关于高校建设智能楼宇实验室的思考

[摘要]本文提出了一种建立校园智能楼宇实验室的方法，介绍了实验室建设原则和系统组成，论述了各子系统结构、功能及部分实验功能。

楼宇智能化技术的发展是科学技术和经济水平的综合体现，它已经成为一个国家、地区和城市现代化水平的重要标志之一。在我国步入信息社会和国内外正加速建设信息高速公路的今天，智能建筑将成为城市中的“信息节点”或“信息单元”。它是信息社会最重要的基础设施之一。
由于楼宇智能化在我国出现时间较短，人才难觅特别是专业人才稀缺已经成为突出问题，北京智能楼宇管理师人才缺口至少达10多万，长期以来负责维护管理的电工等人员不能满足智能楼宇的维护工作，现在迫切需要尽快培养一支庞大的智能楼宇管理技术人才队伍。而高校是培养人才的摇篮，将义不容辞地承担起这个责任，目前，在全国也有很多高校开设了《楼宇智能化工程技术》专业，在教学过程中，我们逐步意识到要使学生对智能建筑技术内涵有一个全面理解和认识，必须加强实践性教学环节。为此，在我们学院和计算机系领导的支持下，设计和建立了全数字化的楼宇智能化实验室。
一、实验室建设原则
智能建筑是指智能化、网络化、自动化程度较高的建筑。它利用系统集成方法将计算机技术、通信技术、网络技术、自动化技术与建筑艺术有机结合，通过有效的传输网络，将多元信息服务与信息管理、物业管理及安全防范、住宅智能化系统综合一体，实现对设备的自动监控，对信息资源的高效管理，对使用者的信息服务及建筑的优化组合。因此，智能建筑的核心可归纳为4A+GCS+BMS，即通信网络系统（Communication Networks System，简称CNS），办公自动化系统（Office Automation System，简称OAS），建筑设备监控系统（Building Automation System，简称BAS），安全防范系统（Security Automation System，简称SAS），综合布线系统（Generic Cabling System，简称GCS），建筑物管理系统（Building Management System，简称BMS）。
建设原则：
（1）与课程相结合。实训教学一方面要有它本身特别之处，另一方面还要结合理论教学开展，达到实训教学和理论教学的融合，智能楼宇实训教学更是如此。
（2）与学生实习相结合。注重培养学生的动手操作能力，提供部分系统扩充接口，锻炼学生动手能力和科研能力。
（3）与行业实践相结合。行业的发展情况始终是学校教学的指挥棒。智能楼宇专业作为一门应用性很强的专业，这一点体现的特别明显。在实训室建设和完善过程中一定要关注该行业的发展状况和人才需求特点。
二、系统组成
根据实验室的建设原则，其系统组成我们可以从以下几个方面去考虑：
（1）远程抄表及室内安防系统
为了美化居民的生活环境，国内的一些大城市纷纷要求拆除住宅防盗网，为了保障居民的安全，有必要运用现代化高科技手段加强住宅区的基础建设，实现住宅区的安全防卫自动化。同时，许多住宅发展商和物业管理公司都意识到对住宅以及写字楼的水电煤气表进行远程抄送是提高住宅小区乃至城市的物业管理水平重要标志。基于以上背景，我们的实验室可以考虑建立一套基于LonWorks分布式控制网络技术的小区安全防卫系统和远程自动抄表系统。该系统的主要特点有：
第一、网络拓扑结构灵活多变，可根据建筑物的结构特点采用不同的网络连接方式。可以最大限度的降低布线系统的复杂性和工作量，提高系统可靠性，可维护性。
第二、LonWorks网络是无主站点对点网络，其任一点的故障不会造成系统瘫痪。一个住户节点的损坏或关闭不影响其他住户节点正常运行，降低了维护难度，提高了系统的稳定度，网络响应得到保障。
第三、Neuron芯片内置现成的I/O对象，LonTalk协议，并使用高级语言编程，大大缩短开发周期，提高开发质量，能在短时间内开发出稳定可靠的系统。
第四、LonWorks网络节点之间使用逻辑连接，这使得系统中节点的增加、修改很容易，便于系统调整和扩充升级。
在智能住宅建设中应用LonWorks技术，可以很容易地实现智能化住宅的所有功能，整个网络结构相对简单，网络布线相当容易。对于用户各种不同的功能要求，只需选用不同的控制节点，编写相应的程序，直接连接到住宅区的控制网络上就完成了，在物理上不必对网络结构作任何修改。而且LonWorks网络可扩充性极好，扩充子系统，增加功能，连接两个小区控制网等都很简便。LonWorks技术提供的高效开发平台让我们在进行系统设计和开发时对网络通讯不再需要花费时间，可以把精力集中到具体的系统功能实现上，使得我们能在较短时间内针对具体任务设计出成熟稳定的系统。
该系统的设计分为三个部分：住户室内安全防卫系统，小区自动远程抄表系统，小区管理监控中心。
（2）室内家居控制系统
所谓室内家居控制系统，是人们应用现代先进的科学技术、科研成果和先进的环保设备，主要采用系统的家居设备集成方案，以环保节能的方式，从多方面提高人们生活的舒适程度。思美特（SMARTISYS）控制系统的安全性能较高，它采用了国际领先的算法和加密技术，同时，触摸控制终端和主控机均支持用户权限的分配和认证机制，而且支持24×7小时连续运行。为了保证控制系统数据的传输安全性、可靠性，思美特专门对整个系统中网络数据进行了28bit RSA公钥加密。RSA算法属于非对称密钥密码体系，通讯双方的加、解密码不相同，监听程序无法推算出双方的密钥，具有很强的加密强度。

