基于物聯網的智慧園區系統的設計與實現

馬政　張君鵬　王猛

一、引言

目前，“智慧城市”項目在每個大城市中如火如荼地進行，旨在通過網絡把植入于城市各個位置無處不在的智能傳感器連接起來形成物聯網，從而實現對物理世界的全面感知。對于產業園區類的大型營院，園區管理一直是個老大難問題，如各單位按區管理，管理手段落后，權責界限不清，設施不完善、標準不統一，互聯互通差、協同處理能力弱等問題較為突出。鑒于此，本文設計并實現智慧園區系統，總體目標是通過物聯網采集、自動化匯總、智能化分析等先進技術，構建一個全域感知、智能分析、智慧管理的園區綜合管理平臺，實現園區態勢多維呈現、園區安防智能預警，人車目標定位追蹤，重點部位動環感知，大眾服務共享便捷，全面提高園區的數據化、網絡化、集成化、智能化水平。

二、系統架構設計

系統總體架構劃分為3個體系和4個層次。系統以標準規范體系、信息安全防護體系、運維保障體系為支撐，按照承載的功能劃分為4個層次：感知層、傳輸層、平臺層和應用層，如圖1所示。

（一）感知層

感知層主要承載多源數據的采集功能，通過各種不同智能終端設備采集各類音視頻、狀態參數等數據，并通過不同的網絡通道匯聚到平臺層。

（二）傳輸層

傳輸層主要承載數據的網絡傳輸功能，通過安全隔離設備實現互聯網、物聯網以及涉密內網的跨網數據交換，在保證涉密信息安全的前提下實現三網邏輯融合，為智慧園區所需的跨網業務交互提供可靠支撐。

（三）平臺層

平臺層主要承載數據的匯聚存儲、云計算及大數據處理的功能，能夠實時處理感知層匯聚來的全量數據。在底層云平臺提供的彈性計算和存儲能力的支撐下，通過大數據分析處理技術和人工智能算法提供各類智能數據處理服務，為智慧園區業務提供關鍵的業務能力支撐。同時，在邊緣節點，通過輕量化處理平臺和物聯網設備為前端聯動控制和即時響應提供支撐。

（四）應用層

應用層主要承載基于云平臺的業務應用功能，在平臺層的業務能力支撐下，應用層提供園區安防管理、人員管理、車輛管理、動環監控、智慧服務和態勢綜合展現等業務功能，為智慧園區業務提供敏捷靈活的應用前臺展現和人機交互能力。

在整個系統的建設過程中.標準規范體系、運維保障體系將對系統的質量及服務保障提供強有力的支撐，信息安全防護體系為系統的安全運行提供可靠的防護屏障。

三、數據流程設計

根據系統總體架構設計，數據流程設計如圖2所不。

感知層中的園區安防、人員管理、車輛管理、動環管理和智慧服務等分系統采集的互聯網和物聯網內的各類音視頻、訪客信息以及狀態參數等數據，通過單向光隔離設備從物聯網傳輸到內網。

平臺層對非結構化信息通過相關智能識別算法識別出結構化信息，會同物聯網采集的各類結構化信息進行大數據庫分析統計并存儲到分析型數據庫，供應用層綜合應用平臺進行信息展示。同時，非結構化信息可直接提供給應用層綜合應用平臺進行實時顯示，存儲于對像存儲區域，為綜合應用平臺提供歷史視頻圖像查詢。

內網進行數據處理后，將控制指令信息和訪客身份比對結果等通過二維碼隔離設備回傳至物聯網，進而對相關攝像頭、閘機和智慧服務相關業務進行聯動控制，實現信息安全有效交換。

四、系統實現

（一）網絡拓撲結構

智慧園區網絡涵蓋互聯網、物聯網和內網，物聯網為單獨構建，物聯網與互聯網間物理隔離，網絡拓撲結構如圖3所示。

互聯網用于發布園區非涉密公共服務信息，同時將移動終端APP的訪客身份信息等導入至物聯網，互聯網與物聯網間的數據交互通過二維碼隔離系統保證安全。

物聯網將采集到的實時信息數據，如視頻流、人臉識別、周界安防、動環系統的水，電，煤氣等信息、安全日志信息、來自互聯網的APP訪客身份信息等，通過單向光隔離設備導入至內網中，再按照信息類型進行分發，實現信息的高效安全交換。

