一种基于物联网的水利场景分析模型及方法
【专利摘要】本发明公开一种基于物联网的水利场景分析模型及方法，模型：水利场景构造模块，按指定区域和时刻，依场景中全部或部分对象按标识将数据中心相关信息一次抽取集成，形成特定时空维度下的场景模式；水利对象编码模块对每个水利对象编码；水利场景分析模块，选择相应的区域、时刻，寻找区域内的对象，确定各对象的粒度，综合查询组织所有对象的属性，形成水利场景信息的过程。方法是通过确定自然场景下的特定区域，查找区域内的全部水利对象，并对其进行编码，构造水利场景；选择构造的场景中某些或全部对象的属性作为场景的特征，对其作场景推演、场景相似性分析、关联分析、场景变换、场景再现等场景分析，最后通过场景可视化来展示场景状态。
【专利说明】一种基于物联网的水利场景分析模型及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及面向水利数据中心的一种基于物联网的水利场景分析模型及其实现方法。本发明依托水利数据中心资源，构造因果分析与关联分析相结合的应用新模式。本发明属于计算机技术应用领域，尤其涉及水利物联网应用。
【背景技术】
[0002]随着信息采集技术和网络的飞速发展，特别是空天高分遥感和物联网带来的“广泛感知”，使得水利信息无论是数量还是类型都在不断地极大丰富，水利大数据时代正在到来。智慧水利的建设，也对水利信息的分析应用提出了更高的要求。在线分析、数字模拟等类型的应用，主要是因果关系的分析，而基于所谓科学研究第四范式的大规模关联分析，正在成为大数据条件下信息应用的主流。对于水利信息而言，依托水利数据中心资源，构造因果分析与关联分析相结合的应用新模式，已经成为水利数据中心发挥应有作用的重要趋势之一 O
[0003]传统水利数据分析主要针对某一特定水利对象，基于结构化数据的挖掘分析,诸如水文时间序列相似性查找、洪峰量级预测等，并没有结合周围所有水利对象综合分析，即水利场景分析，更没有考虑视频、图像等非结构化数据的综合分析处理，这些使得水利对象分析和处理的要素不足，预测准确性不高，影响了高层水利决策的选择。因此，如何发明一种基于物联网的水利场景分析模型及其实现方法，正是发明人需要解决的问题。
【发明内容】
[0004]发明目的:针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于物联网的水利场景分析模型及其实现方法，以基于物联网标识和大数据支持下的数字场景生成与应用为重点，因果分析与关联推演相结合的数据中心应用新模式，便于快速实时地处理和精细动态地分析水利大数据，解决宏观水利情势研判等问题，满足各类水利决策的需要。
[0005]技术方案:一种基于物联网的水利场景分析模型，包括水利场景构造模块、水利对象编码模块和水利场景分析模块；
[0006]水利场景构造模块，按指定区域和时刻，依据场景中全部或部分对象按标识将数据中心相关信息一次抽取集成,形成特定时空维度下的场景模式；水利对象编码模块，以全球通用的EPC通用标识符GID-96编码结构对每个水利对象编码，使其具有全球唯一的身份标识即Wid，以用于水利对象编码和后续的场景分析；水利场景分析模块，选择相应的区域(领域)、时刻，寻找区域内的对象，确定各对象的粒度(基本对象或复合对象)，根据对象元数据，综合查询组织所有对象的属性，形成水利场景信息(数据集合)的过程。
[0007]所述水利场景构造模块，包括区域选择单元、区域对象查找单元、对象赋码单元和场景生成单元。其中，区域选择单元通过地图操作或人工确定对象范围；区域对象查找单元查找区域内包含的水利对象，也可将所选区域定义为一类复合型水利对象；对象赋码单元是对区域内的所有水利对象编码，也可对整个区域编码，形成基于Wid编码的水利场景对象关系；场景生成单元是基于Wid编码定义一个或多个给定时刻的水利场景，供水利场景分析使用。
