基于鲁棒性原理的建筑智能化系统双核集成设计研究

基于鲁棒性原理的建筑智能化系统双核集成设计研究
作者：李惟
来源：《现代电子技术》2011年第17期
摘要：针对建筑小区土建设计缺陷所造成的建筑内部消防系统设计不足、多种智能产品通信协议不兼容、多元智能子系统需要系统集成、联动、可靠运行的问题，提出“无缝、双核建筑智能化系统集成”的设计理念，采用基于清华同方提供的TECH-M32-8视频矩阵切换器及TECH-K80操纵键盘“双核”集成技术，系统集成后使用效果良好，具有很好的应用前景。

关键词：鲁棒性; 建筑智能化; 系统集成; 双核集成
中图分类号：TN399-34 文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2011)17-0156-04
Dual-core Integration Design of Building Intelligent System Based on Robustness Principle
LI Wei
(Department of Electronic and Control Engineering, Chang’an University, Xi’an 710061, China)
Abstract： Aiming at the shortcomings such as the firefighting system design in the Building Community caused by the building civil engineering design flaws, the protocols among a variety of smart products are not compatible, and the multiple intelligent subsystem needs integrate, linked and reliable operation, a design philosophy about the seamless and dual-core BISI is proposed. This design adopts the TECH-M32-8 video matrix switcher and TECH-K80 keyboard manipulation dual-core technology provided by Tongfang, which has good system integration effect and application prospect.
Keywords： robustness; building intelligent system; system integration; dual-core integration
0 引言
近年来，随着现代计算机、网络技术的飞速发展以及人们对生活、办公使用条件的较高追求，智能建筑、智能小区、建筑智能化系统集成建设已经成为建筑经济领域方兴未艾的技术进步趋势。

基于以太网、TCP/IP协议的建筑智能化系统集成技术成为未来智能建筑、智能化小区的发展方向［1-2］。

我国现阶段“建筑智能化系统集成”始终停留在理论研究和不彻底的智能化集成阶段，这种技术现状制约着行业的发展。

本文提出的“建筑智能化双核系统集成技术”有效地解决了多种智
能化系统产品集成中的通信协议无缝开放与集成问题，对有先天性设计缺陷的火灾自动报警消防系统实现了独立核心集成的手动、自动模式的联动运行；对于拥有多个不同参数属性子系统的建筑安防系统实现了安防独立核心集成联动。

经过实际的运营测试表明，所设计的双核集成系统各项指标均监控正常，系统能够抑制不确定性因素及较大扰动的影响，具有良好的鲁棒性能。

1 鲁棒性
鲁棒性就是系统的健壮性。

它是在异常和危险情况下系统生存的关键。

所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定(结构，大小)的参数摄动下，维持某些性能的特性。

鲁棒性定义中强调参数摄动的结构和大小，是因为在鲁棒性分析和设计中，必须考虑参数的摄动，参数的摄动表征了系统的不确定性。

系统要维持的某些特性可以是稳定性，也可以是某些性能指标［3］。

2 建筑智能化双核集成系统组成
2.1 火灾自动报警消防系统
火灾自动报警消防系统是智能化双核集成系统集成运行的第一个核心，主要功能是实现全辖区范围内的“无缝”联网、手/自动切换联动平稳集成运行。

本设计针对已建成建筑小区的各个自动消防系统独立运行、分散化管理的运行制式，根据现有的火灾自动消防系统联网联动的技术基础条件，利用TCP/IP网络将这些离散式报警设备进行联网，统一为整体联动的火灾自动报警系统，实施智能化系统集成管理。

火灾自动报警消防系统需要在现有的建筑小区内设立一个消防智能化联网监控管理中心平台，依托小区内现有的局域网，通过划分一块安全性最高、最可靠的VPN虚拟专网构建数据信息传输骨干网络，将小区内的火灾报警控制器通过信号采集设备，集中地采集到统一的系统监控平台上，进行实时监测、全局控制，集中管理，以保障小区内的人员生命及财产安全。

