智慧楼宇物联网建设项目实施方案.docx
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智慧楼宇物联网建设项目实施方案
智慧楼宇物联网建设
项目实施方案
1.项目背景和需求
1.1.概述
1.2.项目背景
1.3.智慧楼宇物联网建设项目需求
1.3.1.楼宇电子信息企业的孵化需要一张CLAA物联网
如上所述，目前楼宇电子信息、软件开发、自动化设备企业数量占比已超8成。
而物联网正是全球电子信息创业的下一个风口，根据全球权威资讯机构报告，到2021年全球物联网连接数将超过160亿，将带来数万亿计的产业规模，而目前基于非授权频段的开放的LoRa技术则是低功耗物联网中的最大阵营，由中兴通讯等单位共同发起的中国LoRa应用联盟（ChinaLoRaApplicationAlliance）下面简称CLAA，建立了一个标准而开放的技术架构，CLAAOPENSTACK为众多的电子信息创业者提供了更加便捷的应用开发平台。
因此建设一张可靠的CLAA物联网，作为网络基础设施。
让楼宇企业和创业者基于CLAA网络开发各种物联网应用和传感终端产品。
可以吸引更多的楼宇创业者参与到物联网创业的大潮流中，提升创业企业的技术规格，提高整个楼宇企业的竞争力，并吸引到更多的创业企业入驻。
同时，可基于CLAA的基础网络，在楼宇内形成物联网企业生态链，吸引中国LoRa应用联盟企业入驻楼宇，提升楼宇租金水平。
智慧楼宇作为5A级写字楼的综合智慧楼宇，已经建设了部分楼宇设备自动化系统、安防系统自动化系统、车牌识别道闸系统、火灾自动报警和消防联动控制系统等“半智慧系统”，但同时也还有一些需要完善的地方：
1.3.2.需要物业的集中式管理平台
各个系统独立运行，由各个专业部门分别管理，无法实现有效的互通和联动，同时无法给楼宇领导一个整体的呈现，楼宇领导只能通过召集各部门开会才能非实时地了解楼宇运行的情况，造成“被动式管理”和“汇报式管理”。
无法及时准确得到第一手关键信息，实现“主动式管理”和关键问题的及时处理。
1.3.3.远程无线抄表需求
智慧楼宇（含8栋）一共1300个水表，131个水表目前还是人工抄表方式实现数据采集，每个月要至少5个员工耗费3天来从事抄表工作，每年单抄表的人工成本就将近40万元，加上漏水漏电，电业局错抄多抄，每年的管理成本将多达百万。
因此，亟需一套稳定的无线抄表系统来取代人工，并实时根据表计数据的变化来及时排查漏水漏电和错抄情况，降低管理成本。
1.3.4.路灯无线控制需求
楼宇内数千盏路灯和公共照明目前都是使用集中式开关统一管理，需要专门的人员对开关进行操作，同时路灯还是使用的日光灯，能耗大，无法进行亮度调节。
照成能耗和人工的大量浪费。
因此需要一套智能灯控系统，可帮助管理人员在手机端和PC端远程监测路灯状态，同时实现远程或定时自动开关，
1.3.5.无线停车场管理需求
楼宇停车场目前已经有车牌识别系统和道闸系统，但具体的车位数量和车位使用率无法准确统计。
随着大量人员车辆的出入，逐渐也出现了停车管理难的隐患。
停车位完全由人工管理，效率低成本高，有限的停车位在遇到车辆进出高峰期时，人工管理手段将显得捉襟见肘。
车主驾车无法准确掌握停车场空余车位信息、也无法准确找到停车位，导致很多车主随意将车辆停在公共道路旁造成拥堵；遇到高峰时期车辆在找车位排队的过程中加剧了道路拥堵和尾气排放。
主管部门因无法准确掌握停车位的使用情况，所以无法及时调度车辆，更无法从停车场的车位使用历史数据中发掘出宝贵经验从而制订改进管理措施。
需要配置一套车位检测地磁传感器来进行精细化管理
1.3.6.空调远程控制需求
目前公共区域有分体式空调31台、配电房和各办公室有20台左右的立式空调，都无法进行远程无线监控运行状态及开关控制，而在整个楼宇的日常能耗占比中，通常空调能耗高达65%，照明等电力设备能耗占了25%，在日常工作中存在着下班人走后空调和电灯依然开启、白天无人区域空调电灯开启、空调温度过低、专人巡查管理成本高等问题。
