面向智慧城市的物聯網服務平臺設計與應用

張 溪，王 偉，黃遞全

（1.國家測繪地理信息局 重慶測繪院，重慶 400015）

面向智慧城市的物聯網服務平臺設計與應用

張 溪1，王 偉1，黃遞全1

（1.國家測繪地理信息局 重慶測繪院，重慶 400015）

通過研究物聯網信息獲取、傳輸與交換的關鍵技術，設計并開發了面向智慧城市的物聯網服務平臺；實現了海量多源空間目標的地理位置及狀態信息的實時獲取、海量數據云存儲和服務分發，可滿足智慧城市多源信息實時感知獲取的需求。通過車聯網的實例應用，證明了該平臺的科學性和實用性。

物聯網；傳感網；智慧城市

隨著數字城市的大力發展，以及傳感網、物聯網、無線寬帶網、移動互聯網、云計算、大數據等新技術的涌現及應用[1-4]，城市變得越來越智慧，智慧城市逐步從概念走向開發和應用。數字城市和物聯網是智慧城市建設的兩大基礎。數字城市技術已經成熟并被廣泛應用，而物聯網技術在測繪行業的應用還處于探索階段，沒有形成統一的標準。本文研究了基于物聯網平臺的空間目標狀態信息實時獲取、傳輸與交換關鍵技術，并設計開發了面向智慧城市的物聯網服務平臺，實現了空間目標地理位置及狀態信息的實時獲取、海量存儲和服務分發及應用。

1 平臺架構

物聯網服務平臺主要包括前端數據采集系統、中間層云計算數據中心和后端各種智慧城市應用。平臺總體架構設計為3層，分別為采集層、服務層和應用層，如圖1所示。

采集層由海量的分布式采集終端組成；采集終端最重要組成部分是中央控制單元，負責接收并解析多源傳感器數據，按自定義通信協議，通過通信網關實時將其推送至服務層云計算數據中心。服務層由信息網關和云計算數據中心組成，信息網關實時接收多源分布式的傳感器數據，云計算數據中心將其進行分類存儲并提供實時數據分發服務。應用層以多種平臺多種方式對海量空間目標的實時狀態信息進行展現并統計分析應用。

2 平臺開發關鍵技術

2.1 多源傳感器多線程數據管理

前端采集系統負責實時收集各傳感器數據，經過解析處理，通過信息網關發送到云計算數據中心存儲。前端采集系統需要協調多源傳感器數據的接收、存儲、顯示、發送等線程，對多個任務予以控制。多線程的有效管理可提高系統的效率，實現在同一時間內完成多項任務。其中用于數據顯示的UI更新線程采用異步后臺運行技術；斷線重連線程，監測斷線情況，并重新鏈接服務器。

圖1 平臺總體架構

2.2 信息網關實時緩存

面對眾多終端同時上傳的海量數據，如果直接向數據庫存儲勢必造成信息網關嚴重阻塞，影響數據實時性，大幅降低信息網關性能。為了解決這一問題，設計了信息網關實時數據緩存。通過數據緩存技術，在系統中劃出一部分內存作為實時數據緩沖區，將解析成功的數據存入緩存池，因為內存的讀取速度比數據庫讀取速度要高幾個數量級，所以通過這種技術可極大減少信息網關實時數據的阻塞機率，使信息網關發揮更高性能。

2.3 海量時空序列數據云存儲云服務

傳統單機服務器和關系數據庫存儲模式對海量傳感器實時并發大數據的支持能力有限，且很難進行伸縮式擴展。而物聯網數據中心對實時并發大數據的存取性能要求很高，這種模式往往是數據中心的性能瓶頸。

云計算的資源是動態擴展且虛擬化的，通過互聯網提供，終端用戶不需了解云中基礎設施的細節，不必具有專業的云技術知識，只關注自身真正需要什么樣的資源以及如何通過網絡來獲得相應的服務。云計算技術是解決物聯網數據中心性能瓶頸的有效手段[5-7]。通過部署大數據Hadoop平臺，基于分布式數據庫HBase進行海量實時時空序列數據云存儲，然后通過Hadoop平臺提供的Hive數據倉庫等工具來對數據進行存儲管理和云服務。

2.4 多源實時數據靈活展現

應用層采用了多種數據源并將其有機集成，提供綜合統計分析操作及展示功能。其中采用的數據可包括天地圖底圖數據、實時視頻流數據、云服務提供的終端GPS及各種傳感器數據。傳感器實時數據可采用多種展現形式，如文本展現、儀表盤展現、數據實時折線圖展現。儀表盤和實時折線圖使得展現效果更加直觀，具有很好的用戶體驗效果。

3 平臺應用

基于物聯網服務平臺，以汽車為載體開展了車聯網應用。在汽車上裝載各種傳感器，如GPS、速度、油壓、油量等，通過物聯網平臺對車輛及其終端傳感器進行統一管理，如圖2所示。

圖2 車聯網應用界面

車聯網應用是基于B/S架構FlexViewer框架，使用ArcGIS API for Flex進行開發的，用戶通過瀏覽器即可訪問。它可以對車輛信息進行實時監控、超限預警、統計分析、歷史軌跡回放等，并通過多種形式將信息展現給用戶。圖3以時間為橫軸，速度為縱軸，以實時折線圖的形式顯示實時速度，可更加直觀地了解傳感器數據的變化趨勢。圖4是對某時段的某車輛GPS軌跡進行查詢回放。

圖3 速度實時趨勢圖

圖4 歷史軌跡回放

4 結 語

物聯網服務平臺設計具有高可用性和高擴展性的特點，可滿足智慧城市中多源信息的實時獲取、海量存儲和服務分發等需求。通過擴展增加各種類型傳感器，該平臺可應用于車聯網、地質災害防治、環境監測等領域。

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P208

B

1672-4623（2016）03-0013-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.03.005

張溪，博士，工程師，主要從事地理國情監測、信息化測繪體系建設等實施工作。

2015-04-30。

項目來源：國家測繪地理信息局2014年基礎測繪科技資助項目。