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情境计算中间件及其在校园节能中的应用

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0引言

近年来国家对教育的重视渐渐提上日程，高校招生规模也日益增大，需要解决的问题越来越多。其中，资源利用率较低是普遍高校存在的问题[1]。如果高校不能智能化地控制和管理资源，就有可能造成资源的浪费。下面举几个常见的例子。

在校园的草坪上，如果用于自动灌溉植物的喷灌漏水了但未能及时被发现，就很容易造成水资源的浪费，但是如果喷灌在漏水的时候能自动报警或通知工作人员，就能对损坏的喷灌进行维修从而减少水资源的浪费。在图书馆里，一楼用于自习且白天和晚上都开放，二、三楼用于借阅却只有白天开放，如果人来控制灯的开闭，则会浪费很多人力资源，如果图书馆可以根据白天还是晚上来智能化地控制灯的开闭，则会节省大量人工劳动。在教室里，如果某天天气很热，但因为正值冬天所以学校还在供暖，则这不但造成热能的浪费，而且会因为环境过热而导致师生感到不适，如果教室能智能地感应室外温度，就能通过调整供暖量来避免这种问题的发生。

因此，智能化地解决上述的问题是当今高校从数字校园向智慧校园转型的重要环节，本文主要针对上述问题提出了解决的框架。

1智慧校园中间件

智慧校园的定义很多，但是表示的意思基本类似。其主要是指校园通过智能信息收集设备对校园各方信息进行采集和处理，并通过多维信息的融合(时间信息、空间信息、自然条件信息、外部事件信息等)来达到提高资源利用效率的目标，并使其具有自动控制，智能预测和自我修复的能力，最终实现对资源的科学管理和为师生提供智能化服务[2]。中间件可以屏蔽底层的数据复杂性和数据结构多样性，实现底层和上层的流畅对接[3]，应用于智慧校园可大大提升智慧校园在数据处理方面的能力[4]。

为此本文针对校园节能方面设计了智慧校园中间件。该中间件利用情境计算作为辅助手段，并建立相应的知识库为中间件的推理运算提供规则和本体支持，是智慧校园的核心组件，具体架构如图1所示。这个架构图主要分为资源层、适配层、服务层和应用层。其中，情境计算技术和知识库会协助各层间的运作和服务层的推理，从而让校园可以主动地提供智慧化的服务。下面将详细介绍这4层以及它们之间的关系。

图1 智慧校园中间件的实现架构

2资源层

资源层属于中间件的最低层，主要利用传感器和计算机等物理设备获取资源(即数据)并将其传输到适配层[5]。因为数据是实现智慧校园的基础，所以资源层采集到的数据对后续的推理和服务的生成具有重要影响。

对于本文来说需要用到的数据信息主要包括：通过Web Service采集到的天气预报和时间信息、通过光敏传感器收集到的亮度信息、通过位置传感器(GPS)获取的定位和追踪信息，通过温度传感器收集到的温度信息、通过水流量传感器收集到的水流量信息、设备自身状态信息和日志信息等。

本文将对设备名称、设备编号、设备所在位置以及设备测量的信息类型建立一个对应关系表，即设备信息表(DeviceInfo)，其中设备测量的信息类型(对应适配层提到的InfoType)有3个可选项，分别为time(时间)、space(空间)、Nature(自然条件)；并将此表提前存储在数据库中，供适配层查找设备所在位置和设备测量的信息类型。比如，水流量传感器(名称)、405(编号)、1号草坪(设备所在位置)、Nature(自然条件)就可以作为设备信息表中的一条记录。

3适配层

适配层是物理层的上层，同时也是服务层的下层，因此其主要作用是解决因物理层的异构特性造成与服务层信息沟通不便的问题，并降低物理层和服务层的耦合度，提升系统的稳定性、可扩展性和跨平台性[6]。这里需要对来自不同传感器和互联网设备(包括手机互联网设备和计算机互联网设备)的数据用下面的接口格式进行存放：(DeviceName，DeviceNum，&InfoArr，&Receipt Time，&Device-Location，InfoType)。

其中DeviceName表示设备名称；DeviceNum表示设备编号；&InfoArr表示设备采集到的情境信息；&ReceiptTime表示接收到这个信息的时刻；&DeviceLocation表示设备所处的空间信息；InfoType表示信息类型，有3个可选项：time(时间)，space(空间)，Nature(自然条件)。

通过接收来自传感器或互联网设备传输过来的事件和查找资源层建立好的设备信息表(DeviceInfo)，适配层就可以将情境信息按上述格式转化成记录。记录分为传感器记录和互联网记录，这两种记录的处理方式有所不同。

文章来源：《节能与环保》网址: http://www.jnyhbzz.cn/qikandaodu/2020/0914/429.html