智慧楼宇一直致力于打造节能低碳生态楼宇。
需要部署一套CLAA空调控制系统，来科学、高效率、低成本的进行能耗管理，精确掌握用电情况，降低能源浪费。
1.3.7.消防管理需求
楼宇在各个区域、配电房和机房，配置了动力、环境、配电、空调、消防、安防等子系统，一旦各子系统设备出现故障或发生火灾等，将造成不可估量的经济损失和社会影响，目前楼宇监控室内已经部署了火灾联动报警系统，但只有在监控室内的值班人员才能发现和处理，如果值班人员打瞌睡或脱岗，火灾将得不到及时处理。
因此可布置一套CLAA烟感系统，管理人员可以随时随地通过手机监控火警情况，掌握实时及历史监测数据，防患于未然。
1.3.8.重要设备设施管理需求
目前楼宇内的中央空调、电梯等重要设施的运行状态信息都是通过485总线传输到专业公司的管理系统，楼宇管理者基本无法获取这些重要设施的运行状态信息。
可部署一套485转CLAA控制系统，对这些重要设施的运行状态进行集中控制，对关键数据推送楼宇管理人员手机，及时掌握设备运行状况。
1.3.9.楼宇结构健康安全监测需求
智慧楼宇附近楼宇密集，同时住宅和写字楼下面皆是贯通的地下通道，可能造成楼体地基受力不均匀。
任何一栋楼的沉降或振动超标，皆可能造成整个楼宇建筑物的结构风险。
故可以在每栋楼宇布置一套CLAA沉降和振动监测系统，实时监测的同时，可积累楼宇结构健康状况的历史性数据，为工程维护和维修提供数字化的科学依据。
1.4.采用物联网技术做为解决手段的必要性
虽然智慧楼宇现有的信息化建设取得了快速的进步，但信息化手段主要偏重于通信网络设施和IT应用系统，如骨干光网络、语音通信系统、集群通信系统等。
但现有的技术手段还不具备成为城市“神经末梢”的低成本、高可靠性信息化能力。
因此，可适应楼宇强渗透、成本低、耗能低、自主可控的CLAA无线物联网技术，成为了提升楼宇管理水平、安全水平的不二选择。
基于以上原因，智慧楼宇计划建设一张能独立可控、深度覆盖、低功耗、低成本的无线物联网。
1.4.1.成熟物联网技术制式的选择分析
基于分布在智慧楼宇里“神经末梢”传感器数量多、位置分散、供电困难、网络覆盖广的现状，同时考虑到所建设的物联网在未来能够持续发展，需要采用一种技术成熟度高、产业链健全的物联网技术作为本项目的建设方案。
以下对目前市场上存在的多种技术手段进行分析，并找到最合适智慧楼宇的物联网技术制式。
无线通信技术经过多年发展，技术制式上有短距离通信技术（如WiFi、蓝牙、Zigbee），长距离通信技术（GSM/3G/4G），但都不是针对低成本低ARPU值的物联网需求所设计的，无法满足低成本、低功耗、广覆盖的的需求。
目前国际上真正意义的可商用城市级物联网技术统称LPWAN（低功耗广域物联网），分别有LoRa、NB-IoT、SIGFOX、RPMA四种技术制式。
LPWAN相比于传统的无线通信技术，主要优点在于信号覆盖好、传感器耗电低。
下图是几种无线技术的分析对比图，从中可见，LPWAN是最适合城市级物联网建设需求的。
LPWAN是城市级广域物联网技术
ZigBee是局域物联网技术
3G/4G/5G是城市级宽带网络技术
WiFi是局域网无线宽带技术
LPWAN是城市级物联网技术，覆盖范围最大，功耗最低，费用最低，包括主流的LoRa、NBIoT等。
ZigBee是家庭物联网技术，覆盖小、功耗小、价格高
3G/4G/5G是运营商城市级技术，带宽高、功耗大、覆盖好、造价极高。
适用于人与人、人与物通信。
WiFi是局域网无线宽带技术，带宽高，覆盖小，造价低。
适用于人与人、人与物通信。
而在LPWAN中的四种技术制式LoRa、NB-IoT、SIGFOX、RPMA里，在国内商用成熟度、产业链健全度、建设成本、技术成熟度等几个方面，LoRa技术是目前最适合智慧楼宇物联网建设的技术，下图是四种LPWAN技术制式的多维度分析对比表：
