基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧園區(qū)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬政　張君鵬　王猛

一、引言

目前，“智慧城市”項(xiàng)目在每個(gè)大城市中如火如荼地進(jìn)行，旨在通過網(wǎng)絡(luò)把植入于城市各個(gè)位置無處不在的智能傳感器連接起來形成物聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對物理世界的全面感知。對于產(chǎn)業(yè)園區(qū)類的大型營院，園區(qū)管理一直是個(gè)老大難問題，如各單位按區(qū)管理，管理手段落后，權(quán)責(zé)界限不清，設(shè)施不完善、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，互聯(lián)互通差、協(xié)同處理能力弱等問題較為突出。鑒于此，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)智慧園區(qū)系統(tǒng)，總體目標(biāo)是通過物聯(lián)網(wǎng)采集、自動(dòng)化匯總、智能化分析等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)全域感知、智能分析、智慧管理的園區(qū)綜合管理平臺，實(shí)現(xiàn)園區(qū)態(tài)勢多維呈現(xiàn)、園區(qū)安防智能預(yù)警，人車目標(biāo)定位追蹤，重點(diǎn)部位動(dòng)環(huán)感知，大眾服務(wù)共享便捷，全面提高園區(qū)的數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化水平。

二、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體架構(gòu)劃分為3個(gè)體系和4個(gè)層次。系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、信息安全防護(hù)體系、運(yùn)維保障體系為支撐，按照承載的功能劃分為4個(gè)層次：感知層、傳輸層、平臺層和應(yīng)用層，如圖1所示。

（一）感知層

感知層主要承載多源數(shù)據(jù)的采集功能，通過各種不同智能終端設(shè)備采集各類音視頻、狀態(tài)參數(shù)等數(shù)據(jù)，并通過不同的網(wǎng)絡(luò)通道匯聚到平臺層。

（二）傳輸層

傳輸層主要承載數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，通過安全隔離設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及涉密內(nèi)網(wǎng)的跨網(wǎng)數(shù)據(jù)交換，在保證涉密信息安全的前提下實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)邏輯融合，為智慧園區(qū)所需的跨網(wǎng)業(yè)務(wù)交互提供可靠支撐。

（三）平臺層

平臺層主要承載數(shù)據(jù)的匯聚存儲(chǔ)、云計(jì)算及大數(shù)據(jù)處理的功能，能夠?qū)崟r(shí)處理感知層匯聚來的全量數(shù)據(jù)。在底層云平臺提供的彈性計(jì)算和存儲(chǔ)能力的支撐下，通過大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)和人工智能算法提供各類智能數(shù)據(jù)處理服務(wù)，為智慧園區(qū)業(yè)務(wù)提供關(guān)鍵的業(yè)務(wù)能力支撐。同時(shí)，在邊緣節(jié)點(diǎn)，通過輕量化處理平臺和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備為前端聯(lián)動(dòng)控制和即時(shí)響應(yīng)提供支撐。

（四）應(yīng)用層

應(yīng)用層主要承載基于云平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能，在平臺層的業(yè)務(wù)能力支撐下，應(yīng)用層提供園區(qū)安防管理、人員管理、車輛管理、動(dòng)環(huán)監(jiān)控、智慧服務(wù)和態(tài)勢綜合展現(xiàn)等業(yè)務(wù)功能，為智慧園區(qū)業(yè)務(wù)提供敏捷靈活的應(yīng)用前臺展現(xiàn)和人機(jī)交互能力。

在整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)過程中.標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、運(yùn)維保障體系將對系統(tǒng)的質(zhì)量及服務(wù)保障提供強(qiáng)有力的支撐，信息安全防護(hù)體系為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供可靠的防護(hù)屏障。

三、數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)如圖2所不。

感知層中的園區(qū)安防、人員管理、車輛管理、動(dòng)環(huán)管理和智慧服務(wù)等分系統(tǒng)采集的互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的各類音視頻、訪客信息以及狀態(tài)參數(shù)等數(shù)據(jù)，通過單向光隔離設(shè)備從物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)絻?nèi)網(wǎng)。

