基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇Web管理系統(tǒng)

*本文已于2015-03-27 15∶42在中國知網(wǎng)優(yōu)先數(shù)字出版。 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/21.1558.C.20150327.1542.002.html

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇Web管理系統(tǒng)*

鮑隱韜， 滕輝云

(沈陽工業(yè)大學 管理學院， 沈陽 110870)

摘要：智能樓宇是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)未來應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，為了克服傳統(tǒng)建筑分散、管理方式獨立所帶來的耗時、耗力問題，滿足用戶的多樣化需求，對現(xiàn)有的物業(yè)管理、一卡通管理、辦公自動化、建筑設(shè)備自動化等獨立的系統(tǒng)進行整合，通過建立一個滿足需求、易于使用的Web管理系統(tǒng)實現(xiàn)集中管理和協(xié)同工作的目的?；贐/W/D三層架構(gòu)，針對系統(tǒng)管理、面向設(shè)備管理和用戶管理，設(shè)計并實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇Web管理系統(tǒng)，滿足在新的形勢下對建筑進行智能管理的要求和用戶的需要，提高建筑智能化水平，完善智能建筑管理模式，實現(xiàn)樓宇內(nèi)部管理工作的網(wǎng)絡(luò)化、自動化、數(shù)字化。

關(guān)鍵詞：物業(yè)管理； 智能樓宇； 物聯(lián)網(wǎng)； Web管理系統(tǒng)； B/W/D三層架構(gòu)； 辦公自動化； 建筑智能化

收稿日期：2014-09-27

基金項目：遼寧省科學技術(shù)重大、重點課題(2012401002)； 沈陽市科學計劃項目(F14-230-5-23)。

作者簡介：鮑隱韜(1976-)，女，遼寧沈陽人，講師，碩士，主要從事電子商務(wù)和軟件理論等方面的研究。

doi：10.7688/j.issn.1674-0823.2015.03.08

中圖分類號：C931文獻標志碼：A

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得地球成為村莊。雖然依靠通訊信息技術(shù)縮短了時空帶給人們的隔閡，營造了信息交流無障礙的虛擬環(huán)境，但是物與物之間的物理關(guān)系卻并未產(chǎn)生本質(zhì)上的改變。無論互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到什么程度，最終與人息息相關(guān)的仍然是實際物體。物聯(lián)網(wǎng)就是借助互聯(lián)網(wǎng)將實際物體包括人進行相互連接，基于全球定位、射頻識別、激光掃描、紅外感應(yīng)等高端技術(shù)，設(shè)定共同遵守的協(xié)議和規(guī)范，進行信息的交換和傳遞，最終實現(xiàn)對人和物的管理和控制[1]。物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的環(huán)節(jié)包括基于RFID實現(xiàn)標識、基于傳感器實現(xiàn)感知、基于智能芯片實現(xiàn)處理和基于互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息傳遞[2]。其中，信息傳遞是人機交互實現(xiàn)控制與管理的前提和基礎(chǔ)。簡潔全面的控制管理應(yīng)用系統(tǒng)能夠達到事半功倍的效果。

一、智能樓宇的概念及發(fā)展趨勢

智能樓宇是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個重要領(lǐng)域[3]，未來建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢是提高建筑的信息化、綠色化、智能化和自動化水平，對建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理[4]四個基本要素進行優(yōu)化組合，提供高效、舒適、安全、方便的環(huán)境，使得人們的工作效率、管理水平、生活質(zhì)量以及城市信息化建設(shè)水平大大提高，同時也促進了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，各種建筑、小區(qū)、樓宇的管理成為現(xiàn)代社會社區(qū)物業(yè)服務(wù)急需解決的核心問題之一。智能樓宇成為城市或地區(qū)科學技術(shù)和經(jīng)濟水平現(xiàn)代化程度綜合體現(xiàn)的重要標志。它是信息時代計算機應(yīng)用科學的必然產(chǎn)物，是現(xiàn)代高科技與建筑的完美融合，是多學科、高新技術(shù)的有機集成[5]。隨著科技的發(fā)展不斷完善，其含義一般被認為是利用系統(tǒng)集成方法，將計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)和建筑藝術(shù)有機結(jié)合，通過對設(shè)備的自動監(jiān)控、對信息資源的管理和對使用者的信息服務(wù)及其建筑的優(yōu)化組合[6]，所獲得的投資合理、適合信息社會要求并且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點的建筑物。大量高新技術(shù)被應(yīng)用其中，可視電視、多媒體技術(shù)、智能保安與環(huán)境控制、信息高速公路、能量無管線傳輸?shù)茸罴舛说母呖萍家苍谥悄芙ㄖ邪l(fā)揮著巨大的優(yōu)勢[7]42-43。