可见，LoRa技术在传感器功耗、成本、商用成熟度上都优于其他几种技术制式。
除此以外，据业内数据统计，以中兴通讯等通讯业著名单位发起的中国LoRa应用联盟，打造的LoRa产业链生态圈已有企业1000多家，覆盖网络设备制造、芯片制造、传感器终端制造、行业解决方案提供、咨询规划等上下游众多知名企业。
在智慧楼宇物联网建设运营中，健全的产业生态可帮助智慧楼宇物联网形成良性持续发展，在今后项目的采购、建设、运营、维护等环节，能得到充分的技术保障。
2.智慧楼宇CLAA物联网建设方案
2.1.设计原则
实用性原则：
本系统须完全满足相关国家及行业标准，同时考虑未来发展需求。
稳定性原则：
本系统选用的设备自身须具备高稳定性、高安全性。
易用性原则：
本项目应用系统须采用全中文、图形化软件平台实现整个系统监控管理与维护。
采用稳定易用的硬件和软件，降低对管理人员进行专业知识的培训费用，节省日常频繁地维护费用。
先进性原则：
本项目选用的物联网技术在技术标准、网络结构、监测设备、系统应用、系统管理、系统性能等各个方面须采用目前主流的商用先进技术。
可以适应未来物联网的发展和演进，提供的设备和系统是先进成熟的。
兼容性原则：
本项目选用的技术须具备良好的开放性和兼容性，能够与符合技术标准的多厂商传感器终端、应用系统兼容。
低成本原则：
本项目选用的技术须具备轻量级低成本的特点。
采用非授权频段组网以降低专用无线频段租赁维护费用。
高安全原则：
本项目建设需要以安全为建设根本，在物联网终端、网关、核心网、应用系统间的数据传输需要经过专业的数字加密。
2.2.项目系统网络设计
CLAA无线窄带物联网设计：
整个智慧楼宇无线物联网网络部分的设计，采用标准CLAA技术，使用中国非授权无线频段470MHz～510MHz共40MHz频段进行组网，降低使用成本的同时增强网络覆盖效果。
可选择2种方式：
1、使用已有LORA物联网运营商腾讯的网关采集数据，按终端点数向腾讯支付网络服务费；2、自行采购并部署3台CLAA网关（其中1台用以地上覆盖，1台用于地下室覆盖,1台用以补盲覆盖），实现对大厦的无缝覆盖，通过提高网关安装高度的方式扩大网关的无线覆盖范围，实现对网关所属陆地区域的无线覆盖，实际的网关安装位置可通过实地踏勘、网络信号测试后做最终确定。
为保证网络覆盖效果，根据业内设计规划经验，无线信号需要在覆盖区域内达到不低于-142dBm的信号强度。
同时为了项目建成后便于维护管理，网关设备应具备远程维护升级、就近可利用手机WiFi或蓝牙连接维护的能力。
宽带视觉物联网设计：
基于物业现有视频摄像头采集的图像，包括环境、人脸、人群、行为分析，对于现有摄像头未能监控到的重点区域，增加高清摄像头，与窄带物联网采集到的信息进行联动，对窄带物联网的报警信息进行验证。
同时利用腾讯云智能图像服务，对可疑人员预警，异常人员聚集，垃圾满溢，火警，异常环境变化进行智能分析确认，减少误报漏报。
具体实施：
1、将现有视频监控系统接入大厦物联网平台，部署腾讯云智能图像服务软件，同时在国际中心一楼大厅各入口，咖啡厅，和建筑物四角增加高清摄像头10台，其余41层标准楼层各增加部署2台高清摄像头，共计92台。
最终实现宽窄一体，分层监测，互为验证的的楼宇物联网系统。
物联网无线频段规划：
无线网关与传感器终端的数据收发采用非授权频段，在此频段上可能会遇到无线干扰，因此频段规划上需要网关和终端具备470M～510MHz宽频段上的适应能力，网关可同时工作在470M～510MHz内的多个子频段上，而终端也可在当前工作频段遇到干扰时调频到其他子频段进行数据收发。
应用系统设计：
应用系统做为用户日常使用频率最高的工具，需要具备良好的易用性、实用性。
