一种利用城市大脑的智能消防多层控制调度方法和系统与流程

本发明涉及城市大脑和消防优化控制技术领域，更具体地说是涉及一种利用城市大脑的智能消防多层控制方法和系统。

背景技术：

目前，城市大脑技术迅速发展，北京、杭州等多个城市都已经开始投入实际的城市大脑平台建设，城市大脑是支撑智慧城市基础信息化与智能化设施，其核心是在城市的前端采集并生成实时、海量、多样化的城市数据资源，利用覆盖城市范围的广域物联网进行数据资源的传输共享，并在后台构建一个统一的大型计算机平台，在城市数据资源进行智能化和预测性分析的基础上，实现对城市资源和设施的全局优化控制。

将城市大脑应用于消防资源和设施，能够实现对前端的消防监测设备的优化控制、对自动化消防设施例如喷水器的优化控制、移动消防作业设备例如灭火机器人的优化控制、以及消防作业相关的外围设备例如交通疏导和隔离设备等的优化控制。但是，将城市大脑应用于消防资源和设施，需要解决以下两个问题：一是在要承载海量、高并发、多样化的数据量和计算量的同时，如何保持足够的响应速度，避免发生拥塞、延迟增大、计算错误的情况发生；二是，如何有效地解决由于城市大脑覆盖城市的广域范围，而导致数据的上下行传输过程—包括将数据从前端的消防监测设备传输到后台的计算机平台，以及将运算结果和控制命令下发给现场的自动化消防设施、移动消防作业设备以及外围设备—所带来的通信开销和通信延迟问题，以保证了城市大脑系统的高实时性。

因此，如何将城市大脑应用于消防资源和设施，同时在承载海量、高并发、多样化的数据量和计算量的情况下，保持足够的响应速度，另外，避免由于城市大脑覆盖范围广泛而导致数据上下行传输过程带来的通信开销和通信延迟，造成的城市大脑系统无法满足消防应用高实时性需求的情况，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种利用城市大脑的智能消防多层控制方法和系统，利用城市大脑平台的多层任务环协调模块建立一个总消防任务环，并生成若干分消防任务环，利用总消防任务环对内存空间和运算资源的调配，提高消防数据在分消防任务环中的运行效率，进而高效且准确的获取计算层模块对可用消防数据的智能化分析和预测的结果，实现对前端设备的优化控制的同时，保持了足够的响应速度，保证城市大脑上下行传输过程中的高实时性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用城市大脑的智能消防多层控制调度的方法，包括如下步骤：

s1、建立总消防任务环，并从城市大脑的数据层模块、计算层模块以及控制调度层模块中分别分配固定大小的内存空间和运算资源用于运行所述总消防任务环；

s2、由总消防任务环对城域范围内的消防数据进行总体估计和测算，判断是否存在异常数据，若存在异常数据，制定消防作业的总体运行方式和控制策略，确定总体的消防作业量化评估标准以及总体目标；

s3、根据对消防数据总体估计和测算以及消防作业的总体运行方式和控制策略的需要，由所述总消防任务环建立多个并行的分消防任务环，并获取各个分消防任务环运行的结果数据；

以及在此过程中，为每个分消防任务环在城市大脑的数据层模块、计算层模块以及控制调度层模块中分配一定大小的内存空间和运算资源，对每个分消防任务环的运转状态进行实时监测，根据运转状态，采用快循环任务环和慢循环任务环的方式，不断调节分配给各分消防任务环的内存空间和运算资源；

s4、根据从分消防任务环获取上传的全部的结果数据，参照所述总体的量化评估标准，测评预定总体目标的达标情况；

s5、根据评估任务环节的结果数据，调整总体目标，更新总体运行方式和控制调度策略，并重新确定总体的量化评估标准。

优选的，所述s3中调节各层消防任务环的内存空间和运算资源的具体方式为：根据总消防任务环下达的调用指令，将某个分消防任务环从慢循环任务环调转为快循环任务环，并分配更大的内存空间和运算资源；根据总消防任务环下达的终止调用指令，将某个分消防任务环从快循环任务环调转回慢循环任务环，并收回相关的内存空间和运算资源。

优选的，还包括如下步骤：并行的分消防任务环需要对数据进行共享时，向总消防任务环发送数据共享请求，总消防任务环将所述数据共享请求转发给具有被需求数据的分消防任务环，被需求数据被具有被需求数据的分消防任务环发送给需要该数据的分消防任务环。

