弱電智能化系統設計與技術應用研究

徐寅秋

關鍵詞：弱電智能化；智能建筑；人臉識別；智慧應用

1引言

近年來，大數據、云計算、物聯網、5G移動通信、人工智能、人臉識別等技術的不斷完善及進步，與弱電智能化系統緊密結合，為智能建筑發展注入了新的生命力[1]。建筑作為人類活動最為密切的空間單元，正在從“智能建筑”向“智慧建筑”不斷進化，“智慧建筑”是在“智能建筑”基礎上疊加智慧應用的新型建筑形態。

2項目概況

張園城市更新西區115-02地塊（以下簡稱張園西區）位于上海市靜安區南京西路歷史文化風貌區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。張園西區為開放式商業，無停車場、無地下室，共有16棟單體建筑，包括市優秀歷史建筑12處、文物保護點4處，均為石庫門多層公共建筑，是上海極具魅力的著名私家園林，也是目前上海規模最大、保存最完整、擁有城市中心區稀缺性、典型性高質量石庫門里弄建筑群，有“海上第一名園”的美稱。張園西區為上海實施保護性征收改造的首個城市更新項目，也是市中心典范項目。

3弱電智能化系統設計與技術應用

3.1信息設施系統

3.1.1綜合布線系統

綜合布線系統是智能建筑的“信息高速公路”，采用開放式星形拓撲結構，主要為語音通信、有線及無線網絡、安防系統、IP廣播、信息發布、樓宇自控等系統提供物理鏈路來傳輸各種信號，是整個弱電智能化系統的神經中樞，可直接影響弱電系統的性能和壽命。綜合布線系統可劃分為工作區子系統、水平子系統、管理子系統、設備間子系統、干線子系統、建筑群子系統。綜合布線系統拓撲圖如圖1所示。

語音及數據點位采用模塊化互換式設計原則，能通過靈活調配，實現自由交接。水平子系統的銅纜最大長度不應大于90m。在設計時，應根據使用帶寬、阻燃要求、防水要求、屏蔽要求等進行銅纜選型[2]。

3.1.2計算機網絡系統

根據使用功能和承載業務的不同，該系統分為客用無線網、物業辦公網、智能化設備網、AV網。4套網絡物理隔離，均采用核心層、接人層2層網絡架構。所有交換機均應具備網管功能，支持遠程監控及故障的過程診斷和恢復。

客用無線網主要為內部人員以及外來游客提供無線Wi-Fi上網服務，接人層交換機須支持POE供電功能，能夠通過網線為無線AP提供信號和電源：物業辦公網主要由物管、商管辦公等內部人員使用，滿足其日常辦公與管理需要：智能化設備網主要為視頻監控、出人口控制、樓宇自控、能效監管、環境監測、智能照明等弱電智能化系統聯網使用，不同子系統可根據需要，在一個局域網內通過VLAN劃分不同的虛擬子網，并進行網絡帶寬設置分配，以滿足不同子系統的傳輸需求；AV網主要承載公共廣播系統、信息發布系統。

3.1.3無線網絡系統

無線網絡系統是移動互聯高速接入的智能通道，采用基于無線控制器（AC）的瘦AP架構，系統應支持IEEE 802.llax（Wi-Fi6）標準，向下兼容802.11a/b/g/n/ac，并具有支持IPv4和IPv6的能力。通過分布在商業區域的無線AP，為客人和管理者提供隨時隨地、方便快捷的上網服務以及各種應用服務（如Portal認證、大數據分析、上網行為審計、商家信息推送等）。

3.1.4公共廣播系統

公共廣播系統是遠距離、大范圍內傳播聲音的系統。背景音樂、公共廣播、緊急廣播共用揚聲器，系統能對各分區進行背景廣播、業務廣播和緊急廣播，每個廣播分區既能獨立控制，又能集中管理。

系統采用IP網絡架構，納入AV網，由音源設備、IP網絡廣播主機、IP音頻采集器、網絡消防采集器、IP網絡功放、揚聲器等設備組成。所有分區的揚聲器均能在發生火災報警時切換成消防緊急廣播。

3.1.5信息發布系統

信息發布系統是基于網絡傳輸的多媒體播放控制系統。通過AV網將編輯后的節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器內或本地預存的節目。信息采編播控工作站也可采用點對點控制或群組控制的方式，對各顯示終端進行遠程控制，插播文字、圖像或視頻等內容。