在设计上应体现以人为本，以提升政府精细化服务水平、提升智能化管理能力为目标。
结合第一章中所描述的各应用子系统，建设一套集可视化监测数据图表、能耗管理、设备管理、设备远程联动控制、告警管理、人员管理、统计分析、报表分析下载、日志管理、历史趋势研判等于一体的综合管理平台。
、
2.3.网络总体架构
楼宇物联网的建设重点在于一张轻量级、低功耗、广覆盖的网络，基于图像的智能服务系统，以及网络上多种应用设备叠加的建设。
在网络总体架构层级上划分为传感终端、无线物联网、以及物联网应用平台上的集成式综合管理系统。
整个网络架构采用端、管、云一体化架构，支持开放接口，通过叠加更多方案提供商的应用可满足未来智慧楼宇各个特定场景的物联网应用需求。
智慧楼宇LoRa物联网整体架构如下图所示：
网络总体架构采用3台CLAA物联网网关构建覆盖整个楼宇的LoRa无线物联网络，网关通过以太网或3G/LTE网络将数据加密汇聚至CLAA云化核心网，核心网部署于云化服务器上，网关与核心网通过IPSecVPN安全互通。
在网关的传输链路上首选覆盖区有线以太专网以保证带宽和时延抖动满足传输要求，同时利用网关的3G/LTE模块通过公网实现回传链路备份。
若网关安装环境存在不方便供电或没有有线网络的情况下，也可采用太阳能蓄电池供电及3G/LTE进行网络回传。
大部分传感器终端采用自供电的方式与网关进行无线互连，适应不易供电、不易布线的使用环境。
传感器终端的选择上优先考虑易维护、低成本的黑盒化终端，降低使用人员的学习及维护成本。
核心网的建设要重点考虑应用系统的建设需要，未来可以利用核心网的开放能力，实现快速、灵活、低成本的独立物联网应用系统建设，服务于政府各部门。
随着物联网数据的不断增多，核心网也应支持大数据平台，对物联网数据进行深度挖掘，产生关联数据价值，更好服务于政府管理。
本期工程将总体建设3台CLAA无线网关,92台高清摄像头及各类应用传感器终端若干，并同时定制化1套综合管理平台（含智能图像服务）以满足智慧楼宇管理需要。
2.4.楼宇综合管理平台
智慧楼宇物联网应用综合管理系统是对整个物联网系统的集中监控和展示。
其主要功能是对各应用子系统的关键监测数据进行数据格式解析并呈现。
进而使管理者能够从整体上对整个物联网系统运行状态有个直观的了解。
其不同于各专业子系统的管理软件，重点在于对各种子系统的关键数据提取、解析和集中监控，非关键数据的处理依然由专业子系统管理员使用相应软件进行管理。
同时，为后续其他子系统的接入预留标准接口。
综合应用管理平台是在核心网的基础上，基于动态灵活配置方式实现对各种终端数据的解析，并以网页可视化的方式呈现给用户。
通过核心网上报的终端业务数据会汇聚到综合应用管理平台，由管理平台完成不同行业不同产品的数据解析，转化成结构化的数据格式供进一步的数据分析和挖掘。
由于物联网行业终端业务复杂，数据格式多变，传统的数据解析需要跟随终端类型的变化不断升级，给后续的运营维护带来不便。
综合应用管理平台针对不同数据类型进行抽象，将数据的解析由编码改为配置，当需要增加新的终端类型，可通过手工配置实现动态增加，减少系统升级的需求。
主要功能简介：
●实时数据显示
在正常情况下，综合管理系统自动显示其全部监控对象的工作状态和告警情况，通过菜单等方式可选择显示指定监控对象的工作状态、运行参数、历史数据等详细资料。
综合管理系统具有良好的人机对话界面、图形功能、汉字支持能力，并能以多种颜色来区分被监控设备的运行状态、运行参数。
人机对话界面切换操作简单、层次分明，且具有组态功能。
● 告警处理
系统发生重要告警时，无论相应子系统处于任何画面，均自动弹出告警画面，按告警类别、性质，显示告警设备和告警信息，打印告警信息，发布告警短信信息。
所有告警一律采用语音告警提示。
可查询系统中任何时间段内、任何指定设备、指定现场的报警与系统记录，查询任何级别的报警信息及操作员的确认信息。
