飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)在智慧園區(qū)中的應(yīng)用
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引言
自1984年以來(lái),我國(guó)建筑智能化經(jīng)歷了從無(wú)到有,從學(xué)習(xí)到創(chuàng)新的發(fā)展過(guò)程,取得了巨大進(jìn)步,目前已有約30個(gè)子系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。但即便如此,中國(guó)的智能建筑工程當(dāng)前依然面臨著缺乏普遍的成功經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行實(shí)效的問(wèn)題。究其原因,關(guān)鍵在于如何讓智能建筑的系統(tǒng)功能與建筑的實(shí)際使用需求相互吻合。
事實(shí)上,建筑物的使用功能和需求隨著技術(shù)和產(chǎn)品的涌現(xiàn)是不斷發(fā)展變化的,且在建筑設(shè)計(jì)的初期難以預(yù)見(jiàn)和準(zhǔn)確定位。此外,建筑工程基建管理方與實(shí)際使用方在需求理解方面的不一致,更是加劇了這些不確定性因素。因此,使用先進(jìn)的技術(shù)架構(gòu)和有效的管理手段,使智能建筑工程能夠根據(jù)需要在運(yùn)行過(guò)程中不斷調(diào)整、優(yōu)化,以滿足后期功能的擴(kuò)充和變化,具有重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。
筆者認(rèn)為,現(xiàn)代智能建筑技術(shù)的調(diào)整和優(yōu)化之路應(yīng)著重考慮如下四個(gè)方面:
應(yīng)用系統(tǒng)——智慧聯(lián)動(dòng)。智能建筑工程各個(gè)專業(yè)子
收稿日期:2013-05-15系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)的相關(guān)性實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)互動(dòng)。
技術(shù)結(jié)構(gòu)一扁平化。智能建筑工程各個(gè)專業(yè)子系統(tǒng)所有的前端傳感器、探測(cè)器融合組成一個(gè)扁平化的感知接入層。
工程模式一一隨需配置。智能建筑系統(tǒng)依靠其綜合管理平臺(tái)的后臺(tái)監(jiān)控管理功能,允許使用者按照實(shí)際中的需要,隨時(shí)、隨需地?cái)U(kuò)充前端采樣點(diǎn)位,弓入更多新的“物”的信息作為運(yùn)行的參變量,隨需調(diào)整設(shè)備與環(huán)境配置,改善相關(guān)功能。
后期管理——自我優(yōu)化。智能建筑系統(tǒng)采取開放式運(yùn)行模型庫(kù)的技術(shù)架構(gòu),系統(tǒng)運(yùn)行中所涉及到的各類監(jiān)控模型可以不斷研發(fā)、充實(shí),使得系統(tǒng)運(yùn)行管理功能不斷增加,運(yùn)行模型可以按照技術(shù)的發(fā)展和不同的使用要求而不斷地優(yōu)化提高。
飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)是由航天飛鄰開發(fā)的一款物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng),其本質(zhì)是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理的中間件和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)規(guī)范平臺(tái),目標(biāo)是扁平化、隨需配置與自我優(yōu)化。
本文基于飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)給出了一套智能園區(qū)建設(shè)的完整解決方案,介紹了飛鄰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù),然后通過(guò)3個(gè)智慧園區(qū)建設(shè)案例詮釋了飛鄰物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特色應(yīng)用。
1飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)
1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)由三個(gè)部分組成,圖1所示是飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成圖。該系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集和傳輸、數(shù)據(jù)中心處理服務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)三項(xiàng)功能。
圖1飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
數(shù)據(jù)采集和傳輸可支持不同類型、不同廠商設(shè)備的適配,并支持TCP、UDP、UART等各種通信接口,同時(shí)支持固定
IP、ADSL撥號(hào)、Wi-Fi等各種寬帶接入形式,還擁有智能適配器和非標(biāo)設(shè)備通信。
數(shù)據(jù)中心處理服務(wù)可提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)、云媒體服務(wù)、云存儲(chǔ)服務(wù)及云GIS服務(wù),并開放二次開發(fā)接口。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)包含實(shí)時(shí)工作流引擎、專家系統(tǒng)引擎、業(yè)務(wù)運(yùn)行服務(wù)等組件。數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)則采用多種通信方式連接數(shù)據(jù)應(yīng)用運(yùn)行服務(wù)中心,支持的客戶端有瀏覽器、嵌入式客戶端和移動(dòng)設(shè)備等。