[0008]所述水利对象编码模块，包括编码生成单元、编码解析单元和编码维护单元；其中，编码生成单元按编码规则为相应的对象(设备、设施等)生成相应Wid编码，及时锁定分配的Wid编码，并将被编码对象的基本信息存入相应的数据库；编码解析单元接受用户按Wid编码查询对象基本特性或通过基本特性查询Wid编码；编码维护单元接受管理者对编码进行增加、删除和修改操作。
[0009]所述水利场景分析模块，包括场景特征提取单元、场景推演单元、场景相似性分析单元、关联分析单元、场景变换单元、场景再现单元和场景可视化单元。其中，场景特征提取单元选择场景中某些或全部对象的属性作为场景的特征，用于表征场景的状态及其变化；场景推演单元根据Sw (D，t)的状态推断Sw (D，t+At)的状态或其反演；场景相似性分析单元通过场景特征，定义相似性，查找相似的场景；关联分析单元是在场景中的对象间进行关联研判，寻找推动场景状态变化或保持稳定的对象关系；场景变换单元是缩小或放大场景的指定区域，或者增加或减小场景中对象的粒度，或者增加或减少场景中的对象；场景再现单元是向前或向后顺序改变同一指定区域场景的指定时刻；场景可视化单元是应用各类信息可视化技术，展示场景的状态。
[0010]一种基于物联网的水利场景分析方法，包括如下步骤:
[0011]S-1水利场景构造，具体包括如下步骤:
[0012]S-1-1通过地图操作或人工确定特定区域；
[0013]S-1-2查找给定区域内包含的水利对象，所选区域也可定义为一类复合型水利对象；
[0014]S-1-3判断步骤S-1-2所有水利对象和区域是否已编码，若全部已经编码，转向S-1-4，否则转向步骤S-2 ；
[0015]S-1-4形成基于Wid编码的水利场景对象关系；
[0016]S-1-5基于Wid编码定义一个或多个给定时刻的水利场景,且定义如下:水利场景是一个信息集合，用于描述给定区域(范围)内、给定时刻各类水利对象的状态。即:
[0017]Sii (D,I) = {Dx / X O} λ O C= D λ 0(1;) e [1-Δ 1., t]
[0018]上式中:SW:水利场景；D:给定区域，可以是地理范围，也可以是关注的水利业务领域，或者是两者的结合:给定的时刻；0:给定区域内的水利对象，可以用水利物联网标识编码唯一标识；O (t):给定时刻水利对象的状态；At:时间增量。
[0019]S-2水利对象编码，具体包括如下步骤:
[0020]S-2-1用户向水利管理部门,提出水利对象编码申请；
[0021]S-2-2若接受用户申请，转向S-2-3，否则结束；
[0022]S-2-3水利管理部门按编码规则为水利对象生成相应Wid编码，并及时锁定分配的Wid编码；
[0023]S-2-4将被编码对象的基本信息存入相应的数据库；
[0024]S-3水利场景分析，具体包括如下步骤:
[0025]S-3-1选择场景中某些或全部对象的属性作为场景的特征；
[0026]S-3-2选择场景分析类型，若为场景推演转向步骤S-3-3，若为场景相似性分析转向步骤S-3-4，若为关联分析转向步骤S-3-5，若为场景变换转向步骤S-3-6，若为场景再现转向步骤S-3-7 ；
[0027]S-3-3根据Sw (D，t)的状态推断Sw(D，t+At)的状态或其反演，先定义当前时刻的场景状态3￥(0，0 ;根据Sw(D，t)，推断下一个时刻3￥(03+八0或反演前一个时刻的场景Sw (D, t-At)。
[0028]S-3-4通过场景特征，定义并查找相似的场景，先根据S-3-1确定场景特征；然后定义一组包含几个相同特征的场景即为相似场景；最后再查找历史上具有上述几个相同特征的场景即相似场景。
[0029]S-3-5在场景中的对象间进行关联研判，先查找场景中的对象；然后寻找推动场景状态变化或保持稳定的对象；再获取推动场景状态变化或保持稳定的关键对象；最后获取关键对象间的关联关系。
[0030]S-3-6缩小或放大场景的指定区域，或者增加或减小场景中对象的粒度，或者增加或减少场景中的对象；
[0031]S-3-7向前或向后顺序改变同一指定区域场景的指定时刻；
[0032]S-3-8展示场景的状态；
[0033]S-4 结束。