智能樓宇研究的重點之一是如何進行高效統(tǒng)一集成化管理[8]?；诨ヂ?lián)網(wǎng)、無線藍牙等網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，在樓宇的各個區(qū)域部署可以進行信息數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的傳感器設(shè)備，通過實現(xiàn)圖形化用戶界面的客戶端操作接口來實現(xiàn)對樓宇的安全監(jiān)控、消防報警、物業(yè)管理等功能。通過客戶端操作接口，還可以對管理人員、住戶、商戶、寫字樓辦公人員等實現(xiàn)統(tǒng)一管理[9]、實時在線監(jiān)控、識別、聯(lián)動報警、指揮調(diào)度、遠程管理、決策支持等控制功能。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇借助Web技術(shù)提供在線圖形化用戶界面的客戶端操作平臺，即物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇Web管理系統(tǒng)(Intelligent Building Web Management System，以下簡稱IBWMS)，利用該系統(tǒng)進行管理可達到最優(yōu)的效果。

二、IBWMS設(shè)計和實現(xiàn)的戰(zhàn)略目標

基于物聯(lián)網(wǎng)的IBWMS應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多變，需要滿足不同人群的各種需求，因此，制定正確的戰(zhàn)略目標可以指導(dǎo)開發(fā)過程并提高工作效率。

IBWMS應(yīng)該具備開放性[10]。遵循主流技術(shù)標準和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使其能夠與其他系統(tǒng)具備交互操作性，互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)以瀏覽器為主要方式實現(xiàn)監(jiān)控管理等操作。

IBWMS應(yīng)該具備可擴展性。軟件采取模塊化方式開發(fā)，可重用。

IBWMS應(yīng)該具備安全性。該系統(tǒng)基于安全協(xié)議，具有完善的安全管理策略、使用系統(tǒng)的安全等級制度以及防火墻和網(wǎng)絡(luò)管理日志等。

IBWMS應(yīng)該具備可靠性和容錯性。該系統(tǒng)在硬件配置和軟件管理兩方面實現(xiàn)不間斷正常運行，具備延時處理故障、熱備份等功能，從而能夠應(yīng)對突發(fā)事件。

IBWMS應(yīng)該具備友好性。終端用戶操作不必或者只要簡單培訓(xùn)即可實現(xiàn)，有益于推廣。

三、IBWMS功能需求分析

樓宇管理的內(nèi)容復(fù)雜多樣，通常情況下包括暖通空調(diào)設(shè)備管理、智能照明系統(tǒng)管理、供電設(shè)備管理、電梯和自動化扶梯管理、入侵報警集成系統(tǒng)管理、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)管理、門禁巡更系統(tǒng)管理、火災(zāi)報警和消防聯(lián)動管理、客戶和房產(chǎn)信息管理、客戶繳費支付管理、保潔管理、一卡通信息管理等內(nèi)容[11]。

IBWMS可分為三大模塊：系統(tǒng)管理模塊、面向設(shè)備管理模塊和面向用戶管理模塊。各模塊由子模塊組成，在相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域保障各項功能的實現(xiàn)，其總體功能結(jié)構(gòu)和各模塊功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇Web管理系統(tǒng)功能模塊構(gòu)成

1. 面向設(shè)備管理模塊

建筑設(shè)備自動化管理通過廣泛分布的傳感器監(jiān)控建筑內(nèi)外多種設(shè)備，將運行信息反饋給智能分析系統(tǒng)后傳遞給Web平臺，管理人員對大樓內(nèi)的公共設(shè)施進行管理，包括給排水設(shè)備運行報警信息、暖通空調(diào)設(shè)備運行報警信息、供配電系統(tǒng)運行信息等。

