智能監(jiān)測(cè)解決方案
杭州東信北郵信息技術(shù)有限公司
網(wǎng)絡(luò)行業(yè)應(yīng)用篇/設(shè)備監(jiān)控與維護(hù)
1 概述
1.1 背景
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域信息化的加深，工業(yè)自動(dòng)化轉(zhuǎn)型的速度在逐步加快。當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域面臨著很多行業(yè)痛點(diǎn)，如面臨著業(yè)務(wù)地域范圍廣人力投入成本大，特殊的工作環(huán)境對(duì)安全系數(shù)要求較高，原有的監(jiān)控設(shè)備性能落后且各自運(yùn)作等情況。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，順應(yīng)科技發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)各個(gè)終端設(shè)備的互聯(lián)互通，為企業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的環(huán)境數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常情況自動(dòng)告警，為企業(yè)提供智能化服務(wù)，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(shí)施目標(biāo)
通過(guò)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，幫助垂直行業(yè)客戶更好的解決自身痛點(diǎn)，為客戶打造一個(gè)實(shí)時(shí)的，智能的、可視化的、可遠(yuǎn)程操控的監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。
1.3 適用范圍
智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的各行各業(yè)：
? 生產(chǎn)監(jiān)測(cè)：通過(guò)傳感器和攝像頭，以及設(shè)置的告警條件，來(lái)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中是否存在異常。適用于工廠等產(chǎn)品制造場(chǎng)景。
? 缺陷監(jiān)測(cè)：通過(guò)攝像頭檢測(cè)生產(chǎn)線上組裝完成的產(chǎn)品是否存在缺陷，對(duì)良品和次品圖像進(jìn)行采集，根據(jù)采集的圖像數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，檢測(cè)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(cè)：通過(guò)傳感器和攝像頭全方位、全天候檢測(cè)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?？捎糜诠S、工地、庫(kù)房、醫(yī)院、學(xué)校、商業(yè)區(qū)等場(chǎng)景的環(huán)境監(jiān)測(cè)。
? 冷鏈監(jiān)測(cè)：通過(guò)溫濕度、GPS等傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷鏈車、冷鏈倉(cāng)庫(kù)和保溫箱等的溫濕度以及對(duì)應(yīng)的位置信息，設(shè)置報(bào)警觸發(fā)器，對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警。可用于血液、疫苗、藥品、樣本等存儲(chǔ)或運(yùn)輸場(chǎng)景的冷鏈監(jiān)測(cè)。
? 安全監(jiān)測(cè)：通過(guò)傳感器和攝像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)應(yīng)場(chǎng)所的煙感、火感、溫濕度、可燃?xì)怏w等環(huán)境數(shù)據(jù)，設(shè)置報(bào)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(jī)房、庫(kù)房等場(chǎng)景。
? 倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)測(cè)：通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前場(chǎng)所的可視情況，可根據(jù)需求設(shè)置異動(dòng)觸發(fā)器，當(dāng)觸發(fā)指定條件后自動(dòng)告警，可以根據(jù)觸發(fā)時(shí)間和事件檢索視頻，支持視頻圖像人臉識(shí)別。適用于倉(cāng)儲(chǔ)管理、電子圍欄等。
? 能源監(jiān)測(cè)：通過(guò)攝像頭、電流電壓傳感器等相關(guān)傳感器監(jiān)測(cè)用電、用水情況，使用圖像識(shí)別的方法讀取儀表盤的讀數(shù)，幫助客戶遠(yuǎn)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(wù)系統(tǒng)。
? 排放監(jiān)測(cè)：通過(guò)一些氣體傳感器以及GPS定位裝置，可監(jiān)測(cè)車輛的位置、車輛運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)、排放情況等。
1.4 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置
