系統集成技術在智能樓宇信息化建設的研究

吳小冬

【摘 要】為了解決智能樓宇各系統難以協作和互操作的問題，通過采用MAS技術進行信息系統的集成，引入OPC技術實現信息系統與操作系統的無縫連接，提出了系統集成技術在智能樓宇信息化建設的方案。該方案所具有的擴展性和開放性能夠滿足快速發展的物聯網所產生的爆炸性的信息協同與共享的需求。

【關鍵詞】系統集成 智能樓宇 信息化 MAS OPC

1 引言

隨著物聯網技術和互聯網技術的快速發展，現代樓宇的建設已經適應了社會信息化和高科技的方向。智能樓宇是集建筑、信息技術以及計算機技術為一體的產物，其核心是建立一套完整的信息系統集成方案，實現信息聯動控制、資源共享、安全節能、綠色環保的目標。已有不少研究者對智能樓宇的信息化建設提出相關方案，比如：伍洋[1]采用IBMS（Intelligent Building Management System，智能大廈管理系統）集成平臺實現智能樓宇系統集成的設計；陳勇[2]根據各子系統的功能采用網絡集成技術實現樓宇智能化集成系統的設計；段鵬[3]采用Web服務技術進行智能樓宇系統集成模型研究等。上述研究一般都專注信息控制集成技術，沒有詳細闡述信息化全過程的信息集成技術，因此針對研究者的缺陷，本文提出系統集成技術在智能樓宇信息化建設的方案，從信息集成系統和信息控制系統兩方面闡述智能樓宇在信息化建設過程中的集成技術，采用MAS（Multi-Agent System，多服務器系統）和OPC（OLE for Process Control，用于控制OLE的技術）集成技術，借助Web技術實現數據通信，從而實現信息系統與操作系統的無縫連接。

2 集成技術的相關研究

2.1 智能樓宇系統集成的介紹

在闡述智能樓宇系統集成之前，有必要先對智能樓宇進行介紹。智能樓宇是“3A型智能建筑物”，即具有BA（Building Automation，樓宇自動化）、OA（Office Automation，辦公室自動化）、CA（Communication Automation，通信自動化）功能的建筑。

顧名思義，智能樓宇的系統集成定義為：為了實現智能樓宇的“3A”功能，依靠計算機技術、自動化控制技術和通信技術、集成技術等，將各主要設備子系統的功能和信息集成到統一的操作平臺，實現所有子系統的信息得以融合，協調子系統的協同工作，從而實現智能樓宇各子系統的信息綜合、集成、共享以及設備的互操作化。

智能樓宇集成有兩個問題需要解決：智能樓宇的集成技術和智能樓宇的集成模式。本文將只針對智能樓宇的集成技術進行研究。

2.2 傳統智能樓宇的集成技術研究

目前的智能樓宇包含電梯、消防、溫度控制等多個系統，由于各個系統之間并沒有實現信息的集成共享與互動，因此不能發揮管理的最大化效益。

傳統智能樓宇的集成技術包括MAS技術、OPC技術、嵌入式以太網技術，具體如下：

（1）MAS技術

MAS技術最初起源于分布式人工智能，Brooks教授于1997年把MAS引進智能樓宇的控制體系結構。MAS系統的實現是由多個Agent進行協調與協作、通信與交互技術實現控制的，因此MAS必須具備以下兩種能力：

MAS的協調與控制

由于每個Agent都具有自治性，單個Agent采取的行動都是按照設定的規則進行的，經常會出現Agent之間的沖突，因此必須按照一定規則進行協調。

MAS方法包括顯示協調和隱式協調兩類。其中，顯示協調是一種明確的、直接的協調機制，早期的控制系統大多數采用這種規則進行協調，但是由于顯示協調不能解決動態、實時、復雜的環境，所以現在很多控制系統采用隱式協調規則進行控制；隱式協調是指Agent被設計成遵循某局部的行為準則，在某種條件下把矛盾轉化成可解的多項式，進而為處理大量可能沖突形成了全局一致的方案，但是不能處理交互通信的情況。

通信和交換技術

實現多個Agent之間的信息共享與交互，能夠有效地解決多Agent之間的沖突。通信量與問題發生的類型以及交換信息的多少息息相關，傳統的通信系統已經不能滿足日益增加的信息量交互的需求。

（2）OPC技術

OPC技術由于是采用軟件的方式實現系統之間的互聯關系，因此能夠簡化系統集成的程序。但是，該集成沒有考慮到人的作用，所以當人的目標與系統的目標發生沖突時，無法協調矛盾。

（3）嵌入式以太網技術

以太網技術以廉價、方便的優勢為網絡集成商所追捧。由于該技術是采用Web服務器用定時刷新數據提供瀏覽的方式，因此往往不能滿足智能樓宇監控系統中實時性的要求。

（4）現代的集成系統需求

現代的集成系統是一個開放、實時的系統，其功能包括如下：

可按照用戶的需要自動擴展信息集成的規模；

支持即插即用；

低成本實現實時信息互通以及實時通信。

因此，本文結合以上三種技術的優勢，采用MAS技術搭建信息系統，實現系統的信息集成，將人的活動與子系統的信息聯系在一起，充分考慮人的重要性；利用OPC技術搭建信息系統，提高系統互操作性的能力，同時借助以太網技術進行數據的傳輸，以實現控制系統和信息系統的無縫連接，從真正的意義上實現智能樓宇的信息化建設。

