第六篇　Scene 场景采集

第25章　Sensor

本章大纲

Sensor 定义
Camera
Distance
Position
Motion
Temperature
Direction
Acceleration
Custom Sensor
Sensor 数据统一
Sensor → SceneCollector

25.1 Sensor 定义

**Sensor（传感器）**是 SAI Framework 用于从外部环境、设备或对象中获取某类可测量信息的输入组件。

简单来说：

Sensor 负责“测量和获取”，而不是“理解和决策”。

例如：

Temperature Sensor
        ↓
32℃

Distance Sensor
        ↓
5m

Position Sensor
        ↓
x=120, y=80

Sensor 获取的是原始或结构化数据。

然后：

Sensor
  ↓
Sensor Data
  ↓
Information
  ↓
SceneCollector
  ↓
Scene
  ↓
Perception

Sensor 与 InformationSource

第21章已经定义了 InformationSource。

Sensor 可以作为一种具体的 InformationSource：

InformationSource
      │
      ├── Human
      ├── Device
      ├── Sensor
      ├── System
      ├── API
      └── Environment

因此：

Sensor
   ↓
InformationSource
   ↓
Information

Sensor 本身负责获取数据。

InformationSource 则负责描述：

谁提供了这条信息？

例如：

sensor-001
type = temperature
name = Room Temperature Sensor

产生：

32℃

形成：

Information
{
    source = sensor-001,
    type = data,
    content = 32
}

25.2 Camera

Camera 是一种视觉信息采集 Sensor。

它可以获取：

Image
Video
Object Position
Object Movement
Scene Change

例如：

Camera
   ↓
Image
   ↓
Objects
   ├── Person
   ├── Car
   └── Door

需要注意：

Camera 本身主要负责获取视觉数据。

例如：

Camera
→ Image

而：

Image
→ Person
→ Car
→ Door

属于后续的视觉信息处理或 Perception。

因此：

Camera
→ 获取视觉数据

Perception
→ 从视觉数据中识别场景对象

这符合 SAI 的模块职责分离。

Camera 数据

可以统一成：

{
    sensor_id: "camera-001",
    type: "camera",
    time: "2026-09-12 14:20:00",
    content: "image-data"
}

实际系统中 content 可以是：

Image
Frame
Video Frame
Image File
Device Data

具体格式由 Camera Adapter 或设备接口决定。

25.3 Distance

Distance Sensor 用于获取对象之间或者传感器与目标之间的距离。

例如：

DistanceSensor
       ↓
5m

或者：

Robot → Person = 5m
Robot → Wall = 2m
Car → Obstacle = 12m

基本数据：

{
    sensor_id: "distance-001",
    type: "distance",
    value: 5,
    unit: "m"
}

Distance 可以来自：

Ultrasonic
LiDAR
Infrared
Camera
Position Calculation

Sensor 只负责获取：

distance = 5m

而：

5m 是否危险？

属于后续的：

Perception
Cognition
Reasoning
Decision

25.4 Position

Position Sensor 用于获取对象、设备或者 Individual 的空间位置。

例如：

PositionSensor
       ↓
x = 120
y = 80
z = 2

也可以是：

latitude
longitude
altitude

或者简单的位置：

location = living-room

Position 数据可以统一为：

{
    sensor_id: "position-001",
    type: "position",
    x: 120,
    y: 80,
    z: 2
}

Position 与 Scene

Position 是 Scene 的重要组成部分：

PositionSensor
       ↓
Position Information
       ↓
SceneCollector
       ↓
Scene
       ↓
Object Position

例如：

Person
position = x120,y80

这样 Scene 才能知道：

对象是谁
对象在哪里
对象之间距离多少

25.5 Motion

Motion Sensor 用于获取对象或者设备的运动状态。

例如：

MotionSensor
       ↓
moving

也可以获取：

speed
direction
velocity
movement_state

例如：

Car
├── speed = 40 km/h
├── direction = north
└── movement = moving

Motion 数据：

{
    sensor_id: "motion-001",
    type: "motion",
    speed: 40,
    direction: "north",
    state: "moving"
}

