一种异构感知数据的动态适配接入方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智慧城市异构数据集成与共享技术领域，特别涉及一种异构感知数据 的动态适配接入方法。
【背景技术】
[0002] 智慧城市通过信息技术手段，动态监测、分析整合和利用城市各部分的数据，实现 对城市生活环境的透彻感知、城市资源的全面调控、城市中各个部分协调配合。当出现应 急突发情景，如自然灾害、事故灾难、公共卫生、社会安全等突发事件，智慧城市一般通过应 急响应避免大财产损失和严重的人员伤亡。然而，各行业部门、企业和个人都布设了各种 各样的传感器，传感器数据的采集、传输和发布等也呈现多种形式，导致各种数据的存在形 式、来源和记录格式也各不相同，城市感知数据呈现异构性。异构性体现在以下几个方面： 1)数据的表达形式多样，体现在不同应用领域，数据的行业标准不同，封装的格式不同；2) 数据的传输协议多样，例如有基于tcp、http的数据传输协议，3)数据的来源多样，除了物 理传感器外，还有虚拟传感器，如权威部门中国气象，通过网络定期发布气象预报或实时气 象数据。由此可见，城市管理数据来源多、类型杂、体量大，为了实现智慧城市各类信息资源 包括传感器资源的有效整合与应用，需要构建统一有效的异构数据接入，为城市时空实体 (如基础地理实体、城市基础设施、移动目标等）和时空事件（如交通流量、人群聚集、空气 质量等）提供有效的信息服务和决策支持。
[0003] 针对城市建设中感知数据的异构性问题，用标准化的元数据来统一管理分散的数 据资源，并基于网络实现数据资源共享与服务，该模式的解决方式，得到了普遍理解和认 同。开放地理空间信息联盟的传感器网整合框架（SWE,SensorWebEnhancement)是上述 解决方式最典型体系，SWE不仅定义了标准化的元数据，同时，通过定义一系列信息共享方 面的网络服务标准（OGCWebService，0WS)，如WCS、WSC和SLD等多个0WS，实现了所有类 型的传感器、变送器、传感数据仓库，可发现、可接入、可使用。SWE定义的传感器标记语言 (SensorMarkupLanguage，SensorML)和观测与测量标准（Observations&Measurements， 0&M)消除了数据表达多样导致的数据只能被专有应用使用的问题，消除了信息孤岛现象， 为城市运营提供了完整综合性数据服务。开放地理空间信息联盟所发布的系列标准已得到 广泛认同，成为事实上的工业标准。
[0004] 但是，SWE主要是面向用户提供传感器信息及其数据的查询，与各类传感器的连接 主要通过中间件实现。传感器接入到SWE服务时，仍需要做适配工作，将传感器协议转换成 SWE协议。由于数据协议和来源的多样性，当感知数据与SWE的服务连接时，仍然需要大量 人工操作和重复性开发，而且，SWE规范中没有明确定义适配的方法和具体位置，自动适配 的问题仍没有得到解决。这将导致城市传感网建设时，需要大量人工操作为每个传感器进 行协议转换，工作量巨大。在智慧城市建设中，包括物理传感器与虚拟传感器在内，需要为 成千上万的传感器提供异构的感知数据。人工协议转换的方式效率低，严重阻碍智慧城市 的发展进程。因此，需要设计一种感知数据适配接入的方法，使异构数据自动适配接入，减 少复杂的人工操作，以解决异构感知数据接入效率低下的问题，实现传感器的"即插即用"。
[0005] 为了实现异构感知数据的接入，国内外不少机构均开展了相关研宄，并取得了一 定的成果。美国蒙特利海湾研宄所（MontereyBayAquariumResearchlnstitue，MBARI) 设计并实现了一种硬件设备Puck，其中存储了传感器的元数据驱动等信息，元数据信息包 SWE的SensorML信息，然后将Puck内置或者外接在传感器上，从而实现传感器与元数据的 硬件绑定，系统将自动从设备Puck中检索这些信息并自动完成传感器的适配，从而实现传 感器的即插即用。但是，这种硬件解决方法，需要改造传感器的硬件结构，成本较高，因此， 无法在智慧城市中广泛应用。