安全防范系統(tǒng)模塊是智能建筑安全要求的必備功能，IBWMS應(yīng)能夠?qū)崟r對入侵報警系統(tǒng)進行管理，實現(xiàn)對樓宇小區(qū)24小時無縫視頻監(jiān)控管理，對出入口(門禁)系統(tǒng)進行監(jiān)控管理。管理人員可以通過Web平臺實時監(jiān)控大樓安全，包括重要房間、走廊過道、電梯扶梯、衛(wèi)生間、停車場、小區(qū)室外道路等。

報警信息、智能照明系統(tǒng)運行報警信息、電梯和自動扶梯運行報警信息等消防報警系統(tǒng)基于建筑各個樓層和房屋溫度、濕度、煙霧和視頻實時監(jiān)控并將信息返回到IBWMS，可以向管理人員報警，在最短時間內(nèi)向公安局、消防隊發(fā)布聯(lián)動報警，甚至與其他智能化系統(tǒng)全面聯(lián)動(如公共廣播及應(yīng)急廣播系統(tǒng))。通過IBWMS可以及時了解火災(zāi)情況并向住戶通報火情，還可以在線采取措施操作自動化消防設(shè)備撲滅火災(zāi)。

2. 面向用戶管理模塊

物業(yè)管理系統(tǒng)為各種用戶包括住戶、商戶、辦公用戶提供登錄IBWMS的入口，并提供查詢大樓內(nèi)房產(chǎn)信息、在線繳費、申請客戶服務(wù)等功能。工作人員可以在線發(fā)布大樓活動、物業(yè)公告、故障報警、火災(zāi)報警等，接收到用戶客服信息后可以安排物業(yè)員工、維修人員、保潔環(huán)衛(wèi)人員進行工作。

辦公自動化系統(tǒng)主要包括兩個部分：個人事務(wù)處理模塊和公共信息管理模塊。個人事務(wù)處理模塊存放和處理個人相關(guān)的文件資料和信息，其他人無法訪問。公共信息管理模塊用于寫字樓企業(yè)發(fā)布通知、通告、政策法規(guī)、崗位規(guī)章制度及其他公眾信息，只有相關(guān)權(quán)限的人才能建立、查看或修改。

一卡通管理系統(tǒng)使得用戶可以在線進行一卡通充值，查詢一卡通消費記錄，辦理、注銷一卡通業(yè)務(wù)等。管理人員可以管理用戶身份和權(quán)限，管理用戶繳費信息，協(xié)助用戶辦理業(yè)務(wù)。

3. 系統(tǒng)管理模塊

基于物聯(lián)網(wǎng)的IBWMS從使用者的角度進行劃分，可以把用戶包括工作人員、系統(tǒng)管理員、普通用戶(包括住戶、商戶和寫字樓用戶等)分組為住戶、商戶、辦公人員、后臺管理員、前臺管理員、社區(qū)管理員和安全管理員7種。不同分組的用戶操作和數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限不同，系統(tǒng)管理員可以靈活設(shè)置各組別各用戶的權(quán)限。系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)擁有最高的權(quán)限，可以操作管理樓宇設(shè)備、查詢歷史記錄、對用戶認證授權(quán)、維護系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫等。社區(qū)管理員和安全管理員分別管理面向用戶和面向設(shè)備的業(yè)務(wù)，減輕工作壓力，使維護更簡單、高效。普通用戶可以完成查詢個人信息、在線繳費支付、查詢公告新聞、申請客戶服務(wù)等基礎(chǔ)服務(wù)。針對住戶、商戶、寫字樓辦公用戶還可提供個性化的功能和服務(wù)。

基本信息管理模塊具有對大樓內(nèi)住戶、商戶、工作人員、辦公企業(yè)的信息進行統(tǒng)一管理的功能，包括對用戶信息的輸入、導(dǎo)入、瀏覽查詢、修改及刪除等操作。系統(tǒng)管理員可以管理用戶身份認證、用戶權(quán)限控制、用戶注銷等。