优选的，还包括如下步骤：当两个或两个以上的分消防任务环发生对内存空间或者运算资源的冲突时，由至少一个发生冲突的分消防任务环将冲突裁决请求发送至总消防任务环，总消防任务环进行冲突裁决，根据裁决结果，重新分配内存空间或者运算资源。

优选的，所述总消防任务环包括检测、控制、评估、反馈四个任务环节，四个任务环节循环往复，形成总消防任务环的任务闭环。

优选的，所述分消防任务环用于对不同类型的消防数据或者不同区域单元的消防数据进行分别监测或者分时段对城域范围的消防数据进行监测，所述分消防任务环还用于对不同的消防作业类型或者不同的消防作业目标进行运行控制。另外，分消防任务环根据自身的任务特点可以建立任务闭环，其中，每个分消防任务环的任务闭环包含的任务阶段可以是不一样的。

优选的，由消防监测设备生成城域范围的原始消防数据，并传输至数据层模块；

由数据层模块对原始消防数据进行清理和整合，获得可用消防数据，并进行存储，用于供所述总消防任务环调取进行总体估计和测算、制定消防作业的总体运行方式和控制策略以及确定总体的消防作业量化评估标准，还用于供分消防任务环调取进行不同类型或者不同区域单元的消防数据的估计和测算，以及不同的消防作业类型或者不同的消防作业目标的运行控制；

由计算层模块获取可用消防数据，并根据总消防任务环进行总体估计和测算、制定消防作业的总体运行方式和控制策略以及确定总体的消防作业量化评估标准以及总体目标需要，以及根据各分消防任务环调取进行不同类型或者不同区域单元的消防数据的估计和测算，以及不同的消防作业类型或者不同的消防作业目标的运行控制的需要，对可用消防数据执行智能化分析以及预测，并将智能化分析以及预测的结果传输至控制调度层模块；

由控制调度层模块根据智能化分析及预测结果，对前端的自动化消防设施、移动消防作业设备以及外围设备下达控制命令。

基于上述方法，生成如下系统：

一种利用城市大脑智能消防多层控制调度的系统，包括：多层任务环协调模块、若干数据层模块、若干计算层模块、若干控制调度层模块；其中，

所述多层任务环协调模块包括新建单元、监测单元、控制单元、评估单元、反馈单元；

所述新建单元用于建立所述总消防任务环，并从城市大脑的所述数据层模块、所述计算层模块以及所述控制调度层模块中分别分配固定大小的内存空间和运算资源用于运行所述总消防任务环；

所述监测单元用于由所述总消防任务环对城域范围内的消防数据进行总体估计和测算，判断是否存在异常数据，若存在异常数据，制定消防作业的总体运行方式和控制策略，确定总体的消防作业量化评估标准以及总体目标；

所述控制单元用于根据对消防数据总体估计和测算以及消防作业的总体运行方式和控制策略的需要，由所述总消防任务环建立多个并行的所述分消防任务环，并获取各个所述分消防任务环运行的结果数据；以及在此过程中，还用于为每个所述分消防任务环在城市大脑的所述数据层模块、所述计算层模块以及所述控制调度层模块中分配一定大小的内存空间和运算资源，对每个所述分消防任务环的运转状态进行实时监测，根据运转状态，采用快循环任务环和慢循环任务环的方式，不断调节分配给各所述分消防任务环的内存空间和运算资源；

所述评估单元用于根据从所述分消防任务环获取上传的全部的结果数据，参照所述总体的量化评估标准，测评预定总体目标的达标情况；

所述反馈单元用于根据评估任务环节的结果数据，调整总体目标，更新总体运行方式和控制调度策略，并重新确定总体的量化评估标准。

优选的，所述控制单元调节各层消防任务环的内存空间和运算资源的具体方式为：根据总消防任务环下达的调用指令，将某个分消防任务环从慢循环任务环调转为快循环任务环，并分配更大的内存空间和运算资源；根据总消防任务环下达的终止调用指令，将某个分消防任务环从快循环任务环调转回慢循环任务环，并收回相关的内存空间和运算资源。

优选的，所述多层任务环协调模块还包括数据共享单元；所述数据共享单元用于当并行的分消防任务环需要对数据进行共享时，向总消防任务环发送数据共享请求，总消防任务环将所述数据共享请求转发给具有被需求数据的分消防任务环，被需求数据被具有被需求数据的分消防任务环发送给需要该数据的分消防任务环。

