智能樓宇管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李 健，鈕瑞艷，程 飛（.中國石油大學(xué)（華東）規(guī)劃建設(shè)處，66580；.中國石油大學(xué)（華東），66580；.中國建筑第八工程局有限公司，005）

智能樓宇管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李 健1，鈕瑞艷2，程 飛3
（1.中國石油大學(xué)（華東）規(guī)劃建設(shè)處，266580；2.中國石油大學(xué)（華東），266580；3.中國建筑第八工程局有限公司，200135）

針對當前樓宇管理的智能化需求，結(jié)合當前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的樓宇智能管理平臺。根據(jù)樓宇管理的特點，提出樓宇智能管理平臺的設(shè)計原則，并在原則的指引下，對智能樓宇管理平臺的整體架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)部署、整體運行邏輯、平臺數(shù)據(jù)接口、路以協(xié)議等進行全面的設(shè)計與闡述，從而實現(xiàn)了樓宇的全方位的監(jiān)控，并實現(xiàn)樓宇故障的報警與定位。最后通過測試，驗證了平臺的可行性。

智能樓宇；物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)據(jù)接口；管理系統(tǒng)；測試

在傳統(tǒng)的樓宇管理當中，各個不同的系統(tǒng)之間是相互分散的，同時因缺乏通信和信息共享，導(dǎo)致在樓宇管理中非常混亂，自動化的程度也相對較低，造成樓宇管理中大量的浪費。而隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)等的不斷發(fā)展，信息技術(shù)開始逐步進入大型商場建筑中，從而開始為智能建筑的發(fā)展奠定了強大的基礎(chǔ)。智能建筑的發(fā)展，是以計算機技術(shù)作為基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)對樓宇的智能化管理，成為現(xiàn)代建筑技術(shù)與信息技術(shù)融合的典范。對此，本文根據(jù)當前建筑的智能化需求，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能管理平臺，并對平臺的實現(xiàn)進行了詳細的設(shè)計。

1　系統(tǒng)設(shè)計原則

結(jié)合智能樓宇管理實際，本系統(tǒng)的構(gòu)架定位為建立一個智能管理平臺，通過該平臺，從而實現(xiàn)對整個樓宇的監(jiān)控和維護。通過該平臺，將系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)聯(lián)系起來，從而實現(xiàn)對整棟樓宇信息的搜集、分析和傳遞，最終實現(xiàn)對整個樓宇的自動化管理和決策。因此，通過對該系統(tǒng)的定位，該平臺的設(shè)計必須遵循以下幾點原則：

1.1集中管理，分散適配

在系統(tǒng)設(shè)計中，考慮到系統(tǒng)管理的高效性、低成本、統(tǒng)一性等問題，對系統(tǒng)的設(shè)計和管理采用統(tǒng)一集中原則，將所有子系統(tǒng)通過SOA思想的方式，全部接入到監(jiān)控入口，并統(tǒng)一對各個系統(tǒng)的使用角色進行布置與管理。同時，結(jié)合系統(tǒng)的的集中管理要求，必須設(shè)立相應(yīng)的終端控制模塊，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集中采集和操作。

1.2組件化

在對平臺的設(shè)計中，必須滿足組件化的設(shè)計要求，從而讓系統(tǒng)可根據(jù)需求的不斷變化，而進行適當?shù)臄U展，達到監(jiān)控的要求。

1.3開放性

在規(guī)劃設(shè)計中，必須保留部分功能的接口，為未來集成需求做好準備，方便與外界實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2　平臺整體架構(gòu)設(shè)計

依據(jù)上文提出的平臺設(shè)計原則，本文設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的三層智能樓宇管理平臺架構(gòu)，主要包括基礎(chǔ)設(shè)施層、應(yīng)用層和平臺控制層。

2.1基礎(chǔ)設(shè)施層該層主要將原來各個系統(tǒng)中的傳感器全部替換為無線傳感設(shè)備，從而更加方便對系統(tǒng)進行改造和維護。該層主要負責對樓宇內(nèi)的數(shù)據(jù)進行采集和匯總，包括數(shù)據(jù)采集的終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備等。其中終端設(shè)備主要門禁掃描、煙感器、溫度感應(yīng)、智能電表等，通過這些傳感器對數(shù)據(jù)的采集，定時將數(shù)據(jù)傳遞給中轉(zhuǎn)節(jié)點，如基站等，再通過這些中轉(zhuǎn)節(jié)點強數(shù)據(jù)上傳給服務(wù)器。

2.2平臺控制層

該層主要采用B/S的架構(gòu)模式，實現(xiàn)與設(shè)施層設(shè)備的融合，并對基礎(chǔ)層的數(shù)據(jù)進行標準化的處理，實現(xiàn)對不同子系統(tǒng)功能的封裝，以此為上層提供數(shù)據(jù)和接口服務(wù)。

2.3應(yīng)用層

該層主要通過平臺層所提供的各種不同接口與服務(wù)，開發(fā)出樓宇管理的具體功能，如告警模塊、設(shè)備管理模塊等，并依托平臺對子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行維護和管理。

3　網(wǎng)絡(luò)部署

在對平臺的網(wǎng)絡(luò)部署當中，采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方式，從而省去繁雜的布線工作，通過增加、減少無線節(jié)點的方式，實現(xiàn)對監(jiān)控平臺的擴展和網(wǎng)絡(luò)部署。

