智能監(jiān)測解決方案
智能監(jiān)測解決方案
杭州東信北郵信息技術有限公司
網(wǎng)絡行業(yè)應用篇/設備監(jiān)控與維護
1 概述
1.1 背景
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域信息化的加深，工業(yè)自動化轉型的速度在逐步加快。當前工業(yè)領域面臨著很多行業(yè)痛點，如面臨著業(yè)務地域范圍廣人力投入成本大，特殊的工作環(huán)境對安全系數(shù)要求較高，原有的監(jiān)控設備性能落后且各自運作等情況。智能監(jiān)測系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術，順應科技發(fā)展趨勢，通過各個終端設備的互聯(lián)互通，為企業(yè)實時監(jiān)測各個應用場景的環(huán)境數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常情況自動告警，為企業(yè)提供智能化服務，更好的幫助企業(yè)節(jié)省生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，降低安全隱患。
1.2 實施目標
通過智能監(jiān)測系統(tǒng)，幫助垂直行業(yè)客戶更好的解決自身痛點，為客戶打造一個實時的，智能的、可視化的、可遠程操控的監(jiān)測管理系統(tǒng)。
1.3 適用范圍
智能監(jiān)測系統(tǒng)可廣泛應用于工業(yè)領域內(nèi)的各行各業(yè)：
? 生產(chǎn)監(jiān)測：通過傳感器和攝像頭，以及設置的告警條件，來監(jiān)測生產(chǎn)過程中是否存在異常。適用于工廠等產(chǎn)品制造場景。
? 缺陷監(jiān)測：通過攝像頭檢測生產(chǎn)線上組裝完成的產(chǎn)品是否存在缺陷，對良品和次品圖像進行采集，根據(jù)采集的圖像數(shù)據(jù)訓練模型，檢測出次品觸發(fā)告警。可用于生產(chǎn)制造的產(chǎn)線質(zhì)檢。
? 環(huán)境監(jiān)測：通過傳感器和攝像頭全方位、全天候檢測環(huán)境數(shù)據(jù)，如：溫度、濕度、噪音、污染物（PM2.5、PM10）、有害氣體（甲醛和揮發(fā)物）等。可用于工廠、工地、庫房、醫(yī)院、學校、商業(yè)區(qū)等場景的環(huán)境監(jiān)測。
? 冷鏈監(jiān)測：通過溫濕度、GPS等傳感器實時監(jiān)測冷鏈車、冷鏈倉庫和保溫箱等的溫濕度以及對應的位置信息，設置報警觸發(fā)器，對異常情況進行報警。可用于血液、疫苗、藥品、樣本等存儲或運輸場景的冷鏈監(jiān)測。
? 安全監(jiān)測：通過傳感器和攝像頭，實時監(jiān)控對應場所的煙感、火感、溫濕度、可燃氣體等環(huán)境數(shù)據(jù)，設置報警觸發(fā)器，觸發(fā)指定條件后能夠發(fā)送告警。可用于煤礦、消防、公司機房、庫房等場景。
? 倉儲監(jiān)測：通過攝像頭實時監(jiān)控當前場所的可視情況，可根據(jù)需求設置異動觸發(fā)器，當觸發(fā)指定條件后自動告警，可以根據(jù)觸發(fā)時間和事件檢索視頻，支持視頻圖像人臉識別。適用于倉儲管理、電子圍欄等。
? 能源監(jiān)測：通過攝像頭、電流電壓傳感器等相關傳感器監(jiān)測用電、用水情況，使用圖像識別的方法讀取儀表盤的讀數(shù)，幫助客戶遠程智能抄表，節(jié)省人力資源的投入。可用于能源行業(yè)，如電力、水務系統(tǒng)。
? 排放監(jiān)測：通過一些氣體傳感器以及GPS定位裝置，可監(jiān)測車輛的位置、車輛運行狀態(tài)、發(fā)動機狀態(tài)、排放情況等。
1.4 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡體系架構中的位置
智能監(jiān)測系統(tǒng)是為垂直行業(yè)用戶打造的應用平臺，根據(jù)客戶的需求，為客戶提供定制化的服務，幫助行業(yè)用戶解決自身痛點。智能監(jiān)測系統(tǒng)可以接入多種終端設備，并對設備進行管理操控，將終端設備采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)上報至平臺。通過與云平臺的連接，使用大數(shù)據(jù)能力，對采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、應用數(shù)據(jù)等進行統(tǒng)計分析，向客戶展示多種數(shù)據(jù)視圖，為企業(yè)管理人員提供決策支持。
圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)示意圖
2 需求分析
