弱電智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與技術(shù)應(yīng)用研究

徐寅秋

關(guān)鍵詞：弱電智能化；智能建筑；人臉識(shí)別；智慧應(yīng)用

1引言

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、5G移動(dòng)通信、人工智能、人臉識(shí)別等技術(shù)的不斷完善及進(jìn)步，與弱電智能化系統(tǒng)緊密結(jié)合，為智能建筑發(fā)展注入了新的生命力[1]。建筑作為人類活動(dòng)最為密切的空間單元，正在從“智能建筑”向“智慧建筑”不斷進(jìn)化，“智慧建筑”是在“智能建筑”基礎(chǔ)上疊加智慧應(yīng)用的新型建筑形態(tài)。

2項(xiàng)目概況

張園城市更新西區(qū)115-02地塊（以下簡(jiǎn)稱張園西區(qū)）位于上海市靜安區(qū)南京西路歷史文化風(fēng)貌區(qū)115街坊，北臨南京西路、南至威海路、西至茂名北路、南鄰石門一路，總建筑面積約為19388m2。張園西區(qū)為開放式商業(yè)，無(wú)停車場(chǎng)、無(wú)地下室，共有16棟單體建筑，包括市優(yōu)秀歷史建筑12處、文物保護(hù)點(diǎn)4處，均為石庫(kù)門多層公共建筑，是上海極具魅力的著名私家園林，也是目前上海規(guī)模最大、保存最完整、擁有城市中心區(qū)稀缺性、典型性高質(zhì)量石庫(kù)門里弄建筑群，有“海上第一名園”的美稱。張園西區(qū)為上海實(shí)施保護(hù)性征收改造的首個(gè)城市更新項(xiàng)目，也是市中心典范項(xiàng)目。

3弱電智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與技術(shù)應(yīng)用

3.1信息設(shè)施系統(tǒng)

3.1.1綜合布線系統(tǒng)

綜合布線系統(tǒng)是智能建筑的“信息高速公路”，采用開放式星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要為語(yǔ)音通信、有線及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、安防系統(tǒng)、IP廣播、信息發(fā)布、樓宇自控等系統(tǒng)提供物理鏈路來(lái)傳輸各種信號(hào)，是整個(gè)弱電智能化系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，可直接影響弱電系統(tǒng)的性能和壽命。綜合布線系統(tǒng)可劃分為工作區(qū)子系統(tǒng)、水平子系統(tǒng)、管理子系統(tǒng)、設(shè)備間子系統(tǒng)、干線子系統(tǒng)、建筑群子系統(tǒng)。綜合布線系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

語(yǔ)音及數(shù)據(jù)點(diǎn)位采用模塊化互換式設(shè)計(jì)原則，能通過(guò)靈活調(diào)配，實(shí)現(xiàn)自由交接。水平子系統(tǒng)的銅纜最大長(zhǎng)度不應(yīng)大于90m。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用帶寬、阻燃要求、防水要求、屏蔽要求等進(jìn)行銅纜選型[2]。

3.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

根據(jù)使用功能和承載業(yè)務(wù)的不同，該系統(tǒng)分為客用無(wú)線網(wǎng)、物業(yè)辦公網(wǎng)、智能化設(shè)備網(wǎng)、AV網(wǎng)。4套網(wǎng)絡(luò)物理隔離，均采用核心層、接人層2層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。所有交換機(jī)均應(yīng)具備網(wǎng)管功能，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障的過(guò)程診斷和恢復(fù)。

客用無(wú)線網(wǎng)主要為內(nèi)部人員以及外來(lái)游客提供無(wú)線Wi-Fi上網(wǎng)服務(wù)，接人層交換機(jī)須支持POE供電功能，能夠通過(guò)網(wǎng)線為無(wú)線AP提供信號(hào)和電源：物業(yè)辦公網(wǎng)主要由物管、商管辦公等內(nèi)部人員使用，滿足其日常辦公與管理需要：智能化設(shè)備網(wǎng)主要為視頻監(jiān)控、出人口控制、樓宇自控、能效監(jiān)管、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能照明等弱電智能化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)使用，不同子系統(tǒng)可根據(jù)需要，在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)通過(guò)VLAN劃分不同的虛擬子網(wǎng)，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬設(shè)置分配，以滿足不同子系統(tǒng)的傳輸需求；AV網(wǎng)主要承載公共廣播系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)。

