辛莉¹    许茜¹    曹晓燕¹    韩亮¹    唐琰¹

（北自所（北京）科技发展股份有限公司  北京  100120）

摘要：物联网通过信息传感设备，按照约定的协议实现人与人、人与物、物与物之间全面互联的网络，主要特征是通过射频识别、传感器等方式感知环境的全部信息。IoT(The Internet Of Things)平台将建成一个统一的管理及服务平台，与园区内的信息子系统进行通行协议对齐并将数据接入，实现可以直接在物联网平台查看各子系统的数据，并实现对各子系统的直接监控并直接操作管理。IoT平台以硬件为主的建筑智能化系统有机的整合起来，以一个定制化的、基于云计算的系统为系统中间件，向下连接接基础物理设备层，向上为应用层提供数据、事件支撑。为了让智慧园区信息实时传达，透明化全区内部运转流程，降低园区能耗费用，提升整体管理水平和效率，提高园区内人员满意率，扩大招商的竞争优势，发挥出智慧场景下处理突发事件能力和对全局事态的控制感知能力，促进园区信息共享，提高园区控制人员的决策能力。

关键词：IoT；物联网； 

中图分类号：TP29；TP227 文献标识码：B 文章编号：xxx

0  引言

物联网技术在智能物流中扮演着至关重要的角色，用智能系统赋能场景智能化，为园区管理者以及企业提供创新管理与运营服务[1]。建设内容包括基于园区的IT基础设施，运用物联网、移动互联网及互联网支付等现代信息技术，构建统一的业务管理平台和对外服务平台，其需要满足以下需求：

0.1    统一的物联网数据管理（IoT）平台

本文自研建立IoT平台，对接园区中二十余个子系统，其中包括了能耗系统、视频安防系统、入侵报警、一卡通系统、停车场系统、智能照明系统、充电桩系统、网络系统、物业系统和招商系统等，并且源源不断的有新的子系统需要接入。通过自研统一的IoT平台，以管理平台为信息中介，集中监控园区中实时发生的消防、物业、楼宇控制及后勤运维等数据并对紧急、危险事件作出快速反应以及联动操作。

0.2    SaaS化成本低 复用性强

IoT平台将会制作成标准SaaS化产品，设计之初就后期软件模块SaaS化，采用独立的模块化产品设计，采用了提供丰富、灵活的产品设计架构。可针对特定的项目场景进行裁剪和扩展，可供能内、外部多种智慧园区、物联网平台和车辆调度中心等物联数据中心项目中进行复用。极大降低了IoT平台重复性建设的成本。

0.3    BI报表和图形化

BI报表工具主要服务面向于园区运营人员或者是面向于高层领导，可以帮助决策者们分析园区回顾园区过去运营数据，监控当前运行状态、预测未来发展趋势，最终以数据看板形式将多份报表的一起展现出来。这要求BI报表系统报表和看板的生成设计具有高度的灵活性，以满足多样的数据统计要求。本项目中，将BI报表和图形化组合放在了上游业务应用层进行实现，让其保持高度独立性，一方面后续可供其他系统进行配置复用，另一方面减少了上层应用间的耦合性，更易于后期进行维护和重构。与自研的权限系统配合使用，既保证了数据隔离，又能够高度自由定制报表并组合成报表。内置多种报表样式，数据看板配置过程中支持拖动式添加，生成的报表方式所见即所得。

综上所诉，IoT平台将处于“信息孤岛”上的业务子系统、IoT设备通过物联平台串联、组合起来，让其运行过程可视化、透明化。像是让园区产生了生命力，并且每个细胞都跃动了起来，能够感知到园区的呼吸。让决策者们对园区进行更为细致、高效的管理。