优选的，所述多层任务环协调模块还包括冲突裁决单元；所述冲突裁决单元用于当两个或两个以上的分消防任务环发生对内存空间或者运算资源的冲突时，由至少一个发生冲突的分消防任务环将冲突裁决请求发送至总消防任务环，总消防任务环进行冲突裁决，根据裁决结果，重新分配内存空间或者运算资源。

优选的，所述总消防任务环包括检测、控制、评估、反馈四个任务环节，四个任务环节循环往复，形成总消防任务环的任务闭环。

优选的，所述分消防任务环用于对不同类型的消防数据或者不同区域单元的消防数据进行分别监测或者分时段对城域范围的消防数据进行监测，所述分消防任务环还用于对不同的消防作业类型或者不同的消防作业目标进行运行控制。另外，分消防任务环根据自身的任务特点可以建立任务闭环，其中，每个分消防任务环的任务闭环包含的任务阶段可以是不一样的。

优选的，还包括消防监测设备、前端；

所述消防监测设备用于生成城域范围的原始消防数据，并传输至数据层模块；

所述数据层模块用于对原始消防数据进行清理和整合，获得可用消防数据，并进行存储，用于供所述总消防任务环调取进行总体估计和测算、制定消防作业的总体运行方式和控制策略以及确定总体的消防作业量化评估标准，还用于供分消防任务环调取进行不同类型或者不同区域单元的消防数据的估计和测算，以及不同的消防作业类型或者不同的消防作业目标的运行控制；

所述计算层模块用于获取可用消防数据，并根据总消防任务环进行总体估计和测算、制定消防作业的总体运行方式和控制策略以及确定总体的消防作业量化评估标准以及总体目标需要，以及根据各分消防任务环调取进行不同类型或者不同区域单元的消防数据的估计和测算，以及不同的消防作业类型或者不同的消防作业目标的运行控制的需要，对可用消防数据执行智能化分析以及预测，并将智能化分析以及预测的结果传输至控制调度层模块；

所述控制调度层模块用于根据智能化分析及预测结果，对所述前端的自动化消防设施、移动消防作业设备以及外围设备下达控制命令。。

本发明具有以下有益效果：

经由上述的技术方案可知，基于现有技术，本发明提出了一种利用城市大脑智能消防多层控制调度的方法和系统，在利用城市大脑系统对智能消防资源和设施进行优化控制的同时，保持足够的相应速度，避免拥塞、延迟增大、计算错误的情况出现，即便城市大脑覆盖城市的广域范围，也能够保证上下行传输过程的实时性，避免了由于上下行传输的通信开销和通信延迟导致大脑系统无法满足消防应用高实时性的需求的情况出现。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为利用城市大脑的智能消防多层控制调度的方法流程图；

图2为利用城市大脑的智能消防多层控制调度的系统框图；

图3为多层任务环协调模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将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。

如图1所示，本发明提供了如下方法：

一种利用城市大脑的智能消防多层控制调度的方法，包括如下步骤：

s1、建立总消防任务环，并从城市大脑的数据层模块、计算层模块以及控制调度层模块中分别分配固定大小的内存空间和运算资源用于运行所述总消防任务环；

具体的，总消防任务环包括监测、控制、评估、反馈四个任务环节，四个任务环节循环往复，形成总消防任务环的闭环；总消防任务环可以调用被分配的内存空间和运算资源。

s2、由总消防任务环对城域范围内的消防数据进行总体估计和测算，判断是否存在异常数据，若存在异常数据，制定消防作业的总体运行方式和控制策略，确定总体的消防作业量化评估标准以及总体目标；

具体的，该步骤为总消防任务环的监测任务环节，通过对涉及城域范围内的消防数据进行总体估计和测算，进而判断消防数据是否保持在正常范围内，是否存在异常的消防数据，进而实现监测的目的。

s3、根据对消防数据总体估计和测算以及消防作业的总体运行方式和控制策略的需要，由所述总消防任务环建立多个并行的分消防任务环，并获取各个分消防任务环运行的结果数据；以及在此过程中，为每个分消防任务环在城市大脑的数据层模块、计算层模块以及控制调度层模块中分配一定大小的内存空间和运算资源，对每个分消防任务环的运转状态进行实时监测，根据运转状态，采用快循环任务环和慢循环任务环的方式，不断调节分配给各分消防任务环的内存空间和运算资源；

