高校实训基地智慧运维管理平台设计方案.docx
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高校实训基地智慧运维管理平台设计方案
高校实训基地
智慧运维管理平台建设方案
1建设目标
1.1总体目标
本项目拟建设一个集教育教学、实验实训、科技创新为一体的智慧运维管理平台，通过该平台的建设完成校园的集成化、智能化管理，系统交互联动管理，设备远程共享等应用，实现实训实操的规范化、系统化管理，在全国起到典型示范作用。
1.2建设目标
通过该项目建设，主要实现应用管理、实习实训、资源共享、创新创业孵化四大目标。
具体如下：
（1）应用管理目标
通过智慧运维平台集成门禁、视频监控、水、电、消防、电子班牌、教务、考勤等物联网设备，搭建设备运维、资产管理、教室预约、远程设备共享等业务系统，同时与现有教务、考勤等教学业务系统整合，消除学院中孤立业务系统之间的信息壁垒，实现物联网设备互动互联和教学业务应用之间的互动互联，形成一个集成化的综合应用管理平台。
（2）实训实操目标
以智慧运维平台做为教学实训的载体，该平台是一个开放式的集成应用平台，可满足本院三个学院教师和学生教学应用的实际操作需求。
（3）资源共享目标
通过智慧运维平台为实现教学资源共享，本次建设将完成实训教室的共享和教学设备的远程共享，两大共享功能。
（4）创新创业孵化目标
以智慧运维平台作为创新创业的孵化平台，通过平台的设计开发功能，以平台作为实际创新的载体，为学院师生创新创业提供平台基础。
2效益分析
2.1功能、技术价值体现
功能价值
（1）应用管理
智慧运维平台打破各业务系统之间的信息壁垒。
实现物联网设备接入联动和教学业务系统之间的联动。
（2）实训实操
智慧运维平台作为教学实训载体，以开放的架构设计、满足三个学院教师和学生实际操作需求。
（3）资源共享
智慧运维平台提供的教学资源共享功能，实现了实训教室的共享管理和教学设备的远程共享管理要求。
（4）创新创业孵化
以智慧运维平台作为创新创业的孵化平台，通过平台的设计开发功能，为学院师生创新创业提供平台基础
（5）科普展示
智慧运维平台通过大屏展示、功能架构等手段，实现其科普展示价值。
技术应用价值
（1）以物联网技术和信息技术结合，打破信息壁垒，实现设备互联、数据互通、系统互操作。
真正实现教学、实训、科研的智能化。
智慧运维平台通过RFID、传感器、无线传输、信息处理技术，接入门禁、监控、水、电、消防、电子班牌、教务、考勤等业务系统，同时与现有教务、考勤等教学业务系统整合，消除学院中孤立业务系统之间的信息壁垒。
（2）跨平台架构，可扩展、开放、灵活、可维护
智慧运维平台在架构设计上具有高可扩展性、高可用性、开放性、灵活性、可维护性，且其本身就具有跨平台的特点，可安装在windows／linux上运行。
不仅可以接入任何协议、任何设备、任何网络、打通任意数据库实现异构系统设备的数据采集和集成，也是最优秀稳定的分布式架构，可以满足未来任何学院的设备或系统的接入，实现跨学院、跨学校的智慧教学、智慧实训、智慧校园等。
（3）以物联网为基础，深度融合云计算和大数据及人工智能
智慧运维平台依托物联网技术为基础，结合了先进的云计算和大数据技术应用。
平台通过协议和API接口等方式集成各应用系统，实现了实操训练、模型验证、创新创业二次开发功能；通过人工智能图像识别等技术，实现多系统交互联动；依托于云计算架构设计，对外实现了安全的教育公共资源开放共享。
2.2经济效益分析
（1）通过能源管控减少学校水电气资源的能源浪费，可为学校直接减少一笔庞大的能耗经费开支。
（2）通过合理、有效的资产管理，减少学校因重复采购相关资产带来的经济支出。
（3）通过合理规范、高效智能的运维管理，减少因检修不及时造成的设备重大故障，由此产生的高额维修、更换费用。
（4）通过制定相关规范后，对校外人员的实训设备远程共享可以为学校创造直接的经济收益。
