面向智慧城市的物联网服务平台设计与应用

2016-12-26黄递全

地理空间信息 2016年3期

关键词：信息网海量服务平台

张溪，王伟，黄递全

（1.国家测绘地理信息局重庆测绘院，重庆 400015）

面向智慧城市的物联网服务平台设计与应用

张溪1，王伟1，黄递全1

（1.国家测绘地理信息局重庆测绘院，重庆 400015）

通过研究物联网信息获取、传输与交换的关键技术，设计并开发了面向智慧城市的物联网服务平台；实现了海量多源空间目标的地理位置及状态信息的实时获取、海量数据云存储和服务分发，可满足智慧城市多源信息实时感知获取的需求。通过车联网的实例应用，证明了该平台的科学性和实用性。

物联网；传感网；智慧城市

随着数字城市的大力发展，以及传感网、物联网、无线宽带网、移动互联网、云计算、大数据等新技术的涌现及应用[1-4]，城市变得越来越智慧，智慧城市逐步从概念走向开发和应用。数字城市和物联网是智慧城市建设的两大基础。数字城市技术已经成熟并被广泛应用，而物联网技术在测绘行业的应用还处于探索阶段，没有形成统一的标准。本文研究了基于物联网平台的空间目标状态信息实时获取、传输与交换关键技术，并设计开发了面向智慧城市的物联网服务平台，实现了空间目标地理位置及状态信息的实时获取、海量存储和服务分发及应用。

1 平台架构

物联网服务平台主要包括前端数据采集系统、中间层云计算数据中心和后端各种智慧城市应用。平台总体架构设计为3层，分别为采集层、服务层和应用层，如图1所示。

采集层由海量的分布式采集终端组成；采集终端最重要组成部分是中央控制单元，负责接收并解析多源传感器数据，按自定义通信协议，通过通信网关实时将其推送至服务层云计算数据中心。服务层由信息网关和云计算数据中心组成，信息网关实时接收多源分布式的传感器数据，云计算数据中心将其进行分类存储并提供实时数据分发服务。应用层以多种平台多种方式对海量空间目标的实时状态信息进行展现并统计分析应用。

2 平台开发关键技术

2.1 多源传感器多线程数据管理

前端采集系统负责实时收集各传感器数据，经过解析处理，通过信息网关发送到云计算数据中心存储。前端采集系统需要协调多源传感器数据的接收、存储、显示、发送等线程，对多个任务予以控制。多线程的有效管理可提高系统的效率，实现在同一时间内完成多项任务。其中用于数据显示的UI更新线程采用异步后台运行技术；断线重连线程，监测断线情况，并重新链接服务器。

图1 平台总体架构

2.2 信息网关实时缓存

面对众多终端同时上传的海量数据，如果直接向数据库存储势必造成信息网关严重阻塞，影响数据实时性，大幅降低信息网关性能。为了解决这一问题，设计了信息网关实时数据缓存。通过数据缓存技术，在系统中划出一部分内存作为实时数据缓冲区，将解析成功的数据存入缓存池，因为内存的读取速度比数据库读取速度要高几个数量级，所以通过这种技术可极大减少信息网关实时数据的阻塞机率，使信息网关发挥更高性能。

2.3 海量时空序列数据云存储云服务

传统单机服务器和关系数据库存储模式对海量传感器实时并发大数据的支持能力有限，且很难进行伸缩式扩展。而物联网数据中心对实时并发大数据的存取性能要求很高，这种模式往往是数据中心的性能瓶颈。

云计算的资源是动态扩展且虚拟化的，通过互联网提供，终端用户不需了解云中基础设施的细节，不必具有专业的云技术知识，只关注自身真正需要什么样的资源以及如何通过网络来获得相应的服务。云计算技术是解决物联网数据中心性能瓶颈的有效手段[5-7]。通过部署大数据Hadoop平台，基于分布式数据库HBase进行海量实时时空序列数据云存储，然后通过Hadoop平台提供的Hive数据仓库等工具来对数据进行存储管理和云服务。

2.4 多源实时数据灵活展现

应用层采用了多种数据源并将其有机集成，提供综合统计分析操作及展示功能。其中采用的数据可包括天地图底图数据、实时视频流数据、云服务提供的终端GPS及各种传感器数据。传感器实时数据可采用多种展现形式，如文本展现、仪表盘展现、数据实时折线图展现。仪表盘和实时折线图使得展现效果更加直观，具有很好的用户体验效果。

3 平台应用

基于物联网服务平台，以汽车为载体开展了车联网应用。在汽车上装载各种传感器，如GPS、速度、油压、油量等，通过物联网平台对车辆及其终端传感器进行统一管理，如图2所示。

图2 车联网应用界面

车联网应用是基于B/S架构FlexViewer框架，使用ArcGIS API for Flex进行开发的，用户通过浏览器即可访问。它可以对车辆信息进行实时监控、超限预警、统计分析、历史轨迹回放等，并通过多种形式将信息展现给用户。图3以时间为横轴，速度为纵轴，以实时折线图的形式显示实时速度，可更加直观地了解传感器数据的变化趋势。图4是对某时段的某车辆GPS轨迹进行查询回放。