CN113722400A - 一种基于群智感知的数据采集系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于群智感知的数据采集系统及方法，所述系统包括：数据采集子系统、数据存储子系统、数据传输子系统、用户身份管理子系统；所述方法包括：S1、数据的采集、传输和预处理；S2、将经过预处理操作后的数据，存储到对应的数据库内；S3、基于数据传输子系统，实现终端与服务器端的互联；S4、在所述终端中输入用户身份信息并进行传输，所述服务器端对所述输入的用户身份信息进行验证和新建用户的响应，实现终端和服务器端的相互协作。本发明通过采用不同的配置满足不同任务的需求，同时具备加密传输和数据预处理的功能，能满足多种应用场景的数据采集。

Description

一种基于群智感知的数据采集系统及方法
技术领域
本发明涉及人工智能技术领域，特别是涉及一种基于群智感知的数据采集系统及方法。
背景技术
群智感知(Crowd-Sensing)是结合了众包思想和移动设备感知能力的一种新的数据获取模式，同时也是物联网的一种表现形式。群智感知是指通过人们已有的移动设备形成交互式的、参与式的感知网络，并将感知任务发布给网络中的个体或群体来完成，从而帮助专业人员或公众收集数据、分析信息和共享知识。群智感知的理念就是要无意识协作，让用户在不知情的情况下完成感知任务，突破专业人员参与的壁垒。相较于传统的依赖于专业人士和专业设备的数据获取方法，采用群智感知的架构来实现数据获取，可以提高数据获取效率，进一步的降低数据获取成本，具有很大的应用空间。
现有的群智感知项目，大多都利用移动智能设备，例如：智能手机、智能手环和智能眼镜等。该类设备普及程度高，传感器技术较为成熟，更重要的是开发平台较为简单，有利于项目顺利实施。现有的部分导航软件也采用了类似的方式感知道路拥堵状况，当导航软件的用户量达到一定程度后，后端数据分析系统可以通过某个范围内大量用户移动速度减缓甚至趋于停止，来判断某个区域内道路拥堵状况。
当前的群智感知项目已具备一定的实用性，从宏观上来看还有一定的发展空间，也已经出现了一些面向用户、面向市场的群智感知项目。但现有的群智感知项目还没有发展出成熟的针对数据采集的实现方案，且现有设计方案的可扩展性不强，灵活性较弱，无法满足不同背景下的采集需求。
发明内容
本发明提供了一种基于群智感知的数据采集系统及方法，通过采用不同的配置满足不同任务的需求，同时具备加密传输和数据预处理的功能，能满足多种应用场景的数据采集。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于群智感知的数据采集系统，包括：
数据采集子系统：部署在终端，用于采集移动智能设备的传感器数据，并将所采集到的数据传输到数据存储子系统；
数据存储子系统：分别部署在终端和服务器端，包括终端数据暂存模块和服务器端数据存储模块，用于实现数据的存储或暂存功能；
数据传输子系统：包括部署在终端的数据传输模块和部署在服务器端的数据接收模块，用于实现数据的发送和接收；
用户身份管理子系统：部署在服务器端，用于实现用户的身份管理；
所述基于群智感知的数据采集系统是以Web服务器为中心节点、Android客户端为边缘节点的星型结构。
优选的，所述数据采集子系统包括加速度数据采集模块和位置数据采集模块，加速度数据采用Android自带的传感器监听API实现，位置数据采用电子地图的定位API实现。
优选的，所述数据采集子系统还包括预处理模块，用于处理所采集数据的冗余度。
优选的，所述数据存储子系统的工作模式包括：
在线模式：将存储的数据直接传输给服务器；
离线模式：将存储的数据暂存在本地数据库；
所述存储的数据包括传输的控制信息和采集得到的目标数据。
优选的，所述数据传输子系统用于：
将终端的数据通过所述数据采集子系统发送出去；
将终端数据库中的数据通过所述数据采集子系统实现重传功能；