2.3社会效益分析
（1）真实物联网运维平台，对兄弟院校建设指导作用
项目将会建成领先的物联网实训智慧运维平台，通过本智慧运维平台建设对兄弟院校智慧校院建设和相关专业的实训平台建设起到指导作用。
（2）示范性应用工程，开放共享
项目将会成为校企合作的技术研究创新的示范性工程，在传统教学资源的基础上实现实训平台资源安全的开放共享，实训平台支持的二次开发特点使得项目平台本身将会成为新型企业的创新创业孵化器。
3设计依据
3.1本项目文件
《校园实训基地智慧运维管理平台设计方案》
3.2政策依据
（1）中共中央办公厅国务院办公厅关于印发《2006-2020年国家信息化发展战略》的通知（中办发[2006]11号）；
（2）中共中央办公厅国务院办公厅关于印发《国民经济和社会发展信息化“十一五”规划》的通知（中办发[2007]25号）；
（3）《国务院关于大力发展现代职业教育的决定》；
（4）教育部《职业院校数字校园建设规范》；
（5）《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）；
（6）国务院关于印发《国家教育事业发展“十三五”规划的通知》国发〔2017〕4号；
（7）教育部关于印发《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》的通知教技〔2012〕5号；
（8）教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知教技〔2016〕2号；
3.3技术依据
行业标准
（1）国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会《智慧校园总体框架》（GB/T36342-2018）；
（2）高等学校智慧校园建设与应用规范（DB32/T3160-2016）；
（3）中华人民共和国国家标准《通信管道工程施工及验收技术规范》YD5103－2003；
（4）中华人民共和国通信行业标准《通信管道人孔和手孔图集》YD5178-2017；
（5）中华人民共和国通信行业标准《通信管道横断面图集》YD/T5162-2017；
（6）中华人民共和国通信行业标准《电信工程制图与图形符号规定》YD/T5015-2015。
信息通信类标准
（1）《应急通信手册》（国际电信联盟2005）；
（2）《国际电信联盟应急通信大全》（国际电信联盟2007）；
（3）《信息技术开放系统互连网络层安全协议》（GB/T17963）；
（4）《计算机软件开发规范》；
（5）《操作系统安全技术要求》GB/T20272-2006；
（6）《数据库管理系统通用安全技术要求》GB/T20273-2006。
安防系统类标准
（1）《综合布线系统工程设计规范》（GB50311-2016）；
（2）《智能建筑设计标准》（GB/50314-2015）；
（3）《安全防范工程技术规范》（GB50348-2018）；
（4）《入侵报警系统工程设计规范》（GB50394-2007）；
（5）《视频安防监控系统工程设计规范》（GB50395-2007）；
（6）《出入口控制系统工程设计规范》（GB50396-2007）；
（7）《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-2017）；
（8）《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）；
（9）《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-2001）；
（10）《城市监控报警联网系统技术标准》（GA/T669-2008）；
信息安全类标准
（1）《信息系统等级保护安全设计技术要求》GB/T25070-2010；
（2）《信息系统安全等级保护基本要求》GB/T22239-2008；
