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九州云信息科技有限公司

1 目標和概述

1.1 現(xiàn)狀挑戰(zhàn)

杭州黃龍體育中心信息化程度相對較低，信息孤島問題普遍，人員協(xié)同效率較差；各系統(tǒng)數(shù)據(jù)分散，不能整合導致“智慧”決策的價值大打折扣；運營管理粗放，效率低、安全隱患多；服務(wù)水平與質(zhì)量基本停留在傳統(tǒng)物業(yè)管理的層次；缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標準和管理標準，集成度較低、擴展性較差，“生態(tài)”想象空間小。

1.2 項目目標

建設(shè)智能場館管理系統(tǒng)，通過可視化技術(shù)，基于場館、場地、設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)等對象感知數(shù)據(jù)的可視化管理；對各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的運維管理過程進行融合集成，實現(xiàn)人、場、物信息之間的互聯(lián)互通。通過對人、場、物等的信息管理與狀態(tài)監(jiān)測、日常巡檢與故障告警處理等手段，提升對運維管理的智慧化管控能力；通過對運維歷史數(shù)據(jù)的分析、實時狀態(tài)數(shù)據(jù)的掌控和基于匯聚數(shù)據(jù)的建模分析，推演預測未來，推動體育場館運維管理向數(shù)字化、智慧化轉(zhuǎn)變。配套建設(shè)相應(yīng)檔次和規(guī)模的智能化子系統(tǒng)平臺，使該系統(tǒng)承載亞運會比賽、日常體育比賽與市民健身等活動，并保證系統(tǒng)的高速、穩(wěn)定、可靠地運轉(zhuǎn)。

1.3 功能創(chuàng)新

（1）建設(shè)場館設(shè)備管理及物聯(lián)網(wǎng)安全平臺：所有物聯(lián)設(shè)備（包括互動，娛樂，健身）需通過統(tǒng)一的硬件感知與設(shè)備管理平臺，進行接入管理和數(shù)據(jù)整合，安全管控。

（2）建設(shè)基礎(chǔ)平臺層：根據(jù)黃龍體育中心現(xiàn)狀進行部署及優(yōu)化。

（3）硬件感知層：按照目前已有的感知層系統(tǒng)，根據(jù)方案提出新增或優(yōu)化方案。

（4）系統(tǒng)實現(xiàn)私有云部署：資源由場館方提供，原則以本地部署為主。

（5）系統(tǒng)需滿足SaaS服務(wù)，提供多租戶管理服務(wù)。即每個租戶都可以獨立管理一個類似于黃龍體育中心的場館項目。因此系統(tǒng)的使用對象為多個體育場館，且每個體育場館自成體系，數(shù)據(jù)相互隔離，可以獨立管理。

2 方案介紹

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)（如圖1所示）

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 硬件平臺

硬件感知層位于智慧體育場館系統(tǒng)的最底層，主要功能是通過感知設(shè)備和傳感技術(shù)對場館內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施、軟硬件設(shè)備、人員等進行物理感知，實現(xiàn)對位置、身份、行為、狀態(tài)、環(huán)境、客流、能耗、照明、網(wǎng)絡(luò)、競賽信息等的信息和數(shù)據(jù)采集，提供時間同步服務(wù)。包括黃龍體育中心新建和原有的機電設(shè)備系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、動力中心系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)備、設(shè)施系統(tǒng)。硬件感知層應(yīng)與智慧體育場館基礎(chǔ)平臺層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層聯(lián)動，實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)傳輸，支撐平臺和系統(tǒng)正常運行。

2.3 軟件平臺

項目將構(gòu)建云計算平臺，通過云平臺的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源池，可供應(yīng)用部署于新建設(shè)的云計算平臺中，做到后期基礎(chǔ)架構(gòu)的統(tǒng)一管理、靈活應(yīng)用、平滑擴展，同時，基于云平臺的開放快捷性，快速部署一些新型增值業(yè)務(wù)。