具体的，该步骤为总消防任务环的控制任务环节，在控制任务环节中建立若干并行的分消防任务环，例如，针对不同类型的消防数据，或者不同区域单元的消防数据建立若干分消防任务环，若干分消防任务环分别针对不同类型的消防数据或者不同区域单元的消防数据进行监测，并判断是否存在异常数据，和/或建立分时段监测的分消防任务环，对消防数据进行分时段的监测，并判断监测的消防数据是否存在异常；当消防数据存在异常时，意味着存在火情，需要进行消防作业，此时，总消防任务环还可以根据不同的消防作业类型或者不同的消防作业目标，分别建立涉及不同前端的分消防任务环，例如，当监测到存在火情时，建立运行控制自动化消防设施如喷水器的任务环、建立运行控制移动消防作业设备如灭火机器人的任务环、建立运行控制外围设备的分消防任务环如交通疏导和隔离设备或者烟雾减除设备的任务环；分消防任务环可以根据自身的任务特点，建立任务闭环，每个分消防任务环的任务闭环所包含的任务阶段可以是不一样的，例如，针对某一类型或者某一区域的消防数据进行监控的分消防任务环，可以包括监测、评估、上报等分循环的任务环节；又例如，针对某一消防作业的分消防任务环，可以包括作业筹划、作业执行、作业效果评估、作业效果上报等任务环节。

总消防任务环在运行环节的分配规则为：只分配给属于慢循环任务环的分消防任务环较小的内存空间和运算资源，而对于属于快循环任务环的分消防任务环则分配较大的内存空间和运算资源，具体的，总消防任务环在运行环节对某个分消防任务环下达调用指令，该分消防任务环则从慢循环任务环转为快循环任务环，进而分配到更大的内存空间和运算资源，该分消防任务环获得的内存空间和运算资源可以是固定的，也可以是动态变化的；总消防任务环在运行环节对某个分消防任务环下达中止调用指令，则该分消防任务环从快循环任务环转回慢循环任务环，并收回相关的内存空间和运算资源供处于快循环任务环的其他分消防任务环分配使用。

为了进一步优化上述技术特征，当并行的分消防任务环需要对数据进行共享时，可以向总消防任务环的运行环节发送数据共享请求，总消防任务环可以将该数据共享请求转发给具有被需求的数据的分消防任务环，进而，被需求的数据被该分消防任务环发给需要该数据的分消防任务环。

为了进一步优化上述技术特征，当两个或者更多的分消防任务环发生对内存空间或者运算资源的冲突，总消防任务环的运行环节还进行对内存空间和运算资源的冲突裁决，具体的，由二者中的至少一个将冲突裁决请求发给总消防任务环的运行环节，由总消防任务环的运行环节进行裁决，从而分配内存空间或者运算资源。

s4、根据从分消防任务环获取上传的全部的结果数据，参照所述总体的量化评估标准，测评预定总体目标的达标情况；

s5、根据评估任务环节的结果数据，调整总体目标，更新总体运行方式和控制调度策略，并重新确定总体的量化评估标准。

基于上述总消防任务环和若干分消防任务环，对城市的消防资源和设施进行优化控制：

在城域级的空间范围内分布的消防监测设备生成城域范围的原始消防数据，并通过物联网传输给城市大脑的数据层模块；

由数据层模块对原始消防数据进行清理和整合，获得可用消防数据，并进行存储，用于供所述总消防任务环调取进行总体估计和测算、制定消防作业的总体运行方式和控制策略以及确定总体的消防作业量化评估标准，还用于供分消防任务环调取进行不同类型或者不同区域单元的消防数据的估计和测算，以及不同的消防作业类型或者不同的消防作业目标的运行控制；

由计算层模块获取可用消防数据，并根据总消防任务环进行总体估计和测算、制定消防作业的总体运行方式和控制策略以及确定总体的消防作业量化评估标准以及总体目标需要，以及根据各分消防任务环调取进行不同类型或者不同区域单元的消防数据的估计和测算，以及不同的消防作业类型或者不同的消防作业目标的运行控制的需要，对可用消防数据执行智能化分析以及预测，并将智能化分析以及预测的结果传输至控制调度层模块；例如，计算层模块执行对消防火情智能分析和预测，则从数据层模块中调取前端的烟雾浓度传感器、红外温度传感器等获得的消防数据，测算火情分布状态，并根据数据层模块中的反映风速、风向等方面的天气数据，预测未来一段时间内的火情变化以及火情引起的烟雾扩散状况。

