一种数字城市的感测装置、系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种数字城市的感测装置、系统和方法，该感测装置包括有控制芯片、若干组件构成感测模块和连接至无线基站的无线通信模块，该系统包括上述感测装置、无线基站和云服务器，该方法利用云服务器读入实时感测信息并进行数据分析，并在云服务器根据数据分析后将结果在数字地图上显示出来。本发明通过感测模块实现对城市环境的多个参数的监测，利用无线通信模块与无线基站进行通信，进而实时发送采集到的环境参数数据到云服务器进行分析，并在云服务器根据数据分析后将结果在数字地图上显示出来，从而实现数字城市的可视化分析。本发明作为一种数字城市的感测装置、系统和方法可广泛应用于数据处理领域。
【专利说明】一种数字城市的感测装置、系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据处理领域，尤其是一种数字城市的感测装置、系统和方法。
【背景技术】
[0002]物联网将与水、电、气、路一样，成为地球上的一类新的基础设施。世界将继续缩小、扁平化和智慧化及数字化，遥感技术、地理资讯系统、网路技术和可持续发展等社会元素联系在一起，为全球资讯化提供了一个基础框架，也是构成数字地球的基本元素。
[0003]数字城市是数字标签、物联网、云端运算相结合的产物，主要面向应用和服务，包括更有效地实现城市网格化、可视化管理和服务。例如数字交通系统，通过对传统交通系统的变革，提升交通系统的资讯化、智慧化、集成化和网路化，数字交通系统采集交通资讯、流量、杂讯、路面、交通事故、天气、温度等，从而保障人、车、路与环境之间的相互交流，进而提高交通系统的效率、机动性、安全性、可达性、经济性，达到保护环境、降低能耗的作用。例如智能远端视频医疗服务系统；远程诊断、培训、视讯会议系统等。
[0004]但是现有的数字城市系统主要面向应用和服务，而缺少对城市自然环境、灾害等进行监控、检测的系统。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明的目的是:提供一种实现实时监控城市环境的数字城市的感测装置。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的另一目的是:提供一种实现实时监控城市环境的数字城市的感测系统。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明的另一目的是:提供一种实现实时监控城市环境的数字城市的感测方法。
[0008]本发明所采用的技术方案是:一种数字城市的感测装置，包括有:
无线通信模块，用于与无线基站通信，接收外部信息和传送内部信息；
感测模块，由加速度传感器、陀螺仪、地磁仪、气压计、红外感应器、温度计、光敏计、风速风向计、雨量计、紫外线计和雾霾感测仪中的一种或多种构成，用于将城市多种环境因素转换为数字信号；
中央运算单元，分别与感测模块和无线通信模块相连，所述感测模块将感测到的数据传送给中央运算单元，中央运算单元分别对各种传感器数据进行运算后得到三维空间坐标偏移量、振动或晃动频率振幅、姿态角、高度值、红外轮廓和大小、温度值、光照度值、风速值和风向角、雨量值、紫外线强度值和/或雾霾值，并将运算得到的多种感测参数与中央运算单元产生的系统时间，存储器中的ID码合成为数据包，并将数据包通过所述无线通信模块发送到无线基站；所述系统时间由所述中央运算单元中包含的时间生成单元产生并通过无线通信模块接收由无线基站发来的标准时间进行周期校正。
[0009]进一步，所述无线通信模块为手机通信模块、非标2.4G无线模块、Zigbee、蓝牙或者WIFI模块。
[0010]进一步，所述感测装置还包括有蓄电池、用于供电的自发电电源和外接电源接口，所述自发电电源与蓄电池连接。