1    IoT平台介绍

1.1    IoT平台基本功能

物联网通过信息传感设备，按照约定的协议实现人与人、人与物及以物与物之间全面互联的网络，主要特征是通过射频识别、传感器等方式感知环境的全部信息。IoT平台将建成一个统一的管理及服务平台，与园区内的信息子系统进行通行协议对齐并将数据接入，实现可以直接在物联网平台查看各子系统的数据，并实现对各子系统的直接监控并直接操作管理。

IoT平台将以硬件为主的建筑智能化系统有机的整合起来，以一个定制化的、基于云计算的系统为系统中间件，向下连接接基础物理设备层，向上为应用层提供数据、事件支撑。

为了让智慧园区信息实时传达，透明化全区内部运转流程，降低园区能耗费用，提升整体管理水平和效率，提高园区内人员满意率，扩大招商的竞争优势，发挥出智慧场景下处理突发事件能力和对全局事态的控制感知能力，促进园区信息共享，提高园区控制人员的决策能力。

IoT平台需要具备下面几个基本功能：

1、设备通信：这是联网的最基本的功能，需要定义好通信协议，可以和设备正常通信；提供不同网络的设备接入方案，例如2/3/4G、NB-IoT、LoRa、MQTT等。设备端需要提供SDK，并提供一定的SDK源代码，减少数据对接的工作量。

2、设备管理：管理设备的合法性，每个设备需要有一个唯一的标志。控制设备的接入权限，管理设备的在线、离线状态，设备的在线升级，设备注册删除禁用等功能。

3、 数据存储：面对海量的连接数量和数据量，必须有可靠的数据存储。

4、 安全管理：接入物联网的设备五花八门，有差距悬殊的计算能力，有非常重要的数据，需要对设备的安全连接做出充分保障，一旦信息泄露会造成极其严重的后果。对不同接入设备要有不同的权限级别。

5、 人工智能处理：物联网海量的数据很多时候需要做分析处理，里面蕴含着极高的商业价值。

6、实时同步：对接子系统的数据能够保持高度同步率，对危险、紧急信息（如火灾、地震、入侵报警等）需要做到实时上报，对于其他数据需要约定好数据同步的评率和时机。

7、数据采集：园区建筑相关专业设备及系统，可通过网络层连接到平台，包括主动或被动提供基础数据的模块和设备。终端设备所有数据（业务数据、设备状态、故障告警和运行日志等）上报至平台，以满足相应的业务系统的需要，实现与其他设备或系统的互联互通。平台根据业务需求采集底层设备系统数据，集中管理和分析，为应用系统提供数据支撑。

8、服务应用：基于平台层提供的功能，构建服务于建筑内的人与设备管理的物联网平台应用软件，该层可以直接基于平台的数据和API，也可以结合基础服务层所提供的服务，实现相应的功能。以上平台的搭建，除了需要由集成商整合各大硬件系统，实现协议的互联互通外，还需要有很强的软件研发能力以及精通建筑动态的能力。

1.2    IoT平台设计原则

（1）高可靠性：

可靠性是指软件产品在规定的条件下和规定的时间区间里完成规定功能的能力。物联网平台从架构上，通过采用B/S的架构，通过内网部署和防火墙的形式，大大提高了平台的可靠性。各个子系统彼此隔离，通过物联数据平台串联起来，减少系统间的耦合，提升了平台的可靠性。从服务器部署上使用负载均衡技术减少服务器峰值宕机的风险。

（2）SaaS化设计：

平台严格按照SaaS化结构方式开发，设计之初就考虑到软件之后的复用性、满足通用性和可替换性。采用SaaS化设计，分布实施的战略。通过模块之间多种组合，用户可以通过拖拽的形式，自由筛选需要的子模块。适配各种场景，提高软件的复用率，降低二次开发成本。

（3）扩展性：

物联网平台提供了一套开放的系统，与各个子系统数据对接过程中，解决了不同系统和产品之间协议对齐的问题，提供能一套“标准化”的接口，以支持后续新的子系统接入。其中提供能标准的数据接口、应用接口与网络接口，让平台具有绝佳的扩展性和灵活性，后期维护和重构的成本大大降低。