[0006] 蔡永娟等人在《基于SensorML和IEEE1451的新型传感器网络标准研宄》中一类 通过创建映射规则进行协议转换的方法被提出，这类方法将底层协议转换成SWE协议，一 定程度上实现了数据的自动接入，但该方法依赖固定的映射模板，当感知数据源发生变化 时，原有的映射规则将不能适用。
[0007] 李秀等人在《一种支持传感器即插即用的动态适配器方法》提出一种支持传感器 动态适配器方法。该方法建立面向集成的传感器信息模型（UniversalSensorDescriptor forIntegration，USDI)，通过该模型在SWE和IEEE1451之上提出的一种支持传感器动 态适配器方法。IEEE1451侧重于传感器硬件接口的标准化，且倾向于底层的设计，不能为 逻辑意义上传感器（虚拟传感器）提供额外描述信息。该方法没有考虑到数据来源的多样 性，只实现了异构物理传感器感知数据的接入。
[0008] 以上方法没有很好的解决异构感知数据适配接入难题，即数据表达多样、数据的 传输协议多样与数据来源多样性导致的感知数据获取方式与解译方法不确定问题。
【发明内容】
[0009] 本发明要解决的核心问题是：动态地根据异构感知数据生成适配器，适配器与传 感器直接通信，实现异构感知数据动态接入至SWE服务；为了解决上述技术问题，本发明提 供了一种异构感知数据的动态适配接入方法。
[0010] 本发明所采用的技术方案是：一种异构感知数据的动态适配接入方法，其特征在 于，包括以下步骤：
[0011] 步骤1 :建立面向SWE数据接入的异构传感器信息模型（HeterogeneousSensor InformationModel,HSIM)，并实例化异构传感器信息模型；
[0012] 步骤2 :根据实例进行传感器注册；
[0013] 步骤3:传感器信息管理；
[0014] 步骤4 :根据实例，查询方法库，配置和组合与传感器连接方法、数据译码方法，动 态生成适配器；
[0015] 步骤5 :动态适配器与传感器进行交互；
[0016] 步骤6 :数据服务管理器通过SWE服务接口进行数据交互。
[0017] 作为优选，步骤1中所述的HSM模型使用XML序列化，包括：约束信息、传感器设 备标识信息、观测过程信息、传感器联系信息、传感器能力信息；所述的约束信息包括共享 约束级别和有效时间约束范围，用于描述传感器以及传感器数据使用的包括安全、共享、可 操作的约束条件；所述的传感器设备标识信息包括传感器的标示符、传感器的观测特征、传 感器的型号、传感器的用途和传感器的地理位置信息，用于快速识别可用的传感器观测资 源；传感器的观测特征包括观测状态、观测性质和观测结果；观测过程信息用于描述传感 器进行观测时所需的输入信息、参数信息、处理方法和输出信息；输出信息包括输出数据结 构和输出度量单位，用于描述数据的封装方式；处理方法包括处理方法名称和处理方法描 述，令所述的传感器作为系统，观测现象作为输入，观测值为输出，则系统处理过程为物理 传感器或者虚拟传感器的数据处理过程，处理方法用于描述数据处理方式，即用于说明数 据来自于物理或虚拟传感器；参数信息包括字段标识、字段名称、字段数据类型、字段炜度， 用于给出解析观测数据所需要的参数与标识；传感器联系信息包括传感器的归属单位、负 责人联系电话和负责人联系地址；传感器能力信息包括观测能力和通信能力；通信能力包 括传输协议和通信接口，用于说明数据传输的协议，基于TCP的通信协议传输时，通信接口 即为socket连接时使用的端口号；基于HTTP通信协议传输时，通信接口即为HTTP请求的 URL地址；观测能力包括采样间隔、观测精度、观测范围、观测对象和观测属性。实例化HSM 模型的目的是为传感器注册和自动生成适配器提供数据支持。
[0018] 作为优选，步骤2中所述的传感器注册为两种注册，第一种注册用于感知数据接 入时的传感器管理，第二种注册即向SWE服务注册；所述的第一种注册过程为：将实例化的 异构传感器信息模型存储至传感器注册数据库，使用传感器标识符作为表名，建立数据表， 表中的字段为信息模型中的元数据，所述的元数据包括传输协议、通信接口；所述的第二种 注册过程为：SWE为传感器注册和观测值插入至SWE服