服务器实现传输数据的接收。
优选的，所述用户身份管理子系统包括：
位于终端的身份信息输入模块和身份信息发送模块；
位于服务器端的身份信息接收、身份信息验证和验证信息反馈模块。
优选的，所述用户身份管理子系统用于用户身份认证、新建用户、用户信息修改以及删除用户。
一种基于群智感知的数据采集方法，包括以下步骤：
S1、通过数据采集子系统，得到加速度数据和位置数据以及传输的控制信息和目标数据，并对所述加速度数据和位置数据以及传输的控制信息和目标数据进行预处理操作，得到经过预处理操作后的数据；
S2、将经过预处理操作后传输的控制信息和得到的目标数据，通过数据存储子系统，存储到对应的数据库内；
S3、基于数据传输子系统，将所述经过预处理操作后传输的控制信息和得到的目标数据进行传输，用于实现终端与服务器端的互联；
S4、在所述终端中输入用户身份信息并进行传输，所述服务器端对所述输入的用户身份信息进行验证和新建用户的响应，实现终端和服务器端的相互协作。
优选的，对所述输入的用户身份信息进行验证具体包括：身份信息发送、身份信息系接收、身份信息校验和校验信息反馈。
本发明的有益效果为：
本发明通过采用具有一定可扩展性的数据采集系统，满足了多种场景下的使用需要，实现了包括数据加密在内的辅助功能，使得数据采集系统能灵活的应对不同的使用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明群智感知数据采集系统的功能模块示意图；
图2为本发明群智感知数据采集系统拓扑结构示意图；
图3为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种基于群智感知的数据采集系统，如附图1所示，具体包括：
(1)数据采集子系统：部署在终端，实现数据采集功能，包括两个模块加速度数据采集模块和位置数据采集模块。
本发明中采集的数据类型并不只针对单一数据，本发明采集的数据类型包括但不仅限于移动智能设备的传感器数据，这一类数据通常能以Android API的形式访问。
本发明中用到了两种传感器，首先是移动设备中普遍存在的加速度传感器，其次是基于GPS系统的位置传感器。
加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。总的来讲，加速度传感器可以将加速度变化用电信号的形式描述出来。
位置传感器，这里指的是基于GPS技术的一系列传感器，以及在此基础上产生的A-GPS(Assisted GPS，即辅助GPS)技术，通常由一些互联网公司，例如：百度(地图)和Google提供这一服务。GPS技术以及在此基础上的A-GPS技术，能通过卫星定位和地面基站校准等方式来获取用户所在地的经度、纬度和海拔等位置信息。
(2)数据存储子系统：实现数据存储功能的模块有两个，分别是终端数据暂存模块和服务器端数据存储模块，均实现数据存储(暂存)的功能。本实施例中包括终端数据暂存和服务器端数据存储两方面的存储结构。
服务器端的后台数据库是服务器端的关键组成部分，其中存储的数据分为两类，首先是用户的个人信息，或者说是传输的控制信息，这部分信息主要包括用户名、密码、用户登录的IP地址以及用于存储采集数据的数据库名称；其次是采集得到的目标数据，这部分数据主要存储在每个用户对应的采集数据库内。
(3)数据传输子系统：数据传输系统主要包括部署在终端的数据传输模块和部署在服务器端的数据接收模块，该系统实现数据的发送和接收。
数据传输部分兼顾了安全传输和实时性的特点，针对不同的任务采取不同的策略。数据传输子系统主要包括部署在终端的数据传输模块和部署在服务器端的数据接收模块，该系统实现数据的发送和接收。数据传输功能可以概括为三部分功能，第一部分，终端的数据通过数据采集子系统被发送出去；第二部分，终端数据库中的数据通过数据采集子系统实现重传功能；第三部分，服务器实现传输数据的接收。在实现数据传输时，本发明采用数据加密的方法对所传输的数据进行保护。
