基于M2M/SSM的智慧園區(qū)運營管理平臺的研究與設計①

鄭志明， 鄭燕娥， 張建華， 鄭志雄

(1. 湄洲灣職業(yè)技術學院，福建 莆田 351254； 2. 仰恩大學工程技術學院，福建 泉州 362014； 3. 湄洲灣職業(yè)技術學院，福建 莆田 351254；4. 廣東好幫手電子科技股份有限公司，廣東 佛山 528133)

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)與云計算技術的快速發(fā)展，為智慧城市和智慧園區(qū)建設提供了強有力的技術支撐，帶動全球經(jīng)濟發(fā)展模式向智能化轉型。莆田工藝美術城是一個立足莆田、輻射全國、全國規(guī)模最大的工藝品專業(yè)市場[1]，且工藝美術產(chǎn)業(yè)作為莆田市"336"工程中三個千億支柱產(chǎn)業(yè)之一。目前莆田工藝美術城有租賃的云服務，可為入駐企業(yè)提供新聞資訊、市場推廣及招商等服務，但無法為園區(qū)提供一體化的運營管理，難于滿足入駐企業(yè)及住戶的個性化需求。因此，文中研究基于M2M/SSM的運營管理平臺，構思智能化系統(tǒng)接入平臺的方式，全面提升工藝美術城的管理和服務能效。

1 技術機制

1.1 M2M技術

M2M(Machine to Machine)[2]是“機器對機器”的縮寫，是通過各種無線通信技術實現(xiàn)機器與機器之間的智能感知、聯(lián)動以及管控。M2M技術是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要形式，廣泛應用于智能家居、交通、醫(yī)療、移動金融等領域。M2M技術架構由行業(yè)終端、M2M硬件、傳輸網(wǎng)絡、M2M中間件、M2M應用五個部分組成[3]。M2M硬件把從園區(qū)各類行業(yè)終端采集到的數(shù)據(jù)信息進行加密后傳送到園區(qū)網(wǎng)， M2M網(wǎng)關通過園區(qū)網(wǎng)把異構數(shù)據(jù)進行轉換處理后發(fā)送給園區(qū)管理方或服務請求者，從而滿足其個性化的應用服務。

1.2 SSM框架

SSM框架(SpringMVC+Spring+Mybatis)是一種主流的輕量級JavaWeb開發(fā)框架組合[4]。SpringMVC是一種分層分包的設計框架，控制器攔截并解析請求，匹配后交給模型去處理，模型把處理結果在視圖中渲染后返回給客戶端。Spring是整個組合框架的核心部分,是通過IoC將其他兩個框架需要用到的資源通過Bean或注解的方式直接注入到相應的配置文件中，實現(xiàn)了簡化代碼與解耦。Mybatis主要負責與數(shù)據(jù)庫的交互。開發(fā)框架通過高度可配置方式來映射對象，大大減少了代碼的編寫，使得項目開發(fā)更加簡化、高效，易于擴展與維護。

1.3 OPC技術

OPC(OLE for Process Control)是一種為實現(xiàn)異構環(huán)境下的設備和應用程序之間進行數(shù)據(jù)通信的工業(yè)標準[5]。其中，OLE(Object Linking and Embedding)[6]是對象的連接與嵌入的簡稱，OLE 不僅是桌面應用程序集成，而且還定義和實現(xiàn)了一種允許應用程序作為軟件“對象”彼此進行“連接”的機制。OPC技術為OPC客戶端和OPC服務器之間的通信定義了一套完整的OPC接口，OPC服務器通過物理接口獲取各物理設備采集到的數(shù)據(jù)信息， OPC客戶端則通過OPC接口來獲取OPC服務器上保存下來的數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)設備和應用之間的互操作性。園區(qū)的樓宇自控系統(tǒng)正是利用OPC技術原理獲取園區(qū)各感知設備采集到的數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)信息集成到應用系統(tǒng)的統(tǒng)一用戶界面上，從而實現(xiàn)高效管理。

1.4 ESB

ESB(Enterprise Service Bus)是企業(yè)服務總線的簡稱，是集Web服務、XML以及傳統(tǒng)中間件技術為一體的軟件架構，用于實現(xiàn)園區(qū)各應用系統(tǒng)的封裝、集成與交互，使各類應用服務的接入變得簡潔、高效。ESB采用了可配置的方式自動生成相應的代碼，即使需求發(fā)生變化，只需修改幾個組件即可，既大大減少了維護的工作量又增加了可靠性，且無需關心底層的技術實現(xiàn)，豐富的傳輸協(xié)議可以滿足不同行業(yè)的不同需求。

2 智慧園區(qū)運營管理平臺架構

智慧園區(qū)運營管理平臺架構主要體現(xiàn)為四個層次：感知層、網(wǎng)絡層、平臺層、應用層，如圖1所示。

(1)感知層：應用二維碼、射頻識別、GPS、攝像頭、傳感器等各類感知終端有效識別園區(qū)內(nèi)不同的“物”并全面采集園區(qū)內(nèi)各種設備、車輛、人員的狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息。