[0011]进一步，所述自发电电源为太阳能电池、能量搜集器和小型风力发电机中的一种或多种。
[0012]进一步，所述感测装置外部具有防水外壳。
[0013]本发明所采用的另一技术方案是:一种包括感测装置的数字城市的感测系统，还包括无线基站和云服务器，所述云服务器包括有数据读入模块、数据分析模块、感测装置ID数据库、数字地图模块和显示单元，所述感测装置与无线基站通过无线通信模块连接，所述无线基站与数据读入模块连接，所述数据读入模块的输出端连接至数据分析模块的输入端，所述数据分析模块与感测装置ID数据库连接，所述数据分析模块的输出端通过数字地图模块连接至显示单元的输入端；多个所述感测装置分布在整个城市的各部分，用于将感测到的多种数据运算后生成数据包，分别通过无线通信模块发送到无线基站，无线基站再将数据发送到云服务器，所述云服务器读入数据，并将同一种ID数据中的多种不同的数据放进ID数据库中对应ID码下、相同时间戳路径下面的不同数据类型所对应的存储器，再由数字地图模块将相同ID数据映射到数字地图中ID所对应的图形区块，通过不同的显示命令由显示单元对全市的感测装置收集运算出的数据已图形化方式进行显示。
[0014]进一步，所述无线基站为手机通信、Zigbee、2.4G非标无线通信、蓝牙或者WIFI通信基站。
[0015]本发明所采用的另一技术方案是:一种数字城市的感测方法，包括以下步骤:
A、将一种或多种传感器构成的感测装置固定在城市的各种被检测的目标物上，构成数字城市的感测节点，利用感测装置获取城市环境的数字信号，经过运算得到实时感测信息，所述感测信息包括有目标物的三维空间坐标偏移量、振动或晃动频率振幅、姿态角、高度值、以及周围其它目标物的红外轮廓、环境温度值、光照度值、风速值和风向角、雨量值、紫外线强度值和/或雾霾值；
B、将实时感测信息利用无线通信发送至无线基站，无线基站进而将实时感测信息发送至云服务器；
C、云服务器读入实时感测信息并进行数据分析，并将同一种ID数据中的多种不同的数据放进ID数据库中对应ID码下、相同时间戳路径下面的不同数据类型所对应的存储器，再由数字地图模块将相同ID数据映射到数字地图中ID所对应的图形区块，通过不同的显示命令由显示单元对全市的感测装置收集运算出的数据已图形化方式进行显示。
[0016]进一步，所述实时感测信息中的姿态由加速度传感器中重力敏感特性计算得到；所述三维空间坐标偏移量由加速度传感器、陀螺仪以及地磁传感器感测数据运算分别得到的位移、旋转角度和地磁强度数据融合得到。
[0017]进一步，所述感测模块侦测城市树木，根据晃动情形决定台风或飓风来之前树木是否需要修剪，以及所受的风灾影响情况；所述感测模块侦测到特殊频率或节奏的敲击或振动可以触动警报，进而通知相关单位派员巡视或转向摄像头监视观察。
[0018]本发明的有益效果是:该装置通过感测模块实现对城市环境的多个参数的监测，利用无线通信模块与无线基站进行通信，实时发送采集到的环境参数数据。[0019]本发明的另一有益效果是:该系统通过无线基站实时获取感测模块采集到的环境参数数据，并将其发送到云服务器进行分析，进而将分析结果显示在云服务端，从而实现数字城市的可视化分析。
[0020]本发明的另一有益效果是:该方法利用云服务器读入实时感测信息并进行数据分析，并在云服务器根据数据分析后将结果在数字地图上将显示出来，从而实现数字城市的可视化分析。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明感测装置的结构框图；
图2为本发明感测系统的结构框图；
图3为本发明感测方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
参照图1，一种数字城市的感测装置，包括有:
无线通信模块，用于与无线基站通信，接收外部信息和传送内部信息；
