綠色智慧住區(qū)綜合信息集成服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)及應(yīng)用

王少林，王曉樂(lè)，朱萬(wàn)民

(山東建筑大學(xué))

1 智慧住區(qū)綜合信息集成服務(wù)平臺(tái)總述

綠色智慧住區(qū)是指利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代技術(shù)，通過(guò)對(duì)各類(lèi)與居民生活密切相關(guān)的信息進(jìn)行感知、分析，從數(shù)據(jù)的角度將居民生活數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、互動(dòng)化和協(xié)同化，為居民提供更加安全、便利、舒適、愉悅生活環(huán)境的居住區(qū)[1]。

智慧住區(qū)綜合信息集成服務(wù)平臺(tái)，解決住區(qū)系統(tǒng)中的樓宇設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）、通信與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CNS)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(JNS)、物業(yè)管理系統(tǒng)以及住區(qū)安全防范系統(tǒng)等子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)壁壘[2]，通過(guò)感知、分析、服務(wù)、決策、管理，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)共享與集中管理，打造住區(qū)運(yùn)維核心應(yīng)用系統(tǒng)。如，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)共享與交換系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、Hadoop大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)等，利用數(shù)據(jù)發(fā)揮各子系統(tǒng)的最大效能。

智慧住區(qū)綜合信息集成服務(wù)平臺(tái)依托實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)搭建，利用互聯(lián)網(wǎng)和總線技術(shù)，針對(duì)各子系統(tǒng)信息的多元異構(gòu)性和分布性的特點(diǎn)，將異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合和集中管理，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的通信和互操作性，從整體的角度，利用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)各種住區(qū)智能化系統(tǒng)的集成應(yīng)用和管理。

2 智慧住區(qū)綜合信息集成服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)

智慧住區(qū)綜合信息集成服務(wù)平臺(tái)在三層架構(gòu)（應(yīng)用層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)接口層）基礎(chǔ)上，從下至上可細(xì)分為五個(gè)層次，如圖1所示。

1）應(yīng)用層

作為系統(tǒng)的人機(jī)交互窗口，是管控人員掌控整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、能耗狀態(tài)以及對(duì)設(shè)備和人員的管理窗口，通常應(yīng)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、報(bào)表系統(tǒng)和物業(yè)服務(wù)系統(tǒng)[3]。為了便于系統(tǒng)的部署、使用和維護(hù)，應(yīng)同時(shí)提供B/S架構(gòu)和C/S架構(gòu)的管理系統(tǒng)，便于現(xiàn)場(chǎng)管理控制人員的合理控制和高層級(jí)管理人員的遠(yuǎn)程管理需求。

2）事務(wù)調(diào)度層

是整個(gè)系統(tǒng)的事務(wù)調(diào)度處理模塊，基于對(duì)數(shù)據(jù)的智能分析及各子系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度，實(shí)現(xiàn)科學(xué)部署、智能指揮、聯(lián)動(dòng)控制。包括聯(lián)動(dòng)管理、優(yōu)先級(jí)分配。這一層是系統(tǒng)的執(zhí)行層，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能夠高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 智慧住區(qū)綜合信息集成服務(wù)平臺(tái)的軟件架構(gòu)

3）數(shù)據(jù)管理層

將采集到的各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)濾波算法，提取有效數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)不同類(lèi)型，做到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的分類(lèi)存儲(chǔ)，為平臺(tái)積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的積累，是算法訓(xùn)練、建立模型的前提，因此，這一層是系統(tǒng)集成平臺(tái)各類(lèi)分析算法得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

4）數(shù)據(jù)處理層

對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，建立分析模型和預(yù)警，提供決策研判。采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的思想，將數(shù)據(jù)管理層再細(xì)分成內(nèi)核層和系統(tǒng)服務(wù)層[4]。無(wú)論內(nèi)核層里的模塊還是系統(tǒng)服務(wù)層的模塊都作為獨(dú)立的進(jìn)程運(yùn)行，模塊之間以LPC（進(jìn)程間通信）方式來(lái)完成單內(nèi)核中相同功能的調(diào)用。

5）數(shù)據(jù)接口層

通過(guò)為數(shù)據(jù)源提供數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)子系統(tǒng)不同接口不同協(xié)議數(shù)據(jù)的快速接入，此層是平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)。接口層需要具備靈活、開(kāi)放的特點(diǎn)，不僅需要提供常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)接口，還需要提供可定制開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)接口，如API接口，提供給應(yīng)用程序與開(kāi)發(fā)人員基于軟件或硬件的訪問(wèn)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)接口數(shù)據(jù)的接入。

3 智慧住區(qū)綜合信息集成服務(wù)平臺(tái)的基本功能

1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析

平臺(tái)應(yīng)提供設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)曲線，便于管理人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提供能耗對(duì)比分析、重點(diǎn)區(qū)域能耗狀況與區(qū)域關(guān)系，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的趨勢(shì)分析及預(yù)測(cè)，為系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能策略提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2）歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)與報(bào)表服務(wù)

