一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇監(jiān)控管理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇監(jiān)控管理系統(tǒng)，屬于建筑領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨機(jī)計算機(jī)技術(shù)和通信電子技術(shù)的飛速發(fā)展，加快了城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的高科技演變速度，再加上現(xiàn)代人們對生活和工作環(huán)境的要求日益提高，智能樓宇系統(tǒng)應(yīng)運而生。智能樓宇系統(tǒng)是城市或地區(qū)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平現(xiàn)代化程度綜合體現(xiàn)的重要標(biāo)志，是現(xiàn)代高科技與建筑的完美融合，是多學(xué)科、高新技術(shù)的有機(jī)集成。
[0003]然而，現(xiàn)有的智能樓宇系統(tǒng)智能化水平不高，主要依賴工作人員現(xiàn)場來控制和維護(hù)建筑設(shè)備；當(dāng)建筑發(fā)生火災(zāi)時，沒有清晰的路徑指示，增加了人員傷亡率；傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖由于時間和空間上的局限性不能滿足人們的需求；未經(jīng)許可的入侵人員會給樓宇帶來潛在的威脅，巡邏人員由于情緒、疲勞、環(huán)境等因素影響不能精力高度集中持續(xù)工作24小時。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇監(jiān)控管理系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:該系統(tǒng)包括建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、消防聯(lián)動報警系統(tǒng)、定位導(dǎo)航系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)四部分，建筑設(shè)備管理系統(tǒng)是基于智能傳感器模塊構(gòu)建的樹簇型網(wǎng)絡(luò)，以智能傳感器模塊為核心實現(xiàn)對建筑設(shè)備的集中管理；消防聯(lián)動報警系統(tǒng)主要是實現(xiàn)火災(zāi)逃生路徑的指引，采用一種優(yōu)化的A*算法進(jìn)行搜索火災(zāi)逃生最優(yōu)路徑，并根據(jù)單片機(jī)技術(shù)對應(yīng)急照明、火災(zāi)報警、語音播報、方向指示燈進(jìn)行路徑指引，盡可能減少傷亡率；定位導(dǎo)航系統(tǒng)是基于覆蓋在樓層內(nèi)的移動導(dǎo)航機(jī)器人完成的，當(dāng)用戶需要導(dǎo)航路線時，在移動導(dǎo)航機(jī)器人上的平板電腦上輸入目的地，導(dǎo)航機(jī)器人用優(yōu)化的DV-Hop定位算法計算出當(dāng)前的位置信息，將虛擬場景信息直接插入到現(xiàn)實建筑環(huán)境中，并顯示出方向標(biāo)；安全防范系統(tǒng)是基于分布在不同區(qū)域的移動巡邏機(jī)器人實現(xiàn)的，巡邏機(jī)器人根據(jù)GPS/DR組合的導(dǎo)航技術(shù)按照規(guī)定的路線進(jìn)行自由移動，當(dāng)發(fā)現(xiàn)入侵人員后對其進(jìn)行警告。
[0006]進(jìn)一步地，所述建筑設(shè)備管理系統(tǒng)是基于智能傳感器模塊構(gòu)建的樹簇型網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對給排水、暖通空調(diào)、智能照明、供配電、電梯和扶梯五個子系統(tǒng)的監(jiān)控管理的，智能傳感器模塊包括信息采集、信息處理、無線通信、電源管理和全球定位五個單元，通過溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器進(jìn)行信息采集，然后對采集到的信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理便于傳輸，單個智能傳感器模塊的無線信號覆蓋范圍有限，為了實現(xiàn)更大范圍的監(jiān)控，將智能傳感器模塊組建成網(wǎng)絡(luò)。