3.1.3無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是移動(dòng)互聯(lián)高速接入的智能通道，采用基于無(wú)線控制器（AC）的瘦AP架構(gòu)，系統(tǒng)應(yīng)支持IEEE 802.llax（Wi-Fi6）標(biāo)準(zhǔn)，向下兼容802.11a/b/g/n/ac，并具有支持IPv4和IPv6的能力。通過(guò)分布在商業(yè)區(qū)域的無(wú)線AP，為客人和管理者提供隨時(shí)隨地、方便快捷的上網(wǎng)服務(wù)以及各種應(yīng)用服務(wù)（如Portal認(rèn)證、大數(shù)據(jù)分析、上網(wǎng)行為審計(jì)、商家信息推送等）。

3.1.4公共廣播系統(tǒng)

公共廣播系統(tǒng)是遠(yuǎn)距離、大范圍內(nèi)傳播聲音的系統(tǒng)。背景音樂(lè)、公共廣播、緊急廣播共用揚(yáng)聲器，系統(tǒng)能對(duì)各分區(qū)進(jìn)行背景廣播、業(yè)務(wù)廣播和緊急廣播，每個(gè)廣播分區(qū)既能獨(dú)立控制，又能集中管理。

系統(tǒng)采用IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，納入AV網(wǎng)，由音源設(shè)備、IP網(wǎng)絡(luò)廣播主機(jī)、IP音頻采集器、網(wǎng)絡(luò)消防采集器、IP網(wǎng)絡(luò)功放、揚(yáng)聲器等設(shè)備組成。所有分區(qū)的揚(yáng)聲器均能在發(fā)生火災(zāi)報(bào)警時(shí)切換成消防緊急廣播。

3.1.5信息發(fā)布系統(tǒng)

信息發(fā)布系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)亩嗝襟w播放控制系統(tǒng)。通過(guò)AV網(wǎng)將編輯后的節(jié)目和播放列表傳送至各顯示終端，顯示終端按照播放列表播放服務(wù)器內(nèi)或本地預(yù)存的節(jié)目。信息采編播控工作站也可采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制或群組控制的方式，對(duì)各顯示終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，插播文字、圖像或視頻等內(nèi)容。

3.1.6無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)

無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)由數(shù)字信道機(jī)、天饋線系統(tǒng)、數(shù)字對(duì)講機(jī)等組成，便于保安、工程、保潔、服務(wù)等內(nèi)部人員隨時(shí)隨地聯(lián)絡(luò)使用。其采用數(shù)字集群系統(tǒng)架構(gòu)，配置4臺(tái)數(shù)字信道機(jī)，可提供不少于8個(gè)通話組。干線／支線均采用HCAAY2-50-12射頻同軸電纜，每副天線的輸出口最大發(fā)射功率控制在國(guó)家電磁防輻射規(guī)定的15dBm/載波以內(nèi)。

3.2公共安全系統(tǒng)

3.2.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)（VSS）是采用視頻技術(shù)探測(cè)、監(jiān)視監(jiān)控區(qū)域并實(shí)時(shí)顯示、記錄現(xiàn)場(chǎng)圖像的電子系統(tǒng)，可提供相對(duì)完整且最直觀的視覺信息，在安防領(lǐng)域具有較廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)采用IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由彩色數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、人臉抓拍攝像機(jī)、人臉抓拍智能分析存儲(chǔ)設(shè)備、綜合型數(shù)字錄像設(shè)備、圖像上墻高清解碼設(shè)備、拼接屏、視頻監(jiān)控綜合管理平臺(tái)等組成。