（3）《计算机信息系统安全保护等级划分准则》GB17859-1999；
（4）《信息系统安全等级保护定级指南》GB/T22240-2008；
（5）《信息系统安全管理要求》GB/T20269-2006。
基础配套设施类标准
（1）《电子信息系统机房设计规范》（GB50174—2017）；
（2）《防静电活动地板通用规范》（GB/T36340-2018）；
（3）《室内装饰工程质量规范》（QB1838-93）；
（4）《建筑内部装修设计防火规范》（GB50222-95）（2001年修订版）；
（5）《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）；
（6）《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）；
（7）《气体灭火系统施工及验收规范》（GB50263-2007）；
（8）《通信电源设备安装工程设计规范》（GB51194-2016）；
（9）《通信电源用阻燃耐火软电缆》（YDT_1173-2016）；
（10）《通信不间断电源（UPS）》（YDT1095-2008）；
（11）中华人民共和国国家标准《通信管道与通道工程设计规范》GB50373-2006。
3.4项目管理类依据
（1）《智能建筑工程质量验收规范》（GB50339-2013）；
（2）教育部《关于进一步强高校科研项目管理的意见》；
4建设内容
主要包括应用业务模块建设、系统联动建设、接入设备/系统建设等三个方面。
（1）应用业务模块
包含设备远程共享、异构系统设备接入、设备状态监控、教室预约管理、实训室基础设备控制、能源管理、资产管理、智能视频分析、综合信息对接发布、运维管理等十大系统。
（2）系统联动
包含门禁管理系统与照明系统联动、门禁管理系统与实训室基础设备联动、门禁管理系统与视频监控系统联动、红外感应系统与空调控制系统联动、教务系统与电子班牌系统联动、考勤系统与电子班牌系统联动、环境监测系统与电子班牌系统联动、报警系统与校园广播系统联动等。
（3）接入设备/系统
包含物联网中间件、三维GIS系统、门禁系统、视频监控系统、照明控制系统、多媒体中控系统、电子班牌系统、教务系统、能耗采集设备接入、红外感应设备接入、空调控制设备接入、环境监测设备接入、资产管理系统设备接入、实训室共享支撑设备接入等。
高校实训基地智慧运维管理平台主要建设内容如表1所示：
表1建设内容表
序号
建设内容
建设项目
主要内容描述
备注
一
智慧运维平台
1
基础平台框架
包含逻辑编程环境、平台基础组件引擎、数据管理、日志管理、安全管理、站点管理。
平台服务：
设备管理、连接管理、网络管理、逻辑编程、应用开发、组件开发、数据处理、用户界面、数据库、消息服务、远程服务、单点登录、路由服务、权限服务。
2
设备远程共享模块
包含共享目录管理、共享设备管理、共享预约管理、共享时间管理、共享使用查看、共享状态监控、共享授权模块、统计分析模块、远程共享设备对接及控制。
数据通讯实训室10套设备（通信工程学院）、物联网平台框架实训室10套设备（电子与物联网学院）、信息安全实训室10套设备（人工智能与大数据学院）
3
异构系统设备接入
照明控制系统接入、多媒体中控系统接入、门禁系统接入、空调设备接入、能耗设备接入、环境监控设备接入、固定式RFID读写器接入
4
设备状态监控模块
提供可接入平台的控制设备状态监控、设备运行时长统计、设备故障分析、设备参数配置、设备故障报送、设备报警管理功能。
通过协议或网络接入。
5
教室预约管理模块
包含教室预约网站申请、教室预约微信公众号、预约教室管理、预约信息查看、预约教室审批、预约数据推送、预约时间管理、预约通行门禁管控、人脸识别库管理模块
采用人脸识别、密码、RFID卡四种认证模式。
6
实训室基础设备控制模块
包含基础配置管理、联动控制管理、时间控制管理、联动状态呈现。
含空调、投影仪、幕布等设备控制。