感测模块，由加速度传感器、陀螺仪、地磁仪、气压计、红外感应器、温度计、光敏计、风速风向计、雨量计、紫外线计和雾霾感测仪中的一种或多种构成，用于将城市多种环境因素转换为数字信号；
除此之外，感测模块还可包括摄像头，用于得到图像信号，进而对其进行分析；
中央运算单元，分别与感测模块和无线通信模块相连，所述感测模块将感测到的数据传送给中央运算单元，中央运算单元分别对各种传感器数据进行运算后得到三维空间坐标偏移量、振动或晃动频率振幅、姿态角、高度值、红外轮廓和大小、温度值、光照度值、风速值和风向角、雨量值、紫外线强度值和/或雾霾值，并将运算得到的多种感测参数与中央运算单元产生的系统时间，存储器中的ID码合成为数据包，并将数据包通过所述无线通信模块发送到无线基站；所述系统时间由所述中央运算单元中包含的时间生成单元产生并通过无线通信模块接收由无线基站发来的标准时间进行周期校正。
[0023]进一步作为优选的实施方式，所述无线通信模块为手机通信模块、非标2.4G无线模块、Zigbee、蓝牙或者WIFI模块。
[0024]时间戳通常是一个字符序列，唯一地标识某一刻的时间。
[0025]进一步作为优选的实施方式，所述感测装置还包括有蓄电池、用于供电的自发电电源和外接电源接口，所述自发电电源与蓄电池连接。
[0026]进一步作为优选的实施方式，所述自发电电源为太阳能电池、能量搜集器和小型风力发电机中的一种或多种。
[0027]由于感测装置分布在城市的不同位置，因此提供集中的电源供电不仅实现难度大，而且浪费能源，因此其供电采用自发电电源和蓄电池组合。
[0028]进一步作为优选的实施方式，所述感测装置外部具有防水外壳。
[0029]参照图2，一种包括感测装置的数字城市的感测系统，其特征在于:还包括无线基站和云服务器，所述云服务器包括有数据读入模块、数据分析模块、感测装置ID数据库、数字地图模块和显示单元，所述感测装置与无线基站通过无线通信模块连接，所述无线基站与数据读入模块连接，所述数据读入模块的输出端连接至数据分析模块的输入端，所述数据分析模块与感测装置ID数据库连接，所述数据分析模块的输出端通过数字地图模块连接至显示单元的输入端；多个所述感测装置分布在整个城市的各部分，用于将感测到的多种数据运算后生成数据包，分别通过无线通信模块发送到无线基站，无线基站再将数据发送到云服务器，所述云服务器读入数据，并将同一种ID数据中的多种不同的数据放进ID数据库中对应ID码下、相同时间戳路径下面的不同数据类型所对应的存储器，再由数字地图模块将相同ID数据映射到数字地图中ID所对应的图形区块，通过不同的显示命令由显示单元对全市的感测装置收集运算出的数据已图形化方式进行显示。
[0030]本发明可通过将城市中的多种固定物如树木、电线杆、垃圾桶、路牌、井盖、护栏、建筑物等安装感测装置，通过感测装置采集环境参数数据，并让感测装置通过无线网络(如Zigbee，BLE4.1, WIFI)实时联网，例如短距无线发送到路由器热点，热点再通过有线或无线手机通讯模块发送到无线基站，或直接通过感测装置内部的手机通讯模块发到基站，再由基站传送到云服务器；或将数据存入记忆体内以短程无线数据搜集(data logger)以带有数据搜集器的特定人员或特制车辆进行数据搜集的方式将感测数据集中发送到云服务器。云服务器的数据读入模块读入带有时间戳、ID码和环境参数数据的数据包并将其发送至数据分析模块，数据分析模块首先根据数据包分析出时间戳、ID码和环境参数数据，并对环境参数数据进行分析，然后根据ID码从感测装置ID数据库读取相应数据从而确定数字地图上的相应位置，最后根据时间戳将环境参数数据的分析结果在显示单元上数字地图的相应位置显示出来；本发明通过云服务器平台的数据收集和大数据分析，可得到异常振动、台风情况、火灾感知、求救信号等多种检测，方便迅速采取有效措施，预测容易出现的灾情、控制灾情扩大。