室外人行通道，建筑與外界相通的出人口、各層樓梯口及電梯廳設(shè)置人臉抓拍攝像機(jī)，要求清晰顯示人員的面部特征及活動(dòng)情況：電梯轎廂內(nèi)設(shè)置電梯半球攝像機(jī)清晰顯示電梯轎廂內(nèi)全景，并具有樓層顯示及電梯運(yùn)行狀態(tài)感知功能；各建筑頂層平臺(tái)出入口設(shè)置彩色數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，搭配入侵探測(cè)器進(jìn)行報(bào)警視頻聯(lián)動(dòng)。配置綜合型數(shù)字錄像設(shè)備對(duì)所有圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，通過(guò)高清拼接屏進(jìn)行視頻圖像顯示。

3.2.2出入口控制系統(tǒng)

出入口控制系統(tǒng)（ACS）采用通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)受控出人口進(jìn)行人員通行權(quán)限識(shí)別、出人口控制點(diǎn)執(zhí)行及監(jiān)測(cè)等控制，同時(shí)具有脅迫信號(hào)識(shí)別和系統(tǒng)自我保護(hù)等功能。該系統(tǒng)采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式，由識(shí)讀設(shè)備、出人口控制器、電鎖、出門按鈕、發(fā)卡器、系統(tǒng)軟件等組成。

ACS系統(tǒng)應(yīng)能與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，當(dāng)發(fā)生火警或需緊急疏散時(shí)，人員不使用憑證，即可迅速安全通過(guò)各門禁通道門。斷電開啟的出人口控制點(diǎn)應(yīng)配置備用電源，并確保執(zhí)行裝置正常工作時(shí)間不少于48小時(shí)。

3.2.3入侵和緊急報(bào)警系統(tǒng)

入侵和緊急報(bào)警系統(tǒng)（I&HAS）采用RS-485總線制結(jié)構(gòu)，由入侵探測(cè)裝置、緊急報(bào)警裝置、聲光報(bào)警裝置、防區(qū)模塊、報(bào)警控制指示設(shè)備、系統(tǒng)軟件等組成。

入侵探測(cè)裝置和報(bào)警控制指示設(shè)備應(yīng)具有防拆報(bào)警功能，備用電源應(yīng)能保證I&HAS系統(tǒng)正常工作時(shí)間不少于8小時(shí)。安防中心控制室的緊急報(bào)警裝置與區(qū)域報(bào)警中心聯(lián)網(wǎng)，采用PSTN（公共電話網(wǎng)）進(jìn)行報(bào)警信號(hào)傳輸，報(bào)警響應(yīng)時(shí)間不大于20s。I&HAS系統(tǒng)應(yīng)避免誤報(bào)，且不得漏報(bào)。

3.2.4實(shí)時(shí)電子巡檢系統(tǒng)

實(shí)日寸電子巡檢系統(tǒng)是以“智慧城市”“智慧公安”“智能安防系統(tǒng)”中實(shí)有力量（人員）信息、數(shù)量管理及智慧物業(yè)安全生產(chǎn)管理為導(dǎo)向的新一代保安智能巡檢系統(tǒng)設(shè)備，能夠通過(guò)3G，4G，Wi-Fi，北斗網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)地將巡檢信息及異常報(bào)警信息上傳到管理中心。

3.2.5智能安全防范系統(tǒng)

智能安防系統(tǒng)針對(duì)人、車、物、事件等進(jìn)行感知探測(cè)，最大限度地體現(xiàn)安防系統(tǒng)的智能深度，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行和報(bào)警信號(hào)進(jìn)行集成、分析、統(tǒng)計(jì)，為公共安全提供態(tài)勢(shì)感知、系統(tǒng)預(yù)警、決策支撐，從而為智能應(yīng)用提供預(yù)警提示。智能安防系統(tǒng)以有效、管用為準(zhǔn)則，結(jié)合各個(gè)行業(yè)及建設(shè)場(chǎng)景的實(shí)際情況，為公共安全的事件處置、預(yù)案實(shí)施、日常管理提供信息化依據(jù)。智能安全防范系統(tǒng)基本組成如圖2所示。

3.2.6消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系架構(gòu)自下而上由感知層、傳輸層、應(yīng)用層、管理層構(gòu)成。系統(tǒng)24h對(duì)消防水系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源、防火門啟閉等進(jìn)行物聯(lián)監(jiān)測(cè)，如有消防隱患或設(shè)備故障，可通過(guò)平臺(tái)終端和短信發(fā)送預(yù)警、報(bào)警信息，以提高人員工作效率和消防安全指數(shù)。