智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是為垂直行業(yè)用戶打造的應(yīng)用平臺(tái)，根據(jù)客戶的需求，為客戶提供定制化的服務(wù)，幫助行業(yè)用戶解決自身痛點(diǎn)。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以接入多種終端設(shè)備，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理操控，將終端設(shè)備采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)上報(bào)至平臺(tái)。通過(guò)與云平臺(tái)的連接，使用大數(shù)據(jù)能力，對(duì)采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(gè)終端監(jiān)測(cè)設(shè)備，但卻各自獨(dú)立運(yùn)作。這類監(jiān)測(cè)手段缺乏對(duì)采集視頻的智能識(shí)別，缺乏對(duì)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(wù)模塊。為了更好的服務(wù)客戶的需求，智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在原有監(jiān)測(cè)手段的基礎(chǔ)上，提供智能監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)能力，不僅包含視頻監(jiān)控、同時(shí)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(cè)能力。
3 解決方案
3.1 方案介紹
智能監(jiān)測(cè)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(guò)這些行業(yè)終端設(shè)備，采用無(wú)線傳輸方式，實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(bào)至系統(tǒng)。采用時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)集群，能夠存儲(chǔ)海量的媒體、文本等數(shù)據(jù)，通過(guò)其對(duì)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(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(wù)需求，自定義觸發(fā)器規(guī)則，在實(shí)際監(jiān)測(cè)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)異常情況自動(dòng)告警。提供API引擎能力，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，方便用戶進(jìn)行業(yè)務(wù)整合。提供Web頁(yè)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(shí)隨地，實(shí)時(shí)查看監(jiān)測(cè)點(diǎn)位信息，遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。
3.2 系統(tǒng)架構(gòu)
圖2 智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖
? 終端層：終端設(shè)備統(tǒng)一管理，鑒權(quán)認(rèn)證、信息上報(bào)、遠(yuǎn)程管控、自檢修復(fù)等。
? 業(yè)務(wù)層：各業(yè)務(wù)管理模塊，如應(yīng)用管理、策略管理、信息處理、終端管理、日志管理、任務(wù)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(yùn)營(yíng)分析視圖等。
? 接口層：平臺(tái)擁有能力開(kāi)放能力，提供第三方接口，可與其他多個(gè)業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)之間業(yè)務(wù)能力與數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。
? 數(shù)據(jù)層：平臺(tái)可管理多種數(shù)據(jù)，包括應(yīng)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(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)
圖3 智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
組網(wǎng)說(shuō)明：
? 設(shè)備接入子系統(tǒng)
設(shè)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(shè)備（或者網(wǎng)關(guān)）數(shù)據(jù)通訊連接方式，提供協(xié)議適配，實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感應(yīng)層的各類型終端設(shè)備的大規(guī)模接入。通過(guò)消息總線對(duì)接設(shè)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(shè)備管理子系統(tǒng)
設(shè)備管理子系統(tǒng)對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，不僅提供設(shè)備信息、設(shè)備群組、數(shù)據(jù)流等業(yè)務(wù)模型的管理功能，還提供設(shè)備控制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)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(tái)上層規(guī)則相關(guān)業(yè)務(wù)，提供規(guī)則管理、規(guī)則引擎等功能。負(fù)責(zé)支持設(shè)備觸發(fā)器管理，完成平臺(tái)針對(duì)設(shè)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(shè)備管理子系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)的來(lái)自終端設(shè)備的數(shù)據(jù)收集與存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)采用HTTP協(xié)議進(jìn)行消息通信，提供安全、靈活和有效的數(shù)據(jù)訪問(wèn)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(kù)以支持異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成、存儲(chǔ)，如內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)Redis、時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)OpenTSDB、文檔數(shù)據(jù)和異構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)MongoDB等。
