三維可視化智能物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)

1、三維可視化智能物聯(lián)網(wǎng)管理平臺技術(shù)方案二0一二年八月目錄一、概述41.1 項(xiàng)目背景41.2 建設(shè)系統(tǒng)的意義51.3 設(shè)計(jì)依據(jù)和參考資料6二、系統(tǒng)特點(diǎn)6三、設(shè)計(jì)原則73.1 可靠性73.2 先進(jìn)性與合理性73.3 開發(fā)性73.4 可擴(kuò)展性7四、系統(tǒng)總體構(gòu)架74.1 系統(tǒng)整體框圖74.2 系統(tǒng)研究內(nèi)容8五、系統(tǒng)組成95.1 軟件組成95.2 硬件組成105.3 軟件功能115.4 開發(fā)環(huán)境155.5 系統(tǒng)報(bào)價15一、概述1.1 項(xiàng)目背景物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把需要聯(lián)網(wǎng)的物品與網(wǎng)絡(luò)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，它是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的延

2、伸和擴(kuò)展應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)是被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。有業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟(jì)效益，大大節(jié)約成本，另一方面可以為全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇提供技術(shù)動力。目前，美國、加拿大、歐盟、日本、韓國等都在投入巨資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)，并啟動了以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的“智慧地球”、“U-Japan"、“U-Korea”、“物聯(lián)網(wǎng)行動計(jì)劃”等國家性區(qū)域戰(zhàn)略規(guī)劃。我國把發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)提到國家的戰(zhàn)略高度，它不但是信息技術(shù)發(fā)展到一定階段的升級需要，同時也是實(shí)現(xiàn)國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的一次重要契機(jī)。2010年9月，國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定發(fā)布，新一代信息技術(shù)

3、、節(jié)能環(huán)保、新能源等七個產(chǎn)業(yè)被列為中國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，將在今后加快推進(jìn)，其中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，更是在近一年里受到政府、企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的大力支持。當(dāng)前，世界各國的物聯(lián)網(wǎng)基本都處于技術(shù)研究與試驗(yàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)研究還處于起步發(fā)展階段，在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)等方面還面臨許多挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)涉及到的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域很多，包括RFID識別技術(shù)、泛在傳感技術(shù)與納米嵌入技術(shù)、IPV6地址技術(shù)以及等。從軟件的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)軟件技術(shù)研究方面也是處于起步階段，尤其是基礎(chǔ)軟件的研究均處于探索階段。面對物聯(lián)網(wǎng)所帶來的大數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)時效性高、安全與隱私性要求高等挑戰(zhàn)，人們也在不斷地探索親的

4、解決辦法。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，由于傳感器節(jié)點(diǎn)及采樣數(shù)據(jù)的異構(gòu)性，基礎(chǔ)軟件顯得尤為重要。物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)軟件不僅屏蔽了各類傳感器硬件及數(shù)據(jù)的差異，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)及數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理，而且實(shí)現(xiàn)了海量物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作，從而大大簡化了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的開發(fā)。我們以動態(tài)位置感知類應(yīng)用為例，相關(guān)的傳感器可以包括GPS專感器、RFID傳感器、手機(jī)定位傳感器等，這些不同類型的傳感器通過基礎(chǔ)應(yīng)用接入程序，可以被統(tǒng)一的后臺物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中除了傳感器數(shù)據(jù)異構(gòu)性的特點(diǎn)，還有另一個重要特點(diǎn)是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的多樣復(fù)雜性，我們知道物聯(lián)網(wǎng)是一個綜合性且龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，它包括不同用途的物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)，例如智能樓宇中包括

5、門禁系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等，而這些系統(tǒng)各自分散獨(dú)立，并沒有一個統(tǒng)一的管理平臺。目前常規(guī)的物聯(lián)網(wǎng)管理主要是以人工管理為主，各個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)各自分散獨(dú)立，沒有有效的管理工具，以至于造成各個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之間信息不透明、不共享；隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，急需一個便捷有效的管理方式對其進(jìn)行控制和管理，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之問信息透明。目前，國內(nèi)外針對物聯(lián)網(wǎng)管理的相關(guān)方案，并無專門的針對性通用軟件平臺支持，產(chǎn)品化程度比較低。同時通過對目前的物聯(lián)網(wǎng)管理軟件市場進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，目前很成熟的軟件產(chǎn)品還比較少，特別是通用的軟件管理平臺產(chǎn)品還是一個空白。本項(xiàng)目正是針對我國物聯(lián)網(wǎng)市場的這種迫切的需求而開發(fā)的，它提供了運(yùn)