(2)網(wǎng)絡層：將感知到的數(shù)據(jù)信息通過M2M網(wǎng)關傳入園區(qū)網(wǎng)并上傳到M2M平臺的服務器上。園區(qū)網(wǎng)可按需進行彈性訂制，由有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡(Zigbee、WiFi、GPRS、WCDMA等)的有機融合。M2M網(wǎng)關主要采用短信和GPRS兩種方式，短信網(wǎng)關負責短信通信時的業(yè)務鑒權，GPRS網(wǎng)關負責建立行業(yè)終端與M2M平臺的GPRS通信,提供數(shù)據(jù)路由、地址分配及必要的網(wǎng)間安全機制[7]。

(3)平臺層：BSS/OSS是M2M平臺的一個綜合的業(yè)務運營和管理的支撐系統(tǒng)，主要由5大部分組成：統(tǒng)一接口管理、物聯(lián)網(wǎng)門戶、數(shù)據(jù)中心、管理中心以及應用開發(fā)環(huán)境。M2M平臺為不同應用系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的接口，便于它們接入平臺并整合到M2M平臺的門戶上進行統(tǒng)一管控；數(shù)據(jù)中心主要完成數(shù)據(jù)存儲、分析、統(tǒng)計及挖掘；管理中心包含終端/應用鑒權管理、終端配置管理、應用路由管理、網(wǎng)管等；應用開發(fā)環(huán)境主要體現(xiàn)為業(yè)務開發(fā)、仿真測試、業(yè)務發(fā)布等。M2M平臺是建立在基礎設施的云平臺上，能滿足不同行業(yè)的需求。

(4)應用層：提供了智能安防、智能樓宇、綜合業(yè)務、消息訂制、信息發(fā)布等應用服務，入駐企業(yè)及住戶通過Internet或專線即可按需訂制個性化的應用服務。

圖1 園區(qū)運營管理平臺架構

3 智慧園區(qū)運營管理平臺的設計與實現(xiàn)

3.1 園區(qū)運營管理平臺的設計方案

智慧園區(qū)運營管理平臺(IOMP)是集智能安防、智能樓宇、智能交通以及綜合業(yè)務等應用服務為一體的運營管理門戶。該平臺基于B/S結構以及MVC設計理念,利用SSM技術框架和MySQL數(shù)據(jù)庫進行系統(tǒng)開發(fā)。IOMP前臺采用HTML、CSS 、JavaScript以及JQuery進行動態(tài)頁面設計,同時利用AJAX與JSON技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)異步傳輸，增強用戶體驗；IOMP后臺主要運用SSM框架的分層、注解、聲明式事務等技術實現(xiàn)高效開發(fā)。IOMP設計分為四層：web層是Spring與SpringMVC的整合，實現(xiàn)接收用戶請求并調(diào)用service層返回的處理結果產(chǎn)生響應，service層則是Spring與MyBatis的整合，負責業(yè)務邏輯處理以及數(shù)據(jù)庫的交互, interface層只是單純的存放接口或是Bean, ssmDemo層負責管理jar包。

3.2 園區(qū)運營管理平臺的功能分析

IOMP主要由8大應用系統(tǒng)以及系統(tǒng)管理構成。IOMP主要提供了智能安防、智能交通、樓宇自控、綜合業(yè)務、展示中心、房屋租賃以及一卡通管理等應用服務，為園區(qū)的入駐企業(yè)及住戶提供便捷、高效、低成本的個性化服務。園區(qū)運營管理平臺的功能結構圖如圖2所示。 智能安防系統(tǒng)主要包含了園區(qū)視頻監(jiān)控、安防信息發(fā)布，安防事件(比如溫度過高、人群集聚等)預警以及安防事件處理預案。智能交通系統(tǒng)主要包含門禁管理、交通導引、智能泊車等功能[8]。樓宇自控系統(tǒng)主要包含了樓宇的機電設備的能耗監(jiān)測與節(jié)能管控、設備故障監(jiān)測預警等功能。綜合業(yè)務系統(tǒng)主要包含消息發(fā)布、消息訂制、園企服務(IT資源及企業(yè)管理等)、招商引資、遠程商貿(mào)、智能會議以及公共服務(遠程醫(yī)療、餐飲服務等)。展示中心系統(tǒng)包含了提供產(chǎn)品在線VR展示以及實地會展管理(展示信息發(fā)布、展示預訂、展示退訂等)。房屋租賃系統(tǒng)主要包含園區(qū)的場地在線租賃、續(xù)租、退租以及租賃狀態(tài)查詢等功能。一卡通管理系統(tǒng)主要包含了一卡通的辦理、充值、注銷以及消費信息查詢等功能。