● 参数设置
系统可对运行参数进行设置。
其中包括：
告警阀值、复限阀值、告警级别、满程值、零程值等。
● 配置管理
综合管理系统具有配置管理功能，用于操作人员的建立、增加和删除的管理。
（1）操作管理原则上分为三级：
a） 操作员：
进行各监控点状态监视、告警确认、告警打印。
b） 控制管理员：
除操作员的权限外，还应具有对遥控点控制、进行数据备份的权利。
c） 系统管理员：
除控制管理员的权限外，还应具有系统设定、告警类型设定、控制权限管理、数据库调用权限。
（2）系统管理员可对系统配置进行管理，具备用户定制功能。
当操作人员变更时，系统增加、删除某些对象和功能、调整系统各类参数时，均可通过改变系统配置文件完成系统配置管理。
配置参数包括监控对象的名称、通信方式、通信速率、地址或电话号码等。
操作人员的配置参数包括姓名、身份、口令、操作权限、口令有效期、电话号码等。
● 安全管理
系统具有完善的操作管理功能，具有系统口令、操作注册口令、关键功能口令等不同等级密码。
经系统确认后方可进入系统进行操作。
操作口令具有不同等级，以限制不同人员的操作范围，维护系统安全。
所有被监控设备都具有操作记录，包括操作员、设备、时间、内容等，所有记录具有不得删除性和不可更改性。
综合管理系统具有故障告警及确认记录。
故障告警及确认记录内容包括故障设备名称、故障发生时间、故障确认时间、故障确认人、故障排除时间等。
设备操作记录和故障告警及确认记录等资料在计算机硬盘中保存一年。
系统对记录资料具有查阅、统计功能。
●工单管理
告警发生后，系统具有自动生成工单，指派处理人员的功能，同时工单信息推送相关领导知会。
工单执行要有闭环监控，处理人员在现场可通过手机等手持终端实时回传告警现场图像。
●视频联动
所有告警在地图上生成后，皆表示为红色，屏幕右下角有弹窗，伴随语音播报。
此时可通过点击红点或弹窗，打开关联摄像头，对现场情况进行确认。
2.5.CLAA无线网关
CLAA无线网关简称IWG，即IotWirelessGateway。
ZTECLAAIWG200网关具备以太网接口、3G/LTE无线链路接口。
在网关的传输链路上首选覆盖区有线以太专网以保证带宽和时延抖动满足传输要求，同时利用设备的3G/LTE模块通过运营商网络实现回传链路备份。
若网关安装环境存在不方便供电或没有有线网络的情况下，也可采用太阳能蓄电池供电及3G/LTE进行网络回传。
网关实现LoRa物理层功能，支持16个信道并发，470-510M宽范围跳频抗干扰，接入各类应用传感器设备，实现链路安全、压缩等功能，支持3G/LTE及有线Backhaul链路，支持蓝牙就近无线配置管理，支持IWG间高精度时钟同步，为实现低成本/低功耗LoRa定位打下基础。
支持市电、太阳能供电，抱杆、挂墙等多种部署模式，根据应用场景不同支持IP65到IP68防护等级多种型号，-40到70℃的宽温，抗恶劣环境室外型工业级设备。
CLAA网关示意图
产品技术指标参考
2.6.无线地磁传感器
无线地磁传感器是一种智能车位检测装置。
它利用各向异性磁阻传感器作为探测单元，对车位上的磁场扰动变化进行监测，通过计算分析判断出该车位的占用或空闲状态，并通过无线传输方式将状态信息上传至管理平台。
本项目根据楼宇实际停车位共配置322台地磁传感器
地磁传感器可以准确记录泊位上车辆停车时间，结合现场情况进行定点安装，不影响行人、交通及道路景观。
该传感器采用电池供电、无线CLAA传输方式，具有检出率高、工作稳定、无需布线、安装方便，维护简单等特点，适用于室内外停车场、道路旁停车场的管理。
为了方便安装使用，产品设计充分考虑到现场快速安装的需要，无须通过切割路面穿墙过洞等传统土建施工来铺设电力及信号线路，大大提高了产品铺设质量及效率；在进行地磁设备维护时，可以方便拆卸更换内壳设备，不必重新打孔安装；设备也可通过无线远程升级，不需打开设备，实现轻松维护。