（4）兼容性：

物联平台在与各个子系统对接过程中，兼容市场上主流的数据传输协议，其中包括但不限于HTTP API，MQS，TCP/IP，RS485，GB28181以及MQTT等数据传输协议。基本兼容市场上常用数据传输通信协议。

1.3    IoT平台设计目的

（1）数据统一对接：

对所有子接入的系统数据采用统一的标准协议进行对接，兼容市场全部主流数据传输协议，对脏数据进行清洗过滤，统一对外提供字段含义说明、主数据查询服务和主数据查询审批等服务。为应用层提供一套标准的API接口，供应用层可以根据需求筛选需要的数据。

（2）数据统一存放：

对海量的物联IoT数据进行统一存储，并对数据存放做好容灾备份策略，为接入数据制作数据字典，方便后续应用层开发人员使用。

（3）设备管理：

支持设备控制、设备建模、设备注册、状态监控、连接管理、 远程调式和设备固件更新等功能。设备控制保证和子系统之间双向通行，能够实时对IoT设备（如摄像头、闸机、空调、灯光等）下发指令。对于园区内的IoT可根据类型进行数量、可用率和异常率等信息统计。

（4）设备信息监控：

设备监控主要涉及设备的运行状态主要有运行中、停止和故障。针对出现故障的设备有告警事件发出并且对接园区维保系统，自动发送检修工单。并对修复过程进行指导、追踪，故障解决结果返回系统，对历史故障数据自动归档，自动生成故障统计报表。

（5）异常报警逻辑可配置：

对于各子系统而言，在系统内部实现联动非常容易，但是却无法很好地与其他子系统建立起关联关系，然而当各子系统与物联网平台通讯后，子系统的数据在平台下却是一个标准的物联网平台软件对象，因此，可以把物联网平台当作是一个独立的系统，就如同子系统一样，要在相同的对象之间建立关联关系就简单多和容易了。通过物联平台控制多个子系统针对特殊的警情进行处理，可以发挥超高效果。例如，当火警发生时，系统集成子系统自动联动门禁口管理系统，对火情附近的门锁实行强制打开，方便人员疏散，信息展示系统想园区内人员发送火警短信。

（6）多种协议支持：

针对各主流通信协议进行支持，后续可以快速对接各类信息子系统。

1.4    IoT平台特点

模块化：软件产品整体使用模块化设计，各个模块之间软件实现了低耦合、高内聚，提升了平台整体的稳定性。采用标准的子系统接入方式，支持子系统实现可插拔式接入。

兼容性：软件技术框架上可以继承各种设备到一个统一的、基于WEB的系统，支持各类标准和非标准协议，并且在硬件上具有良好的兼容性，不受具体IoT设备厂商的限制。

分布式：高效可靠的消息传输机制，进行各个平台间数据交流，做到了低延时、高可靠。

标准化：对内对接园区物联子系统流程做到标准化，直接加速子系统数据接入速度，对外向上层应用提供数据字典和标准化API接口，方便上层应用拿到数据后二次开发。

可扩展性：全面支持主流信息传输协议如RS485/232、Bacnet/IP、OPC、Modbus、lonworks、SNMP、KNX 、MQTT、HTTP、NB-IoT、RFID及BLE等，保证新的子系统数据接入能够快速、高效。

图1 网络结构示意图

2    整体方案

2.1    系统整体架构

IoT 开放平台是一个可以集成园区内各种设备到一个开放的、统一的且基于 Web B/S架构的中央处理与计算系统，IoT 平台支持各类标准的和非标准协议，并且在硬件系统上具有优越的扩展性并兼具非常良好的兼容性。如图1所示。