系統(tǒng)管理是由系統(tǒng)管理員對園區(qū)運營管理平臺進行統(tǒng)一管理維護，主要包含用戶管理、權限管理、日志管理、聯(lián)動業(yè)務配置、參數(shù)代碼管理等功能模塊。用戶管理是對企業(yè)機構信息或個人信息進行增刪查改操作；權限管理是對用戶的操作權限進行增刪查改；日志管理主要針對各應用系統(tǒng)的運行狀況進行日常統(tǒng)計分析以及根據(jù)用戶操作蹤跡進行非法操作的排查，以確保平臺的穩(wěn)定性與安全性；聯(lián)動業(yè)務配置是利用業(yè)務編輯工具對前臺的應用服務進行融合配置；參數(shù)代碼管理則是對參數(shù)進行統(tǒng)一的編碼管理。

圖2 園區(qū)運營管理平臺的功能結構圖

3.3 園區(qū)運營管理平臺的實現(xiàn)

以樓宇自控系統(tǒng)的能耗監(jiān)管模塊為例，該模塊主要通過電表、水表和燃氣表等能源采集設備將采集到的各類能耗數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，以圖解的方式直觀展示了能耗情況及趨勢，同時利用拆分算法對監(jiān)測到的能耗數(shù)據(jù)進行分析、統(tǒng)計以及組合得出園區(qū)各時段的能耗情況并針對性采取相應的節(jié)能方案，以節(jié)約能耗成本。由于園區(qū)能源消耗設備相當多，不可能在每個用電設備上配備獨立的電表，故采取拆分算法進行分項電耗的統(tǒng)計。拆分步驟為：首先得到實測的各支路電耗，然后對各支路電耗根據(jù)時間段的不同進行逐次拆分，最后將同類設備的電耗進行相加，得到各設備的逐時分項電耗。分類電量成本則由同類各分項電耗的計量值之和乘以電耗單價計算得出。園區(qū)內(nèi)的分項電耗圖以及分類電量成本對比圖如圖3～4所示。

圖3 分項電耗圖

圖4 分類電量成本對比圖

4 智能化系統(tǒng)的集成方案

系統(tǒng)集成主要采用主流的集成技術ESB和OPC來解決各系統(tǒng)之間的互操作問題。園區(qū)智能化系統(tǒng)中除了樓宇自控系統(tǒng)采用OPC技術接入設備以及應用系統(tǒng)[9]，其他智能化系統(tǒng)大都采用ESB來實現(xiàn)系統(tǒng)之間的承接。

樓宇自控系統(tǒng)BAS的OPC服務器與各樓層的感知設備相連，通過串口獲取感知設備采集到的數(shù)據(jù)信息，BAS通過OPC接口接入IOMP平臺，IOMP平臺的OPC客戶端通過OPC接口便可訪問OPC服務器，從而獲取到其采集到數(shù)據(jù)信息。

園區(qū)其他智能化系統(tǒng)需要先在ESB平臺上進行注冊，申請服務并發(fā)布服務,由ESB通過消息的傳遞、分派、解析，以WSDL文檔進行對接，實現(xiàn)不同服務的集成。M2M平臺提供了統(tǒng)一的應用層API接口，IOMP平臺也通過ESB組件接入M2M平臺。

5 結 語

針對莆田工藝美術城園區(qū)目前園區(qū)運營管控的智能化水平低等問題,提出構建基于M2M和SSM框架的智慧園區(qū)運營管理平臺，同時應用OPC以及ESB技術實現(xiàn)不同智能系統(tǒng)之間的有效集成。系統(tǒng)總體性能穩(wěn)定,執(zhí)行效果較好，實現(xiàn)了一體化、智能化、節(jié)能化的園區(qū)運營管理以及便捷化、個性化的應用服務。

[1] 林民權.福建省莆田市工藝美術產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J].中國商論, 2016,(12):133-135.

[2] Priyanka Rawat; Kamal Deep Singh; Jean Marie Bonnin. Cognitive radio for M2M and Internet of Things: A survey[J]. Computer Communications,2016,(94):1-29.

[3] 高同,朱佳佳,羅圣美. M2M功能架構與安全研究[J].計算機技術與發(fā)展,2012,22(1):250-253.

[4] 李洋.SSM框架在Web應用開發(fā)中的設計與實現(xiàn)[J].計算機技術與發(fā)展，2016,26(12):190-194.

[5] 侯天海,孫峰.樓宇自控系統(tǒng)方案設計與節(jié)能[J]. 智能建筑與城市信息,2015,21(11):81-86.

[6] Gheorghe G. Florea; Luiza A. Ochean. Towards total integration based on OPC standards[J]. IFAC Proceedings Volumes,2012(6):386-390.

[7] 何曉明.電信運營商M2M運營管理平臺探討[J].電信科學,2011,27(3)：76-80.

[8] 郭劍虹,王慧霞,侍必勝,等.基于智慧城市的園區(qū)綜合管理系統(tǒng)設計[J].電氣自動化，2015,37(3):30-33.

[9] 王玥,陳漢達.建筑智能化系統(tǒng)集成技術的分析[J].低碳世界,2014,(4):78-82.