星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制簡單，具有較強(qiáng)的故障診斷能力，所有節(jié)點只與信息中心通信，信息中心作為全功能設(shè)備需要更多的內(nèi)存空間容納網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的信息；樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)線路短，所需成本低，但路由節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)的影響較大。為了在不受單個節(jié)點約束的前提下，保證無線通信的可靠性，并且減少成本，我們采用樹簇型網(wǎng)絡(luò)，即將這兩個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分層結(jié)合，如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)層是由路由節(jié)點和數(shù)據(jù)采集節(jié)點組成的內(nèi)層星形結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)外層是由信息中心和路由節(jié)點組成的樹形結(jié)構(gòu)，其中數(shù)據(jù)采集節(jié)點和路由節(jié)點是由分布在樓層的的多個智能傳感器模塊扮演的，將建筑根據(jù)樓層劃分為不同的區(qū)域，將這個區(qū)域內(nèi)的某個智能傳感器模塊默認(rèn)為路由節(jié)點將收集的信息傳遞給信息中心，當(dāng)這個路由節(jié)點發(fā)生故障，臨近的智能傳感器模塊會取代其路由的角色，這樣無線傳感器的區(qū)域分支不會受單個節(jié)點的約束。
[0007]進(jìn)一步地，所述消防聯(lián)動報警系統(tǒng)是基于一種優(yōu)化的A*算法實現(xiàn)的，以單片機(jī)芯片TICC2530為核心將應(yīng)急照明、火災(zāi)報警、基于ZigBee的智能組網(wǎng)、語音播報、方向指示燈等集成在了聯(lián)動系統(tǒng)中，實現(xiàn)火災(zāi)逃生路徑的指引功能。優(yōu)化的A*算法是對A*算法的一種改進(jìn)，A*算法是一種較好的搜索路徑方法，與傳統(tǒng)的Dijkstra搜索算法相比，具有較強(qiáng)的方向性，在一個空間范圍內(nèi)，初始位置到目標(biāo)位置的路徑可能有多條，A*算法的實質(zhì)是對這些路徑進(jìn)行評估，根據(jù)估計代價決定最優(yōu)路徑，但是用于建筑火災(zāi)逃生路徑搜索，其靈活性較差，起始點、目標(biāo)點或障礙物中任一元素改變，都必須重構(gòu)最優(yōu)路徑，影響搜索效率。為了克服這個缺點，優(yōu)化的A*算法先將建筑區(qū)域按照樓層及空間布局特點分為不同的區(qū)域，在小區(qū)域內(nèi)采用A*算法計算區(qū)域最優(yōu)逃生路徑。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，智能傳感器模塊中的溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧探測器將樓層和走廊的溫度、濕度、煙霧實時傳遞給信息處理中心，如果出現(xiàn)異常情況，信息處理中心根據(jù)優(yōu)化的A*算法計算出最優(yōu)逃生路徑后，然后通過ZigBee智能組網(wǎng)發(fā)送給單片機(jī)芯片TICC2530，單片機(jī)將命令發(fā)送給所控制的相應(yīng)應(yīng)急照明、火災(zāi)報警、語音播報和方向指示燈等設(shè)備進(jìn)行逃生路線的指引。
[0008]進(jìn)一步地，所述定位導(dǎo)航系統(tǒng)是基于覆蓋在樓層內(nèi)的移動導(dǎo)航機(jī)器人實現(xiàn)的，其定位算法采用是優(yōu)化的DV-Hop算法。傳統(tǒng)的DV-Hop (Distance Vector-Hop)的基本思想是根據(jù)目標(biāo)節(jié)點到參考節(jié)點跳段數(shù)與參考節(jié)點每跳平均距離定位，一個目標(biāo)節(jié)點至少需要3個參考節(jié)點才能進(jìn)行定位，此算法對硬件要求較低且計算量小，但在獲得平均每跳距離的計算過程中，節(jié)點之間的信息通信量過大，并且采集到的接收信號強(qiáng)度可能由于環(huán)境、待測對象等不確定因素產(chǎn)生較大的定位誤差，為了提高目標(biāo)節(jié)點的定位精度，我們對此算法進(jìn)行優(yōu)化處理，提出了優(yōu)化的DV-Hop定位算法，首先根據(jù)建筑面積大小及定位精度要求，將參考節(jié)點布置在建筑樓層、走廊等適當(dāng)位置，目標(biāo)節(jié)點集成在移動導(dǎo)航機(jī)器人的智能芯片上，然后信息中心搜索目標(biāo)節(jié)點所在區(qū)域內(nèi)的參考節(jié)點的位置信息，根據(jù)信號強(qiáng)弱進(jìn)行排序，接著讀取信號較強(qiáng)的參考節(jié)點的位置信息，最后根據(jù)DV-Hop定位算法對目標(biāo)節(jié)點進(jìn)行位置的估算。