技术架构部署共分为5层，包括端侧设备层、IoT平台层、数据中台层、IoC平台层和三方应用层：

端侧设备层：由园区内的端侧IoT设备组成，其中需要对接的子系统包括停车管理、监控、一卡通、视频安防和智能照明等子系统组成，主要提供园区运行的实时数据，为更上层系统进行数据归集、数据可视化和数据分析等应用提供基础数据。支持双向通信协议，为上层系统提供双向通信接口，支持上层应用直接对单点、多点IoT设备进行集中控制、统一管理。

IoT平台层：负责将多种IoT终端系统接入到园区网络，提供统一、标准的对外接口，兼容市场主要通行协议如RS485/232、Bacnet/IP、OPC、Modbus、lonworks、SNMP、KNX 、MQTT、HTTP、NB-IoT、RFID、BLE、LoRa、Coap、Zigbee 及WiFi 等接口和协议，并支持第三方私有协议开发。提供可视化管理页面，实时监控园区内设备、设施运行状态。支持自定义设置异常数据阈值，实时对设备异常情况进行报警并跟踪异常修复处理。策略配置用于支持数据转发和设备联动。数据转发用于设置对象（某类设备）的转发条件及要转发的服务子系统，实现不同系统间的数据通信。设备联动在配置时，通过设置联动条件，基于预设的规则和响应动作，引发其他设备/系统的协同反应。

记录日志并追踪园区异常报警事件，以方便后期进行复盘和调整。

数据中台层：将接入的数据落入部署的分布式数据库，为落入的数据设计数据库表结构并编制对应的数据字典供上层应用使用。对接入数据进行数据清理、数据加工并按照业务需要抽取数据进行可视化处理。对核心数据进行持久化存储并使用冗余备份保证数据存储安全。对重点关注的实时数据进行计算并快速转发传输到应用层显示。

IOC平台层：通过“数字孪生”的科技手段，对应物理空间的园区，在数字空间再造一个匹配的“数字孪生园区”。将物联技术与BIM实现底层数据融合，将园区内IoT设备、机电系统的位置坐标、运行状态等信息传入BIM模型建立与现实状态完全相符合的数据，建立BIM管理平台，实现“所见即所得”的三维一体的运营、管理与监控模式。提供丰富、多样的BI数据看板，为园区管理者能够实时直观地监控园区的运行状态，对发生紧急情况下达指挥命令，并追踪事件解决进展。

三方应用层：通过IoC平台接入智慧园区体系，通过如丰声工具接收IoC管理平台下发的指令、并实时同步更新处理进展为管理人员动态追踪指令执行情况。为智慧园区体系提供移动端信息收集、处理能力。与招商、物业系统对接，为IoC平台提供园区实时运行数据，以支持统一的信息管理。

由此可见，IoT平台是园区建设的基础，IoT平台提供：

（1）统一的数据接入平台，根据园区内的核心业务（空间、设施、能源、 运维、环境与安防）需求，为后续大量新建的流程应用提供统一稳定的数据支撑平台，在此基础上基于具体的开发场景设计业务流程操作、人机界面、数据看板、数据报表、运行控制和业务分析等基础数据处理组件。

（2）提供统一访问鉴权、安全防范策略，按照国家网络信息安全等级保护，在物联数据传输、日志存储、实时数据获取和命令下发控制等场景提供统一的安全防护服务。

（3）提供统一的数据接入服务，提供数据传输协议模型、设备/连接以及平台API等功能，为构建应用软件服务，平台向下对接IoT设备数据、向上对接上层应用服务。主要集成了接口API、各模块的管理、权限控制、数据推送和数据通道等功能。并基于平台提供的数据和API。

（4）提供统一的监测、告警及诊断服务，提供对实时监控，收集和处理具有高价值的资产数据，便能够诊断出问题的真正原因，然后对异常情况和偏差发出警报。以帮助操作和维护人员减少检测和解决问题之间的响应时间。诊断过程、数据特征、处理手段和处理结果可形成案例知识库以便后续继续使用。

