基于空间变换的智慧家庭情景建模与服务映射

随着普适计算环境的日益发展,越来越多的情景感知应用进入到人们的生活当 中。从车载导航仪,到智慧楼宇系统,情景感知应用都为人们带来便捷与财富。一 般地,情景感知系统能够根据用户所在环境的特征,用户的个人需求,提供个性地, 人性化地服务。正因情景感知的这一特点,使得情景感知应用受到人们广泛青睐, 同时也成为计算机研究领域中的一大热点。 在构建情景感知应用的过程中,情景模型的构建和情景感知系统结构的设计是 两个十分基础且关键的环节,直接决定应用的整体工作效率。而面对现实中各式各 样的应用背景,一个通用的情景模型和系统架构将会使情景感知应用得到更大范围 地普及。因此,研究情景模型及相应的推理过程,开发通用的情景感知系统架构, 对于情景感知计算研究领域来说有着十分重要的意义。 本文为了解决上述两个问题,首先回顾了关于情景建模,情景推理和情景系统 架构方面的国内外研究现状,然后对这些情景感知应用进行分析,抽象出一般情景 感知应用的工作流程,归纳总结出基于空间变换的理论框架。在这一理论框架的基 础之上,本文又提出了一套新的情景模型以及对应的情景推理算法。该模型根据情 景感知应用的特点,将情景分为两层结构,分别面向服务及数据,使情景的设计更 具有针对性,同时也降低了情景模型的复杂度。此外,该模型还利用模糊理论和概 率论处理情景的不确定性,使得情景感知更为灵活。继建立模型之后,本文设计出 一套基于空间变换的情景感知系统结构,该系统具有分布式结构特征,能够并行地 推理感知情景。最后,为验证模型的正确性,推理算法的有效性和系统的可靠性, 一个以智慧家庭为背景的基于空间变换的情景感知原型系统被开发出来。经过对原 型系统运行结果的分析,可以证明基于空间变换的情景模型具有低复杂度、高灵活 度的特点,基于空间变换的情景感知系统有着较高的效率以及可扩展性。

  • 2021-06-27
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智慧城市大数据平台的流式计算服务系统

智慧城市大数据处理应用中包括很多对流式数据的计算处理,例如智慧邻里社 交应用中的即时通信消息处理和舆情监控、智慧楼宇应用中的楼宇状态信息监测、车联网应用中的城市交通路线规划等等。这些面向智慧城市大数据处理的流式计算 应用大多采用云基础设施和分布式系统架构,涉及流式数据分析、复杂事件处理和 业务规则处理等多种模式,对应用开发人员的技术能力要求高。因此,如何在云基 础设施服务 (IaaS,Infrastructure as a Service)的基础上,为面向智慧城市大数据处 理的流式计算应用 开 发 及 运 行 提 供 统 一 的通用平台服务 (P a a S,Platform as a Service),以方便应用开发人员专注于应用业务逻辑、提高开发效率,是亟待解决的 实际应用问题。 针对上述问题,本文以实验室承担的“智慧邻里社区服务软件系统研发”实际项 目为背景,在对流式计算、复杂事件处理、规则引擎等相关技术和Storm、Esper、 Drools等开源框架深入分析研究的基础上,结合实际需求,提出了一个统一的流式 计算服务 (Stream Computing Service,以下简称S C S ) 模型,并基于该模型和Storm 等开源框架设计并实现了一个流式计算服务系统。该系统解决了 S t o r m中应用执行 实体并行度不能动态调整的问题,可以为面向智慧城市大数据处理的流式计算应用 提 供 P a a S平台服务,应用开发者仅需定义S C S 应用描述文件并开发相关业务处理 逻辑代码即可构建完整应用。本文基于该系统进一步开发了一个智慧邻里社区服务 系统中的邻里社交即时消息处理应用实例。测试情况表明,该系统是可行及有效的。 本文的工作要点主要有: 1 ) 流式计算服务系统以S C S 模 型 和 Storm开源框架为基础,但 Storm应用执 行实体的并行度不能动态调整,导 致 S C S 应用在大数据量时处理能力难以 扩展等问题。本文在深入分析Storm源码的基础上,提出了一种可对Storm 应用执行实体的并行度进行动态调整的P D C 算法,并基于该算法设计实现 I 万方数据J??o Tong Univ^rtity 智慧城市大数据平台的流式计算服务系统 了并行度 动 态调整(P D C M ) 模 块 。测试及应用实例情况表明,该模块可 动 态 调 整 Storm应用执行实体的并行度及执行实体间的并行度比例关系。 2) 基于云基础设施和分布式系统架构的流式计算应用对应用开发者的技术能 力要求高。为了在平台服务的基础上支持对流式计算应用的开发,本文提 出一种统一的S C S 模型,基于该模型设计并实现了 S C S 应用定义工具,使 得开发者仅需要通过定义S C S 服务描述文件并实现关键处理逻辑便可生成 一个可运行于S C S 系统的流式计算应用。测试及应用实例情况表明,该工 具是可行及有效的。 3 ) 基 于 S C S 模型的流式计算应用可由S C S 应用描述文件定义并构建,应用的 运 行 需 由 S C S 执行引擎来实现,本文基于开源框架Storm、Esper和 Drools 设计并实现了一个基于S C S 模 型 的 S C S 执行引擎。该执行引擎将基于Esper 的复杂事件处理和基于Drools的业务规则处理作为统一的Storm处理节点, 并以一致的方式利用S t o r m的分布式机制来解决其可扩展性问题。该执行 引擎还实现了 S C S 模型中具有并发和分流关系的节点间数据分发机制。测 试及应用实例情况表明,该 S C S 执行引擎是可行及有效的。

