系统集成技术在智能楼宇信息化建设的研究

吴小冬

【摘 要】为了解决智能楼宇各系统难以协作和互操作的问题，通过采用MAS技术进行信息系统的集成，引入OPC技术实现信息系统与操作系统的无缝连接，提出了系统集成技术在智能楼宇信息化建设的方案。该方案所具有的扩展性和开放性能够满足快速发展的物联网所产生的爆炸性的信息协同与共享的需求。

【关键词】系统集成 智能楼宇 信息化 MAS OPC

1 引言

随着物联网技术和互联网技术的快速发展，现代楼宇的建设已经适应了社会信息化和高科技的方向。智能楼宇是集建筑、信息技术以及计算机技术为一体的产物，其核心是建立一套完整的信息系统集成方案，实现信息联动控制、资源共享、安全节能、绿色环保的目标。已有不少研究者对智能楼宇的信息化建设提出相关方案，比如：伍洋[1]采用IBMS（Intelligent Building Management System，智能大厦管理系统）集成平台实现智能楼宇系统集成的设计；陈勇[2]根据各子系统的功能采用网络集成技术实现楼宇智能化集成系统的设计；段鹏[3]采用Web服务技术进行智能楼宇系统集成模型研究等。上述研究一般都专注信息控制集成技术，没有详细阐述信息化全过程的信息集成技术，因此针对研究者的缺陷，本文提出系统集成技术在智能楼宇信息化建设的方案，从信息集成系统和信息控制系统两方面阐述智能楼宇在信息化建设过程中的集成技术，采用MAS（Multi-Agent System，多服务器系统）和OPC（OLE for Process Control，用于控制OLE的技术）集成技术，借助Web技术实现数据通信，从而实现信息系统与操作系统的无缝连接。

2 集成技术的相关研究

2.1 智能楼宇系统集成的介绍

在阐述智能楼宇系统集成之前，有必要先对智能樓宇进行介绍。智能楼宇是“3A型智能建筑物”，即具有BA（Building Automation，楼宇自动化）、OA（Office Automation，办公室自动化）、CA（Communication Automation，通信自动化）功能的建筑。

顾名思义，智能楼宇的系统集成定义为：为了实现智能楼宇的“3A”功能，依靠计算机技术、自动化控制技术和通信技术、集成技术等，将各主要设备子系统的功能和信息集成到统一的操作平台，实现所有子系统的信息得以融合，协调子系统的协同工作，从而实现智能楼宇各子系统的信息综合、集成、共享以及设备的互操作化。

智能楼宇集成有两个问题需要解决：智能楼宇的集成技术和智能楼宇的集成模式。本文将只针对智能楼宇的集成技术进行研究。

2.2 传统智能楼宇的集成技术研究

目前的智能楼宇包含电梯、消防、温度控制等多个系统，由于各个系统之间并没有实现信息的集成共享与互动，因此不能发挥管理的最大化效益。

传统智能楼宇的集成技术包括MAS技术、OPC技术、嵌入式以太网技术，具体如下：

（1）MAS技术

MAS技术最初起源于分布式人工智能，Brooks教授于1997年把MAS引进智能楼宇的控制体系结构。MAS系统的实现是由多个Agent进行协调与协作、通信与交互技术实现控制的，因此MAS必须具备以下两种能力：

MAS的协调与控制

由于每个Agent都具有自治性，单个Agent采取的行动都是按照设定的规则进行的，经常会出现Agent之间的冲突，因此必须按照一定规则进行协调。

MAS方法包括显示协调和隐式协调两类。其中，显示协调是一种明确的、直接的协调机制，早期的控制系统大多数采用这种规则进行协调，但是由于显示协调不能解决动态、实时、复杂的环境，所以现在很多控制系统采用隐式协调规则进行控制；隐式协调是指Agent被设计成遵循某局部的行为准则，在某种条件下把矛盾转化成可解的多项式，进而为处理大量可能冲突形成了全局一致的方案，但是不能处理交互通信的情况。

通信和交换技术

实现多个Agent之间的信息共享与交互，能够有效地解决多Agent之间的冲突。通信量与问题发生的类型以及交换信息的多少息息相关，传统的通信系统已经不能满足日益增加的信息量交互的需求。

（2）OPC技术

OPC技术由于是采用软件的方式实现系统之间的互联关系，因此能够简化系统集成的程序。但是，该集成没有考虑到人的作用，所以当人的目标与系统的目标发生冲突时，无法协调矛盾。

（3）嵌入式以太网技术

以太网技术以廉价、方便的优势为网络集成商所追捧。由于该技术是采用Web服务器用定时刷新数据提供浏览的方式，因此往往不能满足智能楼宇监控系统中实时性的要求。

（4）现代的集成系统需求

现代的集成系统是一个开放、实时的系统，其功能包括如下：

可按照用户的需要自动扩展信息集成的规模；

支持即插即用；

低成本实现实时信息互通以及实时通信。

因此，本文结合以上三种技术的优势，采用MAS技术搭建信息系统，实现系统的信息集成，将人的活动与子系统的信息联系在一起，充分考虑人的重要性；利用OPC技术搭建信息系统，提高系统互操作性的能力，同时借助以太网技术进行数据的传输，以实现控制系统和信息系统的无缝连接，从真正的意义上实现智能楼宇的信息化建设。