系統(tǒng)維護模塊包括數(shù)據(jù)備份、導(dǎo)入、導(dǎo)出、恢復(fù)、清理等功能。系統(tǒng)維護工作由后臺管理員來完成，負責對系統(tǒng)的用戶進行增、刪、改等操作以及對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行日常備份和恢復(fù)，是系統(tǒng)安全控制的重點。

4. 功能分析

面向設(shè)備的管理模塊定義了IBWMS最主要的業(yè)務(wù)功能，只有合法授權(quán)系統(tǒng)管理員才能對該部分進行修改操作，普通用戶沒有瀏覽、操作的權(quán)限。系統(tǒng)管理員可以在本平臺向用戶發(fā)布故障報警、消防報警、入侵報警，也可以向公安局、消防隊發(fā)布聯(lián)動報警信息。用戶分組和權(quán)限機制保證了系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定、高效。

建筑實現(xiàn)Web平臺信息化管理，其目的是實現(xiàn)建筑內(nèi)部管理工作的信息化、科學化、智能化，方便廣大住戶、商戶、寫字樓辦公人員全面、及時、有效地了解和掌握物業(yè)、房產(chǎn)、安全、一卡通、辦公自動化等各種信息，讓用戶足不出戶進行查詢、繳費、辦理業(yè)務(wù)、辦公等。而建筑管理者可以通過Web管理平臺實時監(jiān)測傳感器設(shè)備記錄的建筑內(nèi)外的濕度、溫度、空氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)，管理暖通空調(diào)、給排水、供配電、照明、電梯等系統(tǒng)，通過入侵防盜、門禁管理、出入口控制、保安巡更、消防報警等系統(tǒng)可以保障建筑內(nèi)部事務(wù)正常運行和所有用戶的安全，從整體上降低樓宇管理人員的勞動強度，提升物業(yè)、保安人員的工作效率和服務(wù)質(zhì)量。

IBWMS的用戶可以利用電腦、筆記本、手機、平板電腦等多種終端設(shè)備，通過不同的網(wǎng)絡(luò)接入方式隨時隨地查詢所需信息、辦理所需業(yè)務(wù)，實現(xiàn)高效管理的同時也降低了系統(tǒng)維護、升級和管理的成本和工作量。

四、IBWMS軟件框架設(shè)計

以傳感器數(shù)據(jù)采集處理、終端閱讀、通信模塊等正常工作為前提，進行IBWMS軟件框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計?；谖锫?lián)網(wǎng)的IBWMS采用三層體系結(jié)構(gòu)框架，包括前端客戶機、Web服務(wù)器和業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)器以及后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。系統(tǒng)的三層軟件框架結(jié)構(gòu)解決方案如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)軟件三層架構(gòu)

基于Asp并參考MVC模式進行Web開發(fā)具有控制與視圖分離、簡化表示層設(shè)計開發(fā)、降低開發(fā)成本[12]等優(yōu)勢。Web瀏覽器即客戶端與Web服務(wù)器實現(xiàn)表示層功能。客戶端通過瀏覽器提供與用戶交互的接口界面，負責用戶輸入、接收用戶信息并顯示結(jié)果。

應(yīng)用服務(wù)器和業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)器運行在商務(wù)邏輯層，由多種服務(wù)器端的應(yīng)用程序構(gòu)成，實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)訪問功能，是連接表示層與數(shù)據(jù)層的橋梁。Web應(yīng)用服務(wù)器采用IIS，業(yè)務(wù)邏輯處理采用COM+組件。

數(shù)據(jù)層主要負責提供對數(shù)據(jù)的讀取和存儲管理工作，利用DBMS系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫進行管理和操作。本系統(tǒng)采用ADO.net技術(shù)來連接SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過OLE DB技術(shù)連接其他文件源數(shù)據(jù)庫。

IBWMS使用NET平臺，服務(wù)器操作系統(tǒng)Windows 2000/2003 Server，Web服務(wù)器IIS 6.0，數(shù)據(jù)庫SQL Server 2008。