3.1.6無線對講系統

無線對講系統由數字信道機、天饋線系統、數字對講機等組成，便于保安、工程、保潔、服務等內部人員隨時隨地聯絡使用。其采用數字集群系統架構，配置4臺數字信道機，可提供不少于8個通話組。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射功率控制在國家電磁防輻射規定的15dBm/載波以內。

3.2公共安全系統

3.2.1視頻監控系統

視頻監控系統（VSS）是采用視頻技術探測、監視監控區域并實時顯示、記錄現場圖像的電子系統，可提供相對完整且最直觀的視覺信息，在安防領域具有較廣泛的應用。系統采用IP網絡架構，由彩色數字攝像機、人臉抓拍攝像機、人臉抓拍智能分析存儲設備、綜合型數字錄像設備、圖像上墻高清解碼設備、拼接屏、視頻監控綜合管理平臺等組成。

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置人臉抓拍攝像機，要求清晰顯示人員的面部特征及活動情況：電梯轎廂內設置電梯半球攝像機清晰顯示電梯轎廂內全景，并具有樓層顯示及電梯運行狀態感知功能；各建筑頂層平臺出入口設置彩色數字攝像機，搭配入侵探測器進行報警視頻聯動。配置綜合型數字錄像設備對所有圖像進行實時記錄，通過高清拼接屏進行視頻圖像顯示。

3.2.2出入口控制系統

出入口控制系統（ACS）采用通信技術、計算機技術對受控出人口進行人員通行權限識別、出人口控制點執行及監測等控制，同時具有脅迫信號識別和系統自我保護等功能。該系統采用TCP/IP網絡組網方式，由識讀設備、出人口控制器、電鎖、出門按鈕、發卡器、系統軟件等組成。

ACS系統應能與火災自動報警系統進行聯動，當發生火警或需緊急疏散時，人員不使用憑證，即可迅速安全通過各門禁通道門。斷電開啟的出人口控制點應配置備用電源，并確保執行裝置正常工作時間不少于48小時。

3.2.3入侵和緊急報警系統

入侵和緊急報警系統（I&HAS）采用RS-485總線制結構，由入侵探測裝置、緊急報警裝置、聲光報警裝置、防區模塊、報警控制指示設備、系統軟件等組成。

入侵探測裝置和報警控制指示設備應具有防拆報警功能，備用電源應能保證I&HAS系統正常工作時間不少于8小時。安防中心控制室的緊急報警裝置與區域報警中心聯網，采用PSTN（公共電話網）進行報警信號傳輸，報警響應時間不大于20s。I&HAS系統應避免誤報，且不得漏報。

3.2.4實時電子巡檢系統

實日寸電子巡檢系統是以“智慧城市”“智慧公安”“智能安防系統”中實有力量（人員）信息、數量管理及智慧物業安全生產管理為導向的新一代保安智能巡檢系統設備，能夠通過3G，4G，Wi-Fi，北斗網絡，及時地將巡檢信息及異常報警信息上傳到管理中心。

3.2.5智能安全防范系統

智能安防系統針對人、車、物、事件等進行感知探測，最大限度地體現安防系統的智能深度，通過對系統的運行和報警信號進行集成、分析、統計，為公共安全提供態勢感知、系統預警、決策支撐，從而為智能應用提供預警提示。智能安防系統以有效、管用為準則，結合各個行業及建設場景的實際情況，為公共安全的事件處置、預案實施、日常管理提供信息化依據。智能安全防范系統基本組成如圖2所示。

3.2.6消防設施物聯網系統

消防設施物聯網系統的體系架構自下而上由感知層、傳輸層、應用層、管理層構成。系統24h對消防水系統、火災自動報警系統、電氣火災監控系統、消防設備電源、防火門啟閉等進行物聯監測，如有消防隱患或設備故障，可通過平臺終端和短信發送預警、報警信息，以提高人員工作效率和消防安全指數。

3.3建筑設備管理系統

3.3.1樓宇自控系統

樓宇自控系統（BAS）采用分布式集散控制方式，可對建筑物內的暖通空調、冷熱源、給水排水、變配電、送排風、照明、電梯等設備進行集中管理、分散控制，以確保設備的安全可靠運行，加強樓內機電設備的現代化管理，并創造節能、舒適與便利的工作環境，提高經濟效益。

BAS系統分為管理網絡層、控制網絡層、現場網絡層3層結構。管理網絡層由服務器、工作站和BAS軟件組成，通過TCP/IP進行通信，數據傳輸速率不低于100 Mbps。控制網絡層采用IP型DDC控制器，基于BACnet IP協議進行通信。現場網絡層完成末端設備控制和現場儀表的信息采集，實現對機電設備的監控功能。

