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)互聯網領域信息化的加深，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)測系統采用物聯網技術，順應科技發(fā)展趨勢，通過各個終端設備的互聯互通，為企業(yè)實時監(jiān)測各個應用場景的環(huán)境數據，發(fā)現異常情況自動告警，為企業(yè)提供智能化服務，更好的幫助企業(yè)節(jié)省生產成本、提高生產效率，降低安全隱患。
1.2 實施目標
通過智能監(jiān)測系統，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。
1.3 適用范圍
智能監(jiān)測系統可廣泛應用于工業(yè)領域內的各行各業(yè)：
? 生產監(jiān)測：通過傳感器和攝像頭，以及設置的告警條件，來監(jiān)測生產過程中是否存在異常。適用于工廠等產品制造場景。
? 缺陷監(jiān)測：通過攝像頭檢測生產線上組裝完成的產品是否存在缺陷，對良品和次品圖像進行采集，根據采集的圖像數據訓練模型，檢測出次品觸發(fā)告警?？捎糜谏a制造的產線質檢。
? 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)境數據，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?？捎糜谘?、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)境數據，設置報警觸發(fā)器，觸發(fā)指定條件后能夠發(fā)送告警?？捎糜诿旱V、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，幫助客戶遠程智能抄表，節(jié)省人力資源的投入?？捎糜谀茉葱袠I(yè)，如電力、水務系統。
? 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)互聯網網絡體系架構中的位置
智能監(jiān)測系統是為垂直行業(yè)用戶打造的應用平臺，根據客戶的需求，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)境數據上報至平臺。通過與云平臺的連接，使用大數據能力，對采集到的環(huán)境數據、設備數據、用戶數據、應用數據等進行統計分析，向客戶展示多種數據視圖，為企業(yè)管理人員提供決策支持。
圖1 工業(yè)互聯網互聯示意圖
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)境數據的統籌分析，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、同時新增了數據采集模塊、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，適配JT/T808-2011、MQTT、MODBUS等常用的行業(yè)協議或接口，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。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)境數據（煙霧、溫度、有害氣體、環(huán)境畫面等）并上報至系統。采用時序數據庫集群，能夠存儲海量的媒體、文本等數據，通過其對數據的高并發(fā)寫入，極速聚合查詢能力，靈活有效的對數據訪問并進行統計分析，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)現異常情況自動告警。提供API引擎能力，實現多平臺業(yè)務與數據的互聯互通，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 系統架構
圖2 智能監(jiān)測系統架構圖
? 終端層：終端設備統一管理，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，實現平臺之間業(yè)務能力與數據的互聯互通。
? 數據層：平臺可管理多種數據，包括應用數據、系統數據、用戶數據、終端數據等。
3.3 網絡拓撲設計
圖3 智能監(jiān)測系統網絡拓撲
組網說明：
? 設備接入子系統
設備接入子系統的主要功能是依據不同的物聯網終端設備（或者網關）數據通訊連接方式，提供協議適配，實現對物聯網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、數據管理子系統、規(guī)則引擎子系統。
適配協議：JT/T808-2011、MQTT、RESTFul API、MODBUS、EDP等常用的行業(yè)協議或接口。
? 設備管理子系統
設備管理子系統對終端設備進行統一管理，不僅提供設備信息、設備群組、數據流等業(yè)務模型的管理功能，還提供設備控制模塊，實現對設備的命令控制功能。
? 規(guī)則引擎子系統
規(guī)則引擎子系統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據流的觸發(fā)規(guī)則管理功能。
? 數據管理子系統
數據管理子系統配合設備管理子系統，完成數據流對應的來自終端設備的數據收集與存儲。數據管理子系統采用HTTP協議進行消息通信，提供安全、靈活和有效的數據訪問和查看接口。
數據管理子系統提供多類型數據庫以支持異構數據的集成、存儲，如內存數據庫Redis、時序數據庫OpenTSDB、文檔數據和異構數據存儲數據庫MongoDB等。
? 認證鑒權子系統
認證鑒權子系統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。認證鑒權子系統采用HTTP協議進行實時消息通信，負責將用戶開戶數據同步，以及登陸認證等。
? 定時任務
定時任務子系統對接規(guī)則引擎子系統、設備管理子系統和設備接入子系統，主要實現觸發(fā)器、數據流、指令接受模塊對消息總線的定時訂閱功能。
? 數據庫系統
采用MySQL數據庫，默認每個子系統獨有一個數據庫實例，使用分布式數據庫中間件（如Mycat），實現數據庫的分表分庫。
? 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，主要實現終端設備數據的緩存、路由分發(fā)及負載均衡功能。支持復雜的數據結構的高速緩存，為業(yè)務高峰時期大流量終端業(yè)務數據并發(fā)接入場景提供數據緩沖服務。平臺可依據業(yè)務數據的訂閱關系實現數據的快速分發(fā)。平臺將依據不同終端的數據類型和連接請求的類型，形成不同的服務單元，把數據流量負載分攤到相應內容的服務器，從而分散數據流量壓力，實現負載均衡。
消息總線采用開源消息中間件實現，如Kafka、RocketMQ等。
3.4 功能設計
設備管理子系統：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、網關、邊緣設備等。設備管理子系統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?？蛇h程操控設備，進行升級、狀態(tài)檢測等。
邊緣計算子系統：提供邊緣計算的管理與支撐功能等，包括邊緣應用、協同計算、遠程部署和機器學習等。
數據管理子系統：提供各類設備上報數據的管理功能，包括數據采集、數據管理、訂閱分發(fā)以及數據開放等。
應用管理子系統：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)測數據，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、數據流等進行綁定，即可完成應用的創(chuàng)建，簡單快捷。
圖4 可視化應用創(chuàng)建
系統管理子系統：提供系統管理相關的基礎功能，包括賬號系統、日志系統、告警系統以及統計分析等。
視頻/圖像AI處理子系統：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/圖片和數據流的合成展示。
能力開放與集成子系統：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 系統優(yōu)勢
海量的數據采集：采用時序數據庫集群，可存儲海量的視頻、音頻、圖像、文本的等采集數據，可實現對數據的高并發(fā)寫入，極速查詢能力。
多協議適配：不同的終端設備，使用的協議是不同的。平臺支持主流物聯網協議，如JT/T808-2011、MQTT、RESTFul API、MODBUS、EDP等常用的行業(yè)協議或接口，通過網關適配器，方便不同的終端設備快速接入系統，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。
數據的互聯互通：通過平臺多協議適配能力，能夠使設備和設備之間，設備和平臺之間的數據互聯互通。通過平臺的API引擎能力，可將平臺的應用服務以及數據通過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據開放出去，實現平臺與平臺之間的業(yè)務與數據的互聯互通。
3.6 安全及可靠性
系統建設軟硬件產品需滿足企業(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，預防出現信息泄密。在系統級、應用級、網絡級提供各自的安全手段和措施，為系統提供全方位、立體化的安全實施方案。在數據保密、安全措施上采取較縝密的權限與加密管理，以保證系統和數據的安全。
系統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，確保系統的可靠。在設備的選擇和關鍵設備的互聯時，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能在最短時間內修復。
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?？梢詫崟r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，將數據呈現給監(jiān)控人員，實現閥值報警機制，有效防止有害氣體外泄，提高安全生產管理；監(jiān)測三坐標室的溫度、濕度等環(huán)境數據，當觸發(fā)告警規(guī)則時發(fā)出通知，保證生產設備在安全范圍內運作。
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)境數據，通過智能監(jiān)測平臺實時展示給監(jiān)控人員。當環(huán)境數據超出閾值，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
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