3 系統集成技術在智能樓宇信息化建設的

研究

3.1 智能樓宇的信息系統集成模型

智能樓宇信息系統集成模型是一個多Agent模型。該模型不僅能夠實現多Agent之間進行單獨的交流、協作和信息交互，而且還能把人與樓宇的互動作為一個獨立的Agent，實現人和其他樓宇信息智能化系統的Agent之間的信息共享與交互。

（1）模型構成

智能樓宇的信息系統集成模型由多個子系統構成，包括CNS（Communication and Network System，通信與網絡集成系統）子系統、SAS（Security Automation System，安防自動化子系統）子系統、FAS（Fire Alarm System，消防自動化子系統）子系統、OAS（Office Automation System，辦公室自動化子系統）子系統、BAS（Building Automation System，樓宇自控子系統）子系統、Person子系統以及各Agent。具體如下：

CNS：包括有線電視系統、廣播音響系統、電話通信系統、衛星通信系統以及計算機信息網絡系統等；

SAS：包括巡更管理系統、防盜報警系統、視頻監控系統、周界防范系統、停車系統；

FAS：包括自動報警系統、公共廣播、自動滅火系統；

OAS：包括信息發布系統、智能會議系統、無紙辦公系統、智能一卡通系統；

BAS：包括飲水供應系統、用電照明系統、電梯控制系統、空調系統、給排水系統等。

基于上述子系統以及Agent的相互關系，構成智能樓宇的信息系統集成模型，相關的結構圖如圖1所示。

（2）模型實現

圖1中的各子系統的功能是不同的，那么如何通過各Agent實現信息的集成呢？下面將重點介紹子系統Agent、B Agent（Borad Agent，黑板代理）、C Agent（Coordinator Agent，協調代理）以及Person Agent（個人代理）的功能和工作原理。

子系統Agent

智能樓宇信息系統集成模型的各子系統的功能是基于規劃層、行為層以及協作層實現的，具體如下：

規劃層的主要功能是實現日常事務。日常事務的執行周期是不同的，具有相同執行周期的事務由一個繼承Ticker Behavior類的行為類來實現。

行為層的主要功能是處理應急實現，每個動作由一個繼承One Shot Behavior類的行為類來實現。一般采集到的消息由一個Cyclic Behavior類進行診斷，如果診斷結果與設定的條件相符合，那么系統會啟動相應的動作放入Action緩沖池等待執行。

協作層的主要功能是協調Agent之間的工作協作。當不同Agent之間的目標發生沖突時，系統采用分布和集中相結合的方式來處理沖突。

B Agent

B Agent的主要功能是維護數據庫，以供Agent實現存儲和查詢。

C Agent

如果發生沖突，該沖突將交由推理機進行協調，根據推理機生成的結果轉換成意圖放進Action緩沖池等待執行，并把協調的結果反饋給沖突各方。

Person Agent

如果收到其他Agent的協作信息，Person Agent會根據自身的意愿、現有的動作以及規劃，對其他Agent的協作信息進行判斷，以便確定是否進行協作。

3.2 智能樓宇的信息控制集成模型

（1）模型構成

為了解決各子系統的互操作問題，將數據使用者（OPC Application）和連接數據源（OPC Server）之間的軟件接口標準OPC技術應用于系統集成的過程，并采用設備→子系統→集成系統[4]。具體如圖2所示。

（2）模型實現

圖2的模型是由控制層、數據通信以及管理層實現各子系統之間的交互和互操作功能，從而實現信息和資源的共享與傳輸。具體如下：

現場采集設備層作為最底層，這些設備不僅能夠獨立完成采集的功能，而且能夠通過網絡接口實現與其他設備進行信息交互和共享；

控制層具有軟硬件接口的模塊化結構，采用軟件接口標準OPC技術應用于系統集成；

數據通信采用以太網技術，具有信息交互、通信的功能，具體是通過標準的OPC接口與OPC Server對接來實現數據傳輸；

管理層負責對上傳的數據進行分析，并根據相關的分析結果生成報表的功能。

3.3 小結

本文所提到的模型受限于現有服務器性能不足而無法進行驗證，因此在未來必須對傳統的設備加以改進，引進新的服務器提高系統集成技術在智能樓宇信息化建設的效果。

4 結束語

本文通過對MAS、OPC和嵌入式以太網技術進行研究，并根據這些技術的優缺點，提出了系統集成技術在智能樓宇信息化建設的方案。該方案采用MAS技術將人的活動與子系統的功能有機連接，以此實現多源信息的集成；采用OPC技術提升各子系統的互操作性，使得系統更加開放且具有擴展性，因此更容易滿足物聯網高速所產生的爆炸性信息的存儲、交互和共享的需求。

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