目前很多企業(yè)的監(jiān)控手段很單一，只部署了視頻監(jiān)控、單一類型的傳感器，或者部署了多個終端監(jiān)測設備，但卻各自獨立運作。這類監(jiān)測手段缺乏對采集視頻的智能識別，缺乏對環(huán)境數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌分析，缺乏貼合行業(yè)特性的智能感知與決策業(yè)務模塊。為了更好的服務客戶的需求，智能監(jiān)測系統(tǒng)在原有監(jiān)測手段的基礎上，提供智能監(jiān)測的業(yè)務能力，不僅包含視頻監(jiān)控、同時新增了數(shù)據(jù)采集模塊、觸發(fā)器模塊、視頻圖像AI處理模塊以及告警與決策反饋模塊等模塊，為客戶提供智能的監(jiān)測能力。
3 解決方案
3.1 方案介紹
智能監(jiān)測系統(tǒng)，適配JT/T808-2011、MQTT、MODBUS等常用的行業(yè)協(xié)議或接口，將攝像頭、溫濕度傳感器等不同行業(yè)終端方便快捷的接入系統(tǒng)。通過這些行業(yè)終端設備，采用無線傳輸方式，實時采集監(jiān)測點位的環(huán)境數(shù)據(jù)（煙霧、溫度、有害氣體、環(huán)境畫面等）并上報至系統(tǒng)。采用時序數(shù)據(jù)庫集群，能夠存儲海量的媒體、文本等數(shù)據(jù)，通過其對數(shù)據(jù)的高并發(fā)寫入，極速聚合查詢能力，靈活有效的對數(shù)據(jù)訪問并進行統(tǒng)計分析，為用戶形成分析視圖。提供規(guī)則引擎能力，用戶可根據(jù)業(yè)務需求，自定義觸發(fā)器規(guī)則，在實際監(jiān)測環(huán)境中發(fā)現(xiàn)異常情況自動告警。提供API引擎能力，實現(xiàn)多平臺業(yè)務與數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，方便用戶進行業(yè)務整合。提供Web頁面、APP客戶端、微信小程序等多終端的展示方式，方便用戶隨時隨地，實時查看監(jiān)測點位信息，遠程監(jiān)控管理。
3.2 系統(tǒng)架構
圖2 智能監(jiān)測系統(tǒng)架構圖
? 終端層：終端設備統(tǒng)一管理，鑒權認證、信息上報、遠程管控、自檢修復等。
? 業(yè)務層：各業(yè)務管理模塊，如應用管理、策略管理、信息處理、終端管理、日志管理、任務管理、賬戶管理等。
? 展現(xiàn)層：為用戶提供監(jiān)控視圖、告警視圖、運營分析視圖等。
? 接口層：平臺擁有能力開放能力，提供第三方接口，可與其他多個業(yè)務平臺對接，實現(xiàn)平臺之間業(yè)務能力與數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。
? 數(shù)據(jù)層：平臺可管理多種數(shù)據(jù)，包括應用數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、終端數(shù)據(jù)等。
3.3 網(wǎng)絡拓撲設計
圖3 智能監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲
組網(wǎng)說明：
? 設備接入子系統(tǒng)
設備接入子系統(tǒng)的主要功能是依據(jù)不同的物聯(lián)網(wǎng)終端設備（或者網(wǎng)關）數(shù)據(jù)通訊連接方式，提供協(xié)議適配，實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)感應層的各類型終端設備的大規(guī)模接入。通過消息總線對接設備管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、規(guī)則引擎子系統(tǒng)。
適配協(xié)議：JT/T808-2011、MQTT、RESTFul API、MODBUS、EDP等常用的行業(yè)協(xié)議或接口。
? 設備管理子系統(tǒng)
設備管理子系統(tǒng)對終端設備進行統(tǒng)一管理，不僅提供設備信息、設備群組、數(shù)據(jù)流等業(yè)務模型的管理功能，還提供設備控制模塊，實現(xiàn)對設備的命令控制功能。
? 規(guī)則引擎子系統(tǒng)
規(guī)則引擎子系統(tǒng)主要是支持平臺上層規(guī)則相關業(yè)務，提供規(guī)則管理、規(guī)則引擎等功能。負責支持設備觸發(fā)器管理，完成平臺針對設備數(shù)據(jù)流的觸發(fā)規(guī)則管理功能。
? 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)配合設備管理子系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)流對應的來自終端設備的數(shù)據(jù)收集與存儲。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)采用HTTP協(xié)議進行消息通信，提供安全、靈活和有效的數(shù)據(jù)訪問和查看接口。