3.3建筑設(shè)備管理系統(tǒng)

3.3.1樓宇自控系統(tǒng)

樓宇自控系統(tǒng)（BAS）采用分布式集散控制方式，可對(duì)建筑物內(nèi)的暖通空調(diào)、冷熱源、給水排水、變配電、送排風(fēng)、照明、電梯等設(shè)備進(jìn)行集中管理、分散控制，以確保設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，加強(qiáng)樓內(nèi)機(jī)電設(shè)備的現(xiàn)代化管理，并創(chuàng)造節(jié)能、舒適與便利的工作環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)效益。

BAS系統(tǒng)分為管理網(wǎng)絡(luò)層、控制網(wǎng)絡(luò)層、現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)層3層結(jié)構(gòu)。管理網(wǎng)絡(luò)層由服務(wù)器、工作站和BAS軟件組成，通過(guò)TCP/IP進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)傳輸速率不低于100 Mbps。控制網(wǎng)絡(luò)層采用IP型DDC控制器，基于BACnet IP協(xié)議進(jìn)行通信。現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)層完成末端設(shè)備控制和現(xiàn)場(chǎng)儀表的信息采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控功能。

3.3.2能效監(jiān)管系統(tǒng)

能效監(jiān)管系統(tǒng)對(duì)建筑內(nèi)的用水量（市政進(jìn)水量、各單體建筑用水量）、用電量（照明插座用電、采暖空調(diào)用電、動(dòng)力用電、特殊用電）進(jìn)行分類及分項(xiàng)實(shí)時(shí)計(jì)量與數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)能源合理控制、計(jì)量準(zhǔn)確、計(jì)費(fèi)合理，既減少了物業(yè)管理人力和物力的支出，又提升了物業(yè)管理水平和工作效率。

能效監(jiān)管系統(tǒng)由能耗管理服務(wù)器、能耗監(jiān)控軟件、能耗數(shù)據(jù)采集器、多功能電表、數(shù)字水表等組成。多功能電表、數(shù)字水表通過(guò)RS-485通信接口接人能耗數(shù)據(jù)采集器，能耗數(shù)據(jù)采集器通過(guò)TCP/IP協(xié)議上行與能耗管理服務(wù)器通信。能效監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)、定時(shí)向相關(guān)部門能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)發(fā)送能耗數(shù)據(jù)信息。

3.3.3環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在各單體的電梯廳、商業(yè)公共區(qū)域、人流量密集的過(guò)廳以及室外區(qū)域，設(shè)置多功能環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器，對(duì)室內(nèi)、室外的環(huán)境參數(shù)（如PM2.5，PMlO，TVOC，二氧化碳，甲醛，溫濕度等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)總線接入DDC控制器，最終實(shí)日寸動(dòng)態(tài)地在BAS的系統(tǒng)界面上呈現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)外的環(huán)境參數(shù)指標(biāo)。

3.3.4智能照明系統(tǒng)

智能照明系統(tǒng)（LCS）具有多種控制方式，并可設(shè)置不同的場(chǎng)景控制模式，從而有效節(jié)約照明系統(tǒng)的能耗，并降低照明系統(tǒng)的維護(hù)成本。LCS采用基于KNX的通信協(xié)議，由KNXnet/IP協(xié)議網(wǎng)關(guān)、KNX總線電源、KNX開關(guān)模塊、線路耦合器、智能面板等組成。KNX線路耦合器設(shè)置于各建筑單體強(qiáng)電間的照明配電箱內(nèi)，智能面板通過(guò)KNX總線連接線路耦合器，線路耦合器聯(lián)網(wǎng)總線接人KNXnet/IP協(xié)議網(wǎng)關(guān)，經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換后，通過(guò)智能化設(shè)備網(wǎng)接人BAS系統(tǒng)。

3.4信息化應(yīng)用系統(tǒng)

3.4.1室內(nèi)定位系統(tǒng)