由控制调度层模块根据智能化分析及预测结果，对前端的各种自动化消防设施、移动消防作业设备以及外围设备下达控制命令，以便达到消防任务目标而实现优化控制调度。例如，控制调度层模块根据火情分布测算，向火情区域的自动化消防设施下达喷水等消防作业指令，向移动消防作业设备下达移动到指定位置的调度指令和到达指定位置后的消防作业指令，以及向外围设备下达例如封闭路段、烟雾污染报警等辅助作业指令。

如图2-3所示，基于上述方法，设计如下系统：

一种利用城市大脑智能消防多层控制调度的系统，包括：多层任务环协调模块6、若干数据层模块2、若干计算层模块3、若干控制调度层模块4；其中，

多层任务环协调模块6包括新建单元61、监测单元62、控制单元63、评估单元64、反馈单元65；

新建单元61用于建立总消防任务环，并从城市大脑的数据层模块2、计算层模块3以及控制调度层模块4中分别分配固定大小的内存空间和运算资源用于运行总消防任务环；

监测单元62用于由总消防任务环对城域范围内的消防数据进行总体估计和测算，判断是否存在异常数据，若存在异常数据，制定消防作业的总体运行方式和控制策略，确定总体的消防作业量化评估标准以及总体目标；

控制单元63用于根据对消防数据总体估计和测算以及消防作业的总体运行方式和控制策略的需要，由总消防任务环建立多个并行的分消防任务环，并获取各个分消防任务环运行的结果数据；以及在此过程中，还用于为每个分消防任务环在城市大脑的数据层模块2、计算层模块3以及控制调度层模块4中分配一定大小的内存空间和运算资源，对每个分消防任务环的运转状态进行实时监测，根据运转状态，采用快循环任务环和慢循环任务环的方式，不断调节分配给各分消防任务环的内存空间和运算资源；

评估单元64用于根据从分消防任务环获取上传的全部的结果数据，参照总体的量化评估标准，测评预定总体目标的达标情况；

反馈单元65用于根据评估任务环节的结果数据，调整总体目标，更新总体运行方式和控制调度策略，并重新确定总体的量化评估标准。

为了进一步优化上述技术特征，控制单元63调节各层消防任务环的内存空间和运算资源的具体方式为：根据总消防任务环下达的调用指令，将某个分消防任务环从慢循环任务环调转为快循环任务环，并分配更大的内存空间和运算资源；根据总消防任务环下达的终止调用指令，将某个分消防任务环从快循环任务环调转回慢循环任务环，并收回相关的内存空间和运算资源。

为了进一步优化上述技术特征，多层任务环协调模块6还包括数据共享单元66；数据共享单元66用于当并行的分消防任务环需要对数据进行共享时，向总消防任务环发送数据共享请求，总消防任务环将数据共享请求转发给具有被需求数据的分消防任务环，被需求数据被具有被需求数据的分消防任务环发送给需要该数据的分消防任务环。

为了进一步优化上述技术特征，多层任务环协调模块6还包括冲突裁决单元67；冲突裁决单元67用于当两个或两个以上的分消防任务环发生对内存空间或者运算资源的冲突时，由至少一个发生冲突的分消防任务环将冲突裁决请求发送至总消防任务环，总消防任务环进行冲突裁决，根据裁决结果，重新分配内存空间或者运算资源。

为了进一步优化上述技术特征，还包括消防监测设备1、前端5；

消防监测设备1用于生成城域范围的原始消防数据，并传输至数据层模块；

数据层模块2用于对原始消防数据进行清理和整合，获得可用消防数据，并进行存储，用于供总消防任务环调取进行总体估计和测算、制定消防作业的总体运行方式和控制策略以及确定总体的消防作业量化评估标准，还用于供分消防任务环调取进行不同类型或者不同区域单元的消防数据的估计和测算，以及不同的消防作业类型或者不同的消防作业目标的运行控制；

计算层模块3用于获取可用消防数据，并根据总消防任务环进行总体估计和测算、制定消防作业的总体运行方式和控制策略以及确定总体的消防作业量化评估标准以及总体目标需要，以及根据各分消防任务环调取进行不同类型或者不同区域单元的消防数据的估计和测算，以及不同的消防作业类型或者不同的消防作业目标的运行控制的需要，对可用消防数据执行智能化分析以及预测，并将智能化分析以及预测的结果传输至控制调度层模块；

控制调度层模块4用于根据智能化分析及预测结果，对前端5的自动化消防设施、移动消防作业设备以及外围设备下达控制命令。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。