? 認(rèn)證鑒權(quán)子系統(tǒng)
認(rèn)證鑒權(quán)子系統(tǒng)提供平臺(tái)用戶賬號(hào)管理、APIKey管理和組織/企業(yè)信息管理，以及請(qǐng)求的訪問(wèn)控制功能。認(rèn)證鑒權(quán)子系統(tǒng)采用HTTP協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)消息通信，負(fù)責(zé)將用戶開(kāi)戶數(shù)據(jù)同步，以及登陸認(rèn)證等。
? 定時(shí)任務(wù)
定時(shí)任務(wù)子系統(tǒng)對(duì)接規(guī)則引擎子系統(tǒng)、設(shè)備管理子系統(tǒng)和設(shè)備接入子系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器、數(shù)據(jù)流、指令接受模塊對(duì)消息總線的定時(shí)訂閱功能。
? 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)
采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，默認(rèn)每個(gè)子系統(tǒng)獨(dú)有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例，使用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中間件（如Mycat），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的分表分庫(kù)。
? 文件服務(wù)器
文件服務(wù)器主要是解決終端設(shè)備上傳的音視頻文件的存儲(chǔ)問(wèn)題，提供設(shè)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(duì)接設(shè)備接入子系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備數(shù)據(jù)的緩存、路由分發(fā)及負(fù)載均衡功能。支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的高速緩存，為業(yè)務(wù)高峰時(shí)期大流量終端業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并發(fā)接入場(chǎng)景提供數(shù)據(jù)緩沖服務(wù)。平臺(tái)可依據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的訂閱關(guān)系實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速分發(fā)。平臺(tái)將依據(jù)不同終端的數(shù)據(jù)類型和連接請(qǐng)求的類型，形成不同的服務(wù)單元，把數(shù)據(jù)流量負(fù)載分?jǐn)偟较鄳?yīng)內(nèi)容的服務(wù)器，從而分散數(shù)據(jù)流量壓力，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。
消息總線采用開(kāi)源消息中間件實(shí)現(xiàn)，如Kafka、RocketMQ等。
3.4 功能設(shè)計(jì)
設(shè)備管理子系統(tǒng)：主要用于管理接入到平臺(tái)中的所有終端類設(shè)備，包括攝像頭、傳感器、網(wǎng)關(guān)、邊緣設(shè)備等。設(shè)備管理子系統(tǒng)包括對(duì)設(shè)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(yuǎn)程操控設(shè)備，進(jìn)行升級(jí)、狀態(tài)檢測(cè)等。
邊緣計(jì)算子系統(tǒng)：提供邊緣計(jì)算的管理與支撐功能等，包括邊緣應(yīng)用、協(xié)同計(jì)算、遠(yuǎn)程部署和機(jī)器學(xué)習(xí)等。
數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)：提供各類設(shè)備上報(bào)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(kāi)放等。
應(yīng)用管理子系統(tǒng)：用戶可自行創(chuàng)建應(yīng)用，對(duì)應(yīng)用及其生命周期進(jìn)行操作和管理。例如可創(chuàng)建一個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用，管理其中的監(jiān)測(cè)設(shè)備、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)視圖、設(shè)置的報(bào)警觸發(fā)器、告警規(guī)則及告警處理等。用戶可通過(guò)可視化應(yīng)用編輯界面來(lái)快速創(chuàng)建應(yīng)用，如下圖。通過(guò)拖拽左側(cè)應(yīng)用元件庫(kù)的元件，在右側(cè)選擇相應(yīng)的設(shè)備、數(shù)據(jù)流等進(jìn)行綁定，即可完成應(yīng)用的創(chuàng)建，簡(jiǎn)單快捷。
圖4 可視化應(yīng)用創(chuàng)建
系統(tǒng)管理子系統(tǒng)：提供系統(tǒng)管理相關(guān)的基礎(chǔ)功能，包括賬號(hào)系統(tǒng)、日志系統(tǒng)、告警系統(tǒng)以及統(tǒng)計(jì)分析等。