室內(nèi)定位系統(tǒng)基于分布式藍(lán)牙定位技術(shù)，由ibeacon藍(lán)牙信標(biāo)、定位網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器、地圖引擎軟件、微信小程序等組成。其部署多個(gè)ibeacon藍(lán)牙信標(biāo)，基于RSSI算法的三角定位原理實(shí)時(shí)持續(xù)廣播藍(lán)牙信號(hào)，并根據(jù)藍(lán)牙設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)前位置，定位精度可達(dá)2m。該系統(tǒng)為人員定位導(dǎo)航、約會(huì)位置分享、商場(chǎng)智能導(dǎo)購(gòu)等智慧應(yīng)用提供了良好的解決方案。

3.4.2客流統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)

客流統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)由AI客流采集攝像機(jī)、客流統(tǒng)計(jì)服務(wù)器、軟件等組成。在商場(chǎng)進(jìn)出區(qū)域設(shè)置AI客流采集攝像機(jī)，利用視頻智能識(shí)別技術(shù)采集各出人口的客流數(shù)據(jù)，通過(guò)客流分析軟件，可根據(jù)不同的時(shí)間、區(qū)域自動(dòng)生成多種數(shù)據(jù)分析圖表?？土鹘y(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)還可與商業(yè)POS系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，根據(jù)過(guò)店客流、進(jìn)店客流、銷售額、門店面積等數(shù)據(jù)，獲取進(jìn)店率及轉(zhuǎn)化率，從而科學(xué)評(píng)估各商家的吸客能力及營(yíng)業(yè)績(jī)效，為商場(chǎng)運(yùn)營(yíng)提供決策依據(jù)。

4技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

4.1人臉識(shí)別數(shù)據(jù)傳輸安全

人臉識(shí)別及安防設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸采用VLAN邏輯隔離的專用獨(dú)立網(wǎng)段，并對(duì)所有接人設(shè)備的交換機(jī)端口進(jìn)行MAC地址綁定，交換機(jī)空余的網(wǎng)絡(luò)端口設(shè)置為禁用，以保證交換機(jī)端口之間互不干擾。

人臉抓拍攝像機(jī)、人臉抓拍智能分析存儲(chǔ)設(shè)備、人員身份人像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能集成數(shù)據(jù)服務(wù)設(shè)備、智能安防集成應(yīng)用系統(tǒng)等人臉識(shí)別相關(guān)設(shè)備均采用符合安全套接字協(xié)議（SSL）或安全傳輸層協(xié)議（TLS）前端加密、后端解密的方式進(jìn)行加密傳輸，以符合數(shù)據(jù)傳輸安全策略相應(yīng)的安全控制措施需求，具體如圖3所示。

4.2人臉識(shí)別數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全

人臉抓拍攝像機(jī)負(fù)責(zé)連續(xù)去重，人臉抓拍智能分析存儲(chǔ)設(shè)備負(fù)責(zé)間斷去重，采用邏輯隔離的方式，分別存儲(chǔ)人臉識(shí)別數(shù)據(jù)和個(gè)人身份信息，數(shù)據(jù)使用期限到期會(huì)自動(dòng)刪除人臉識(shí)別數(shù)據(jù)。同時(shí)，設(shè)置防泄密USB防拔插設(shè)備對(duì)人臉抓拍智能分析存儲(chǔ)設(shè)備、綜合型數(shù)字錄像設(shè)備、視頻監(jiān)控回放客戶端等USB端口予以綁定管理，以保證人臉識(shí)別數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全。

5結(jié)束語(yǔ)

本文以張園城市更新西區(qū)115-02地塊為例，綜合介紹了弱電智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與技術(shù)應(yīng)用以及針對(duì)人臉識(shí)別應(yīng)用及數(shù)據(jù)傳輸安全相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。弱電智能化子系統(tǒng)眾多且復(fù)雜性強(qiáng)，在進(jìn)行弱電智能化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循場(chǎng)景思維，根據(jù)國(guó)家、行業(yè)及地方標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合具體項(xiàng)目實(shí)際情況和用戶使用需求做長(zhǎng)期規(guī)劃，兼顧經(jīng)濟(jì)性和實(shí)施維護(hù)便利性，以促使智能建筑高質(zhì)、高效地發(fā)展為智慧建筑。