其集成设计方案包括网络平台建设、管理系统功能软件开发设计、联网用户传输设备设计等三项技术内容［4-8］。

2.1.1 网络平台建设
(1) 联网监控中心
在建筑小区内建设一处联网监控中心，通过干线光缆将消防监控中心信号与各个防火分区的楼宇内部区域火灾自动报警器联网。

监控中心配置有一台用于值班人员操作的PC机。

(2) 各火灾报警控制器
各个火灾报警控制器通过TCP/IP网络接入小区管理中心。

(3) 消防视频监控子系统及接口设计
采用系统主机的RS 232或RS 485接口连接方式，通过串口服务器连接TCP/IP。

图1为其接口界面图。

智能设备安防系统与火灾自动报警系统的工程界面划分以图中虚线为界，虚线以左为火灾自动报警系统部分，以右为智能化集成管理系统部分。

火灾自动报警系统需提供空余的串行接口，并提供满足各接口功能的数据，建筑设备监控系统提供协议转换设备及数据转换服务。

(4) 视频监控系统接口网关设计
视频监控系统硬件接口要求模拟视频矩阵提供标准控制键盘口：RS 232或RJ-45；模拟视频矩阵提供标准视频输出口：复合视频RAC,BNC；硬盘录像机提供网络接口：RJ-45视频监控系统软件接口要求视频矩阵提供RS 232或TCP/IP协议的控制协议，硬盘录像机提供满足前述接口功能的SDK开发软件包，如有综合性视频管理平台软件也应提供满足前述接口功能的SDK开发软件包。

其接口网关示意图如图2所示。

2.1.2 管理系统功能软件开发设计
设计中根据建筑小区的实际的需求，设计的集成系统管理软件主要包括12个功能模块: 分别为用户管理模块，日志管理模块，火警实时监控模块，报警信息管理模块，成灾火警管理模块，故障管理模块，电子平面模块，入网单位管理模块，联网网关ASE管理模块，在岗人员管理模块，报表模块，数据挖掘和统计分析模块。

2.1.3 联网用户传输设备的设计
建筑小区内所有入网用户或者单位都采用同方自主研发的传输设备，将各个不同消防生产厂家的报警系统设备中的火警、故障等信号传输到各区县消防监控中心，传输设备满足国标《消防联动控制系统-传输设备》GB16806-2006性能和功能的设计要求。

其主要仪器设备配置如下：
(1) 在每栋楼的火灾报警主机旁边设消防远程监控传输设备一台，它可将不同火灾报警系统的报警、故障等信息通过解析后以网络的方式传送到消防报警监控中心。

(2) 消防报警监控中心设网络交换机一台，接受由消防远程监控传输设备传输的消防信息，并上传到监控中心工作站。

(3) 消防报警监控中心工作站由工控机、显示器、打印机、系统软件等组成。

(4) 消防报警监控中心同时设远程操作台，用于消防水泵起停控制，并有手/自转换功能；用于喷淋水泵起停控制，并有手/自转换功能。

2.2 建筑安防系统
建筑安防系统集成是除过自动消防系统之外的第二个集成运行核心。

该集成核心实施包括楼宇可视对讲子系统、视频监控子系统、周界防范报警子系统、出/入口自动门禁子系统、自动巡更子系统、背景音乐子系统等智能化弱电设备系统的集成研究设计，以实现多元“无缝”平稳集成运行［9-14］。

安防系统集成以搭建组织机构内的安全防范管理平台为目的，利用综合布线技术、通信技术、网络互联技术、多媒体应用技术、安全防范技术、网络安全技术等将相关设备、软件进行集成设计、安装调试、界面定制开发和应用支持。

安防系统集成既可作为一个独立的系统集成项目，也可作为一个子系统包含在智能建筑系统集成中。

本设计系统主要实现综合安防系统集成中的自动报警、防偷拆、全天候自检、布防撤防及复位命令、报警响应分类、数据保持、记录及历史文档存储等软件功能。

由于目前建筑小区安装的安防设备众多、品牌分散、功能不一，系统无法实现联网管理及智能报警功能。

要实现真正意义上的智能安防及智能报警功能，就必须将所有的楼宇和单元进行联网，本设计提出的集成方案是基于鲁棒性原理虚拟网络，将建筑小区内各楼宇、各单元、各住户的安防系统，按照不同主机设备品牌通过总线方式连结成独立运行的专用子网，同时配备相应的管理计算机设备及软件进行主网集成管理，楼宇单元主机即可实现与管理中心的通信，通过这种方式实现小区的智能安防。

3 建筑智能化系统集成总体设计
3.1 建筑智能化系统集成总体设计框架
ezIBS智能建筑集成管理系统采用J2EE技术路线，包含一组部署在ezONE业务基础平台之上的应用组件，可通过J2EE/WebServices架构与同方ezONE业务基础平台融合成为一个独立于智能建筑系统厂商的平台，能够将小区内各种智能化子系统的信息资源汇集到一个平台之上，以统一的方式展现，所有的文件和信息都尽可能采用XML标准表达和描述，通过对资源的收集、分析、传递和处理，从而对整个建筑小区进行最优化的控制及决策支持，达到高效、节能、经济、协调的运行状态。