7
能源管理模块
包含能效看板、能效监控、能效分析、能效报告、预警告警、历史数据。
每栋楼能耗采集设备（水、电）。
8
资产管理模块
主要实现实训基地的资产登记、资产管理、资产盘点、资产监控、统计查询、资产盘点APP。
对接系统。
9
智能视频分析模块
实时视频监控、历史视频回放、历史视频下载、智能分析报警、多系统联动、报警配置管理。
前端智能分析摄像机实现。
10
综合信息对接发布模块
包含能耗、考勤、排课、环境、报警、综合数据处理及发布及交互界面呈现、电子班牌应用开发
大屏数据呈现开发、学校现有教务系统对接。
电子班牌信息发布、综合信息大屏显示。
11
运维管理模块
包含工单管理、巡检管理、维保管理、设备管理、统计分析、运维APP。
二
系统联动管理
12
接入设备联动控制引擎
联动管理的核心功能，实现接入设备的自定义组合联动。
门禁管理系统与照明系统联动
门禁管理系统与实训室基础设备联动
门禁管理系统与视频监控系统联动
红外感应系统与空调控制系统联动
报警系统与校园广播系统联动
……
13
联动时间计划管理
实现接入设备的计划应用，设置联动有效的时间范围。
14
联动参数配置管理
实现接入设备与联动应用相关的参数管理配置。
15
联动开关控制
主要用于联动计划的开启和关闭。
16
联动设备接入管理
配置要接入的联动设备及类型
17
联动报警推送
推送联动设备发出的报警信息
18
物联网中间件
物联网底层框架平台、物联网控制器、IP型智能DDC
底层框架为承载所有平台能力的底层核心基础框架，控制器负责子系统数据的采集，存储，逻辑编程，界面交互，核心业务数据的上传等，跨系统的系统联动等，IP型智能DDC负责前端设备的接入。
三
接入系统及设备
19
三维GIS系统
显示校园建筑位置、摄像机、门禁点位置、可动态定位。
界面展示。
GIS引擎平台、校区三维建模
20
门禁系统
人员出入控制、多系统联动。
支持密码、一卡通开门。
2台人脸识别门禁
21
视频监控系统
智能视频分析、教室内外监控。
智能分析摄像机、教室内监控和安防监控（利旧）。
22
照明控制系统
远程开关灯、联动照明控制。
实现场景化灯光控制（电子信息博物馆内）。
23
多媒体中控系统
中控系统控制投影仪、幕布开启。
教室开门，打开投影仪、幕布。
24
电子班牌系统
具备考勤刷卡功能（兼容现有学生卡片），显示排课、考勤、温湿度、日期、星期、教室预约情况。
触摸屏、默认进入信息显示主界面，含配件
25
能源采集设备
采集水电能耗信息
水电采集，每栋一只水表，一只电表
26
红外感应设备
实时检测室内活体
与空调、灯光等设备联动
27
空调控制设备
控制空调开关、温度
联动红外感应控制设备
28
环境监测设备
检测PM2.5、温湿度等
电子班牌联动显示
29
资产管理系统设备
实现资产管理功能的主要设备
手持盘点设备、RFID标签、
固定式RFID读写器（装备电子信息博物馆）
30
教务系统
考勤、排课、教室预约相关
已建成，对接
31
实训共享支撑设备
终端服务器、Radius服务器
支撑共享实训设备
四
网络系统
32
接入交换机
接入交换机、光模块及配件
电子班牌、门禁系统、能耗、中控等设备接入网络
五
综合布线系统
33
综合布线
耗材及施工
工程量、布线设计
5智慧运维平台设计
5.1基础平台框架
平台框架的选型原则
智慧运维平台采用顶层设计、框架设计的架构设计思路，确保平台的稳定性和扩展性。
平台框架的选型原则如下：
5.1.1.1标准化
运维平台支持国际标准协议（如LonWorks、BACnet、Modbus、SNMP、M-BUS、Obix等超过50种国际标准协议的无缝集成）无需额外开发，对于像冷机、电梯等产品具有私有通信协议的终端设备通讯协议，系统支持通讯协议的二次开发，使之可以顺利接入系统平台。
同时提供标准的楼宇自控相关的组件模块，以及组态编程工具方便快速开发相应的应用逻辑和可视化交互界面。