1.2系統(tǒng)特點(diǎn)
本系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是將航天測(cè)控?cái)?shù)據(jù)服務(wù)移植到了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)。飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)的前身是航天測(cè)控技術(shù)平臺(tái),衛(wèi)星監(jiān)控中心通過(guò)陸地及海上的探測(cè)設(shè)計(jì)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)感知監(jiān)測(cè),并進(jìn)行海量高速運(yùn)算分析,對(duì)衛(wèi)星正常運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。因此,航天測(cè)控技術(shù)平臺(tái)事實(shí)上就是最早的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)將航天測(cè)控?cái)?shù)據(jù)服務(wù)移植到了物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)中,并從三個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn):一是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,由航天測(cè)控的專網(wǎng)到環(huán)境復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng),在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅芎桶踩苑矫嬷乜紤]和改進(jìn);二是和物聯(lián)網(wǎng)的云特性結(jié)合,提高數(shù)據(jù)處理能力;三是考慮到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特性,在數(shù)據(jù)發(fā)布和顯示設(shè)備上,增加了移動(dòng)互聯(lián)、手持設(shè)備的數(shù)據(jù)顯示和應(yīng)用體驗(yàn)。
飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)從智慧建筑系統(tǒng)的角度重新分層,其分層結(jié)構(gòu)如表1所列。
表1飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)分層
層號(hào) |
基于飛鄰物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)分層 |
標(biāo)準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)分層 |
6 |
應(yīng)用層 |
|
5 |
運(yùn)行模型層 |
應(yīng)用層 |
4 |
數(shù)據(jù)管理層 |
|
3 |
傳輸層 |
|
2 |
IP層 |
傳輸層 |
1 |
探測(cè)層 |
感知層 |
飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)首先把建筑智能化工程各個(gè)專業(yè)子系統(tǒng)中所有的前端傳感器、探測(cè)器融合組成一個(gè)扁平化的感知層(探測(cè)子層);然后,根據(jù)專業(yè)子系統(tǒng)不同的技術(shù)結(jié)構(gòu)采取分步網(wǎng)絡(luò)化,形成IP網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu),對(duì)所有的前端設(shè)備配置對(duì)應(yīng)的IP地址(IP子層);最后,根據(jù)不同的通信技術(shù)以及各類有線/無(wú)線傳輸技術(shù),采取分層傳輸交互結(jié)構(gòu)(傳輸子層),把本地的局域網(wǎng)、無(wú)線端和遠(yuǎn)程的互聯(lián)網(wǎng)、3G網(wǎng)、Wi-Fi網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)等形成一個(gè)集成的傳輸層。
飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)在產(chǎn)品定義、接入方式、服務(wù)對(duì)象及服務(wù)功能等方面進(jìn)行了特別設(shè)計(jì),并對(duì)傳統(tǒng)IBMS(IntelligentBuildingManagementSystem)進(jìn)行了革新,其區(qū)別見(jiàn)表2所歹U。
表2飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)與傳統(tǒng)舊MS的區(qū)別
內(nèi)容 |
飛鄰IBMS |
普通IBMS |
比較 |
產(chǎn)品定義 |
建筑功能為核心 |
建筑設(shè)備為核心 |
提高建筑的服務(wù)能力及建筑的運(yùn)行能力 |
接入方式 |
控制/接入服務(wù)器 |
標(biāo)準(zhǔn) OPC協(xié)議 |
1.穩(wěn)定性;2.集中管理/分散控制及采集;3.數(shù)據(jù)安全性 |
服務(wù)對(duì)象 |
管理者、使用者 |
管理者 |
服務(wù)的對(duì)象不同 |
服務(wù)功能 |
按需配置 |
定制 |
靈活性不同 |
附加值 |
基于飛鄰物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的增值服務(wù)、應(yīng)用開發(fā)服務(wù) |
無(wú) |
回報(bào)不同 |
飛鄰智能化子系統(tǒng)、智能設(shè)備有進(jìn)行數(shù)據(jù)/指令交換的裝置,能根據(jù)智能化子系統(tǒng)、智能設(shè)備的接口和協(xié)議,打通數(shù)據(jù)/指令的通道,并不斷積累,以便重用。