3.3.2能效監管系統

能效監管系統對建筑內的用水量（市政進水量、各單體建筑用水量）、用電量（照明插座用電、采暖空調用電、動力用電、特殊用電）進行分類及分項實時計量與數據分析，實現能源合理控制、計量準確、計費合理，既減少了物業管理人力和物力的支出，又提升了物業管理水平和工作效率。

能效監管系統由能耗管理服務器、能耗監控軟件、能耗數據采集器、多功能電表、數字水表等組成。多功能電表、數字水表通過RS-485通信接口接人能耗數據采集器，能耗數據采集器通過TCP/IP協議上行與能耗管理服務器通信。能效監管系統應自動、定時向相關部門能耗監測平臺發送能耗數據信息。

3.3.3環境監測系統

在各單體的電梯廳、商業公共區域、人流量密集的過廳以及室外區域，設置多功能環境監測傳感器，對室內、室外的環境參數（如PM2.5，PMlO，TVOC，二氧化碳，甲醛，溫濕度等）進行監測，通過總線接入DDC控制器，最終實日寸動態地在BAS的系統界面上呈現各區域內外的環境參數指標。

3.3.4智能照明系統

智能照明系統（LCS）具有多種控制方式，并可設置不同的場景控制模式，從而有效節約照明系統的能耗，并降低照明系統的維護成本。LCS采用基于KNX的通信協議，由KNXnet/IP協議網關、KNX總線電源、KNX開關模塊、線路耦合器、智能面板等組成。KNX線路耦合器設置于各建筑單體強電間的照明配電箱內，智能面板通過KNX總線連接線路耦合器，線路耦合器聯網總線接人KNXnet/IP協議網關，經協議轉換后，通過智能化設備網接人BAS系統。

3.4信息化應用系統

3.4.1室內定位系統

室內定位系統基于分布式藍牙定位技術，由ibeacon藍牙信標、定位網關、服務器、地圖引擎軟件、微信小程序等組成。其部署多個ibeacon藍牙信標，基于RSSI算法的三角定位原理實時持續廣播藍牙信號，并根據藍牙設備的信號強度計算當前位置，定位精度可達2m。該系統為人員定位導航、約會位置分享、商場智能導購等智慧應用提供了良好的解決方案。

3.4.2客流統計分析系統

客流統計分析系統由AI客流采集攝像機、客流統計服務器、軟件等組成。在商場進出區域設置AI客流采集攝像機，利用視頻智能識別技術采集各出人口的客流數據，通過客流分析軟件，可根據不同的時間、區域自動生成多種數據分析圖表。客流統計分析系統還可與商業POS系統進行對接，根據過店客流、進店客流、銷售額、門店面積等數據，獲取進店率及轉化率，從而科學評估各商家的吸客能力及營業績效，為商場運營提供決策依據。

4技術難點及解決措施

4.1人臉識別數據傳輸安全

人臉識別及安防設備的數據傳輸采用VLAN邏輯隔離的專用獨立網段，并對所有接人設備的交換機端口進行MAC地址綁定，交換機空余的網絡端口設置為禁用，以保證交換機端口之間互不干擾。

人臉抓拍攝像機、人臉抓拍智能分析存儲設備、人員身份人像數據采集系統、智能集成數據服務設備、智能安防集成應用系統等人臉識別相關設備均采用符合安全套接字協議（SSL）或安全傳輸層協議（TLS）前端加密、后端解密的方式進行加密傳輸，以符合數據傳輸安全策略相應的安全控制措施需求，具體如圖3所示。

4.2人臉識別數據存儲安全

人臉抓拍攝像機負責連續去重，人臉抓拍智能分析存儲設備負責間斷去重，采用邏輯隔離的方式，分別存儲人臉識別數據和個人身份信息，數據使用期限到期會自動刪除人臉識別數據。同時，設置防泄密USB防拔插設備對人臉抓拍智能分析存儲設備、綜合型數字錄像設備、視頻監控回放客戶端等USB端口予以綁定管理，以保證人臉識別數據存儲安全。

5結束語

本文以張園城市更新西區115-02地塊為例，綜合介紹了弱電智能化系統的設計與技術應用以及針對人臉識別應用及數據傳輸安全相關的技術問題。弱電智能化子系統眾多且復雜性強，在進行弱電智能化設計時應遵循場景思維，根據國家、行業及地方標準，結合具體項目實際情況和用戶使用需求做長期規劃，兼顧經濟性和實施維護便利性，以促使智能建筑高質、高效地發展為智慧建筑。