[0034]本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果:以全球通用的EPC通用标识符GID-96编码结构对每个水利对象编码，使其具有全球唯一的身份标识即Wid，以用于水利物联网；在指定区域内，依据场景中全部或部分对象按标识将数据中心相关信息一次抽取集成，形成特定时空维度下的场景模式；选择相应的区域(领域)、时刻，寻找区域内的对象，确定各对象的粒度(基本对象或复合对象)`，根据对象元数据，综合查询组织所有对象的属性，形成水利场景信息(数据集合)的过程，便于快速实时地处理和精细动态地分析水利大数据，解决宏观水利情势研判等问题，满足各类水利决策的需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为本发明的基于物联网的水利场景分析方法的流程图；
[0036]图2为本发明实施例的基于物联网的水利场景分析模型的架构图；
[0037]图3Wid编码生成流程图；
[0038]图4为本发明实施例的基于物联网的水利场景分析模型的实施图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0040]如图1所示，基于物联网的水利场景分析方法，包含如下步骤:
[0041]S-1水利场景构造，具体包括如下步骤:
[0042]S-1-1通过地图操作或人工确定特定区域；
[0043]S-1-2查找特定区域内包含的水利对象，所选区域也可定义为一类复合型水利对象；[0044]S-1-3判断步骤S-1-2所有水利对象和区域是否已编码，若全部已经编码，转向S-1-4，否则转向步骤S-2 ；
[0045]S-1-4形成基于Wid编码的水利场景对象关系；
[0046]S-1-5基于Wid编码定义一个或多个给定时刻的水利场景,且定义如下:水利场景是一个信息集合，用于描述给定区域(范围)内、给定时刻各类水利对象的状态。即:
[0047]5, (0,1) = {Dx/ X O} λ O e Da O⑴ e [t-Δ t, t]
[0048]上式中:SW:水利场景；D:给定区域，可以是地理范围，也可以是关注的水利业务领域，或者是两者的结合:给定的时刻；0:给定区域内的水利对象，可以用水利物联网标识编码唯一标识；O (t):给定时刻水利对象的状态；At:时间增量。
[0049]S-2水利对象编码，具体包括如下步骤:
[0050]S-2-1用户向水利管理部门,提出水利对象编码申请；
[0051]S-2-2若接受用户申请，转向S-2-3，否则结束；
[0052]S-2-3水利管理部门按编码规则为水利对象生成相应Wid编码，并及时锁定分配的Wid编码；
[0053]S-2-4将被编码对象的基本信息存入相应的数据库；
[0054]S-3水利场景分析，具体包括如下步骤:
[0055]S-3-1选择场景中某些或全部对象的属性作为场景的特征；
[0056]S-3-2选择场景分析类型，若为场景推演转向步骤S-3-3，若为场景相似性分析转向步骤S-3-4，若为关联分析转向步骤S-3-5，若为场景变换转向步骤S-3-6，若为场景再现转向步骤S-3-7 ；
[0057]S-3-3根据Sw (D, t)的状态推断Sw (D, t+ Δ t)的状态或其反演；
[0058]S-3-4查找相似的场景；
[0059]S-3-5在场景中的对象间进行关联研判；
[0060]S-3-6缩小或放大场景的指定区域，或者增加或减小场景中对象的粒度，或者增加或减少场景中的对象；
[0061]S-3-7向前或向后顺序改变同一指定区域场景的指定时刻；
[0062]S-3-8展示场景的状态；
[0063]S-4 结束。
[0064]如图2所示，为本发明实施例的基于物联网的水利场景分析模型的架构图。
[0065](I)水利场景构造模块