4　數(shù)據(jù)接口設(shè)計

在系統(tǒng)中，主要利用SOA集成思想，包含各種不同的子系統(tǒng)。因此，對該系統(tǒng)設(shè)計中，最為主要的是做好接口的設(shè)計。通過不同的數(shù)據(jù)接口，讓平臺上層和下層設(shè)備之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，，最終實現(xiàn)應(yīng)用層和地層設(shè)備層之間的通信、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、監(jiān)聽、告警等功能。因此，對該數(shù)據(jù)接口的設(shè)計，采用BACnet IP協(xié)議，并經(jīng)過NCE/NAE設(shè)備實現(xiàn)對樓宇設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，并向平臺層發(fā)送相關(guān)的推送信息。

其中，Web Service服務(wù)端主要提供對外訪問的接口，并提供標準的Web Service調(diào)用。對這部分的實現(xiàn)則采用Tomcat 7.0 + Axis2 1.6技術(shù)。而其中的服務(wù)分發(fā)器的主要實現(xiàn)對輸入?yún)?shù)的有效性，并根據(jù)這些參數(shù)選擇不同的功能模塊進行分發(fā)處理。BACnet則主要負責對參數(shù)的轉(zhuǎn)換，并對業(yè)務(wù)邏輯功能模塊進行封裝，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行中的異常檢測，返回值格式的轉(zhuǎn)換等。

5　無線路由協(xié)議設(shè)計

無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸中，數(shù)據(jù)路由通常會給網(wǎng)絡(luò)的開銷產(chǎn)生不必須的影響。如果選擇傳統(tǒng)的路由協(xié)議，則不能滿足低能耗的需求。對此，在本文中采用一種基于能量廣播和最低通信開銷的路由協(xié)議，即通過節(jié)點剩余能量和通信的開銷作為其拓撲權(quán)重，從而選擇最優(yōu)簇頭結(jié)點，每個一定時間選擇一次，一次保障整體無線網(wǎng)路中各個節(jié)點的能量平衡。同時，通過可靠度和跳數(shù)建立拓撲網(wǎng)絡(luò)圖，從而提高節(jié)點發(fā)送信息的成功率與平均能耗，以此在網(wǎng)絡(luò)不好的情況下，減少能量消耗，提高能量利用。

6　系統(tǒng)測試

根據(jù)上述的設(shè)計，將其應(yīng)用在樓宇管理中，從而讓物業(yè)管理部門對整個樓宇的全面自動化的管理。

7　結(jié)論

本系統(tǒng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的特點，同時利用SOA架構(gòu)的思想，實現(xiàn)了對樓宇各個系統(tǒng)的集中化管理，并實現(xiàn)了對樓宇中各個方面和地點的全面監(jiān)控和告警，為樓宇與電子技術(shù)等的結(jié)合提供了實踐參考。

［1］ 王平，謝浩，付蔚.智能樓宇能量管控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.自動化儀表，2014，03：64-68.

［2］ 黃浩軍，尹浩，陳和平，張俊寶，錢峰，宋偉.無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)能量感知地理路由協(xié)議研究進展［J］.軟件學(xué)報，2014，05：1061-1084.

［3］ 張新.智能樓宇管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.安徽理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，03：73-77.

［4］ 崔然，馬旭東，彭昌海，孫宇.樓宇能源管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.計算機技術(shù)與發(fā)展，2010，07：184-187.

［5］ 徐偉強，汪亞明，俞成海，劉良桂，張云華.移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的跨層優(yōu)化擁塞控制［J］.軟件學(xué)報，2010，07：1667-1678.

［6］ 黃建清，王衛(wèi)星，姜晟，孫道宗，歐國成，盧康櫸.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與試驗［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，04：183-190.

［7］ 姜永，陳山枝，胡博.異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中基于Stackelberg博弈的分布式定價和資源分配算法［J］.通信學(xué)報，2013，01：61-68.

［8］ 夏輝，賈智平，張志勇，Edwin H-M Sha.移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路穩(wěn)定性預(yù)測的組播路由協(xié)議［J］.計算機學(xué)報，2013，05：926-936.

［9］ 魏急波，王杉，趙海濤.認知無線網(wǎng)絡(luò)：關(guān)鍵技術(shù)與研究現(xiàn)狀［J］.通信學(xué)報，2011，11：147-158.

李健，男，山東梁山縣人，1980年生，工程師，2003年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）土木工程專業(yè)，主要從事土木工程研究。

The design and implementation of intelligent building management system

Li Jian1，Niu Ruiyan2，Cheng fei3
（1.China University of Petroleum （East China） planning and Construction Office，266580；2.China University of Petroleum （East China），266580；3.China Construction Eighth Engineering Division.CORP.LTD，200135）

In view of the current intelligent demand of building management，combined with the characteristics of the current Internet of things technology，a building intelligent management platform based on Internet of things technology is proposed. According to the characteristics of the building management proposed the design principle of the intelligent building management platform，and under the guidance of the principle，to the overall building intelligent management platform architecture，network deployment，overall operation logic，platform data interface， road to protocol were comprehensive design and explained，in order to achieve the building of a full range of monitoring， and the realization of building fault alarm and positioning.Finally， the feasibility of the platform is verified by testing.

intelligent building；networking；data interface；management system； test

TU855

A