整套系统可支持多种操作系统。

本系统框架设计分为四层，如图3所示。

第一层：人机接口层，用于各级操作员对系统的监视和操作，包括一般用户和管理员用户，有线与无线(包括PDA、手机、POS)界面，本设计集成的用户界面层采用标准的浏览器，
这一层次主要通过ezONE业务基础平台的实时门户实现，支持个性化的用户界面，并包括一系列通用组件如用户权限、内容管理、通用查询、报表等。

监控组态由支持先进的
SVG(scalable vector graphics)矢量图标准的ezHMI工具组件生成。

第二层：业务逻辑层，提供第一层的用户界面所需的经逻辑处理后的所有数据实现业务功能。

业务逻辑层将被封装成很多业务组件。

业务逻辑层主要采用接口隔离的设计方法，保证组件的内部修改不影响应用系统的其他层次。

同时业务组件还可以以Web Services的方式横向为第三方系统提供服务，以利于第三方软件的集成。

第三层：数据管理层，提供系统运行所需数据的存储管理、备份、迁移等支持。

包括数据库和文件系统，数据库主要存储业务数据，文件系统主要存储系统配置数据。

第四层：数据通信层(接口层)，专用于数据采集和与外部系统或设备的数据交换，执行必要的协议转换。

3.2 建筑智能化系统集成平台选型和技术实施
本设计方案中智能化集成系统从三个层次进行，第一层次为子系统纵向集成，目的在于各子系统具体功能的实现。

对于火灾自动报警系统及综合安防系统首先实现本领域内的纵向集成；第二层次为横向集成，主要体现各子系统的联动和优化组合，在确立各子系统重要性的基础上，实现几个关键子系统的协调优化运行，报警联动控制等再生功能；第三层次为一体化集成，即在横向集成的基础上，实现中央集成管理系统(IBMS)，即实现信息域层次的集成。

主要体现在与物业管理信息系统的集成上。

设计采用子系统平等方式，选用基于J2EE/Applet与XML,Web Services技术的开放软件平台为基础实现，系统软件全部采用Web方式的三层软件架构，采用实时数据库技术，SVG矢量组态图形技术，与子系统接口采用统一规范的接口框架，支持主流的OPC，BACnet，LonWorks等工业标准，同时充分利用J2EE技术路线的开放源代码资源，确保系统今后的开放性和可持续性。

建筑自动消防系统与安防系统集成设计共同采用基于清华同方提供的TECH-M32-8视频矩阵切换器及TECH-K80操纵键盘，开发、解密各厂家智能产品通信协议，重新设计基于军网网聚能力的密钥网关，共同实现“双核”无缝集成系统同级别并列运行。

4 系统鲁棒性分析
本文设计的智能化双核集成系统集成平台对话界面友好，数据维护密匙安全可靠，系统功能可扩展性强，并且各子系统网关独立，内部系统兼容性好，经过实际运行测试，本集成系统
在输入错误、磁盘故障、网络过载、电网电压波动、高频电磁波干扰、有恶意攻击等情况下，能够保持正常运行，系统不死机、不崩溃，具有高度的鲁棒性。

5 结语
本文设计的“双核”无缝集成的建筑智能化集成系统，有效地解决了多种智能化系统产品集成中的通信协议无缝开放与集成问题，对先天性设计缺陷的火灾自动报警消防系统实现了独立集成的手动、自动模式的联动运行，这种“双核”系统集成技术取得了良好的预期设计效果，从运行的效果来看，该系统运行稳定，各项指标监控正常，能对我国新建智能小区的建筑智能化系统集成工作予以指导，并可用以指导改造原有住宅小区智能化建设，克服设计缺陷。

参考文献
［1］王再英，韩养社，高虎贤.楼宇自动化系统原理与应用［M］.北京：电子工业出版社，2010.
［2］王娜，王俭．智能建筑概论［M］.2版.北京:人民交通出版社，2007.
［3］胡寿松，王执铨，胡维礼.最优控制理论与系统［M］.北京：科学出版社，2005.
［4］李惟．兰州军区西安某干休所建筑智能化系统集成［D］.西安：长安大学,2011.
［5］蒋中，孔令成.城市互联消防安全数字化监控系统的设计与实现[J].现代电子技术，2009，32（9）：124-126.
［6］郑冬强.基于SPCE061A的智能建筑消防监控系统设计[J].现代电子技术，2009，32（9）：133-134.
作者简介：
李惟女，1969年出生，陕西西安人，工学硕士，工程师。

主要研究方向为应用电子与控制工程。