內網進行數據處理、存儲并進行顯示。對來自物聯網的視頻、照片和動環等實時數據進行處理和比對，將控制指令信息和訪客身份比對結果等回傳至物聯網，這些控制策略通過二維碼隔離設備傳輸至物聯網，實現信息安全交換。

對于網絡中的安全設備和涉密信息的安全防護需求，需部署安全管理和審計、接入認證以及網絡監測分析等系統，采取身份認證安全審計手段，對設備進行統一配置和集中管理，匯集上報日志，采用探針技術對安全事件進行報警、預警和分析，實現多個網絡間的數據交互和邊界防御的統一安全管理。

（二）功能模塊組成

系統功能主要由園區安防、人車管理、動環監控、智慧服務等子系統組成。

1.園區安防

通過周界防范、視頻監控、電子巡更、緊急報警等手段，實現監控中心對園區內全時域地域的感知，將所有安防信息進行集中管理和整合應用，實現信息數據交互、報警聯動響應，提高園區安防集成系統的整體預警聯防能力。

2.人車管理

通過構建統一的人員車輛出入管理服務體系，實現對進入園區人員來源的精確認證、出入場所授權、門禁聯動控制、行為軌跡可查，確保人員進入園區和重要場所可控可追蹤。同時通過引進車輛認證、超速抓拍和停車導引等功能，確保車輛進入可控和停車有序。

3.動環監控

對園區現有供電、供暖、燃氣等設備設施的重要節點及機房布署動力環境監控系統，實現自動巡檢、無人值守、自動報警等功能。

4.智慧服務

通過建設智慧交通系統、綠化灌溉及音箱系統，研制手機APP和微信企業號，部署共享單車和擺渡車，布設公共區域、辦公區無線接入設備等，構建集信息發布、智慧調度、綜合管理等服務于一體，人、物、環境協調運行的服務系統，為園區工作人員提供公共便民智慧服務。

（三）智慧管理平臺

智慧管理平臺包括大數據云服務中心、綜合應用平臺、態勢顯示系統三部分組成。充分考慮當前需求和未來的發展，平臺應能適應于現有系統的集成和未來系統的擴展，實現數據的匯聚、共享和挖掘。

1.大數據云服務中心

大數據云服務中心是整個智慧園區的樞紐，是匯總、存儲和處理智慧園區各業務應用系統的底層基礎設施，為綜合應用平臺和態勢顯示系統提供基礎支撐環境，其主要由云計算基礎設施、業務中臺、數據中臺、智能中臺及運維體系、安全體系構成，如圖4所示。

2.綜合應用平臺

綜合應用平臺利用大數據云服務中心提供的底層支撐環境及服務，實現數據驅動的上層業務應用、智慧分析處理和綜合態勢顯示，進而對園區安防、人員信息、車輛信息、動環監控、智慧服務等各項應用進行集中綜合管理，為園區提供一個統一的、可視化的、共享的綜合管理平臺。

3.態勢顯示系統

態勢顯示系統主要完成智慧園區所有業務信息和視頻圖像顯示，包括大屏幕顯示和大廳擴音系統。其中，監控中心作為整個園區監控系統的總控室，是園區進行人員管理、處突指揮、日常值班等工作的核心場所，核心業務是基于高清視頻所實現的扁平化指揮調度業務，通過大屏幕顯示系統、可以輕松實現直觀、實時、全方位地集中顯示各個系統的信息，各系統信息在大屏幕上可根據需要以任意大小、任意位置和任意組合進行顯示，并且對顯示信息進行智能化管理，以便于指揮中樞準確、實時全面的觀看和掌握各方面信息并做出正確的決策，大大提高了指揮調度決策（尤其在緊急情況處置時）的效率，增強了各信息顯示的直觀性和可操作性。

五、結語

本文利用物聯網、大數據、自動控制和智能識別等先進技術，設計了一體化的智慧園區業務應用系統，通過構建園區安防、人車管理、動環監控、智慧服務，智慧管理平臺等系統，實現對園區內重點部位、場所、設備設施的信息采集、實時監控和無人值守管理，對園區人員、車輛實現智能化管理，為園區管理人員提供實時掌握園區態勢情況的手段，大大提升了人員、車輛的管控能力和管理效率，同時，為園區內工作人員日常工作和生活提供了便捷的條件。