[0066]通过区域选择单元，采用地图操作或人工确定特定区域；通过区域对象查找单元在所选择的特定区域内查找水利对象；通过水利对象编码模块，对特定区域选定的所有水利对象编码，形成基于Wid编码的水利场景对象关系；按指定区域和时刻，依场景中全部或部分对象按标识将数据中心相关信息一次抽取集成，形成特定时空维度下的场景模式，最终用于水利场景分析模块。
[0067]( 2 )水利对象编码模块
[0068]如图3所不,编码生成单兀,为特定区域未编码的水利对象编码,生成相应Wid编码，及时锁定分配的Wid编码，并将被编码对象的基本信息存入相应的数据库；编码解析单元接受用户按Wid编码查询对象基本特性或通过基本特性查询Wid编码；编码维护单元接受管理者对编码进行增加、删除和修改操作。
[0069](3)水利场景分析模块
[0070]场景特征提取单元选择已构建场景中某些或全部对象的属性作为场景的特征，用于表征场景的状态及其变化；场景推演单元可以根据Sw(D，t)的状态推断Sw(D，t+At)的状态或其反演；场景相似性分析单元可以根据场景特征，查找相似的场景；关联分析单元可以在场景中的对象间进行关联研判，寻找推动场景状态变化或保持稳定的对象关系；场景变换单元可以缩小或放大场景的指定区域，或者增加或减小场景中对象的粒度，或者增加或减少场景中的对象；场景再现单元可以向前或向后顺序改变同一指定区域场景的指定时亥Ij ;最终，场景可视化单元应用各类信息可视化技术，展示场景的状态。
[0071]如图4所示，为本发明实施例的基于物联网的水利场景分析模型的实施图。
[0072]水利场景构造模块，某水库周围的自然场景，包括水库、水文站、水电站、气象站、水闸、监控视频点、土壤、地貌等；区域选择单元通过地图操作(一幅地图上圈定一块区域作为区域选择单元)或人工确定特定区域；区域对象查找单元，在特定区域内选择水库、水文站、水电站、气象站、水闸、监控视频点作为查找的未编码水利对象；对象赋码单元对特定区域选定的未编码水利对象编码，形成基于Wid编码的水利场景对象关系；场景生成单元按指定区域和时刻，依场景中全部或部分对象按标识将数据中心相关信息一次抽取集成，形成特定时空维度下的场景模式。
[0073]水利对象编码模块，编码生成单元按Wid编码生成流程图为水库、水文站、水电站、气象站、水闸、监控视频点编码，并生成相应Wid编码，及时锁定分配的Wid编码，并将被编码对象的基本信息存入相应的数据库；编码解析单元接受用户按Wid编码查询对象基本特性或通过基本特性查询Wid编码；编码维护单元对编码进行增加、删除、修改操作，建立并维护基于Wid编码的对象基本元数据。
[0074]水利场景分析模块，选择已构建场景中某些或全部对象的属性作为场景的特征，用于表征场景的状态及其变化；可以根据Sw(D，t)的状态推断Sw(D，t+At)的状态或其反演；可以根据场景特征，查找相似的场景；可以在场景中的对象间进行关联研判，寻找推动场景状态变化或保持稳定的对象关系；可以缩小或放大场景的指定区域，或者增加或减小场景中对象的粒度，或者增加或减少场景中的对象；可以向前或向后顺序改变同一指定区域场景的指定时刻；最终，应用各类信息可视化技术，展示场景的状态。
【权利要求】
1.一种基于物联网的水利场景分析模型，其特征在于，包括水利场景构造模块、水利对象编码模块和水利场景分析模块； 水利场景构造模块，按指定区域和时刻，依据场景中全部或部分对象按标识将数据中心相关信息一次抽取集成，形成特定时空维度下的场景模式；水利对象编码模块，以全球通用的EPC通用标识符GID-96编码结构对每个水利对象编码，使其具有全球唯一的身份标识即Wid，以用于水利对象编码和后续的场景分析；水利场景分析模块，选择相应的区域、时亥IJ，寻找区域内的对象，确定各对象的粒度，根据对象元数据，综合查询组织所有对象的属性，形成水利场景信息的过程。
2.如权利要求1所示的基于物联网的水利场景分析模型，其特征在于，水利场景构造模块，主要由区域选择单元、区域对象查找单元、对象赋码单元和场景生成单元组成； 区域选择单元通过地图操作或人工确定区域范围；区域对象查找单元查找区域内包含的水利对象，也可将所选区域定义为一类复合型水利对象；对象赋码单元是对区域内的所有水利对象编码，也可对整个区域编码，形成基于Wid编码的水利场景对象关系；场景生成单元是基于Wid编码定义一个或多个给定时刻的水利场景，供水利场景分析使用。