由于建筑內(nèi)部復(fù)雜、多樣,集中控制顯然不現(xiàn)實(shí),飛鄰執(zhí)行控制邏輯裝置則可實(shí)現(xiàn)“集中管理、分散控制”
應(yīng)用飛鄰專有的實(shí)時(shí)工作流、實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù),可對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,并且進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、處理、計(jì)算。
飛鄰系統(tǒng)可通過(guò)非對(duì)稱加密數(shù)字簽名的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信之前的雙方認(rèn)證,并可采用不可逆加密算法(MD5算法)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密傳輸。
1.3關(guān)鍵技術(shù)
飛鄰系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括跨協(xié)議智能互通、實(shí)時(shí)工作流、實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算平臺(tái)和用戶平臺(tái)等。
跨協(xié)議智能互通,主要是飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)匹配串口、modbus、網(wǎng)口、BacNet、OPC等協(xié)議可實(shí)現(xiàn)PLC、DDC、RTU、工控機(jī)及智能化系統(tǒng)的互聯(lián)互通,并采集數(shù)據(jù)。
實(shí)時(shí)工作流,就是說(shuō)工作流服務(wù)運(yùn)行在飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)內(nèi)核中,加載由軟件開發(fā)人員提供流程文件,執(zhí)行預(yù)先定義的流程化工作,并提供對(duì)流程執(zhí)行邏輯的控制,如開始、暫停、關(guān)閉、重置等;流程的執(zhí)行結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)中心回饋給客戶端。工作流服務(wù)也可以支持多個(gè)流程同時(shí)執(zhí)行,相互之間可以做到互不干擾。支持單個(gè)流程的循環(huán)執(zhí)行、單次執(zhí)行、延時(shí)執(zhí)行、等待條件開始執(zhí)行等??梢越o用戶多種啟動(dòng)工作流的選擇,靈活應(yīng)對(duì)各種實(shí)際的執(zhí)行需要。工作流服務(wù)還支持多種常用流程行為節(jié)點(diǎn),如等待條件、等待命令、命令、延時(shí)、分支等,可以讓用戶方便、靈活地組合成各種需要的工作流程。實(shí)時(shí)工作流分為順序執(zhí)行和狀態(tài)機(jī)兩種使用模式,它使物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)自動(dòng)化。設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制,可按照預(yù)定邏輯自動(dòng)運(yùn)行,同時(shí)人的活動(dòng)也可以參與到工作流之中,使工作規(guī)范和有序。
實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)的典型應(yīng)用包括數(shù)據(jù)判讀、故障診斷和輔助決策三種應(yīng)用,它使物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)智能化。專家診斷系統(tǒng)核心由事實(shí)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、推理機(jī)三大部分組成。事實(shí)庫(kù)由應(yīng)用系統(tǒng)中各個(gè)采樣點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)組成,并將采用規(guī)則作為基本的知識(shí)表示方式。推理機(jī)即專家系統(tǒng)引擎,它可將事實(shí)和規(guī)則進(jìn)行組織并進(jìn)行推理。
數(shù)據(jù)中心,就是飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)利用其數(shù)據(jù)服務(wù)中心向用戶提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、匯集、高速訪問(wèn)服務(wù)。對(duì)于部分大客戶和特定物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用,采用與商業(yè)IDC(InternetDataCenter)進(jìn)行合作的模式,實(shí)現(xiàn)集中式數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、處理和發(fā)送。
云計(jì)算平臺(tái),主要是飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)部署在云上,將基于其開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)具體行業(yè)應(yīng)用,上傳到云端,供不同用戶隨需選用。圖2所示為基于云計(jì)算的智慧園區(qū)結(jié)構(gòu)圖。
基于云計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)是每個(gè)接入的客戶,能共享云中各子系統(tǒng)的資源,尤其是各類不同智慧園區(qū)應(yīng)用和各類不同的個(gè)性化需求需要有龐大管理、智能軟件支撐,通過(guò)云計(jì)算的共享可以大幅提升物聯(lián)網(wǎng)的性能,降低對(duì)中心計(jì)算機(jī)及中心平臺(tái)的物理構(gòu)架需求。