6、用三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)管理需求的平臺。該系統(tǒng)直觀真實(shí)地在三維場景中展示物聯(lián)網(wǎng)各種終端設(shè)備，實(shí)時顯示設(shè)備的屬性狀態(tài)，同時可以響應(yīng)用戶的各種請求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等要求，最終實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)一站式管理，進(jìn)而構(gòu)建成高清、實(shí)時、全面的智能物聯(lián)網(wǎng)。1.2 建設(shè)系統(tǒng)的意義真實(shí)場景與環(huán)境的還原能力：系統(tǒng)對于真實(shí)場景與環(huán)境的還原功能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，凡是與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向密切相關(guān)的行業(yè)和領(lǐng)域無疑都需要更加直觀有效的監(jiān)測和管理系統(tǒng)，特別是在高危地區(qū)和大場景規(guī)劃的時候，簡單的靜態(tài)攝影圖片并不能清晰真實(shí)的表現(xiàn)出實(shí)際的環(huán)境，而三維可視化智能物聯(lián)網(wǎng)則具有超強(qiáng)的原始環(huán)境還原能力。降低維護(hù)成本：系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)中各種設(shè)備的故

7、障類型，對能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)的設(shè)備可以節(jié)省人工到現(xiàn)場的維護(hù)費(fèi)用，進(jìn)而降低了維修成本。而對于其他故障的設(shè)備在已經(jīng)知道了故障的地點(diǎn)和情況下，可以縮短到達(dá)維修地點(diǎn)的時間、提高檢修效率，降低維護(hù)成本。實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理：系統(tǒng)主要用于需要對各類物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行有效管理的行業(yè)。將現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)管理改造為三維可視化方式，進(jìn)而更直觀，有效地實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中各種終端硬件設(shè)備的管理。1.3 設(shè)計(jì)依據(jù)和參考資料設(shè)計(jì)主要依據(jù)為：GB8566計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)規(guī)范GB/T12504計(jì)算機(jī)軟件質(zhì)量保證計(jì)劃規(guī)范二、系統(tǒng)特點(diǎn)1、采用統(tǒng)一的設(shè)備接口平臺：針對物聯(lián)網(wǎng)各種硬件設(shè)備的接入，系統(tǒng)提供了具有良好開放性和擴(kuò)展性的中間接口平臺。采用通用的

8、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，為用戶現(xiàn)在以及將來可能的系統(tǒng)提供接口支持。2、實(shí)時檢測，遠(yuǎn)程報(bào)警監(jiān)控：系統(tǒng)采用定時監(jiān)測手段，7X24不間斷遠(yuǎn)程監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并對故障設(shè)備實(shí)施報(bào)警監(jiān)控。3、三維場景模擬，專業(yè)精確診斷：系統(tǒng)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)場景的虛擬仿真，直觀真實(shí)地在三維場景中展示物聯(lián)網(wǎng)的各種設(shè)備，實(shí)時顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，同時可以響應(yīng)用戶的各種請求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等要求。4、應(yīng)用廣泛系統(tǒng)可廣泛適用于我國多個行業(yè)。根據(jù)用戶規(guī)模和功能需求的不同，可以分別面向更加細(xì)化的市場客戶，以滿足不同類型客戶的需求。系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域包括交通、醫(yī)療、農(nóng)林、電力、礦產(chǎn)、石化、物流、醫(yī)療、衛(wèi)生、安防、家居、旅游、軍事、市民生活

9、等等。三、設(shè)計(jì)原則3.1 可靠性由于系統(tǒng)的服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)中設(shè)備的監(jiān)控，為了保證設(shè)備檢測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和連續(xù)性，必須充分考慮系統(tǒng)的可靠性。要求監(jiān)控系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定地運(yùn)行。3.2 先進(jìn)性與合理性軟件及硬件構(gòu)成均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，整個系統(tǒng)應(yīng)是目前國內(nèi)最先進(jìn)的，并在一段時期內(nèi)處于國內(nèi)較為先進(jìn)的水平。同時，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時以合理性為原則，不盲目追求先進(jìn)性，從而造成的華而不實(shí)、浪費(fèi)資金，降低可靠性。3.3 開發(fā)性系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，嚴(yán)格遵循相關(guān)技術(shù)的國際、國內(nèi)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保系統(tǒng)之間的透明性和互通性，并充分考慮與其它監(jiān)控系統(tǒng)的連接。3.4 可擴(kuò)展性系統(tǒng)軟件采用組態(tài)化設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)功能的完善和擴(kuò)展、升級均不必改變現(xiàn)有系統(tǒng)框

