基于小米智能家居平臺的無人機房環境監控系統改造

葛敏波

（寧波廣播電視集團，浙江 寧波 315036）

0 引 言

隨著科學技術的發展及調頻廣播發射技術的進步，無人機房運行模式已經悄然成為偏遠地區及高山地區機房的一種必然趨勢。在無線覆蓋的技術體系當中，高海拔可以提升覆蓋效果，但是受到高山地形、氣候環境及運營成本等客觀條件的限制，高山發射機房往往只能采用無人機房運行模式。高山發射機房設備的可靠性和機房環境的安全性是保證無人機房能夠確保安全播出的重要依仗。因此，對機房設備和機房環境的遠程監測，成為機房技術系統必不可少的重要組成部分[1]。

無人發射機房一旦沒有環境監控，則無法實時掌控設備運行情況，在設備發生故障的時候，不能第一時間發現故障，更加難以定位故障原因，特別是多處故障并發時必將無從下手。因此，環境監控的缺失直接影響維護支撐手段的質量。同時，無人機房一般都處于高山或者偏遠地區，道路狹窄崎嶇，交通不便，特別是遇到雨雪天氣，對上山工作的維護人員人身安全造成相當大的隱患[2-5]。因此，通過環境監測系統判斷到場運維的必要性也顯得尤為重要，能夠規避一些非必要運維場景，減輕運維壓力，也能幫助明確運維事件的緊急程度，確保對關鍵事件的及時響應，提升安全播出的質量和可靠性。

1 傳統環境監測系統的建設現狀

傳統的環境監測系統由三部分組成，即機房的前端采集和傳感裝置及處理系統、后臺數據存儲系統、監控集中顯示及查詢告警系統。這些系統配置又分為軟件產品和硬件產品兩部分，軟件產品包括中心數據庫，采集軟件，客戶端軟件，查詢或報表軟件等；硬件產品包括各類傳感器、數據對接設備、中心服務器以及PC 客戶端等，視頻監控還需要另外配置中心視頻存儲服務器等。除了軟硬件的高要求外，傳統環境監測系統的安裝部署也是一大難題，復雜的硬件連接、布線造成整個系統在真實落地的階段需要安裝人員具有很強的動手能力，需要對系統的架構有著清晰的認知，還要能夠對復雜專業的后臺軟件和數據庫進行配置，這往往無法通過臺站本身的技術團隊來獨立完成。這些施工過程中產生的人力消耗、安裝輔材也帶來了整體系統成本上的增加，提高了系統的實際落地費用，特別是在中小規模的系統建設當中，這部分費用所占的比例較大。

在功能模塊方面，傳統環境監控系統的告警模式一般僅有聲光告警，只能在PC 客戶端上查看，如果需要增加手機端的環境數據和狀態查詢、告警查詢，則需要另外進行相匹配的手機軟件的開發，再次增加系統開發的成本[6-8]。

2 用智能家居平臺構建無人機房環境監控系統的可行性分析

相較于傳統專業環境監測系統搭建的高難度和昂貴的造價，隨著近年來智能家居平臺的不斷發展進步，利用智能家居平臺的高靈活性、高性價比、強大功能來構建無人機房環境監測系統，也是一個不錯的選擇[9-11]。經過篩選比較，米家智能家居平臺擁有豐富的產品線，在智能家居產品的市場占有率處于第一位，品牌口碑良，自帶高效系統，產品實際功能豐富實用、配套齊全，屬于市場上高性價比產品的第一梯隊，因此，本文選擇米家智能家居平臺作為改造無人機房環境監測系統的技術平臺。

2.1 智能家居產品標準統一、組合靈活

小米米家智能家居的產品高度集成，外形小巧，設計簡單美觀，自帶配件，既方便了設備安裝又省去了另外購買配件的麻煩，操作起也相當簡易。小米米家生態采用封閉系統，設置了統一的準入機制和內部生態標準，系統內的生態鏈產品匹配度非常高。

智能家居平臺內的設備通過WiFi、藍牙以及ZigBee 等無線網絡完成短距離通信，感知信息通過自組織聯網實現信息傳輸[4]。這些物聯網網絡連接協議具有雙向通信的功能，使安防報警等模塊可以通過無線網絡連接入智能家居平臺中，無需復雜的布線，用一種相對簡易的方式實現設備組網，實現“物與物”、“人與物”之間的信息交互，進而輕松實現家庭設備的智能化控制，徹底擺脫復雜布線和安裝技術門檻帶來的各種問題，而且由于沒有復雜的布線，使智能家居的系統維護變得相當的簡單，無需破壞墻面等設施就可以輕松完成安裝與維護。

2.2 產品線豐富齊全、功能強大

小米米家智能家居豐富的產品設備涵蓋了無人機房在安全、環境感知等方的面監控需求，可以通過產品設備的組合來滿足實際應用場景的方方面面。在安全方面，通過人體傳感器和門窗傳感器的組合，可以有效實現對機房內是否有人或者異常物體入侵的感知，再由智能攝像機的機房畫面捕捉，完成對入侵情況的判斷。環境感知方面，通過天然氣衛士、電子溫濕度計、煙感衛士及水浸衛士等產品完成對起火、漏水、溫濕度異常等情況的監測。

當觸發環境監測設備時，通過在App上的設置，監控設備將產生一條告警，可以同時在手機、智能音箱、平板等多個終端上產生一條語音告警。由于米家智能家居系統的數據集中于云端，維護人員可以在手機App 中查看各項報警記錄，還可以在多個終端上查看系統中所連接設備的實時狀態，還可以通過多個終端對系統連接中的設備進行遠程操控。得益于米家平臺先進的技術應用場景，還可以通過語音交互、穿戴設備聯動、語音轉換文字等方式，大大提高環境監控系統的可用性。