提供歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、報(bào)警記錄查詢(xún)和人員操作記錄查詢(xún)等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聚焦，同時(shí)需配置報(bào)表系統(tǒng)，根據(jù)需求靈活的定位各類(lèi)日?qǐng)?bào)、月報(bào)、季報(bào)、年報(bào)的生成，實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)分類(lèi)、存儲(chǔ)時(shí)間范圍、間隔、起始時(shí)間的指定，將查詢(xún)的歷史數(shù)據(jù)形成相應(yīng)的報(bào)表。此外也可以根據(jù)需要生成更加直觀豐富的統(tǒng)計(jì)圖表，如直方圖、曲線圖、餅圖等。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和手段，提高住區(qū)管理水平和運(yùn)維效率。

3）預(yù)警與聯(lián)動(dòng)控制

通過(guò)Hadoop/Spark對(duì)積累的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的并行數(shù)據(jù)處理，利用機(jī)器學(xué)習(xí)，再加入自動(dòng)化領(lǐng)域知識(shí)，建立數(shù)據(jù)模型，全時(shí)空精準(zhǔn)感知住區(qū)運(yùn)行狀態(tài)和能耗數(shù)據(jù)，為各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)提供預(yù)警和節(jié)能控制策略。

4）物業(yè)管理

物業(yè)服務(wù)與居民生活密切相關(guān)，物業(yè)服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)為居民保修、繳費(fèi)、投訴建議等提供Web、APP等多種方式的交互平臺(tái)，同時(shí)還應(yīng)有物業(yè)管理人員辦公模塊，可通過(guò)物業(yè)服務(wù)系統(tǒng)查看管理設(shè)備維護(hù)檔案、電子巡更記錄、維修進(jìn)度、業(yè)主信息等。通過(guò)規(guī)范物業(yè)管理，加強(qiáng)物業(yè)與居民的聯(lián)系，提高居民生活的互動(dòng)化。

此外，智慧住區(qū)作為智慧城市的一部分，智慧住區(qū)綜合信息集成服務(wù)平臺(tái)需要具備同第三方平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的數(shù)據(jù)接口，因此采用提供SOA架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)總線接口，借助現(xiàn)有的應(yīng)用來(lái)組合產(chǎn)生新服務(wù)的敏捷方式，實(shí)現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

4 智慧住區(qū)綜合信息集成服務(wù)平臺(tái)在實(shí)際案例中的集成應(yīng)用（見(jiàn)圖2）

某智慧住區(qū)的信息系統(tǒng)集成云平臺(tái)采用面向服務(wù)的智慧住區(qū)信息集成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供數(shù)據(jù)管理、訪問(wèn)控制、事務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析，優(yōu)化系統(tǒng)性能，提高集成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性，并為控制策略提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行算法訓(xùn)練、建立模型，從數(shù)據(jù)的角度分析出科學(xué)的節(jié)能策略，利用系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)調(diào)度，提高智慧住區(qū)運(yùn)維效率。并且系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)接口和基于API的定制開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)接口，以及同第三方平臺(tái)數(shù)據(jù)交互的接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)共享。

系統(tǒng)集成地下車(chē)庫(kù)照明系統(tǒng)、車(chē)位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、地下車(chē)庫(kù)通排風(fēng)系統(tǒng)、車(chē)庫(kù)道閘系統(tǒng)、電子圍欄系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)物業(yè)管理系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了各智能化子系統(tǒng)的統(tǒng)籌管理。平臺(tái)基于以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，采用C/S和B/S兩種架構(gòu)，C/S架構(gòu)負(fù)責(zé)為管理人員提供遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，B/S架構(gòu)負(fù)責(zé)提供物業(yè)服務(wù)和數(shù)據(jù)展示。系統(tǒng)通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，為管理人員提供直觀的數(shù)據(jù)分析和節(jié)能控制策略，并可生成能耗報(bào)表等。

某智慧住區(qū)的信息系統(tǒng)集成云平臺(tái)的建設(shè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和連鎖聯(lián)動(dòng)。例如車(chē)庫(kù)通排風(fēng)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)車(chē)庫(kù)內(nèi)一氧化碳、二氧化碳、溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)以及氣候條件、季節(jié)變化、車(chē)輛流通信息數(shù)據(jù)的采集，建立數(shù)據(jù)模型，模擬分析出合理的風(fēng)閥開(kāi)度、新風(fēng)量、排污泵等設(shè)備參數(shù)，分析出合理的控制策略。系統(tǒng)通過(guò)得出的控制策略，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的合理調(diào)配，提高系統(tǒng)運(yùn)行能效比和通風(fēng)舒適度（見(jiàn)圖3）。

5 結(jié)語(yǔ)

圖2 某智慧住區(qū)的信息系統(tǒng)集成云平臺(tái)的APP

圖3 某智慧住區(qū)的信息系統(tǒng)集成云平臺(tái)的車(chē)庫(kù)通排風(fēng)系統(tǒng)

本系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)集成，為智慧住區(qū)建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)共享與交換系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、Hadoop大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)五大核心應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智慧住區(qū)的信息化、智能化。利用信息集成平臺(tái)對(duì)智慧住區(qū)集中管理、聯(lián)動(dòng)控制，達(dá)到節(jié)能減排和高效的物業(yè)管理的目標(biāo)。并通過(guò)第三方平臺(tái)接入，實(shí)現(xiàn)了智慧商圈、智慧醫(yī)療、智慧教育等，實(shí)現(xiàn)了居民生活數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、互動(dòng)化和協(xié)同化，同時(shí)也為居民提供更加安全、便利、舒適、愉悅的生活環(huán)境。