10、架。四、系統(tǒng)總體構(gòu)架4.1 系統(tǒng)整體框圖系統(tǒng)采用先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)等，以物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層出發(fā)，通過物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備數(shù)據(jù)源采集和控制接口引擎實(shí)時采集各種傳感器等微設(shè)備的終端數(shù)據(jù)，以特定數(shù)據(jù)分析引擎進(jìn)行分析處理，再以圖表、文字、虛擬現(xiàn)實(shí)等方式進(jìn)行展示；同時響應(yīng)用戶的各種請求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等要求，最終實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)一站式管理，進(jìn)而構(gòu)建成高清、實(shí)時、全面的智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1:門禁攝像屋1攝蒼£*2攝低£*3威f£n高薪演k分站1分站2掃描槍紅外監(jiān)測液而棒4.2 系統(tǒng)研究內(nèi)容系統(tǒng)主要研究內(nèi)容包括：物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集和控制接口，數(shù)據(jù)管理,三維數(shù)據(jù)

11、虛擬仿真渲染。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)參見圖2:三維可視化智能物聯(lián)網(wǎng)管理平臺設(shè)備信息庫、場景模型庫三維數(shù)據(jù)虛擬仿真渲染終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集和控制接口監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。（各種物聯(lián)網(wǎng)）圖2物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備數(shù)據(jù)源采集和控制接口是系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)研制了統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備接口，集成了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與三維可視化智能物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的多種連接方式。數(shù)據(jù)管理是對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，其中包括設(shè)備、模型、日志、用戶等信息。三維數(shù)據(jù)虛擬仿真渲染是對某些特定的設(shè)備信息在三維場景中進(jìn)行仿真效果渲染，從而達(dá)到直觀逼真的效果。五、系統(tǒng)組成系統(tǒng)由軟件和硬件兩大部分組成。5.1軟件組成三維可視化智能物聯(lián)網(wǎng)管理平臺

12、運(yùn)用建模工具建立物聯(lián)網(wǎng)傳感器三維模型，以及相應(yīng)的場景三維模型，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)將所涉及的設(shè)備信息、系統(tǒng)信息等進(jìn)行管理，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對某些特定的設(shè)備信息在三維場景中進(jìn)行仿真效果渲染。系統(tǒng)框架采用多層架構(gòu)結(jié)構(gòu)，其中包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備硬件層，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集處理控制層，數(shù)據(jù)層，三維場景表現(xiàn)層。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備硬件層包括可以接入系統(tǒng)管理的所有物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備，例如安防系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備、門禁設(shè)備、人員定位設(shè)備、紅外監(jiān)控設(shè)備等。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集處理控制層是實(shí)時采集接入系統(tǒng)的設(shè)備信息，并儲存在數(shù)據(jù)庫中，同時可以發(fā)送到三維場景中。數(shù)據(jù)層是用來存儲各種管理信息，包括設(shè)備、模型、日志、系統(tǒng)管理等。三維場景表現(xiàn)層是將接

13、入系統(tǒng)管理的所有物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備信息運(yùn)用三維的方式實(shí)時展現(xiàn)出來。系統(tǒng)軟件框架圖參見圖3:三維可視化智能物聯(lián)網(wǎng)管理平臺三維場景表現(xiàn)層終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集和控制接口物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集處理控制層三維模型數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)層設(shè)蓍肩肩、庫、場景模型用安防控制系統(tǒng)門禁系統(tǒng)人員定位系統(tǒng)消防控制系統(tǒng)其它傳感器硬件層圖3系統(tǒng)軟件主要包括物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集和控制接口模塊，數(shù)據(jù)管理模塊，三維數(shù)據(jù)虛擬仿真渲染模塊。物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集和控制接口模塊實(shí)時采集所有監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)信息，并將信息儲存在數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)管理模塊是對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，其中包括設(shè)備、模型、日志、用戶等信息。三維數(shù)據(jù)虛擬仿真渲染模塊是對某些特定的設(shè)備信息在