无线地磁由于安装环境供电不便，因此硬件上采用了独特的低功耗设计，在设备投入使用前处于深度休眠，节省电量，需要使用时再激活。
当无数据处理时，设备处于浅度休眠，当检测到停车事件，会自动唤醒。
内置电池可使用5年之久。
地埋式地磁IDU示意图
地表式地磁IDU示意图
产品技术指标如下：
指标项
说明
平均功耗
≤100uA
使用寿命
内置电池，电池可更换。
地埋式地磁电池使用寿命5年，地表式地磁电池使用寿命3年。
工作原理
采用基于3轴磁阻技术检测周边地球磁场的变化，并结合其他检查手段，提高检测精度，可自动适应周围磁场变化。
自动检测车辆等大型铁磁性物体进入后引起的磁场变化，当磁场变化超出阈值时传感器判断车辆到达、驶离，并以无线方式上传。
工作温度
-40～70℃
储存温度
-40～85℃
通信方式
CLAA无线通信
抗干扰
传感器检测区域为360°，不受温度变化，潮湿，尘土，或其他环境的干扰，通过内部的自适应算法滤除短期波动影响的干扰。
安装方式
有地埋式和地表式两种型号设备。
采用地埋式地磁安装，与地面齐平，无视觉障碍，完全不影响行人通行；采用地表式地磁安装，螺丝固定，无需打孔。
安防
1）采用防水、防压、抗冲击设计，可以5kg重锤1m高度自由跌落无损坏；
2）符合IP68防护标准
外壳材料
低温耐候PC，抗压15吨
系统维护
支持在线升级，支持参数在线修改
尺寸
地埋式：
Φ9.8（W）x10（H）。
地表式：
Φ21.5（W）x2.3（H）
2.7.无线智能电表
无线智能电表是在电能计量基础上重点扩展了信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能的多功能电能表，这些功能都是以满足客户电能计量、能耗管理等需求为目的的。
本项目根据实际勘查，共需配置1300台智能电表以替换现有传统电表。
仪表能精确地计量组合无功电能、正反向有功电能、四象限电量无功电能，具有分时计量功能和计量分相有功电能量功能，能准确记录正向有功最大需量，能实时测量处理有功功率、无功功率、视在功率、电压、电流、功率因数和频率等电网参数；能实现分时控制、抄表日电量数据自动存储；还能实现负荷曲线大容量记录、电网质量记录、仪表当前运行状态记录、电网事件记录等功能。
该仪表采用大规模集成电路和SMT加工工艺，其设计、制造均具备现代国际先进水平。
该仪表选用国际著名品牌关键元器件，高可靠、长寿命；选用耐热阻燃且综合性能较好的PC（聚碳酸酯）材料底壳和罩壳，结构合理紧固耐用，防雨淋，绝缘和密封性能优良；该仪表时钟电池和停电抄表用电池相互独立，停电抄表用电池设计合理，易于更换和维护。
产品主要型号规格：
型号
规格
准确度等级
DTSK545S/DTSK545-Z/DTSK545
-J/DTSK545-G/DTSK545S-Z/DTSK545S-J/DTSK545S-G型
3×220/380V
3×1（6）A
有功0.5S级无功2级,3级
3×1（10）A
3×1.5（6）A
3×1（6）A
有功1级,2级
3×1（10）A
3×1.5（6）A
3×5（30）A
3×5（40）A
3×5（60）A
3×10（40）A
3×10（60）A
无功2级,3级
3×15（60）A
3×5（80）A
3×10（100）A
3×20（80）A
3×20（100）A
3×30（100）A
DTSK545S/DTSK
3×57.7/100V
3×1（6）A
有功0.5S级,1
545-J/DTSK545
级,2级
3×1（10）A
-G/DTSK545S-J
无功2级,3级
/DTSK545S-G型
3×1.5（6）A
电表采用无线CLAA传输方式、电池自供能，时钟电池和停电抄表用电池相
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