數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)提供多類型數(shù)據(jù)庫以支持異構數(shù)據(jù)的集成、存儲，如內(nèi)存數(shù)據(jù)庫Redis、時序數(shù)據(jù)庫OpenTSDB、文檔數(shù)據(jù)和異構數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫MongoDB等。
? 認證鑒權子系統(tǒng)
認證鑒權子系統(tǒng)提供平臺用戶賬號管理、APIKey管理和組織/企業(yè)信息管理，以及請求的訪問控制功能。認證鑒權子系統(tǒng)采用HTTP協(xié)議進行實時消息通信，負責將用戶開戶數(shù)據(jù)同步，以及登陸認證等。
? 定時任務
定時任務子系統(tǒng)對接規(guī)則引擎子系統(tǒng)、設備管理子系統(tǒng)和設備接入子系統(tǒng)，主要實現(xiàn)觸發(fā)器、數(shù)據(jù)流、指令接受模塊對消息總線的定時訂閱功能。
? 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
采用MySQL數(shù)據(jù)庫，默認每個子系統(tǒng)獨有一個數(shù)據(jù)庫實例，使用分布式數(shù)據(jù)庫中間件（如Mycat），實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的分表分庫。
? 文件服務器
文件服務器主要是解決終端設備上傳的音視頻文件的存儲問題，提供設備文件的上傳接口和文件的下載接口。
? 消息總線
消息總線對接設備接入子系統(tǒng)，主要實現(xiàn)終端設備數(shù)據(jù)的緩存、路由分發(fā)及負載均衡功能。支持復雜的數(shù)據(jù)結構的高速緩存，為業(yè)務高峰時期大流量終端業(yè)務數(shù)據(jù)并發(fā)接入場景提供數(shù)據(jù)緩沖服務。平臺可依據(jù)業(yè)務數(shù)據(jù)的訂閱關系實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速分發(fā)。平臺將依據(jù)不同終端的數(shù)據(jù)類型和連接請求的類型，形成不同的服務單元，把數(shù)據(jù)流量負載分攤到相應內(nèi)容的服務器，從而分散數(shù)據(jù)流量壓力，實現(xiàn)負載均衡。
消息總線采用開源消息中間件實現(xiàn)，如Kafka、RocketMQ等。
3.4 功能設計
設備管理子系統(tǒng)：主要用于管理接入到平臺中的所有終端類設備，包括攝像頭、傳感器、網(wǎng)關、邊緣設備等。設備管理子系統(tǒng)包括對設備的基本信息管理、狀態(tài)監(jiān)控、策略管理和接入管理等。可遠程操控設備，進行升級、狀態(tài)檢測等。
邊緣計算子系統(tǒng)：提供邊緣計算的管理與支撐功能等，包括邊緣應用、協(xié)同計算、遠程部署和機器學習等。
數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)：提供各類設備上報數(shù)據(jù)的管理功能，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、訂閱分發(fā)以及數(shù)據(jù)開放等。
應用管理子系統(tǒng)：用戶可自行創(chuàng)建應用，對應用及其生命周期進行操作和管理。例如可創(chuàng)建一個環(huán)境監(jiān)測應用，管理其中的監(jiān)測設備、監(jiān)測數(shù)據(jù)，對應的監(jiān)測視圖、設置的報警觸發(fā)器、告警規(guī)則及告警處理等。用戶可通過可視化應用編輯界面來快速創(chuàng)建應用，如下圖。通過拖拽左側應用元件庫的元件，在右側選擇相應的設備、數(shù)據(jù)流等進行綁定，即可完成應用的創(chuàng)建，簡單快捷。
圖4 可視化應用創(chuàng)建
系統(tǒng)管理子系統(tǒng)：提供系統(tǒng)管理相關的基礎功能，包括賬號系統(tǒng)、日志系統(tǒng)、告警系統(tǒng)以及統(tǒng)計分析等。
視頻/圖像AI處理子系統(tǒng)：提供視頻/圖像處理相關功能，用戶在平臺上能夠配置指定圖片和圖片，視頻/圖片和數(shù)據(jù)流的合成展示。
能力開放與集成子系統(tǒng)：提供第三方接口能力，用戶可在平臺配置對第三方平臺開放的服務，第三方平臺通過對應的服務接口即可訪問使用對應的服務。
3.5 系統(tǒng)優(yōu)勢
