三维可视化智能物联网管理平台设计

三维可视化智能物联网管理平台

技术方案

二〇一二年八月

目录

一、概述........................................................................................................................................... 3

1.1项目背景 . ............................................................................................................................ 3

1.2建设系统的意义 . ................................................................................................................ 4

1.3设计依据和参考资料 . ........................................................................................................ 5

二、系统特点 . .................................................................................................................................. 5

三、 设计原则 . ................................................................................................................................ 6

3.1 可靠性 . ............................................................................................................................... 6

3.2 先进性与合理性 . ............................................................................................................... 6

3.3 开发性 . ............................................................................................................................... 6

3.4可扩展性 . ............................................................................................................................ 6

四、系统总体构架 . .......................................................................................................................... 6

4.1系统整体框图 . .................................................................................................................... 6

4.2系统研究内容 . .................................................................................................................... 7

五、系统组成 . .................................................................................................................................. 8

5.1软件组成 . ............................................................................................................................ 8

5.2 硬件组成 . ........................................................................................................................... 9

5.3 软件功能 ......................................................................................................................... 10

5.4 开发环境 ......................................................................................................................... 14

5.5 系统报价 ......................................................................................................................... 14

一、概述

1.1项目背景

物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把需要联网的物品与网络连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪监控和管理的一种网络，它是在网络基础上的延伸和扩展应用。物联网是被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。有业内专家认为物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本，另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。

目前，美国、加拿大、欧盟、日本、韩国等都在投入巨资深入研究探索物联网，并启动了以物联网为基础的“智慧地球”、“U-Japan ”、“U-Korea ”、“物联网行动计划”等国家性区域战略规划。

我国把发展物联网已经提到国家的战略高度，它不但是信息技术发展到一定阶段的升级需要，同时也是实现国家产业结构调整，推动产业转型升级的一次重要契机。2010年9月，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》发布，新一代信息技术、节能环保、新能源等七个产业被列为中国的战略性新兴产业，将在今后加快推进，其中物联网技术作为新一代信息技术的重要组成部分，更是在近一年里受到政府、企业和科研机构的大力支持。

当前，世界各国的物联网基本都处于技术研究与试验阶段，物联网相关技术研究还处于起步发展阶段，在物联网基础研究和技术开发等方面还面临许多挑战。物联网涉及到的关键技术领域很多，包括RFID 识别技术、泛在传感技术与纳米嵌入技术、IPV6地址技术以及等。从软件的角度来看，物联网软件技术研究方面也是处于起步阶段，尤其是基础软件的研究均处于探索阶段。 面对物联网所带来的大数据量、数据时效性高、安全与隐私性要求高等挑战，人们也在不断地探索亲的解决办法。在物联网系统中，由于传感器节点及采样数据的异构性，基础软件显得尤为重要。物联网基础软件不仅屏蔽了各类传感器硬件及数据的差异，实现了物联网节点及数据的统一处理，而且实现了海量物联网节点之间的协同工作，从而大大简化了物联网应用程序的开发。我们以动态位置感知类应用为例，相关的传感器可以包括GPS 传感器、RFID 传感器、手机定

位传感器等，这些不同类型的传感器通过基础应用接入程序，可以被统一的后台物联网数据库系统管理。

在物联网系统中除了传感器数据异构性的特点，还有另一个重要特点是物联网系统的多样复杂性，我们知道物联网是一个综合性且庞大的复杂系统，它包括不同用途的物联网子系统，例如智能楼宇中包括门禁系统、视频系统、消防系统、电力系统等，而这些系统各自分散独立，并没有一个统一的管理平台。目前常规的物联网管理主要是以人工管理为主，各个物联网系统各自分散独立，没有有效的管理工具，以至于造成各个物联网系统之间信息不透明、不共享；随着物联网的发展，急需一个便捷有效的管理方式对其进行控制和管理，实现物联网系统之间信息透明。

目前，国内外针对物联网管理的相关方案，并无专门的针对性通用软件平台支持，产品化程度比较低。同时通过对目前的物联网管理软件市场进行分析可以发现，目前很成熟的软件产品还比较少，特别是通用的软件管理平台产品还是一个空白。

本项目正是针对我国物联网市场的这种迫切的需求而开发的，它提供了运用三维技术实现物联网管理需求的平台。该系统直观真实地在三维场景中展示物联网各种终端设备，实时显示设备的属性状态，同时可以响应用户的各种请求，实现远程控制等要求，最终实现物联网一站式管理，进而构建成高清、实时、全面的智能物联网。