  • 2021-06-27
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智能家居终端的研究与设计

2009 年 2 月,IBM 率先提出“智慧的地球”概念。2009 年 8 月,温总理提 出“感知中国”,将物联网正式列入国家新兴战略性产业。发展至今,物联网概 念已深入人心。但事实上,物联网的雏形早已出现在我们身边。如已发展多年的 的小区信息发布系统、门禁系统、楼宇对讲系统、家庭安防系统、智能家居系统 等。 住宅小区和家居的智能化正越来越广泛地为众人所接受,但接受之余,往 往发现真正使用起来总感觉并不智能!其关键原因在于,目前的物联网集中在感 知层和网络层的开发应用,而对于用户终端设备的开发重视不够。其结果是,各 个系统并不能互联,控制终端相互独立,不能互用,操作繁琐,设备冗余。对于 以用户体验为主的智能家居系统,这点尤为致命。 基于此,论文首先研究了智能家居的发展现状和趋势。接着着重对智能家 居终端进行了研究,总结了智能家居终端目前存在的主要问题。然后力求设计开 发一款性价比较高的控制终端,可完成多系统的信息输入、逻辑处理、信息输出、 智能控制等过程,并拥有良好的人机界面,可提供直观和人性化的操作。 智能家居终端硬件上采用模块化隔离设计,分为楼宇对讲总线和智能家居 总线,可灵活适用于多系统的整合控制需求。其主控芯片使用 ARM Cortex-M3 内核的 STM32,软件使用了嵌入式实时操作系统,移植了 FatFS 文件系统,支持 使用 SD 卡升级配置。辅以 TW8823 TFT 驱动芯片,实现了图形化的操作界面以及 触摸屏控制。另外选择了 Cypress CY8C21434 芯片来实现电容式触摸按键。让这 款智能家居终端拥有良好的操作体验。 智能家居终端通过了严格的软硬件及环境测试,证明其完全达到了设计之 初的基本要求,一机多用,稳定性好,可靠性高,易于操作和配置,降低了终端 成本,也让家庭装修变得简约和大方。论文最后也对该终端的不足之处进行了总 结,并对下一步的工作做了展望。

  • 2021-06-27
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自主服务机器人在智能楼宇系统中的应用研究

在二十一世纪的今天,机器人行业正处于高速发展的进程中,其中服务机器 人更是因为广阔的市场前景和积极的社会效应而备受青睐;另一方面,随着信息 化时代的到来,人们对生活和工作环境不断提出新的要求,现有的智能楼宇已经 无法满足人们的需求。将服务机器人应用于智能楼宇系统中有着重大的意义,有 效地提高智能楼宇系统的智能化、信息化以及人性化水平,为人们提供更加舒适 及安全的环境。 本文以提升智能楼宇在安全性和舒适性两个方面的服务质量为研究目标。从 满足产品功能的原则出发,利用自主服务机器入实现精确自主巡逻、远程控制楼 宇设备、提供楼宇信息服务和智慧迎宾等具体功能,弥补现有智能楼宇系统在智 能化、信息化以及人性化上的不足。在精确自主巡逻功能中,创新性采用惯性导 航传感器结合正交编码器的方式,实现服务机器人的精确自主导航。在远程控制 设备功能中,利用服务机器人的语音控制,减少现有智能楼宇系统繁琐的手动操 作。在提供楼宇信息服务中,综合楼宇控制中心、互联网信息以及传感器节点信 息,提供精确且实时性高的各类信息,实现以“消费信息”为特征的新一代生活 方式。在智慧迎宾功能中,摒弃传统迎宾机器人采用的红外识别宾客,采用视频 图像人脸识别技术,实现交互性高、人性化的迎宾行为。 为了实现上述具体功能,本文提出以NAO H25型仿人机器人为基础,结合 自主研发的扩展功能机器人的服务机器人设计方案。通过完成NAO机器人软件 设计,用D.H方法对NAO机器人全身运动建立坐标系,并运用齐次变换矩阵获 取机器人姿态的运动学方程,有效合理地控制NAO机器人的硬件设备,实现服 务机器人的核心功能。同时阐述扩展功能机器人的硬件和软件设计,承载NAO 机器人完成自主室内巡逻和快速精确定位,并采集和处理传感器信息。对上述功 能进行验证试验,观察实验结果并分析,服务机器人在智能楼宇系统应用情况良 好,达到预期目标。

  • 2021-06-27
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