Motion 与 Position

位置是：

当前位置

运动是：

位置如何变化

例如：

14:20
x=100,y=50

14:21
x=110,y=50

可以得到：

对象发生移动

但这个变化分析属于后续处理。

Sensor 负责获取：

位置
速度
方向
加速度

而不是直接进行行为判断。

25.6 Temperature

Temperature Sensor 用于获取温度。

例如：

TemperatureSensor
       ↓
32℃

数据结构：

{
    sensor_id: "temperature-001",
    type: "temperature",
    value: 32,
    unit: "C"
}

也可以存在多个温度传感器：

Room A → 25℃
Room B → 30℃
Machine → 70℃
Outdoor → 28℃

通过 sensor_id 区分：

temperature-001
temperature-002
temperature-003
temperature-004

Temperature 与 Scene

例如：

TemperatureSensor
       ↓
32℃
       ↓
Information
       ↓
SceneCollector
       ↓
Scene.environment.temperature

最终：

Scene
└── Environment
    └── Temperature = 32℃

后面的认知系统才可以进一步处理：

当前温度是否正常？
是否过高？
是否需要采取行动？

25.7 Direction

Direction Sensor 或方向数据用于获取对象当前朝向或运动方向。

例如：

direction = north

或者：

angle = 90°

也可以使用：

heading
yaw
pitch
roll

在简单 SAI 模型中，可以先统一成：

{
    type: "direction",
    value: "north"
}

或者：

{
    type: "direction",
    angle: 90
}

Direction 的两种意义

方向需要注意两种情况。

1. 对象朝向

Robot
heading = north

2. 对象运动方向

Car
movement_direction = east

两者可能相同，也可能不同。

因此最好在数据结构中明确区分。

orientation
movement_direction

25.8 Acceleration

Acceleration Sensor 用于获取加速度变化。

例如：

AccelerationSensor
       ↓
2.5 m/s²

三轴数据：

x = 1.2
y = 0.5
z = 0.8

统一结构：

{
    sensor_id: "acceleration-001",
    type: "acceleration",
    x: 1.2,
    y: 0.5,
    z: 0.8,
    unit: "m/s2"
}

加速度数据可以支持后续：

Motion
State
Device State
Vehicle State
Robot State

例如：

Acceleration
     ↓
Motion
     ↓
Object State
     ↓
Scene

但 Sensor 本身不负责判断：

是否发生碰撞？
是否紧急制动？
是否危险？

这些属于后续处理。

25.9 Custom Sensor

SAI Framework 不应该把 Sensor 限制在固定的几种类型。

现实世界中可能存在：

PressureSensor
HumiditySensor
SoundSensor
GasSensor
SmokeSensor
LightSensor
VibrationSensor
WeightSensor
CustomDeviceSensor

因此需要支持：

Custom Sensor（自定义传感器）

例如：

PressureSensor
    ↓
101.3 kPa

或者：

HumiditySensor
    ↓
65%

或者用户自行定义：

MySensor
    ↓
custom-value

Custom Sensor 接口

可以定义统一接口：

<?php

namespace SAI\Scene;

interface SensorInterface
{
    public function getId();

    public function getType();

    public function read();
}

温度 Sensor：

<?php

namespace SAI\Scene;

class TemperatureSensor implements SensorInterface
{
    public function getId()
    {
        return 'temperature-001';
    }

    public function getType()
    {
        return 'temperature';
    }

    public function read()
    {
        return array(
            'value' => 32,
            'unit' => 'C'
        );
    }
}

距离 Sensor：

<?php

namespace SAI\Scene;

class DistanceSensor implements SensorInterface
{
    public function getId()
    {
        return 'distance-001';
    }

    public function getType()
    {
        return 'distance';
    }

    public function read()
    {
        return array(
            'value' => 5,
            'unit' => 'm'
        );
    }
}