3 系统集成技术在智能楼宇信息化建设的

研究

3.1 智能楼宇的信息系统集成模型

智能楼宇信息系统集成模型是一个多Agent模型。该模型不仅能够实现多Agent之间进行单独的交流、协作和信息交互，而且还能把人与楼宇的互动作为一个独立的Agent，实现人和其他楼宇信息智能化系统的Agent之间的信息共享与交互。

（1）模型构成

智能楼宇的信息系统集成模型由多个子系统构成，包括CNS（Communication and Network System，通信与网络集成系统）子系统、SAS（Security Automation System，安防自动化子系统）子系统、FAS（Fire Alarm System，消防自动化子系统）子系统、OAS（Office Automation System，办公室自动化子系统）子系统、BAS（Building Automation System，楼宇自控子系统）子系统、Person子系统以及各Agent。具体如下：

CNS：包括有线电视系统、广播音响系统、电话通信系统、卫星通信系统以及计算机信息网络系统等；

SAS：包括巡更管理系统、防盗报警系统、视频监控系统、周界防范系统、停车系统；

FAS：包括自动报警系统、公共广播、自动灭火系统；

OAS：包括信息发布系统、智能会议系统、无纸办公系统、智能一卡通系统；

BAS：包括饮水供应系统、用电照明系统、电梯控制系统、空调系统、给排水系统等。

基于上述子系统以及Agent的相互关系，构成智能楼宇的信息系统集成模型，相关的结构图如图1所示。

（2）模型实现

图1中的各子系统的功能是不同的，那么如何通过各Agent实现信息的集成呢？下面将重点介绍子系统Agent、B Agent（Borad Agent，黑板代理）、C Agent（Coordinator Agent，协调代理）以及Person Agent（个人代理）的功能和工作原理。

子系统Agent

智能楼宇信息系统集成模型的各子系统的功能是基于规划层、行为层以及协作层实现的，具体如下：

规划层的主要功能是实现日常事务。日常事务的执行周期是不同的，具有相同执行周期的事务由一个继承Ticker Behavior类的行为类来实现。

行为层的主要功能是处理应急实现，每个动作由一个继承One Shot Behavior类的行为类来实现。一般采集到的消息由一个Cyclic Behavior类进行诊断，如果诊断结果与设定的条件相符合，那么系统会启动相应的动作放入Action缓冲池等待执行。

协作层的主要功能是协调Agent之间的工作协作。当不同Agent之间的目标发生冲突时，系统采用分布和集中相结合的方式来处理冲突。

B Agent

B Agent的主要功能是维护数据库，以供Agent实现存储和查询。

C Agent

如果发生冲突，该冲突将交由推理机进行协调，根据推理机生成的结果转换成意图放进Action缓冲池等待执行，并把协调的结果反馈给冲突各方。

Person Agent

如果收到其他Agent的协作信息，Person Agent会根据自身的意愿、现有的动作以及规划，对其他Agent的协作信息进行判断，以便确定是否进行协作。

3.2 智能楼宇的信息控制集成模型

（1）模型构成

为了解决各子系统的互操作问题，将数据使用者（OPC Application）和连接数据源（OPC Server）之间的软件接口标准OPC技术应用于系统集成的过程，并采用设备→子系统→集成系统[4]。具体如图2所示。

（2）模型实现

图2的模型是由控制层、数据通信以及管理层实现各子系统之间的交互和互操作功能，从而实现信息和资源的共享与传输。具体如下：

现场采集设备层作为最底层，这些设备不仅能够独立完成采集的功能，而且能够通过网络接口实现与其他设备进行信息交互和共享；

控制层具有软硬件接口的模块化结构，采用软件接口标准OPC技术应用于系统集成；

数据通信采用以太网技术，具有信息交互、通信的功能，具体是通过标准的OPC接口与OPC Server对接来实现数据传输；

管理层负责对上传的数据进行分析，并根据相关的分析结果生成报表的功能。

3.3 小结

本文所提到的模型受限于现有服务器性能不足而无法进行验证，因此在未来必须对传统的设备加以改进，引进新的服务器提高系统集成技术在智能楼宇信息化建设的效果。

4 结束语

本文通过对MAS、OPC和嵌入式以太网技术进行研究，并根据这些技术的优缺点，提出了系统集成技术在智能楼宇信息化建设的方案。该方案采用MAS技术将人的活动与子系统的功能有机连接，以此实现多源信息的集成；采用OPC技术提升各子系统的互操作性，使得系统更加开放且具有扩展性，因此更容易满足物联网高速所产生的爆炸性信息的存储、交互和共享的需求。

参考文献：

[1] 伍洋. 智能建筑系统集成的设计与实现[D]. 广州： 华南理工大学， 2012.

[2] 陈勇. 楼宇智能化集成系统的设计与实现[D]. 济南： 山东大学， 2011.

[3] 段鹏. 智能楼宇系统集成模型研究[D]. 天津： 天津大学， 2014.

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