平臺層對非結(jié)構(gòu)化信息通過相關(guān)智能識別算法識別出結(jié)構(gòu)化信息，會(huì)同物聯(lián)網(wǎng)采集的各類結(jié)構(gòu)化信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)庫分析統(tǒng)計(jì)并存儲(chǔ)到分析型數(shù)據(jù)庫，供應(yīng)用層綜合應(yīng)用平臺進(jìn)行信息展示。同時(shí)，非結(jié)構(gòu)化信息可直接提供給應(yīng)用層綜合應(yīng)用平臺進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，存儲(chǔ)于對像存儲(chǔ)區(qū)域，為綜合應(yīng)用平臺提供歷史視頻圖像查詢。

內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，將控制指令信息和訪客身份比對結(jié)果等通過二維碼隔離設(shè)備回傳至物聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而對相關(guān)攝像頭、閘機(jī)和智慧服務(wù)相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)信息安全有效交換。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

（一）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

智慧園區(qū)網(wǎng)絡(luò)涵蓋互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)為單獨(dú)構(gòu)建，物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)間物理隔離，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

互聯(lián)網(wǎng)用于發(fā)布園區(qū)非涉密公共服務(wù)信息，同時(shí)將移動(dòng)終端APP的訪客身份信息等導(dǎo)入至物聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)間的數(shù)據(jù)交互通過二維碼隔離系統(tǒng)保證安全。

物聯(lián)網(wǎng)將采集到的實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)，如視頻流、人臉識別、周界安防、動(dòng)環(huán)系統(tǒng)的水，電，煤氣等信息、安全日志信息、來自互聯(lián)網(wǎng)的APP訪客身份信息等，通過單向光隔離設(shè)備導(dǎo)入至內(nèi)網(wǎng)中，再按照信息類型進(jìn)行分發(fā)，實(shí)現(xiàn)信息的高效安全交換。

內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)并進(jìn)行顯示。對來自物聯(lián)網(wǎng)的視頻、照片和動(dòng)環(huán)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和比對，將控制指令信息和訪客身份比對結(jié)果等回傳至物聯(lián)網(wǎng)，這些控制策略通過二維碼隔離設(shè)備傳輸至物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息安全交換。

對于網(wǎng)絡(luò)中的安全設(shè)備和涉密信息的安全防護(hù)需求，需部署安全管理和審計(jì)、接入認(rèn)證以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測分析等系統(tǒng)，采取身份認(rèn)證安全審計(jì)手段，對設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一配置和集中管理，匯集上報(bào)日志，采用探針技術(shù)對安全事件進(jìn)行報(bào)警、預(yù)警和分析，實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交互和邊界防御的統(tǒng)一安全管理。

（二）功能模塊組成

系統(tǒng)功能主要由園區(qū)安防、人車管理、動(dòng)環(huán)監(jiān)控、智慧服務(wù)等子系統(tǒng)組成。

1.園區(qū)安防

通過周界防范、視頻監(jiān)控、電子巡更、緊急報(bào)警等手段，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對園區(qū)內(nèi)全時(shí)域地域的感知，將所有安防信息進(jìn)行集中管理和整合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)交互、報(bào)警聯(lián)動(dòng)響應(yīng)，提高園區(qū)安防集成系統(tǒng)的整體預(yù)警聯(lián)防能力。

2.人車管理

通過構(gòu)建統(tǒng)一的人員車輛出入管理服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)對進(jìn)入園區(qū)人員來源的精確認(rèn)證、出入場所授權(quán)、門禁聯(lián)動(dòng)控制、行為軌跡可查，確保人員進(jìn)入園區(qū)和重要場所可控可追蹤。同時(shí)通過引進(jìn)車輛認(rèn)證、超速抓拍和停車導(dǎo)引等功能，確保車輛進(jìn)入可控和停車有序。

3.動(dòng)環(huán)監(jiān)控

對園區(qū)現(xiàn)有供電、供暖、燃?xì)獾仍O(shè)備設(shè)施的重要節(jié)點(diǎn)及機(jī)房布署動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢、無人值守、自動(dòng)報(bào)警等功能。