[0031]进一步作为优选的实施方式，所述无线基站为手机通信基站、Zigbee、2.4G非标无线通信、蓝牙或者WIFI通信的无线路由器热点，热点再通过有线连接到云端服务器，或热点通过有线连接到无线手机基站。
[0032]参照图3，一种数字城市的感测方法，包括以下步骤:
A、将一种或多种传感器构成的感测装置固定在城市的各种被检测的目标物上，构成数字城市的感测节点，利用感测装置获取城市环境的数字信号，经过运算得到实时感测信息，所述感测信息包括有目标物的三维空间坐标偏移量、振动或晃动频率振幅、姿态角、高度值、以及周围其它目标物的红外轮廓、环境温度值、光照度值、风速值和风向角、雨量值、紫外线强度值和/或雾霾值；
城市感测组件有选择地安装在城市中的树梢、电线杆、公交站牌、路牌、垃圾桶、护栏、井盖和多种建筑上，用于感测环境数据；
B、将实时感测信息利用无线通信发送至无线基站，无线基站进而将实时感测信息发送至云服务器；
C、云服务器读入实时感测信息并进行数据分析，并将同一种ID数据中的多种不同的数据放进ID数据库中对应ID码下、相同时间戳路径下面的不同数据类型所对应的存储器，再由数字地图模块将相同ID数据映射到数字地图中ID所对应的图形区块，通过不同的显示命令由显示单元对全市的感测装置收集运算出的数据已图形化方式进行显示。[0033]城市感测组件ID数据库中分类存放各种参数(包括姿态、振动波形、旋转角度、地磁强度、气压、红外感测值、温度、光照度、风速风向、雨量，紫外线，雾霾等)，同一个ID的数据又按时间戳的顺序存放，不同的ID又按照ID属性增加分类标注(包括树梢、电线杆、公交站牌、路牌、垃圾桶、护栏、井盖和多种建筑上、门牌等)。
[0034]用户或服务中心可利用终端或手机查看感测信息和分析结果，例如:
O查看城市树木根据晃动情形决定台风或飓风来之前树木是否需要修剪，及所受的风灾影响情况；
2)其他装置的安全情况。如电线杆、路牌是否倒塌、是否有人跨越护栏、井盖是否不在原来位置而被盗、垃圾桶是否每天类似的姿态变化而确定有倾倒垃圾、各建筑是否受地震影响、施工工地安全性、古老建筑或危楼的最新状态以及补偿摄像头看不到或取不到的各种信息；
3)每家每户或感测模块是否有侦测到SOS求救信号(如双击119，三连击120，三长两短求救)、红外信号的增加、烟雾报警器的信号以及与安防装置的联动信号；
4)同时还能监控全市各处的气压、风速风向、雨量；
5)各处的光亮度用于控制路灯开关等。
[0035]进一步作为优选的实施方式，所述实时感测信息中的姿态由加速度传感器中重力敏感特性计算得到；所述三维空间坐标偏移量由加速度传感器、陀螺仪以及地磁传感器感测数据运算分别得到的位移、旋转角度和地磁强度数据融合得到。
[0036]进一步作为优选的实施方式，所述感测模块侦测城市树木，根据晃动情形决定台风或飓风来之前树木是否需要修剪，以及所受的风灾影响情况；所述感测模块侦测到特殊频率或节奏的敲击或振动可以触动警报，进而通知相关单位派员巡视或转向摄像头监视观察。
[0037]以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【权利要求】
1.一种数字城市的感测装置，其特征在于:包括有: 无线通信模块，用于与无线基站通信，接收外部信息和传送内部信息； 感测模块，由加速度传感器、陀螺仪、地磁仪、气压计、红外感应器、温度计、光敏计、风速风向计、雨量计、紫外线计和雾霾感测仪中的一种或多种构成，用于将城市多种环境因素转换为数字信号； 中央运算单元，分别与感测模块和无线通信模块相连，所述感测模块将感测到的数据传送给中央运算单元，中央运算单元分别对各种传感器数据进行运算后得到三维空间坐标偏移量、振动或晃动频率振幅、姿态角、高度值、红外轮廓和大小、温度值、光照度值、风速值和风向角、雨量值、紫外线强度 值和/或雾霾值，并将运算得到的多种感测参数与中央运算单元产生的系统时间，存储器中的ID码合成为数据包，并将数据包通过所述无线通信模块发送到无线基站；所述系统时间由所述中央运算单元中包含的时间生成单元产生并通过无线通信模块接收由无线基站发来的标准时间进行周期校正。