（5）提供统一的智能控制策略服务，支持根据园区内部特定场景，灵活的自定义智能控制策略，对多种IoT设备进行联合操作，使其联动后实现的综合效果远远超出单一IoT设备所能达到的。

图2 IoT平台与其他系统及设备的交互图

2.2    IoT平台集成交互

如图2所示，IoT平台主要与外部系统及设备和第三方应用及上层有数据的交互[2]。

IoT平台首先汇聚外部系统及设备的数据，将其他系统的数据集成到一起，做到数据的统一管控，主要集成的方式有：

（1）通过API进行数据集成

如中央空调系统和VRV空调系统，这两个系统提供了可供外部调用的API，因此通这两种方式进行系统集成。

（2）通过TCP方式进行集成

有的系统提供了基于TCP/IP的SDK，集成SDK后调用相应的方法，通过TCP/IP进行数据的传输集成，使用此方法的有入侵报警系统、一卡通系统、停车场系统、电子巡更系统、视频安防系统。

（3）通过OPC进行数据集成

有的系统厂商已经使用建立了OPC Server，将设备的点位数据集成到了系统中，IoT平台只需要与该系统的OPC Server集成，即可与设备进行数据的交互，这样的系统有消防主机系统、照明系统、机房环控系统。

（4）通过Modbus进行数据集成

有的系统需要直接与设备进行通信，设备支持Modbus协议，如充电桩系统，通过适配Modbus协议，可以如设备直接通信，对设备进行信息的读取和控制。

（5）通过snmp协议数据集成

网络管理系统使用snmp协议与外部进行数据交互，IoT平台使用此协议与其进行系统集成对接。

IoT平台集成了Modbus驱动、KNX驱动和OPC驱动，并解析各个系统的接口，可以成功集成所有系统的数据，将数据统一加工处理，实时监控，对于有报警的点位及时报警，通知相关人员。

IoT平台相应第三方应用及上层接口的调用，解析接口命令，并转化为与系统对接的指令，实现数据的读取和反向控制。

IoT平台实现数据的集成和统一管理，并屏蔽底层通信协议的不同，实现上层对设备的透明管理和统一调度。

3    IoT平台设计方案优势及愿景

IoT平台为智慧园区核心业务场景进行设计，形成一种集设备运行状态实时更新、故障自动上报、设施设备自动化化运行监测和控制、数据统计分析和数据有效整合产品服务体系。为客户提供一种全面周到的系统性解决方案，实现未来智慧园区中心的智能运维、打造统一的IoT设备管理应用平台。

用智慧化的方式重新定义园区，全方位重塑园区安全、体验、成本和效率；重塑园区管理运营模式，驱动行政管理的变革；重塑园区业务部署模式与商业模式，加速业务能力的发放与复制；从园区业务入手，开启企业、组织和社会智慧化转型。

以智慧化手段建设的智慧园区，旨在突破现有园区信息系统孤立现状，通过促进园区内技术融合、资源共享、业务协同以及实时状态反馈，打造以园区管理、服务业务为主导，以人为本的智慧园区，在现有园区信息化基础上，实现以下几个方面的突破:

（1）提高能源使用效率，实现园区的低碳运营；

（2）管理流程优化，实现园区运行的全过程控制；

（3）强化统计分析，实现 园区信息资源深度开发；

（4）提高人员劳动生产率，实现园区价值最大化。

后期可为中转场、分拨中心和仓储平台等现实中拥有大量IoT设备的场地对IoT设备数据提供统一的、标准化管理服务，能够大大降低采买外部数据平台带来的软件使用费用和运行维护费用，让以上场地在竞争中能够更加有竞争优势。

参考文献：

[1] 黄伟， 朱莉. 物联网平台的性能评估方法研究[J]. 计算机应用研究， 2020， 37（9）: 256-259.

[2] 王芳， 赵强. 物联网平台在智能物流中的应用研究[J]. 物流科技， 2020， 43（2）: 15-20.