五、IBWMS硬件網(wǎng)絡(luò)配置及運作流程

基于物聯(lián)網(wǎng)的IBWMS的運行環(huán)境由Web服務(wù)器、邏輯服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和防火墻等組成，系統(tǒng)管理人員(包含物業(yè)管理人員、設(shè)備自動化管理人員、消防管理人員等)、住戶、商戶和辦公人員使用多種終端通過多種網(wǎng)絡(luò)連接方式訪問該平臺。具體配置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇Web管理系統(tǒng)物理配置組成

使用Visio工具對基于物聯(lián)網(wǎng)的IBWMS的操作界面運作流程進行描述，如圖4所示。

IBWMS提供功能的部分實現(xiàn)界面如圖5～7所示。

圖4　智能樓宇Web管理系統(tǒng)運作流程

圖5　基本信息管理模塊——用戶導(dǎo)入功能界面

圖6　系統(tǒng)維護管理模塊——數(shù)據(jù)備份功能界面

圖7　建筑設(shè)備自動化管理模塊——照明管理界面

六、結(jié)論

對基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇系統(tǒng)的Web管理系統(tǒng)進行分析、設(shè)計，并獲得部分實現(xiàn)?；贛icrosoft.net技術(shù)從系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)、性能需求、功能需求、配置環(huán)境等角度進行分析，在此基礎(chǔ)上詳細設(shè)計了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)框架。該系統(tǒng)從技術(shù)角度提高了運行效率，且設(shè)計流程更人性化和易于操作。

參考文獻：

[1]楊毅，苗升伍.能源管理系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用研究 [J].智能建筑與城市信息，2012(1)：70-74.

[2]張學榮.基于感知反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的智能樓宇系統(tǒng) [D].北京：北京郵電大學，2011：51-59.

[3]北京郵電大學技術(shù)轉(zhuǎn)移處.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綠色樓宇智能管理系統(tǒng) [EB/OL].[2013-11-10].http：//ettc.bupt.edu.cn/content/content.php?p=10_8_55.

[4]Ira G，Paul E.Building automation：smart buildings meet the smart grid [J].Engineered Systems，2009，26(11)：54-56.

[5]童治軍，鄔思軍.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的未來智能樓宇技術(shù)探析 [J].萍鄉(xiāng)高等?？茖W校學報，2012(3)：71-74.

[6]燕妮.淺論物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究 [J].科技信息，2013(9)：81-94.

[7]李霞.建筑智能化系統(tǒng)應(yīng)用與維護 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[8]連曉峰，劉載文.基于服務(wù)/模型驅(qū)動的智能樓宇集成優(yōu)化仿真平臺 [J].計算機仿真，2013(7)：383-386.

[9]Atzori L，Iera A，Giacomo M.The internet of things：a survey [J].Computer Networks，2010，54(15)：2787-2805.

[10]潘東旭，濮榮強.智能建筑的技術(shù)與發(fā)展 [J].電腦知識與技術(shù)，2013(9)：4699-4702.

[11]邢力寧.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā) [D].西安：西北大學，2012：45-48.

[12]伍洋.智能建筑系統(tǒng)集成的設(shè)計與實現(xiàn) [D].廣州：華南理工大學，2012：21-30.

Web management system of intelligent building based on Internet of things

BAO Yin-tao, TENG Hui-yun

(School of Management, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)

Abstract：Intelligent building is an important field in the future application of the Internet of things technology. In order to overcome the problems of time and strength waste incurred by the traditionally scattered architecture and the mode of separate management and to meet the diversified needs of customers, the separate systems such as existing system of property management, smartcard management, office automation, building automation are integrated, the centralized management and collaborative work objective are realized through the establishment of the Web management system of meeting the demand and using easily. Based on the three layer architectures of B/W/D, in view of the system management, the equipment management and user management, Web management system of intelligent building based on Internet of things is designed and implemented, to meet the needs of intelligent management requirements of building in the new situation and the users, to improve the level of intelligent building, to perfect the intelligent building management mode, and to realize the building internal management network, automation, and digitization.

Key words：property management; intelligent building; Internet of things; Web management system; three layer architectures of B/W/D; office automation; building intelligence

(責任編輯：張璐)