2.3 云端架構帶來的技術和成本優勢

米家智能家居系統的數據存儲與交互采用云服務器的方式，所有的設備統一交互于云端，各項產品設備通過WiFi 直接連接云端或者通過藍牙、Zigbee連接智能網關，再通過網關連接網絡，從而連接于云端[12-14]。硬件產品組成一套完整的閉環，所有設備數據都集中于云端，輕松實現智能設備互聯。這樣既可以讓操作變得簡單，又不需要另外配備物理服務器。云服務器相較傳統服務器優勢有以下幾點。

（1）安全方面。云服務器具有極高的安全標準，具有高效的防御機制和自我保護功能。傳統的物理服務器是自建機房，機器的故障率高。

（2）應用性能方面。云服務器可以根據實際情況快速獲取性能需求，進行業務部署，如果后期還有業務增加，也可以跟進部署。傳統物理服務器需要根據業務需求來增加實際設備，還要投入大量的人力和時間來完成設備的落地。

（3）節約成本。云服務器的特點是按需支付消費，可以避免浪費，降低綜合成本。傳統物理服務器從設備采購到應用部署，需要投入大量的人力和時間來完成設備的落地，綜合成本太高。智能家居平臺一般提供免費的基礎云服務，已經滿足日常使用需求，在費用方面的優勢尤為顯著。

（4）管理省心。云服務器可在遠程管理平臺進行操作管理，免去運維投入，解決了傳統物理服務器需要多種運維人員處理不同業務的管理和運維難題。

2.4 智能家居產品具備高性價比

小米智能家居平臺繼承了小米一貫的性價比屬性，性能和可靠性總體良好、滿足使用需求。且依托于小米生態鏈的議價能力和規模效應，米家智能家居相應的產品能夠在相對低的價格的情況下，實現不錯的功能。從表1 可以看出，智能家居平臺單體配件的價格優勢明顯，一般只是傳統環境監控系統配件價格的3-6 折。

表1 智能家居與傳統環境監測系統部分配件價格對比

就系統建設的整體成本而言，智能家居平臺的優勢更為明顯。傳統的環境監測系統在硬件搭建完成的情況下，配套軟件系統的安裝和調校開發也是系統運行的必要條件，配套的軟件系統往往以各種方式計入項目成本，客戶端系統、數據庫和輔助軟件的價格少則幾千，多則幾萬，而智能家居方面這些軟件的費用基本為0。

3 五獅山無人機房環境監測方案實例

五獅山機房位于海拔557 m 的五獅山山頂位置，是典型的高山無人值守機房。五獅山植被密集，春天環境潮濕，雨水較多，夏天臺風，冬天冰凍，很容易造成進水、冰凍等自然災害。所以在沒有環境監測系統的情況下，技術維護人員無法在第一時間了解現場詳細的情況，容易造成維修延誤。另外，山間道路崎嶇，行路困難，每次現場運維都是一次艱難的任務。如果有環境監測系統，技術維護人員可以第一時間發現異常，及時解決機房內異常情況，避免造成不必要的停播事故，也可正確判斷是否需要到達現場運維，這樣能夠提高運維效率。

3.1 機房環境監測系統結構

五獅山機房環境監測系統結構如圖1 所示。

圖1 五獅山機房環境監測系統結構圖

從系統結構圖可以看到，系統分為內外網絡，內網以WiFi 網絡為基礎，掛載了攝像頭、水浸、門窗、溫濕度等傳感報警裝置；外網則以4G 網絡為核心，通過4G 信號放大器連接外網傳輸。該系統實現了對于安防、人員入侵、水浸、火災等各種異常狀態的監測功能，還具有遠程攝像頭和照明控制功能，使維護人員可以全面掌握機房環境和運行狀態。機房內還額外配置了一臺不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS），所有環境監測設備都連于其上，在斷電的情況下可以保障4 個小時的供電，減少因為斷電或者電力異常等情況造成的停播。

3.2 環境監測設備的實際安裝

客戶端部分，在本地無人機房與遠端值班處各配備了一臺小愛智能音箱，通過互聯網與系統內設備進行交互。當五獅山機房內發生異常，小愛音箱會立即產生一條告警記錄，可以根據需求設置告警聲音長短及報警方式，并通過智能音箱界面對系統內的設備進行遠程操控。除了傳統觸摸屏操作以外，還能用語言喚醒智能音箱查看告警狀態。兩地智能音箱支持視頻通話，所有告警和操作均可通過手機端App 進行同步操作，并直接與智能音箱進行跨硬件音視頻交流，很好地拓展了技術運維的應用場景。環境監測設備的實際安裝如圖2 所示。

圖2 環境監測設備的實際安裝

4 結 語

通過智能家居平臺實現無人機房的環境監控，不僅安裝快捷方便，而且在設備本身價格就較其他品牌產品便宜的情況下，又省去了配備服務器主機和安裝等額外費用，相較于傳統環境監控系統，只用了五分之一的價格就完成了整個環境監測系統的搭建。在具備多種環境監測功能的基礎上，本文所述的系統具有各種渠道的告警提醒功能。智能家居平臺環境監控系統還額外實現了智能交互、語音喚醒識別以及多終端通話等功能，雖然也存在諸如設備可靠性一般、數據二次開發困難等短板，但是依然不失為一種優秀的智能化環境監測解決方案。