(4)用户身份管理子系统：实现用户的身份管理，实现用户的身份认证和新建用户等功能。用户身份管理子系统包括：位于终端的身份信息输入模块和身份信息发送模块；位于服务器端的身份信息接收、身份信息验证和验证信息反馈模块。用于用户身份认证、新建用户、用户信息修改以及删除用户。
身份认证要经过身份信息输入、身份信息发送、身份信息接收、身份信息验证以及验证信息反馈共五个步骤，这其中身份信息发送和身份信息接收两步骤需要借助数据传输子系统来实现。身份信息输入的功能只能在数据采集终端实现，在数据采集终端有专门的页面负责身份信息的输入，为保证系统功能和方便数据处理，在数据采集终端身份信息的输入有一定的格式，只有输入的身份信息满足要求的格式才能进行下一步工作。
身份信息的验证是在服务器端进行的，这部分的功能主要是通过对服务器端数据库中的数据进行比对。该步骤涉及到后端数据库的检索操作，之后还需要将检索结果返回客户端，由客户端进行下一步操作。
新用户的创建同样也是在服务器端实现的，新用户创建的实现方法基本与身份信息验证相同。在与服务器端数据库中的数据进行对比之后，还要进行新用户的插入，最后要将新用户身份信息的插入结果返回客户端。
身份认证子系统的操作需要终端程序和服务器端程序协作来实现，在终端的Android APP中实现身份信息的输入和传输，并做好对返回结果的响应。服务器端程序要分别实现对用户身份验证和新建用户的响应，介于两者的实现步骤重叠度高，在实现时应考虑以辅助函数的形式实现重叠的功能。
本实施例采用C/S架构，因此本发明拓扑结构是一个以Web服务器为中心节点、Android客户端为边缘节点的星型结构，系统的拓扑结构如附图2所示。
基于C/S架构，数据采集子系统应作为客户端部署在终端设备上，本实施例采用Android自带的传感器接口获取加速度数据，采用百度地图提供的API获取位置数据，最后采用在Android端普遍使用的SQLite3数据库作为数据暂存的数据库。
本发明还提供一种基于群智感知的数据采集方法，如附图3所示，包括以下步骤：
S1、通过数据采集子系统，得到加速度数据和位置数据以及传输的控制信息和目标数据，并对所述加速度数据和位置数据以及传输的控制信息和目标数据进行预处理操作，得到经过预处理操作后的数据；
实现数据采集功能，包括两个子模块加速度数据采集模块和位置数据采集模块。数据采集的实现逻辑较为简单，采集的数据主要是加速度数据和位置数据，其中加速度数据采用Android自带的传感器监听API实现，位置数据采用百度地图的定位API实现。
本实施例中采用IntelliJ IDEA作为开发工具，首先，申请与采集数据相关的服务；其次，获取数据采集的管理或控制对象；之后，改写传感器值发生变化的响应方法；最后，当传感器值发生变化时执行相应的响应方法。
S2、将经过预处理操作后传输的控制信息和得到的目标数据，通过数据存储子系统，存储到对应的数据库内；
S3、基于数据传输子系统，将所述经过预处理操作后传输的控制信息和得到的目标数据进行传输，用于实现终端与服务器端的互联；
服务器端的数据接收功能是依靠SSM框架的底层实现的，大大简化了传输的任务量。在这种情况下，数据接收的实现方法非常简单，仅仅需要在系统的配置文件中写入连接采用的协议以及相关文件，之后在控制层设定相应的响应方法即可。
S4、在所述终端中输入用户身份信息并进行传输，所述服务器端对所述输入的用户身份信息进行验证和新建用户的响应，实现终端和服务器端的相互协作。
身份验证这一功能的工作流程包括身份信息发送、身份信息接收、身份信息校验和校验信息反馈共四个过程。
(1)身份信息发送
身份信息的发送在终端的数据采集系统中完成，该阶段终端程序会收集用户输入的身份信息(主要是账号和密码)之后通过加密传输发送到服务器端的特定端口。
(2)身份信息接收
当服务器接收到客户端的身份验证请求之后，服务器会调用前端(Controller层)的confirm方法，该方法会调用Service层的用户查找方法。