4.智慧服務(wù)

通過建設(shè)智慧交通系統(tǒng)、綠化灌溉及音箱系統(tǒng)，研制手機(jī)APP和微信企業(yè)號，部署共享單車和擺渡車，布設(shè)公共區(qū)域、辦公區(qū)無線接入設(shè)備等，構(gòu)建集信息發(fā)布、智慧調(diào)度、綜合管理等服務(wù)于一體，人、物、環(huán)境協(xié)調(diào)運(yùn)行的服務(wù)系統(tǒng)，為園區(qū)工作人員提供公共便民智慧服務(wù)。

（三）智慧管理平臺

智慧管理平臺包括大數(shù)據(jù)云服務(wù)中心、綜合應(yīng)用平臺、態(tài)勢顯示系統(tǒng)三部分組成。充分考慮當(dāng)前需求和未來的發(fā)展，平臺應(yīng)能適應(yīng)于現(xiàn)有系統(tǒng)的集成和未來系統(tǒng)的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚、共享和挖掘。

1.大數(shù)據(jù)云服務(wù)中心

大數(shù)據(jù)云服務(wù)中心是整個(gè)智慧園區(qū)的樞紐，是匯總、存儲(chǔ)和處理智慧園區(qū)各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)設(shè)施，為綜合應(yīng)用平臺和態(tài)勢顯示系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支撐環(huán)境，其主要由云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施、業(yè)務(wù)中臺、數(shù)據(jù)中臺、智能中臺及運(yùn)維體系、安全體系構(gòu)成，如圖4所示。

2.綜合應(yīng)用平臺

綜合應(yīng)用平臺利用大數(shù)據(jù)云服務(wù)中心提供的底層支撐環(huán)境及服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的上層業(yè)務(wù)應(yīng)用、智慧分析處理和綜合態(tài)勢顯示，進(jìn)而對園區(qū)安防、人員信息、車輛信息、動(dòng)環(huán)監(jiān)控、智慧服務(wù)等各項(xiàng)應(yīng)用進(jìn)行集中綜合管理，為園區(qū)提供一個(gè)統(tǒng)一的、可視化的、共享的綜合管理平臺。

3.態(tài)勢顯示系統(tǒng)

態(tài)勢顯示系統(tǒng)主要完成智慧園區(qū)所有業(yè)務(wù)信息和視頻圖像顯示，包括大屏幕顯示和大廳擴(kuò)音系統(tǒng)。其中，監(jiān)控中心作為整個(gè)園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的總控室，是園區(qū)進(jìn)行人員管理、處突指揮、日常值班等工作的核心場所，核心業(yè)務(wù)是基于高清視頻所實(shí)現(xiàn)的扁平化指揮調(diào)度業(yè)務(wù)，通過大屏幕顯示系統(tǒng)、可以輕松實(shí)現(xiàn)直觀、實(shí)時(shí)、全方位地集中顯示各個(gè)系統(tǒng)的信息，各系統(tǒng)信息在大屏幕上可根據(jù)需要以任意大小、任意位置和任意組合進(jìn)行顯示，并且對顯示信息進(jìn)行智能化管理，以便于指揮中樞準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)全面的觀看和掌握各方面信息并做出正確的決策，大大提高了指揮調(diào)度決策（尤其在緊急情況處置時(shí)）的效率，增強(qiáng)了各信息顯示的直觀性和可操作性。

五、結(jié)語

本文利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、自動(dòng)控制和智能識別等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一體化的智慧園區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，通過構(gòu)建園區(qū)安防、人車管理、動(dòng)環(huán)監(jiān)控、智慧服務(wù)，智慧管理平臺等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對園區(qū)內(nèi)重點(diǎn)部位、場所、設(shè)備設(shè)施的信息采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控和無人值守管理，對園區(qū)人員、車輛實(shí)現(xiàn)智能化管理，為園區(qū)管理人員提供實(shí)時(shí)掌握園區(qū)態(tài)勢情況的手段，大大提升了人員、車輛的管控能力和管理效率，同時(shí)，為園區(qū)內(nèi)工作人員日常工作和生活提供了便捷的條件。