面向智慧城市的智慧化应用构造支撑系统的设计与实现

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面向民生领域的智慧城市发展中,城市的“智慧”具体表现为多种围绕市民需求的智慧化应用,通过这些应用向市民提供情境化、个性化、主动化的公共服务。其中,情境化与个性化服务需要大量传感器采集的感知数据作为基础,并且需要大量执行器向市民提供主动化的服务。然而,智慧化应用所需的传感器与执行器种类繁多、所提供的数据类型与调用方式各不相同,应用开发者在开发智慧化应用时必须对所需传感器与执行器的底层物理细节有详尽的了解,这就为智慧化应用的开发带来了极大的挑战。  为了降低异构传感器与执行器的使用复杂性,一般需要利用软件对传感器与执行器进行封装,屏蔽其底层物理细节,这一过程被称为传感器/执行器抽象。但面向智慧城市的智慧化应用较之传统的物联网应用而言,所需传感器与执行器类型更加广泛,除以电子器件为主体的物理传感器和执行器外,还包括在互联网中获取信息或执行任务的程序,即虚拟传感器和执行器,现有的传感器/执行器抽象方法对此支持不足;此外,尽管经过传感器与执行器抽象后可以统一数据获取与执行器调用接口,但应用开发者仍需要了解大量异构传感器与执行器的调用参数与返回数据的内涵,这同样降低了智慧化应用的开发速度。  基于这些挑战,本文设计并实现了面向智慧城市的智慧化应用构造支撑系统:首先,依据智慧化应用所需传感器与执行器的特征,提出一套新的异构传感器/执行器封装机制,该机制提供一种新的传感器/执行器抽象方法来统一异构传感器数据获取与执行器调用接口,并建立基于SWE(Sensor Web Enablement)的传感器/执行器统一描述模型用以描述传感器/执行器;在此模型的基础上,提供传感器/执行器接口适配器生成工具,协助传感器与执行器拥有者封装与描述传感器/执行器并注册到系统中;并且,提供智慧化应用构造支撑工具以帮助应用开发者更方便的获取传感器数据或调用执行器;最后,本文选择PM2.5数据提醒应用为实际案例,演示了该系统从传感器/执行器封装到智慧化应用开发的全过程,并对上述系统的效果进行了分析。  
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