2.根据权利要求1所述的数字城市的感测装置，其特征在于:所述无线通信模块为手机通信模块、非标2.4G无线模块、Zigbee、蓝牙或者WIFI模块。
3.根据权利要求1所述的数字城市的感测装置，其特征在于:所述感测装置还包括有蓄电池、用于供电的自发电电源和外接电源接口，所述自发电电源与蓄电池连接。
4.根据权利要求3所述的数字城市的感测装置，其特征在于:所述自发电电源为太阳能电池、能量搜集器和小型风力发电机中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的数字城市的感测装置，其特征在于:所述感测装置外部具有防水外壳。
6.一种包括权利要求1中所述感测装置的数字城市的感测系统，其特征在于:还包括无线基站和云服务器，所述云服务器包括有数据读入模块、数据分析模块、感测装置ID数据库、数字地图模块和显示单元，所述感测装置与无线基站通过无线通信模块连接，所述无线基站与数据读入模块连接，所述数据读入模块的输出端连接至数据分析模块的输入端，所述数据分析模块与感测装置ID数据库连接，所述数据分析模块的输出端通过数字地图模块连接至显示单元的输入端；多个所述感测装置分布在整个城市的各部分，用于将感测到的多种数据运算后生成数据包，分别通过无线通信模块发送到无线基站，无线基站再将数据发送到云服务器，所述云服务器读入数据，并将同一种ID数据中的多种不同的数据放进ID数据库中对应ID码下、相同时间戳路径下面的不同数据类型所对应的存储器，再由数字地图模块将相同ID数据映射到数字地图中ID所对应的图形区块，通过不同的显示命令由显示单元对全市的感测装置收集运算出的数据已图形化方式进行显示。
7.根据权利要求6所述的数字城市的感测系统，其特征在于:所述无线基站为手机通信、Zigbee,2.4G非标无线通信、蓝牙或者WIFI通信基站。
8.一种数字城市的感测方法，其特征在于:包括以下步骤: A、将一种或多种传感器构成的感测装置固定在城市的各种被检测的目标物上，构成数字城市的感测节点，利用感测装置获取城市环境的数字信号，经过运算得到实时感测信息，所述感测信息包括有目标物的三维空间坐标偏移量、振动或晃动频率振幅、姿态角、高度值、以及周围其它目标物的红外轮廓、环境温度值、光照度值、风速值和风向角、雨量值、紫外线强度值和/或雾霾值；B、将实时感测信息利用无线通信发送至无线基站，无线基站进而将实时感测信息发送至云服务器； C、云服务器读入实时感测信息并进行数据分析，并将同一种ID数据中的多种不同的数据放进ID数据库中对应ID码下、相同时间戳路径下面的不同数据类型所对应的存储器，再由数字地图模块将相同ID数据映射到数字地图中ID所对应的图形区块，通过不同的显示命令由显示单元对全市的感测装置收集运算出的数据已图形化方式进行显示。
9.根据权利要求8所述的数字城市的感测方法，其特征在于:所述实时感测信息中的姿态由加速度传感器中重力敏感特性计算得到；所述三维空间坐标偏移量由加速度传感器、陀螺仪以及地磁传感器感测数据运算分别得到的位移、旋转角度和地磁强度数据融合得到。
10.根据权利要求9所述的数字城市的感测方法，其特征在于:所述感测模块侦测城市树木，根据晃动情形决定台风或飓风来之前树木是否需要修剪，以及所受的风灾影响情况;所述感测模块侦测到特殊频率或节奏的敲击或振动可以触动警报，进而通知相关单位派员巡视或转向摄 像头监视观察。
【文档编号】G05B19/418GK104007728SQ201410219436
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】纪家玮, 罗富强 申请人:深圳市宇恒互动科技开发有限公司