視頻/圖像AI處理子系統(tǒng)：提供視頻/圖像處理相關(guān)功能，用戶在平臺(tái)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(kāi)放與集成子系統(tǒng)：提供第三方接口能力，用戶可在平臺(tái)配置對(duì)第三方平臺(tái)開(kāi)放的服務(wù)，第三方平臺(tái)通過(guò)對(duì)應(yīng)的服務(wù)接口即可訪問(wèn)使用對(duì)應(yīng)的服務(wù)。
3.5 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
海量的數(shù)據(jù)采集：采用時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)集群，可存儲(chǔ)海量的視頻、音頻、圖像、文本的等采集數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shè)備，使用的協(xié)議是不同的。平臺(tái)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(guò)網(wǎng)關(guān)適配器，方便不同的終端設(shè)備快速接入系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了連接過(guò)程。
智能服務(wù)：平臺(tái)基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理等技術(shù)，提供圖像識(shí)別、人臉識(shí)別、視頻/圖像處理等功能，在一些應(yīng)用場(chǎng)景中為用戶提供智能服務(wù)。
數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通：通過(guò)平臺(tái)多協(xié)議適配能力，能夠使設(shè)備和設(shè)備之間，設(shè)備和平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。通過(guò)平臺(tái)的API引擎能力，可將平臺(tái)的應(yīng)用服務(wù)以及數(shù)據(jù)通過(guò)API接口開(kāi)放給第三方平臺(tái)使用，用戶可在平臺(tái)自己管理將哪些服務(wù)和數(shù)據(jù)開(kāi)放出去，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與平臺(tái)之間的業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。
3.6 安全及可靠性
系統(tǒng)建設(shè)軟硬件產(chǎn)品需滿足企業(yè)客戶安全評(píng)估要求，應(yīng)用軟件需具備信息安全基本保障要求，預(yù)防出現(xiàn)信息泄密。在系統(tǒng)級(jí)、應(yīng)用級(jí)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)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(shí)施方案。在數(shù)據(jù)保密、安全措施上采取較縝密的權(quán)限與加密管理，以保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。
系統(tǒng)應(yīng)具有成熟的應(yīng)用基礎(chǔ)，在技術(shù)服務(wù)和維護(hù)響應(yīng)上同用戶積極配合，確保系統(tǒng)的可靠。在設(shè)備的選擇和關(guān)鍵設(shè)備的互聯(lián)時(shí)，應(yīng)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(shí)間內(nèi)修復(fù)。
4 成功案例
1) 廣西省玉柴廠房監(jiān)控項(xiàng)目
圖5 廣西省玉柴廠房監(jiān)控項(xiàng)目
通過(guò)在廣西玉柴企業(yè)的倉(cāng)庫(kù)、噴氣車間、三坐標(biāo)室部署的監(jiān)控?cái)z像頭和傳感器?？梢詫?shí)時(shí)查看高清視頻監(jiān)控，對(duì)圖像高清晰回放，提高了倉(cāng)庫(kù)的安全級(jí)別，節(jié)約人力成本；監(jiān)測(cè)噴氣車間溫度、濕度、甲醛、揮發(fā)有機(jī)物、PM2.5、PM10，將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給監(jiān)控人員，實(shí)現(xiàn)閥值報(bào)警機(jī)制，有效防止有害氣體外泄，提高安全生產(chǎn)管理；監(jiān)測(cè)三坐標(biāo)室的溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)，當(dāng)觸發(fā)告警規(guī)則時(shí)發(fā)出通知，保證生產(chǎn)設(shè)備在安全范圍內(nèi)運(yùn)作。
2) 企業(yè)機(jī)房監(jiān)控項(xiàng)目
圖6 企業(yè)機(jī)房監(jiān)控項(xiàng)目
公司機(jī)房對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)是軍機(jī)重地，公司的各項(xiàng)業(yè)務(wù)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都依賴于機(jī)房中各服務(wù)器等設(shè)備的正常運(yùn)行，因此機(jī)房的安全防護(hù)尤為重要。通過(guò)在機(jī)房部署監(jiān)控?cái)z像頭、溫濕度傳感器及煙火感傳感器等，監(jiān)測(cè)機(jī)房的各環(huán)境數(shù)據(jù)，通過(guò)智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)時(shí)展示給監(jiān)控人員。當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)超出閾值，觸發(fā)告警機(jī)制，通過(guò)郵件、短信、微信小程序等方式通知監(jiān)控人員，以便及時(shí)處理突發(fā)狀況。