彈性資源，橫向擴展：整體體現(xiàn)云計算的資源池化、彈性架構(gòu)、可擴展性、高可用、按需分配資源和分布式的設(shè)計要求。

分布式基礎(chǔ)架構(gòu)：可以基于通用的X86服務(wù)器，部署類似于Google數(shù)據(jù)中心的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)，實現(xiàn)計算資源和存儲資源的極簡架構(gòu)、彈性橫向擴展、智能調(diào)度和支持數(shù)據(jù)自動智能修復。

面向未來的智能軟件定義數(shù)據(jù)中心：云平臺需要能夠順應(yīng)“軟件定義數(shù)據(jù)中心”的未來發(fā)展趨勢，云平臺支持分布式存儲和軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

2.3.1 一體化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺

一體化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺是基于云計算平臺的基礎(chǔ)平臺服務(wù)，通過邊緣側(cè)接入計算能力，通過云管邊、云邊協(xié)同構(gòu)成了云邊一體解決方案。平臺提供安全可靠的設(shè)備連接通信能力，海量數(shù)據(jù)的清洗能力，基于物模型的數(shù)據(jù)標準化能力，賦予用戶數(shù)據(jù)、應(yīng)用、運維本地化和設(shè)備數(shù)據(jù)采集上云、遠程運維、集團化管理的雙重選擇權(quán)利。同時提供功能豐富的標準化本地應(yīng)用，幫助用戶在保障數(shù)據(jù)安全的前提下達成本地化運營管理的目標。另外平臺還提供豐富的API以及基于云端的工具套件及數(shù)據(jù)增值服務(wù)，幫助用戶將應(yīng)用快速集成、快速部署、持續(xù)改進及運維。

2.3.2 邊緣計算平臺

采用微服務(wù)架構(gòu)，通過網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一提供服務(wù)能力，各業(yè)務(wù)模塊采用面向領(lǐng)域模型的事件驅(qū)動設(shè)計，業(yè)務(wù)功能充分解耦，同時提供水平分布式擴展能力以應(yīng)對業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。部署架構(gòu)采用云邊一體虛擬化節(jié)點統(tǒng)一管理，通過在云端和邊緣節(jié)點間建立邊緣通道進行代碼打包、遠程快速部署，虛擬節(jié)點支持高可用、遠程升級、熱部署。

2.3.3 數(shù)據(jù)通訊

在場館部署5G宏基站和微基站，實現(xiàn)區(qū)域5G覆蓋。場館設(shè)備支持各種設(shè)備對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議，包括BACnet、Modbus、ZigBee、NB-IoT等。設(shè)備接入?yún)f(xié)議依據(jù)各設(shè)備廠商的具體協(xié)議進行對接，對于標準協(xié)議通過物聯(lián)網(wǎng)平臺接入，對非標協(xié)議，假設(shè)廠商提供SDK，則通過系統(tǒng)使用SDKAPI直連到系統(tǒng)。

基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）儼然已成為萬物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個重要分支，作為IoT領(lǐng)域一個新興的技術(shù)，NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。NB-IoT支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，支持待機時間長、對網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。

ZigBee無線通信技術(shù)還可應(yīng)用于小范圍的基于無線通信的控制及自動化等領(lǐng)域，可省去計算機設(shè)備、一系列數(shù)字設(shè)備相互間的有線電纜，更能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同數(shù)字設(shè)備相互間的無線組網(wǎng)，使它們實現(xiàn)相互通信，或者接入因特網(wǎng)。

Modbus協(xié)議是一項應(yīng)用層報文傳輸協(xié)議，是一種工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準。包括ASCII、RTU、TCP三種報文類型。標準的Modbus協(xié)議物理層接口有RS232、RS422、RS485和以太網(wǎng)接口，采用Master-Slave方式通信。

BACnet，Building Automation and Controlnetworks的簡稱，即樓宇自動化與控制網(wǎng)絡(luò)。適用于智能建筑的通信協(xié)議。一般樓宇自控設(shè)備從功能上分為兩部分：一部分專門處理設(shè)備的控制功能；另一部分專門處理設(shè)備的數(shù)據(jù)通信功能。而BACnet就是要建立一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信標準，使得設(shè)備可以互操作。

