网络连接方式包括专用VPN、专用光纤和公网IP接入。

进一步地，现有综合监测系统包括地铁综合监控系统集成与互联的系统，包括火灾自动报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、电力监控系统（SCADA）及能源管理系统、综合安防系统（ISDS）、乘客资讯系统（PIS）、自动售检票系统（AFC），通信系统综合网管子系统、广播系统（PA）、屏蔽门系统（PSD）、NOCC大屏幕系统、信号系统（SIG）、时钟系统（CLK）、智能照明系统。

进一步地，现有综合监测系统的数据内容包括：

监测设施基础数据：包括从既有监测系统中通过数据接口获取的监测设施基础数据和从监测设施产品型号等获取并输入系统用于灾害知识库分析的技术参数数据；

监测设施实时监测数据：包括火灾报警系统监测的温度、烟雾及有害气体浓度、感温光纤监测的实时温度、给排水系统水管压力、集水池液位数据、空调通风系统的温湿度监测数据、视频监控系统监控视频和图像；

监测设施运行状态数据：包括运行、停止、故障，工作状态高速、低速、运行方向；

监测设施故障和报警数据：监测设施故障信息和报警信息。

进一步地，现有综合监测系统的数据内容的数据类型包括结构化和非结构化数据，结构化数据包括已有监测设施基础数据、实时监测数据以及设施设备相关运行状态数据，非结构化数据包括实时视频监控数据、本地录像数据、语音和图像识别各类不规则存储数据，其中，结构化数据是可以使用关系型数据库表示和存储，表现为二维形式的数据，非结构化数据是数据结构不规则或不完整，没有预定义的数据模型，不可使用数据库二维逻辑表来表现的数据，直接整体进行存储，存储格式为二进制的数据格式，结构化数据占全部数据量的20%，非结构化数据占比80%。

进一步地，数据交换层通过网络接入后，将根据用户具体资源和服务需要，开通相关账号及赋予账号相关硬件和软件调用权限，用户登录账号后，进行数据的上传下载和相关计算操作。

进一步地，基础设施层的数据存储采用分布式方法，由本地文件系统管理数据对象磁盘上的分布位置。

本发明数据采集系统具有如下有益效果：

1.建立基于现有地下基础设施监测技术，分析研究现有系统结构的逻辑、算法和精度，并实现与新设综合监测系统的有机融合；在数据层面，实现了数据融合和共享；在网络结构层面，实现了集成数据网络互连互通；在现有监测系统与本课题新建综合监测系统高度集成和融合进程中，实现了三个统一，即：统一资源分配和监测监控管理、统一调度指挥和分析决策、统一权限管理。

2.对不同的数据模式、决策逻辑、模型算法、精度标准以及感知层、传输层、分析层等，以多源监测数据为基础，实现数据无缝结合。通过技术整合、功能整合、数据整合、模式整合等进行设备、软件和信息数据要素的融合，解决不同系统之间的互联互通问题。

3.基于一种基于物联网采集中间件网关集成技术研究，减轻上层应用的数据处理负担，屏蔽分布式环境中横向及纵向的异构性，提高可移植性，系统的数据处理层被独立出来，同时能够屏蔽底层不同的服务细节，更加侧重于全面复杂底层协议动态适配转换和多维数据类型的扩展和接入兼容。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。

图1是本发明首选实施方式的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统的系统架构图；

图2是基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统与现有综合监测系统连接的示意图；

图3是本发明的通讯协议数据结构图。

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

如图1所示，本发明首选实施方式的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，包括：

基础设施层：作为系统底层支撑服务，提供系统的软件资源、硬件资源和网络资源的支持和管理，提供系统运维服务给系统运维人员进行问题定位与修复；

业务系统层：为系统运行进行业务逻辑支撑，采用可弹性扩展的模块架构设计，制定统一的业务系统接入标准，形成统一的接入规范；

数据交换层：采用ESB（Enterprise Service Bus，即企业服务总线），支持基于内容的路由和过滤，具备了复杂数据的传输能力，并提供一系列的标准接口，用于实现企业应用不同消息和信息的准确、高效和安全传递，ESB提供事件驱动和文档导向的处理模式，及分布式的运行管理机制；