[0009]進(jìn)一步地，所述的用戶與移動導(dǎo)航機(jī)器人之間的交互是根據(jù)增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的，當(dāng)用戶需要導(dǎo)航路線時，在移動導(dǎo)航機(jī)器人上的平板電腦上輸入目的地，導(dǎo)航機(jī)器人用自身的攝像頭捕捉建筑當(dāng)前的場景，結(jié)合優(yōu)化的DV-Hop定位算法得到的位置信息，展現(xiàn)出增強(qiáng)現(xiàn)實版的建筑場景信息，用戶可以通過手勢指點讓三維的虛假建筑場景根據(jù)自身的需求進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和改變大小，簡單明了地定位自己所在的位置，此外，平板電腦還可以將虛擬場景信息直接插入到現(xiàn)實建筑環(huán)境中，并顯示出方向標(biāo)，用戶只需要跟著方向標(biāo)所指的方向隨著移動導(dǎo)航機(jī)器人前進(jìn)就可以到達(dá)目的地，此技術(shù)能夠讓用戶在與移動導(dǎo)航機(jī)器人上的平板電腦能夠有效的交流。
[0010]進(jìn)一步地，所示虛擬場景的繪制是結(jié)合基于圖形和基于圖像兩者繪制方法實現(xiàn)的，目前虛擬場景的繪制主要包括基于圖形和基于圖像兩種虛擬現(xiàn)實的繪制方法，但前者是通過建立3D幾何模型實現(xiàn)的，其虛擬空間是根據(jù)虛擬場景和視點之間的關(guān)系構(gòu)建的，現(xiàn)場不夠逼真，開發(fā)周期長；后者的虛擬空間是以圖片采集點為唯一視點，用數(shù)碼相機(jī)采集建筑內(nèi)部各角度的場景圖像，然后通過圖像拼接技術(shù)實現(xiàn)虛擬場景的顯示，雖然生成速度快、計算量小，但是對圖片質(zhì)量的要求較高，圖片從收集到拼接、融合的處理對技術(shù)的要求比較高，為此，我們將兩者方法結(jié)合起來構(gòu)建建筑虛擬的全景圖，此方法的虛擬空間是在虛擬場景與視點之間的關(guān)系和圖片采集點的基礎(chǔ)上構(gòu)建的，首先構(gòu)建簡化的3D幾何模型，然后收集具能突出場景特點的照片與3D幾何模型進(jìn)行整合，排除了不必要的場景信息的干擾，此方法簡單易行，不是將空間場景的信息完全表達(dá)出來，既縮短了開發(fā)的周期，又使虛擬場景的立體感增強(qiáng)。
[0011]進(jìn)一步地，所述安全防范系統(tǒng)是基于分布在不同區(qū)域的移動巡邏機(jī)器人實現(xiàn)的，巡邏機(jī)器人根據(jù)GPS/DR組合的導(dǎo)航技術(shù)按照規(guī)定的路線進(jìn)行自由移動，當(dāng)發(fā)現(xiàn)移動目標(biāo)時，移動巡邏機(jī)器人根據(jù)模式識別技術(shù)將捕捉到的人臉圖像與自身的圖像數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，如果沒有搜索到當(dāng)前移動目標(biāo)頭像的存儲記錄就將其默認(rèn)為入侵人員，除非信息中心的工作人員特別發(fā)送一個允許其進(jìn)入建筑物某區(qū)域的權(quán)限，對于入侵人員，移動巡邏機(jī)器人通過麥克風(fēng)等設(shè)備先進(jìn)行語音提醒，如果對方不服從就將發(fā)出警報通知值班人員。其中GPS/DR組合的導(dǎo)航技術(shù)具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，全球定位系統(tǒng)GPS能夠?qū)崟r提供高精度的位置和時間信息，但在城市高層建筑、山體、林蔭道等可能使GPS定位的無線信號暫時中斷，導(dǎo)致很大的隨機(jī)誤差；而航位推算系統(tǒng)DR是典型地獨立定位技術(shù)，在短時間內(nèi)能夠保持較高的精度，且有效性不受外界影響，但該方法僅能確定相對位置，且誤差將隨推算過程而累加，GPS可以為移動巡邏機(jī)器人提供定位的初始值并進(jìn)行誤差校正，DR可補(bǔ)償部分定位中的隨機(jī)誤差。
[0012]—種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇監(jiān)控管理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠，不受有線制布線