1.2建设系统的意义

真实场景与环境的还原能力：系统对于真实场景与环境的还原功能具有十分重要的现实意义，凡是与物联网发展方向密切相关的行业和领域无疑都需要更加直观有效的监测和管理系统，特别是在高危地区和大场景规划的时候，简单的静态摄影图片并不能清晰真实的表现出实际的环境，而三维可视化智能物联网则具有超强的原始环境还原能力。

降低维护成本：系统能够准确监测物联网中各种设备的故障类型，对能够进行远程维护的设备可以节省人工到现场的维护费用，进而降低了维修成本。而对于其他故障的设备在已经知道了故障的地点和情况下，可以缩短到达维修地点的时间、提高检修效率，降低维护成本。

实现科学管理：系统主要用于需要对各类物联网系统进行有效管理的行业。将现有的物联网管理改造为三维可视化方式，进而更直观，有效地实现对物联网系统中各种终端硬件设备的管理。

1.3设计依据和参考资料

设计主要依据为：

GB8566 计算机软件开发规范

GB/T12504 计算机软件质量保证计划规范

二、系统特点

1、采用统一的设备接口平台：

针对物联网各种硬件设备的接入，系统提供了具有良好开放性和扩展性的中间接口平台。采用通用的统一的标准，为用户现在以及将来可能的系统提供接口支持。

2、实时检测，远程报警监控：

系统采用定时监测手段，7X24不间断远程监测物联网设备的运行状态，并对故障设备实施报警监控。

3、三维场景模拟，专业精确诊断：

系统运用虚拟现实技术实现物联网场景的虚拟仿真，直观真实地在三维场景中展示物联网的各种设备，实时显示设备的运行状态，同时可以响应用户的各种请求，实现远程控制等要求。

4、应用广泛

系统可广泛适用于我国多个行业。根据用户规模和功能需求的不同，可以分别面向更加细化的市场客户，以满足不同类型客户的需求。系统应用领域包括交通、医疗、农林、电力、矿产、石化、物流、医疗、卫生、安防、家居、旅游、军事、市民生活等等。

三、 设计原则

3.1 可靠性

由于系统的服务于物联网中设备的监控，为了保证设备检测数据的稳定和连续性，必须充分考虑系统的可靠性。要求监控系统能够长期稳定地运行。

3.2 先进性与合理性

软件及硬件构成均符合相关标准，整个系统应是目前国内最先进的，并在一段时期内处于国内较为先进的水平。同时，系统设计时以合理性为原则，不盲目追求先进性，从而造成的华而不实、浪费资金，降低可靠性。

3.3 开发性

系统采用标准化设计，严格遵循相关技术的国际、国内和行业标准，确保系统之间的透明性和互通性，并充分考虑与其它监控系统的连接。

3.4可扩展性

系统软件采用组态化设计，使得系统功能的完善和扩展、升级均不必改变现有系统框架。

四、系统总体构架

4.1系统整体框图

系统采用先进的虚拟现实技术、互联网技术、传感器技术等，以物联网的应用层出发，通过物联网终端设备数据源采集和控制接口引擎实时采集各种传感器等微设备的终端数据，以特定数据分析引擎进行分析处理，再以图表、文字、虚拟现实等方式进行展示；同时响应用户的各种请求，实现远程控制等要求，最终

实现物联网一站式管理，进而构建成高清、实时、全面的智能物联网。

系统硬件结构如图1：

图1

4.2系统研究内容

系统主要研究内容包括：物联网终端设备数据采集和控制接口，数据管理，三维数据虚拟仿真渲染。系统软件结构参见图2：

图2

物联网终端设备数据源采集和控制接口是系统关键技术，系统研制了统一的物联网终端设备接口，集成了物联网设备与三维可视化智能物联网管理平台的多种连接方式。

数据管理是对各种数据进行有效的管理，其中包括设备、模型、日志、用户等信息。

三维数据虚拟仿真渲染是对某些特定的设备信息在三维场景中进行仿真效果渲染，从而达到直观逼真的效果。

五、系统组成

系统由软件和硬件两大部分组成。

5.1软件组成

三维可视化智能物联网管理平台运用建模工具建立物联网传感器三维模型，以及相应的场景三维模型，运用数据库技术将所涉及的设备信息、系统信息等进行管理，运用虚拟现实技术实现对某些特定的设备信息在三维场景中进行仿真效果渲染。