该控制系统不仅能够完成对家电、灯光、音量、窗帘、门禁等基础设施的控制，而且还可以自动完成清晨大自然闹钟，花园浇水、电话遥控开门、电视定时播放指定频道、灯光感应及亮度调节、远程保安、电视电脑、家庭无线办公、声音识别、红外感应、煤气泄漏信息传递、安全防卫报警、以及多功能手机、PDA的远程实时监视等。
（3）可视对讲系统
可视对讲系统主要应用于楼宇内住户与外来访客之间提供双向通话，同时通过门口安装的摄像机为住户显示外来访客的图象，为住户是否让来访客人做出判断。
目前，可视对讲系统的市场品牌较多，质量参差不齐，价格高低不一，外型各具特色，使用户在选择时难以适从，因此我们在选择时可以从产品的品牌效应、技术优势、产品的服务质量、市场占有率等各方面去综合考虑。
该产品可考虑采用EU2800系列楼宇可视对讲系统，它采用了美国ADVANCED公司先进技术，具有可靠性高，保密性强，扩展性好等特点，可配置为联网型或非联网型楼宇可视对讲系统。
（4）闭路电视监控系统
闭路电视监控系统是智能化楼宇的重要组成部分之一，是一种先进的、防范能力极强的综合系统。它可以通过遥控摄像机及其辅助设备（镜头、云台等）直接观看被监视场所的一切情况；可以把被监视场所的图像内容、声音内容同时传送到监控中心，能对被监控场所的情况一目了然。同时，闭路电视监控系统还可以与防盗报警等其他安全防范体系联动运行，使防范能力更加强大。
无论系统规模的大小或者功能的多少，一般闭路电视监控系统是由摄像、传输控制、图像处理和显示四个部分组成。针对智能楼宇实验室的具体情况，可考虑将前端摄像机配置为枪式红外一体化摄像机，图像传回校区监控室。前端摄像机可以选用CCD摄像机，清晰度要在480线以上。在监控中心配置一台200多路输入、10多路输出的大型视频矩阵，9个21"纯平监视器组成3*3电视墙，方便调看校区各处监控图像。同时配置嵌入式16路硬盘录像机10多台，进行监控图像多画面监控、实时录像及回放。要求硬盘录像机最大单个硬盘容量可支持到2TB，要满足15天的实时录像需求，并且可联入局域网，通过授权帐号可远程监控、储存，可在其它电脑上刻录光盘。
（5）物业管理综合信息系统
物业管理综合信息系统属于OA范畴，是一个集成软件系统。它将现有各种软件和智能化设备统一一个软件平台上，涵盖物业管理各个环节，能极大提高社区服务水平、物业管理工作效率和服务质量。 物业管理综合信息系统包括两个部分：物业业务管理子系统，它完成财务收费、公共安全、绿化管理及其它综合服务等，同时它还能进入各智能设备管理系统，监控设备运行；社区服务子系统，它主要对外作为小区住户及公共用户报修、投诉、查询、网络信息浏览等用途，查询小区管理规章制度和小区服务指南，网络信息化，实现了住户24小时任意时刻进行实时语音或文字投诉及报修。 物业管理综合信息系统必须要保持系统先进性、稳定性、安全性、易用性，设计要注意数据库系统必须支持多用户并发操作、各种智能化设备访问接口必须共用。
（作者单位：四川交通职业技术学院）