这样不同 Sensor 就拥有统一接口。

25.10 Sensor 数据统一

这是本章的核心。

不同 Sensor 的数据格式不同：

Temperature
→ 32

Distance
→ 5m

Position
→ x120,y80

Motion
→ moving

Direction
→ north

Acceleration
→ x1.2,y0.5,z0.8

如果后续系统分别处理这些格式，系统会越来越复杂。

因此需要统一成：

SensorData
{
    sensor_id
    sensor_type
    value
    unit
    time
    state
    metadata
}

统一 SensorData

例如温度：

{
    sensor_id: "temperature-001",
    sensor_type: "temperature",
    value: 32,
    unit: "C",
    time: "...",
    state: "valid"
}

距离：

{
    sensor_id: "distance-001",
    sensor_type: "distance",
    value: 5,
    unit: "m",
    time: "...",
    state: "valid"
}

位置：

{
    sensor_id: "position-001",
    sensor_type: "position",
    value: {
        x: 120,
        y: 80,
        z: 2
    },
    time: "...",
    state: "valid"
}

SensorData 的意义

统一以后：

Camera
Distance
Position
Motion
Temperature
Direction
Acceleration
Custom
       │
       ▼
   SensorData
       │
       ▼
   Information
       │
       ▼
 SceneCollector

后面的系统不需要关心每个传感器的底层接口差异。

25.11 Sensor → SceneCollector

这是本章最终要建立的关系。

Sensor
   │
   │ read()
   ▼
SensorData
   │
   ▼
Information
   │
   ▼
SceneCollector
   │
   ├── Environment
   ├── Object
   ├── Position
   ├── Motion
   ├── Distance
   └── State
   │
   ▼
Scene

一个完整案例

假设一个机器人处于房间中。

机器人拥有：

Camera
DistanceSensor
PositionSensor
MotionSensor
TemperatureSensor

Camera

Camera
→ Image

Distance

DistanceSensor
→ 5m

Position

PositionSensor
→ x=120,y=80

Motion

MotionSensor
→ speed=2m/s

Temperature

TemperatureSensor
→ 28℃

统一

SceneCollector 获得：

SensorData
├── Camera
├── Distance
├── Position
├── Motion
└── Temperature

转换成 Scene：

Scene
│
├── Time
│   └── 14:20:00
│
├── Space
│   └── Room
│
├── Environment
│   └── Temperature = 28℃
│
├── Objects
│   └── Robot
│
├── Position
│   └── Robot = x120,y80
│
├── Motion
│   └── Robot = moving
│
└── Distance
    └── Robot → Object = 5m

最终：

Camera ──────────┐
DistanceSensor ──┤
PositionSensor ──┤
MotionSensor ────┤
TemperatureSensor┘
         │
         ▼
    SensorData
         │
         ▼
    Information
         │
         ▼
   SceneCollector
         │
         ▼
       Scene
         │
         ▼
     Perception

25.12 Sensor 的基础类设计

可以进一步建立基础 Sensor：

<?php

namespace SAI\Scene;

abstract class Sensor
{
    protected $id;
    protected $type;
    protected $state;

    public function __construct($id, $type)
    {
        $this->id = $id;
        $this->type = $type;
        $this->state = 'online';
    }

    public function getId()
    {
        return $this->id;
    }

    public function getType()
    {
        return $this->type;
    }

    public function getState()
    {
        return $this->state;
    }

    public function setState($state)
    {
        $this->state = $state;
    }

    abstract public function read();
}

温度 Sensor：

<?php

namespace SAI\Scene;

class TemperatureSensor extends Sensor
{
    public function __construct($id)
    {
        parent::__construct($id, 'temperature');
    }

    public function read()
    {
        return array(
            'value' => 32,
            'unit' => 'C'
        );
    }
}

调用：

$sensor = new TemperatureSensor('temperature-001');

$data = $sensor->read();