流程管理层：通过业务流程管理（BPM），使用技术来改进产品、服务创新、提高客户响应时间，快速提高流程的敏捷性、可转移性和可重复性，制定统一的数据接入标准、数据传输接入规范，提高数据存储、查询、计算等数据流转的效率；流程管理层中制定多协议统一的数据接入标准和数据传输接入规范，以满足对既有系统中不同设备、不同子系统和不同专业对应的结构化及非结构化监测数据的集成与融合需求，从而为风险决策提供数据。

信息服务层：整合各专业用户，实现统一的人机交互页面，并通过统一安全权限认证技术，实现对操作人员级别控制和权限动态配置管理。

数据交换层包括物联网中间件，数据交换层通过物联网中间件与现有综合监测系统实现数据交换，数据交换层与超算平台的网络连接方式包括专用VPN、专用光纤和公网IP接入。

现有综合监测系统包括地铁综合监控系统集成与互联的系统，包括火灾自动报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、电力监控系统（SCADA）及能源管理系统、综合安防系统（ISDS）、乘客资讯系统（PIS）、自动售检票系统（AFC），通信系统综合网管子系统、广播系统（PA）、屏蔽门系统（PSD）、NOCC大屏幕系统、信号系统（SIG）、时钟系统（CLK）、智能照明系统。

现有综合监测系统的数据内容包括：

监测设施基础数据：包括从既有监测系统中通过数据接口获取的监测设施基础数据和从监测设施产品型号等获取并输入系统用于灾害知识库分析的技术参数数据；

监测设施实时监测数据：包括火灾报警系统监测的温度、烟雾及有害气体浓度、感温光纤监测的实时温度、给排水系统水管压力、集水池液位数据、空调通风系统的温湿度监测数据、视频监控系统监控视频和图像；

监测设施运行状态数据：包括运行、停止、故障，工作状态高速、低速、运行方向；

监测设施故障和报警数据：监测设施故障信息和报警信息。

现有综合监测系统的数据内容的数据类型包括结构化和非结构化数据，结构化数据包括已有监测设施基础数据、实时监测数据以及设施设备相关运行状态数据，非结构化数据包括实时视频监控数据、本地录像数据、语音和图像识别各类不规则存储数据，其中，结构化数据是可以使用关系型数据库表示和存储，表现为二维形式的数据，非结构化数据是数据结构不规则或不完整，没有预定义的数据模型，不可使用数据库二维逻辑表来表现的数据，直接整体进行存储，存储格式为二进制的数据格式，结构化数据占全部数据量的20%，非结构化数据占比80%。

数据交换层通过网络接入后，将根据用户具体资源和服务需要，开通相关账号及赋予账号相关硬件和软件调用权限，用户登录账号后，进行数据的上传下载和相关计算操作。

基础设施层的数据存储采用分布式方法，由本地文件系统管理数据对象磁盘上的分布位置。

具体地，在流程管理层中，将多协议统一标准通信协议定义如下：

所有的通讯包都是由 ASCII 码（汉字除外，采用 UTF-8 码，8 位，1 字节）字符组成。

通讯协议数据结构如图3所示。

通讯包结构组成：

数据包组成：

系统编码由两位取值 0~9、A~Z 的字符表示：

通用的命令编码，各模块的命令编码分别约定，通用命令编码方法：

项目编码说明：

设施编码说明：

传感器编号：

结构定义：

在数据区中，同一项目的不同分类值间用‘，’来分隔，不同项目之间用‘；’来分隔。

通用字段对照表：

本发明的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统针对地铁和地下综合体内的灾害事件，采用传感、测量与探测技术，建立综合监测平台，分析已有结构化和非结构的场景数据，通过各种感知技术进行数据识别、感知、分类传输、规则分析、存储与应用；与现有综合监测系统实现互调数据、相互监视、独立控制和应用场景决策和技术支持；分析研究现有系统感知层、传输层、分析层、决策层的逻辑、算法和精度，为风险决策提供数据；针对现有综合监测系统中不同设备和不同子系统以及不同专业对应的结构化和非结构化场景的数据，通过物联网数据融合网关集成中间件MQTT技术，实现多维感知数据融合和统一管理，最终解决不同系统之间的互联互通问题。