3.如权利要求1所示的基于物联网的水利场景分析模型，其特征在于，水利对象编码模块，主要由编码生成单元、编码解析单元和编码维护单元组成； 所述编码生成单元按编码规则为相应的对象生成相应Wid编码，及时锁定分配的Wid编码，并将被编码对象的基本信息存入相应的数据库；编码解析单元接受用户按Wid编码查询对象基本特性或通过基本特性查询Wid编码；编码维护单元接受管理者对编码进行增加、删除和修改操作。
4.如权利要求1所示的基于物联网的水利场景分析模型，其特征在于，所述水利场景分析模块，包括场景特征提取单元、场景推演单元、场景相似性分析单元、关联分析单元、场景变换单元、场景再现单元和场景可视化单元；其中，场景特征提取单元选择场景中某些或全部对象的属性作为场景的特征`，用于表征场景的状态及其变化；场景推演单元根据Sw(D, t)的状态推断Sw(D，t+At)的状态或其反演；场景相似性分析单元通过场景特征，定义相似性，查找相似的场景；关联分析单元是在场景中的对象间进行关联研判，寻找推动场景状态变化或保持稳定的对象关系；场景变换单元是缩小或放大场景的指定区域，或者增加或减小场景中对象的粒度，或者增加或减少场景中的对象；场景再现单元是向前或向后顺序改变同一指定区域场景的指定时刻；场景可视化单元是应用各类信息可视化技术，展示场景的状态。
5.一种基于物联网的水利场景分析方法，其特征在于包括如下步骤: S-1水利场景构造，具体包括如下步骤: S-1-1通过地图操作或人工确定特定区域； S-1-2查找给定区域内包含的水利对象，所选区域也可定义为一类复合型水利对象； S-1-3判断步骤S-1-2所有水利对象和区域是否已编码，若全部已经编码，转向S-1-4，否则转向步骤S-2 ； S-1-4形成基于Wid编码的水利场景对象关系； S-1-5基于Wid编码定义一个或多个给定时刻的水利场景,且定义如下:水利场景是一个信息集合，用于描述给定区域(范围)内、给定时刻各类水利对象的状态；即:5； (D，I) = {Dx ? X 0} λ O c D λ 0(1) e [t- Δ ι ι] 上式中:SW:水利场景；D:给定区域，可以是地理范围，也可以是关注的水利业务领域，或者是两者的结合:给定的时刻；0:给定区域内的水利对象，可以用水利物联网标识编码唯一标识；0(t):给定时刻水利对象的状态；At:时间增量； S-2水利对象编码，具体包括如下步骤: S-2-1用户向水利管理部门，提出水利对象编码申请； S-2-2若接受用户申请，转向S-2-3，否则结束； S-2-3水利管理部门按编码规则为水利对象生成相应Wid编码，并及时锁定分配的Wid编码； S-2-4将被编码对象的基本信息存入相应的数据库； S-3水利场景分析，具体包括如下步骤: S-3-1选择场景中某些或全部对象的属性作为场景的特征； S-3-2选择场景分析类型，若为场景推演转向步骤S-3-3，若为场景相似性分析转向步骤S-3-4，若为关联分析转向步骤S-3-5，若为场景变换转向步骤S-3-6，若为场景再现转向步骤S-3-7 ； S-3-3根据S w (D，t)的状态推断Sw (D，t+At)的状态或其反演； S-3-4通过场景特征，定义并查找相似的场景； S-3-5在场景中的对象间进行关联研判； S-3-6缩小或放大场景的指定区域，或者增加或减小场景中对象的粒度，或者增加或减少场景中的对象； S-3-7向前或向后顺序改变同一指定区域场景的指定时刻； S-3-8展不场景的状态；
S-4结束。
【文档编号】G06F17/30GK103886516SQ201410090575
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】岳兆新, 艾萍, 周惠, 马龙, 冯鹏, 曾顺, 吴军斓, 丁青云, 王雪姣 申请人:河海大学