海量的數(shù)據(jù)采集：采用時序數(shù)據(jù)庫集群，可存儲海量的視頻、音頻、圖像、文本的等采集數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高并發(fā)寫入，極速查詢能力。
多協(xié)議適配：不同的終端設備，使用的協(xié)議是不同的。平臺支持主流物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，如JT/T808-2011、MQTT、RESTFul API、MODBUS、EDP等常用的行業(yè)協(xié)議或接口，通過網(wǎng)關適配器，方便不同的終端設備快速接入系統(tǒng)，簡化了連接過程。
智能服務：平臺基于機器學習算法、計算機視覺、自然語言處理等技術，提供圖像識別、人臉識別、視頻/圖像處理等功能，在一些應用場景中為用戶提供智能服務。
數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通：通過平臺多協(xié)議適配能力，能夠使設備和設備之間，設備和平臺之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。通過平臺的API引擎能力，可將平臺的應用服務以及數(shù)據(jù)通過API接口開放給第三方平臺使用，用戶可在平臺自己管理將哪些服務和數(shù)據(jù)開放出去，實現(xiàn)平臺與平臺之間的業(yè)務與數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。
3.6 安全及可靠性
系統(tǒng)建設軟硬件產(chǎn)品需滿足企業(yè)客戶安全評估要求，應用軟件需具備信息安全基本保障要求，預防出現(xiàn)信息泄密。在系統(tǒng)級、應用級、網(wǎng)絡級提供各自的安全手段和措施，為系統(tǒng)提供全方位、立體化的安全實施方案。在數(shù)據(jù)保密、安全措施上采取較縝密的權限與加密管理，以保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。
系統(tǒng)應具有成熟的應用基礎，在技術服務和維護響應上同用戶積極配合，確保系統(tǒng)的可靠。在設備的選擇和關鍵設備的互聯(lián)時，應提供充分的冗余備份，一方面最大限度地減少故障的可能性，另一方面要保證系統(tǒng)能在最短時間內(nèi)修復。
4 成功案例
1) 廣西省玉柴廠房監(jiān)控項目
圖5 廣西省玉柴廠房監(jiān)控項目
通過在廣西玉柴企業(yè)的倉庫、噴氣車間、三坐標室部署的監(jiān)控攝像頭和傳感器。可以實時查看高清視頻監(jiān)控，對圖像高清晰回放，提高了倉庫的安全級別，節(jié)約人力成本；監(jiān)測噴氣車間溫度、濕度、甲醛、揮發(fā)有機物、PM2.5、PM10，將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給監(jiān)控人員，實現(xiàn)閥值報警機制，有效防止有害氣體外泄，提高安全生產(chǎn)管理；監(jiān)測三坐標室的溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)，當觸發(fā)告警規(guī)則時發(fā)出通知，保證生產(chǎn)設備在安全范圍內(nèi)運作。
2) 企業(yè)機房監(jiān)控項目
圖6 企業(yè)機房監(jiān)控項目
公司機房對于企業(yè)來說是軍機重地，公司的各項業(yè)務的正常運轉都依賴于機房中各服務器等設備的正常運行，因此機房的安全防護尤為重要。通過在機房部署監(jiān)控攝像頭、溫濕度傳感器及煙火感傳感器等，監(jiān)測機房的各環(huán)境數(shù)據(jù)，通過智能監(jiān)測平臺實時展示給監(jiān)控人員。當環(huán)境數(shù)據(jù)超出閾值，觸發(fā)告警機制，通過郵件、短信、微信小程序等方式通知監(jiān)控人員，以便及時處理突發(fā)狀況。
聲明
本報告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數(shù)據(jù)、觀點、建議，不構成法律建議，也不應替代律師意見。本報告所有材料或內(nèi)容的知識產(chǎn)權歸工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟所有（注明是引自其他方的內(nèi)容除外），并受法律保護。如需轉載，需聯(lián)系本聯(lián)盟并獲得授權許可。未經(jīng)授權許可，任何人不得將報告的全部或部分內(nèi)容以發(fā)布、轉載、匯編、轉讓、出售等方式使用，不得將報告的全部或部分內(nèi)容通過網(wǎng)絡方式傳播，不得在任何公開場合使用報告內(nèi)相關描述及相關數(shù)據(jù)圖表。違反上述聲明者，本聯(lián)盟將追究其相關法律責任。
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