综上所述，本发明提出的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统能够兼容既有综合监控系统对电扶梯、水灾等场景的结构化数据，适应国标GB28181、ONVIF等标准协议，同时兼容各监测数主流设备厂家私有协议及专用SDK，并与远程大数据平台通信。能够满足项目对既有系统中不同设备和不同子系统以及不同专业对应的结构化和非结构化监测数据的集成与融合需求，为风险决策提供数据。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (8)

1.一种基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，其特征在于，包括：

基础设施层：作为系统底层支撑服务，提供系统的软件资源、硬件资源和网络资源的支持和管理，提供系统运维服务给系统运维人员进行问题定位与修复；

业务系统层：为系统运行进行业务逻辑支撑，采用可弹性扩展的模块架构设计，制定统一的业务系统接入标准，形成统一的接入规范；

数据交换层：采用ESB（Enterprise Service Bus，即企业服务总线），支持基于内容的路由和过滤，具备了复杂数据的传输能力，并提供一系列的标准接口，用于实现企业应用不同消息和信息的准确、高效和安全传递，ESB提供事件驱动和文档导向的处理模式，及分布式的运行管理机制；

流程管理层：通过业务流程管理（BPM），使用技术来改进产品、服务创新、提高客户响应时间，快速提高流程的敏捷性、可转移性和可重复性，制定统一的数据接入标准、数据传输接入规范，提高数据存储、查询、计算等数据流转的效率；

信息服务层：整合各专业用户，实现统一的人机交互页面，并通过统一安全权限认证技术，实现对操作人员级别控制和权限动态配置管理。

2.根据权利要求1所述的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，其特征在于，所述流程管理层中制定多协议统一的数据接入标准和数据传输接入规范，以满足对既有系统中不同设备、不同子系统和不同专业对应的结构化及非结构化监测数据的集成与融合需求，从而为风险决策提供数据。

3.根据权利要求1所述的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，其特征在于，所述数据交换层包括物联网中间件，所述数据交换层通过物联网中间件与现有综合监测系统实现数据交换，所述数据交换层与超算平台的网络连接方式包括专用VPN、专用光纤和公网IP接入。

4.根据权利要求3所述的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，其特征在于，所述现有综合监测系统包括地铁综合监控系统集成与互联的系统，包括火灾自动报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、电力监控系统（SCADA）及能源管理系统、综合安防系统（ISDS）、乘客资讯系统（PIS）、自动售检票系统（AFC），通信系统综合网管子系统、广播系统（PA）、屏蔽门系统（PSD）、NOCC大屏幕系统、信号系统（SIG）、时钟系统（CLK）、智能照明系统。

5.根据权利要求3所述的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，其特征在于，所述现有综合监测系统的数据内容包括：

监测设施基础数据：包括从既有监测系统中通过数据接口获取的监测设施基础数据和从监测设施产品型号等获取并输入系统用于灾害知识库分析的技术参数数据；

监测设施实时监测数据：包括火灾报警系统监测的温度、烟雾及有害气体浓度、感温光纤监测的实时温度、给排水系统水管压力、集水池液位数据、空调通风系统的温湿度监测数据、视频监控系统监控视频和图像；

监测设施运行状态数据：包括运行、停止、故障，工作状态高速、低速、运行方向；

监测设施故障和报警数据：监测设施故障信息和报警信息。

6.根据权利要求3所述的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，其特征在于，所述现有综合监测系统的数据内容的数据类型包括结构化和非结构化数据，结构化数据包括已有监测设施基础数据、实时监测数据以及设施设备相关运行状态数据，非结构化数据包括实时视频监控数据、本地录像数据、语音和图像识别各类不规则存储数据，其中，结构化数据是可以使用关系型数据库表示和存储，表现为二维形式的数据，非结构化数据是数据结构不规则或不完整，没有预定义的数据模型，不可使用数据库二维逻辑表来表现的数据，直接整体进行存储，存储格式为二进制的数据格式，所述结构化数据占全部数据量的20%，所述非结构化数据占比80%。

7.根据权利要求3所述的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，其特征在于，所述数据交换层通过网络接入后，将根据用户具体资源和服务需要，开通相关账号及赋予账号相关硬件和软件调用权限，用户登录账号后，进行数据的上传下载和相关计算操作。

8.根据权利要求1所述的基于多协议统一标准的城市地下基础设施数据采集系统，其特征在于，所述基础设施层的数据存储采用分布式方法，由本地文件系统管理数据对象磁盘上的分布位置。

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