(3)身份信息校验
该步骤的实现依赖于Service层的用户查找方法，该方法会执行Mapper层的数据库查询操作，查找user表中是否有账号密码均符合的用户，并返回数据库的查询结果。
(4)校验信息反馈
前端Controller层的confirm方法会根据服务层的查询结果进行信息的反馈，如果查询结果为空即用户表中不存在该用户或者用户名和密码不匹配，此时将返回包含校验失败信息的html文件；若存在查询结果，将会返回包含校验成功信息的html文件。
本发明通过采用具有一定可扩展性的数据采集系统，满足了多种场景下的使用需要，实现了包括数据加密在内的辅助功能，使得数据采集系统能灵活的应对不同的使用场景。
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于群智感知的数据采集系统，其特征在于，包括：
数据采集子系统：部署在终端，用于采集移动智能设备的传感器数据，并将所采集到的数据传输到数据存储子系统；
数据存储子系统：分别部署在终端和服务器端，包括终端数据暂存模块和服务器端数据存储模块，用于实现数据的存储或暂存功能；
数据传输子系统：包括部署在终端的数据传输模块和部署在服务器端的数据接收模块，用于实现数据的发送和接收；
用户身份管理子系统：部署在服务器端，用于实现用户的身份管理；
所述基于群智感知的数据采集系统是以Web服务器为中心节点、Android客户端为边缘节点的星型结构。
2.根据权利要求1所述的基于群智感知的数据采集系统，其特征在于，所述数据采集子系统包括加速度数据采集模块和位置数据采集模块，加速度数据采用Android自带的传感器监听API实现，位置数据采用电子地图的定位API实现。
3.根据权利要求1或2所述的基于群智感知的数据采集系统，其特征在于，所述数据采集子系统还包括预处理模块，用于处理所采集数据的冗余度。
4.根据权利要求1所述的基于群智感知的数据采集系统，其特征在于，所述数据存储子系统的工作模式包括：
在线模式：将存储的数据直接传输给服务器；
离线模式：将存储的数据暂存在本地数据库；
所述存储的数据包括传输的控制信息和采集得到的目标数据。
5.根据权利要求1所述的基于群智感知的数据采集系统，其特征在于，所述数据传输子系统用于：
将终端的数据通过所述数据采集子系统发送出去；
将终端数据库中的数据通过所述数据采集子系统实现重传功能；
服务器实现传输数据的接收。
6.根据权利要求4所述的基于群智感知的数据采集系统，其特征在于，所述用户身份管理子系统包括：
位于终端的身份信息输入模块和身份信息发送模块；
位于服务器端的身份信息接收、身份信息验证和验证信息反馈模块。
7.根据权利要求6所述的基于群智感知的数据采集系统，其特征在于，所述用户身份管理子系统用于用户身份认证、新建用户、用户信息修改以及删除用户。
8.一种基于群智感知的数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过数据采集子系统，得到加速度数据和位置数据以及传输的控制信息和目标数据，并对所述加速度数据和位置数据以及传输的控制信息和目标数据进行预处理操作，得到经过预处理操作后的数据；
S2、将经过预处理操作后传输的控制信息和得到的目标数据，通过数据存储子系统，存储到对应的数据库内；
S3、基于数据传输子系统，将所述经过预处理操作后传输的控制信息和得到的目标数据进行传输，用于实现终端与服务器端的互联；
S4、在所述终端中输入用户身份信息并进行传输，所述服务器端对所述输入的用户身份信息进行验证和新建用户的响应，实现终端和服务器端的相互协作。
9.根据权利要求8所述的基于群智感知的数据采集方法，其特征在于，对所述输入的用户身份信息进行验证具体包括：身份信息发送、身份信息系接收、身份信息校验和校验信息反馈。
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