5.1.1.2开放性
支持用户自定义的快速应用开发，同时支持基于第三方平台的提供的API开发相应的私有协议驱动、算法模块、界面组件模块，并提供开发文档和相应的开发培训课程支持，并且有基于平台的成熟社区模式来支持二次开发与运维服务的能力。
5.1.1.3灵活性和可扩展性
采用物联网计算架构，由平台软件定义边缘计算网关的功能，处于设备与设备实时通讯与互操作的相关计算，并且支持P2P横向联网和计算能力，实现分布式边缘计算。
方便扩展容量和提升性能。
具备支持灵活处理参数化配置，业务功能的重组与更新的灵活性，新的应用业务可灵活加载，不影响原有业务流程。
采用模块化、插件化、标准化、接口化的设计，支持从单节点到多节点的无缝扩展，支持分布式部署、集中式管理，支持B/S智能客户端技术，支持数据缓存技术。
在系统架构层面上支持功能和性能的良好扩展，实现兼顾网络数据业务和应用增值业务，兼顾B端用户和C端用户，兼顾内部模块耦合和外部应用集成，兼顾现成功能模块和定制开发接口，兼顾系统可用性和安全性。
5.1.1.4可维护性
支持通过web方式进行调试和诊断的能力（在系统正常运行的情况下，经授权后可通过所见即所得的方式进行功能设计修改、界面设计修改），同时支持对边缘计算物联网网关进行远程部署安装的能力。
支持单点授权，可根据需要将任意监控点授权给任意操作人员。
5.1.1.5跨平台性
支持多种操作系统的安装部署，包括windows／linux。
平台技术要求
5.1.1.6平台概述
智慧运维平台是整个项目的基础架构，为设备提供与业务应用程序以及其他设备交互的平台，支持海量设备接入，并提供安全可靠的消息处理能力。
可通过数据引擎、策略引擎、推送引擎等引擎轻松快速搭建起稳定可靠高效的物联网网络，使得各种协议的智能设备和IT系统通过平台可以轻松实现“互联、互通、互换”。
5.1.1.7平台基础技术要求
（1）框架要求：
基于Spring框架体系开发，要求精简配置、简洁开发、快速部署。
（2）业务形态要求：
对内不再强调传统SOA架构里面比较重的ESB企业服务总线，从而使业务系统能彻底的组件化和服务化,系统之间采用低耦合设计，通过消息队列完成异步数据交换。
对外采用HTTPRestAPI的方式来发布服务。
（3）数据库兼容性要求：
支持MySQL、Oracle、sqlserver等主流数据库，同时也支持MongoDB、Redis等No-SQL数据库。
（4）通信方式要求：
支持Kafka、ActiveMQ等主流消息中间件，高效可靠的消息传递机制进行平台无关的数据交流，并基于数据通信来进行分布式系统的集成。
（5）部署要求：
根据客户的实际情况，可采用单机部署，或采用公/私有云部署等方案。
（6）扩展性要求：
支持主从、集群、复制集等部署方案，按实际使用场景，可动态进行横向扩展。
5.1.1.8平台服务要求
智慧运维平台需提供的服务包括：
设备管理平台DMP、连接管理平台CMP、应用开发平台AEP、业务分析平台BAP。
针对本项目的特点，需满足实训创新创业的平台服务要求，即以通用平台为基础实现实操实训，并提供二次开发创新创业环境。
基于上述的进一步要求，平台服务层为各应用系统提供联网集成、数据采集、反馈控制、设备管理、连接管理、网络管理、逻辑编程、应用开发、组件开发、数据处理、用户界面、数据库、消息服务、远程服务、单点登录、路由服务、权限服务、菜单服务、工作流、日志、微服务等多种服务。
5.1.1.9感知层协议边界
平台所展现的功能、呈现的数据的范围以接入的系统或设备的最大可能的协议内容为边界。
设备或子系统的协议内容来源于三个方面：
（1）接入设备或子系统厂家必须提供第三方通讯协议详细内容。
（2）设备或子系统厂家本身具备的功能如果没有提供协议，需配合甲方要求厂家补充相关协议内容。
（3）子系统建设厂商需从业务需求出发配合用户，要求设备或子系统厂家补充相关通讯协议内容。
5.2平台总体功能架构