另外就是用戶專有平臺(tái)。該平臺(tái)作為特定的用戶類型,類似像公檢法機(jī)構(gòu)希望建設(shè)智慧園區(qū)平臺(tái),因有其專有的網(wǎng)絡(luò),不能夠通過(guò)公網(wǎng)接入到云計(jì)算上,故需要建立獨(dú)享的專有平臺(tái)。
1.4從智慧建筑到智慧園區(qū)
系統(tǒng)從建筑內(nèi)的每一間房間開始,延伸到整棟建筑物、建筑群,乃至建筑外的園區(qū)、城區(qū),對(duì)所有人為的和自然的環(huán)境實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理,從而構(gòu)成一個(gè)生活、生產(chǎn)的完整智慧空間。其基本思想為:利用物聯(lián)網(wǎng)分層的思想,依靠飛鄰物聯(lián)智能技術(shù),將園區(qū)智能化工程中各專業(yè)子系統(tǒng)的所有的前端設(shè)施感知,通過(guò)感知層數(shù)據(jù)適配器,將數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸層自組網(wǎng)或電信網(wǎng)絡(luò),傳輸?shù)綉?yīng)用層飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng),并由飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)中各子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析處理,促成子系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng),實(shí)現(xiàn)以智慧建筑為基礎(chǔ)的智慧園區(qū)[2],智慧園區(qū)群構(gòu)成智慧城區(qū),組成關(guān)系如圖3所示。
2應(yīng)用實(shí)例
2.1無(wú)錫O-Park智慧園區(qū)應(yīng)用實(shí)例
圖4所示是基于飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)開發(fā)的無(wú)錫O-Park智慧園區(qū)的功能結(jié)構(gòu)圖。包括18個(gè)前端子系統(tǒng),系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)扁平化的關(guān)聯(lián),抽象出信息化、自動(dòng)化、智能化及其他等四類服務(wù),最終服務(wù)于園區(qū)物業(yè)、園區(qū)商業(yè)、園區(qū)辦公、園區(qū)家居及園區(qū)休閑娛樂(lè)等方面。
2.2西安國(guó)際港務(wù)區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)園
西安國(guó)際港務(wù)區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)包括科研樓、綜合樓、生產(chǎn)廠房及其他公用設(shè)施等。飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)能支撐開發(fā)和集成智能園區(qū)應(yīng)用,進(jìn)行樓宇自控系統(tǒng)(BAS)、綜合安保系統(tǒng)(SAS)、智能卡系統(tǒng)(即一卡通,包括門禁、考勤、停車場(chǎng)管理、巡更、售餐)、系統(tǒng)集成(BMS)等子系統(tǒng)的建設(shè),該系統(tǒng)正在建設(shè)中。圖5所示是西安國(guó)際港務(wù)區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)園智慧園區(qū)建設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖。
2.3新疆軟件園智慧園區(qū)
飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)所支撐的新疆軟件園智慧園區(qū)總體架構(gòu)如圖6所示。該智慧園區(qū)應(yīng)用運(yùn)行在第三方云計(jì)算平臺(tái)上,基于飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)的智慧園區(qū)應(yīng)用平臺(tái)為其提供底層服務(wù),為應(yīng)用展示中心提供智慧園區(qū)應(yīng)用服務(wù),為指揮調(diào)度中心提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入服務(wù)。智慧園區(qū)應(yīng)用平臺(tái)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與第三方云計(jì)算平臺(tái)無(wú)縫對(duì)接,為智慧園區(qū)提供訪客引導(dǎo)、智慧會(huì)議、班車調(diào)度、智能就餐、消防應(yīng)急、照明監(jiān)控、能源監(jiān)控、安防聯(lián)動(dòng)及設(shè)備管理等在內(nèi)的18個(gè)扁平化前端子系統(tǒng),還為園區(qū)信息化子系統(tǒng)及軟件公共服務(wù)平臺(tái)提供服務(wù)。
3結(jié)語(yǔ)
智慧園區(qū)是集園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施、特色產(chǎn)業(yè)、運(yùn)營(yíng)管理等三個(gè)層面共同的智慧化。目前,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并接合云計(jì)算,來(lái)實(shí)現(xiàn)園區(qū)建筑智能化及基礎(chǔ)設(shè)施智慧化,進(jìn)而帶動(dòng)園區(qū)特色產(chǎn)業(yè)的快速孵化、管理運(yùn)營(yíng)的智慧高效。未來(lái),隨著新技術(shù)的出現(xiàn),基于飛鄰物聯(lián)智能系統(tǒng)的智慧園區(qū)的解決方案將會(huì)有不斷完善與創(chuàng)新。
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