2.4 安全措施

（1）保護網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可用性；（2）保護網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)的連續(xù)性；（3）防范網(wǎng)絡(luò)資源的非法訪問及授權(quán)訪問；（4）防范入侵者的惡意攻擊與破壞；（5）保護企業(yè)信息在網(wǎng)上傳輸過程中的機密性、完整性；（6）防范病毒的侵害；（7）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的安全管理。

2.4.1 網(wǎng)絡(luò)安全

服務(wù)器是系統(tǒng)的核心，采用雙服務(wù)器，無論主服務(wù)器何時出問題，從服務(wù)器都可替代主服務(wù)器的服務(wù)功能。工作站分布在場館的各個角落，本地不保存數(shù)據(jù)，工作站一律不安裝軟驅(qū)、光驅(qū)，屏蔽USB口，有效地杜絕了病毒的侵入。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與外界完全隔絕，避免病毒的侵入。訪問控制通過設(shè)定權(quán)限控制用戶對特定數(shù)據(jù)的使用，使每個用戶在整個系統(tǒng)中應(yīng)具有唯一的賬號，既方便靈活地操作自己的程序和調(diào)用數(shù)據(jù)，又禁止用戶對無關(guān)目錄進行讀寫。

2.4.2 數(shù)據(jù)安全

（1）系統(tǒng)采取定期備份和數(shù)據(jù)容災(zāi)備份等措施來保證數(shù)據(jù)的安全。（2）系統(tǒng)提供聯(lián)機的數(shù)據(jù)備份能力，保證數(shù)據(jù)的完整性和有效性。（3）系統(tǒng)對用戶數(shù)據(jù)采取特定的安全措施，防止用戶數(shù)據(jù)泄露、丟失和被非法修改，保障用戶利益。

2.4.3 系統(tǒng)安全

執(zhí)行7×24小時值班管理制度，配置專門系統(tǒng)監(jiān)控人員，利用專用網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)監(jiān)控程序隨時監(jiān)督系統(tǒng)是否正常運行以及系統(tǒng)軟硬件是否工作正常。應(yīng)用服務(wù)器設(shè)定為自動重啟狀態(tài)，一旦因掉電或其它系統(tǒng)故障導致服務(wù)器宕機可立即重啟所有服務(wù)進程。定期進行應(yīng)用系統(tǒng)的安全漏洞掃描。做好應(yīng)用系統(tǒng)SQL漏洞注入、跨腳本漏洞注入安全防范工作。對數(shù)據(jù)庫的操作進行一致性認證，禁止對數(shù)據(jù)庫進行手工操作。系統(tǒng)用戶賬號管理、密碼管理、數(shù)據(jù)訪問權(quán)限和功能操作權(quán)限管理滿足統(tǒng)一認證需求。

2.4.4 應(yīng)急預案

設(shè)定通信網(wǎng)絡(luò)故障應(yīng)急預案、不良信息和網(wǎng)絡(luò)病毒事件應(yīng)急預案、計算機軟件系統(tǒng)故障應(yīng)急預案、黑客攻擊事件應(yīng)急預案、機房硬件設(shè)備故障應(yīng)急預案等。

3 代表性及推廣價值

黃龍體育中心是一個集體育比賽、文藝表演、健身娛樂、餐飲住宿、商務(wù)辦公和購物展覽于一體的多功能場所，其主體育場已成為浙江省和杭州市的標志性建筑之一。作為2022年杭州亞運會主要承辦場館之一，本次黃龍體育中心改造工程將以全力保障亞運會賽事為目標，充分圍繞“綠色、智能、節(jié)儉、文明”的理念，把“大國風范、江南特色、杭州韻味”融入設(shè)計的每個細節(jié)。同時，改造工程還包括建設(shè)冠軍俱樂部和冠軍博物館，以新穎的建筑形式、珍貴的歷史物件和影像資料，展示浙江體育發(fā)展歷程，講好浙江體育故事，成為浙江省弘揚“勇于拼搏”體育精神的重要窗口。改造后的場館煥然一新，全力保障亞運會賽事為目標，正式邁入“亞運時代”。

摘自《自動化博覽》2022年2月刊