高校实训基地智慧运维管理平台整体规划了顶层SaaS应用、IoT通用PaaS、网络层、IoT边缘智能四大部分。
平台总体功能架构图如下：
图1智慧运维管理平台总体功能架构图
1.感知层（IoT边缘智能）
（1）接入设备层，主要包括：
数据网关、智能设备、感知设备等。
（2）数据网关：
数据网关接入智能设备、感知设备等数据，将不同协议设备传换成标准数据格式，完成基础数据整合，为IOT平台提供数据。
（3）智能设备：
提供数据接口的设备，如：
PLC、机电设备等
（4）感知设备：
帮助平台感知设备运行数据及状态的传感器设备，如：
温湿度、压力传感器等。
（5）智能系统：
提供设备数据、系统数据的软件系统，如：
楼宇自控、安防等。
2.网络层
平台支持LAN/Internet、Wi-Fi、3G/4G、Lora、ZigBee等多种网络类型。
实现网络连接管理。
3.IOT平台（PaaS）
（1）为设备提供与业务应用程序以及其他设备交互的平台。
（2）Pump数据引擎,抽取感知层数据，可根据抽取点位数动态扩展，增加数据引擎服务器。
数据引擎支持MQTT，Modbus等标准协议接入，也支持各类私有协议快速开发，主要功能包括：
设备连接管理、设备数据读取（规则信息、规则引擎）、设备数据解析等功能。
（3）基础数据管理，包括：
设备信息增删改查（包括：
设备标识、型号、参数等）、基础信息管理（包括：
组织架构、位置信息、设备分类、设备型号等基础信息）、设备认证和授权管理、热数据存储（Redis缓存数据库）、历史数据存储（Mysql存储数据库，主数据平台）等功能。
（4）Gear策略引擎，策略的制定与匹配，可根据管理需要设置报警策略、联动策略等策略。
负载过高时，可根据需要布置多台服务器进行任务分流
（5）Job定时任务引擎，定时执行数据汇总、计划生成、用户同步等功能。
负载过高时，可根据需要布置多台服务器进行任务分流。
（6）MQ消息中间件，系统内部数据及任务异步处理服务。
负载过高时，可根据需要做集群管理。
（7）KafKa消息订阅系统，大规模消息订阅，主要应用于实时数据订阅，谁订阅谁消费，可用作对外API接口。
负载过高时，可根据需要做集群管理。
（8）Spray推送引擎，数据及消息推送，根据用户权限、状态进行精准数据推送，当用户量过高时，可根据需要布置多台服务器进行任务分流。
（9）SSO单点登录服务,用于各业务系统实现单点登录，主要功能包括：
用户增删改查、用户权限管理、安全验证、用户认证管理等；负载过高时，可根据需要做集群管理。
（10）API对外接口，其它业务系统调用数据的出入口，可根据需要定制化开发。
4.业务层（SaaS）
根据用户需求，通过调用IOT平台数据，实现用户业务功能，如：
资产管理、集成管理、运维管理、能源管理等。
能满足任意需求定制和后期扩展。
5.3平台体系架构
智慧运维平台体系架构图如下：
图2平台体系架构图
平台体系架构分为基础层、网络层、基础数据平台层、服务支撑层、应用层、应用客户端几大块。
具体分为：
基础层：
包含机房环境、物联网设备（新建或需要对接的底层支撑设备）、供电系统、综合布线。
网络层：
支持校园网、互联网。
基础数据平台层：
包含基础数据库和核心业务数据库。
具体包含的数据有：
基础支撑数据（地理信息）、信息数据（前端采集信息）、应用信息数据、业务数据（业务信息、管理信息）。
服务支撑层：
包含数据交换服务、地理信息服务、联动管理服务、接入网关服务、云服务。
应用层：
包含设备远程共享、设备状态监控、教室预约管理、实训室基础设备控制、能源管理、资产管理、智能视频分析、综合信息对接发布、运维管理、联动管理。
应用客户端：
包含移动端（iOS、Android）,PC端（B/S）。
6环保、消防、职业安全卫生和节能措施的设计
6.1环境影响分析
根据“GBJ4-73”
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