14、三維場景中進(jìn)行仿真效果渲染，從而達(dá)到直觀逼真的效果。5.2硬件組成三維可視化智能物聯(lián)網(wǎng)管理平臺硬件部分包括：門禁控制器、攝像儀、高清網(wǎng)絡(luò)攝像儀、視頻分析儀、人員定位分站、紅外分析儀、掃描槍、液位探棒等。1）門禁控制器：門禁控制信息與現(xiàn)場相關(guān)區(qū)域攝像機(jī)在軟硬件方面形成聯(lián)動控制，當(dāng)有人刷卡進(jìn)入大門時，攝像機(jī)將進(jìn)行視頻傳輸，在控制中心的工作人員可即時看到進(jìn)入大門的人員情況。2）攝像儀：一般配置的攝像儀，與視頻分析儀相連。3）視頻分析儀：是用來實(shí)時監(jiān)控分析三維場景中預(yù)定安全規(guī)則的執(zhí)行情況，當(dāng)有違反安全規(guī)則的事件發(fā)生后，系統(tǒng)軟件就調(diào)出現(xiàn)場場景的實(shí)時視頻，以便管理人員進(jìn)行安全測判，并采取相應(yīng)的安全處理。4

15、）高清網(wǎng)絡(luò)攝像儀：針對用戶的需求（需要監(jiān)控某些特定計(jì)算機(jī)，當(dāng)操作人員操作計(jì)算機(jī)時能夠記錄下來操作的詳細(xì)內(nèi)容，包括在計(jì)算機(jī)屏幕上輸入字符內(nèi)容，需要有一種高清攝像機(jī)能夠記錄并能清晰辨認(rèn)出操作人員的屏幕輸入內(nèi)容），采用在高清監(jiān)控系統(tǒng)市場居領(lǐng)導(dǎo)地位的供應(yīng)商Avigilon的產(chǎn)品一高清網(wǎng)絡(luò)攝像儀，該產(chǎn)品是目前世界安防視頻監(jiān)控行業(yè)中清晰度最高、圖像信息保存最完整、傳輸帶寬最小的產(chǎn)品。該產(chǎn)品特點(diǎn)是可以同時對全局和局部同步監(jiān)控，并且保證清晰度；只傳輸需要瀏覽的部分圖像數(shù)據(jù)，降低帶寬使用率；根據(jù)不同監(jiān)控需求選擇合適的攝像機(jī)，更有千萬級別像素的攝像頭保證圖像質(zhì)量和監(jiān)控范圍。5）人員定位分站：采用目前國際上先進(jìn)的R

16、FID無線傳輸技術(shù)，可以實(shí)時跟蹤到人員的位置。6）紅外分析儀：是用來監(jiān)測三維場景入侵報(bào)警。7）掃描槍：是用來掃描條形碼的信息。8）液位探棒：是用來探測液位的高度。之所以采用上述多種物聯(lián)網(wǎng)硬件系統(tǒng)，是為了驗(yàn)證軟件平臺的可行性。5.3軟件功能5.3.1 場景導(dǎo)航場景導(dǎo)航：提供在場景中隨意漫游，可以遠(yuǎn)視或拉近觀測儀器模型，可以全景觀測臺站場景，或如同實(shí)地體驗(yàn)地走進(jìn)臺站房屋中，模擬體驗(yàn)場景環(huán)境。場景漫游5.3.2設(shè)備監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控：系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中讀取監(jiān)控設(shè)備實(shí)時狀態(tài)信息，并在三維場景中的模擬儀器運(yùn)行狀態(tài)，同時可以響應(yīng)用戶的各種請求，對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。儀器實(shí)時狀態(tài)顯示儀器控制5.3.3故障報(bào)警故障報(bào)警：系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中讀取設(shè)備實(shí)時狀態(tài)信息表，并在三維場景中的模擬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)為故障時，給與報(bào)警提示。儀器故障報(bào)警1.1.4 安防功能安防功能：通過視頻分析儀實(shí)時監(jiān)控分析現(xiàn)場場景中預(yù)定安全規(guī)則的執(zhí)行情況，當(dāng)有違反安全規(guī)則的事件發(fā)生后，系統(tǒng)軟件就實(shí)時報(bào)警，并調(diào)出現(xiàn)場場景的實(shí)時視頻，以便管理人員進(jìn)行安全測判，并采取相應(yīng)的安全處理。通過高清網(wǎng)絡(luò)攝像儀監(jiān)控特定計(jì)算機(jī)，運(yùn)用高清攝像機(jī)記錄并能清晰辨認(rèn)出操作人員的屏幕輸入內(nèi)容系統(tǒng)還提供通過紅