系统框架采用多层架构结构，其中包括物联网设备硬件层，物联网设备数据采集处理控制层，数据层，三维场景表现层。

物联网设备硬件层包括可以接入系统管理的所有物联网硬件设备，例如安防系统的监控设备、门禁设备、人员定位设备、红外监控设备等。

物联网设备数据采集处理控制层是实时采集接入系统的设备信息，并储存在数据库中，同时可以发送到三维场景中。

数据层是用来存储各种管理信息，包括设备、模型、日志、系统管理等。 三维场景表现层是将接入系统管理的所有物联网硬件设备信息运用三维的方式实时展现出来。

系统软件框架图参见图3：

图3

系统软件主要包括物联网终端设备数据采集和控制接口模块，数据管理模块，三维数据虚拟仿真渲染模块。

物联网终端设备数据采集和控制接口模块实时采集所有监控设备的状态信息，并将信息储存在数据库中。

数据管理模块是对各种数据进行有效的管理，其中包括设备、模型、日志、用户等信息。

三维数据虚拟仿真渲染模块是对某些特定的设备信息在三维场景中进行仿真效果渲染，从而达到直观逼真的效果。

5.2 硬件组成

三维可视化智能物联网管理平台硬件部分包括：

门禁控制器、摄像仪、高清网络摄像仪、视频分析仪、人员定位分站、红外分析仪、扫描枪、液位探棒等。

1）门禁控制器：门禁控制信息与现场相关区域摄像机在软硬件方面形成联动控制，当有人刷卡进入大门时，摄像机将进行视频传输，在控制中心的工作人员可即时看到进入大门的人员情况。

2）摄像仪：一般配置的摄像仪，与视频分析仪相连。

3）视频分析仪：是用来实时监控分析三维场景中预定安全规则的执行情况，当有违反安全规则的事件发生后，系统软件就调出现场场景的实时视频，以便管理人员进行安全测判，并采取相应的安全处理。

4）高清网络摄像仪：针对用户的需求（需要监控某些特定计算机，当操作人员操作计算机时能够记录下来操作的详细内容，包括在计算机屏幕上输入字符内容，需要有一种高清摄像机能够记录并能清晰辨认出操作人员的屏幕输入内容），采用在高清监控系统市场居领导地位的供应商Avigilon 的产品—高清网络摄像仪，该产品是目前世界安防视频监控行业中清晰度最高、图像信息保存最完整、传输带宽最小的产品。该产品特点是可以同时对全局和局部同步监控，并且保证清晰度；只传输需要浏览的部分图像数据，降低带宽使用率；根据不同监控需求选择合适的摄像机，更有千万级别像素的摄像头保证图像质量和监控范围。

5）人员定位分站：采用目前国际上先进的RFID 无线传输技术，可以实时跟踪到人员的位置。

6）红外分析仪：是用来监测三维场景入侵报警。

7）扫描枪：是用来扫描条形码的信息。

8）液位探棒：是用来探测液位的高度。

之所以采用上述多种物联网硬件系统，是为了验证软件平台的可行性。

5.3 软件功能

5.3.1场景导航

场景导航：提供在场景中随意漫游，可以远视或拉近观测仪器模型，可以全景观测台站场景，或如同实地体验地走进台站房屋中，模拟体验场景环境。

场景漫游

5.3.2 设备监控

设备监控：系统从数据库中读取监控设备实时状态信息，并在三维场景中的模拟仪器运行状态，同时可以响应用户的各种请求，对设备进行远程控制。

仪器实时状态显示

仪器控制

5.3.3故障报警

故障报警：系统从数据库中读取设备实时状态信息表，并在三维场景中的模拟设备运行状态，当设备状态为故障时，给与报警提示。

仪器故障报警

5.3.4安防功能

安防功能：通过视频分析仪实时监控分析现场场景中预定安全规则的执行情况，当有违反安全规则的事件发生后，系统软件就实时报警，并调出现场场景的实时视频，以便管理人员进行安全测判，并采取相应的安全处理。

通过高清网络摄像仪监控特定计算机，运用高清摄像机记录并能清晰辨认出操作人员的屏幕输入内容

系统还提供通过红外分析仪设备实现台站本地入侵报警；通过消防设备实现水灾报警等。

安防报警

5.3.5场景切换

场景切换：当用户需要监控不同的现场场景时，通过场景切换将不同现场场景进行切换，实现随时监控任何场景。

场景切换

5.4 开发环境

软件环境：

Visual Studio2008开发平台，C++开发语言，SQL server 2000数据库。

视频分析仪软件开发包（SDK ）

高清摄像仪软件开发包（SDK ）

门禁系统开发包（SDK ）

硬件环境：

处理器IntelPentium 4 2.4GHz以上；

内存：512MB 以上；

硬盘：4G 以上；

显存：256MB 以上。

5.5 系统报价

略