得到：

{
    value: 32,
    unit: "C"
}

25.13 SensorManager

当系统拥有多个 Sensor 时，可以使用管理器：

<?php

namespace SAI\Scene;

class SensorManager
{
    protected $sensors = array();

    public function register(Sensor $sensor)
    {
        $this->sensors[$sensor->getId()] = $sensor;
    }

    public function get($id)
    {
        if (!isset($this->sensors[$id])) {
            return null;
        }

        return $this->sensors[$id];
    }

    public function all()
    {
        return $this->sensors;
    }
}

$manager = new SensorManager();

$manager->register(
    new TemperatureSensor('temperature-001')
);

于是：

SensorManager
│
├── temperature-001
├── distance-001
├── position-001
├── motion-001
└── camera-001

25.14 Sensor 与 SceneCollector 的职责边界

最终可以明确：

组件	职责
Sensor	获取某类测量数据
SensorManager	管理 Sensor
InformationSource	描述数据来源
InformationReceiver	接收信息
Information	统一的信息对象
SceneCollector	汇总信息形成 Scene
Scene	描述当前场景
Perception	对场景进行感知

所以：

Sensor
→ 测量

InformationReceiver
→ 接收

SceneCollector
→ 汇总

Scene
→ 描述

Perception
→ 感知

这几个层次不能混淆。

本章完整架构

                         外部世界
                             │
          ┌──────────────────┼──────────────────┐
          ▼                  ▼                  ▼
      Environment          Object             Device
          │                  │                  │
          └──────────────────┼──────────────────┘
                             │
                           Sensor
                             │
        ┌──────────┬─────────┼─────────┬──────────┐
        ▼          ▼         ▼         ▼          ▼
      Camera    Distance  Position   Motion   Temperature
        │          │         │         │          │
        └──────────┴─────────┼─────────┴──────────┘
                             │
                    Direction / Acceleration
                             │
                             ▼
                        SensorData
                             │
                             ▼
                        Information
                             │
                             ▼
                    InformationReceiver
                             │
                             ▼
                       SceneCollector
                             │
                             ▼
                           Scene
                             │
                             ▼
                        Perception

本章小结

Sensor 是 SAI Framework 的外部数据采集基础组件。

本章建立了：

Sensor
├── Camera
├── Distance
├── Position
├── Motion
├── Temperature
├── Direction
├── Acceleration
└── Custom Sensor

这些 Sensor 最终通过统一的数据结构进入 SAI：

Sensor
   ↓
SensorData
   ↓
Information
   ↓
InformationReceiver
   ↓
SceneCollector
   ↓
Scene
   ↓
Perception

最重要的职责边界是：

Sensor 负责获取数据，InformationReceiver 负责接收信息，SceneCollector 负责组织场景，Scene 负责描述场景，Perception 才负责感知场景。

这样，第19章到第25章已经形成了一条完整的信息与场景输入链：

Information
    ↓
InformationType
    ↓
InformationSource
    ↓
InformationReceiver
    ↓
Scene
    ↑
SceneCollector
    ↑
Sensor

而下一阶段进入 Central 时，就可以把已经建立好的 Information → Scene 输入体系与 SAI Individual 的内部协调机制连接起来。

以上 PHP 代码是本章的设计示例，用于说明 SAI Framework 的 OOP 结构，未作为实际项目代码执行验证。

第25章 Sensor

第六篇 Scene 场景采集

第25章 Sensor

本章大纲

25.1 Sensor 定义

Sensor 与 InformationSource

25.2 Camera

Camera 数据

25.3 Distance

25.4 Position

Position 与 Scene

25.5 Motion

Motion 与 Position

25.6 Temperature

Temperature 与 Scene

25.7 Direction

Direction 的两种意义

1. 对象朝向

2. 对象运动方向

25.8 Acceleration

25.9 Custom Sensor

Custom Sensor 接口

25.10 Sensor 数据统一

统一 SensorData

SensorData 的意义

25.11 Sensor → SceneCollector

一个完整案例

Camera

Distance

Position

Motion

Temperature

统一

25.12 Sensor 的基础类设计

25.13 SensorManager

25.14 Sensor 与 SceneCollector 的职责边界

本章完整架构

本章小结