弱电智能化系统设计与技术应用研究

徐寅秋

关键词：弱电智能化；智能建筑；人脸识别；智慧应用

1引言

近年来，大数据、云计算、物联网、5G移动通信、人工智能、人脸识别等技术的不断完善及进步，与弱电智能化系统紧密结合，为智能建筑发展注入了新的生命力[1]。建筑作为人类活动最为密切的空间单元，正在从“智能建筑”向“智慧建筑”不断进化，“智慧建筑”是在“智能建筑”基础上叠加智慧应用的新型建筑形态。

2项目概况

张园城市更新西区115-02地块（以下简称张园西区）位于上海市静安区南京西路历史文化风貌区115街坊，北临南京西路、南至威海路、西至茂名北路、南邻石门一路，总建筑面积约为19388m2。张园西区为开放式商业，无停车场、无地下室，共有16栋单体建筑，包括市优秀历史建筑12处、文物保护点4处，均为石库门多层公共建筑，是上海极具魅力的著名私家园林，也是目前上海规模最大、保存最完整、拥有城市中心区稀缺性、典型性高质量石库门里弄建筑群，有“海上第一名园”的美称。张园西区为上海实施保护性征收改造的首个城市更新项目，也是市中心典范项目。

3弱电智能化系统设计与技术应用

3.1信息设施系统

3.1.1综合布线系统

综合布线系统是智能建筑的“信息高速公路”，采用开放式星形拓扑结构，主要为语音通信、有线及无线网络、安防系统、IP广播、信息发布、楼宇自控等系统提供物理链路来传输各种信号，是整个弱电智能化系统的神经中枢，可直接影响弱电系统的性能和寿命。综合布线系统可划分为工作区子系统、水平子系统、管理子系统、设备间子系统、干线子系统、建筑群子系统。综合布线系统拓扑图如图1所示。

语音及数据点位采用模块化互换式设计原则，能通过灵活调配，实现自由交接。水平子系统的铜缆最大长度不应大于90m。在设计时，应根据使用带宽、阻燃要求、防水要求、屏蔽要求等进行铜缆选型[2]。

3.1.2计算机网络系统

根据使用功能和承载业务的不同，该系统分为客用无线网、物业办公网、智能化设备网、AV网。4套网络物理隔离，均采用核心层、接人层2层网络架构。所有交换机均应具备网管功能，支持远程监控及故障的过程诊断和恢复。

客用无线网主要为内部人员以及外来游客提供无线Wi-Fi上网服务，接人层交换机须支持POE供电功能，能够通过网线为无线AP提供信号和电源：物业办公网主要由物管、商管办公等内部人员使用，满足其日常办公与管理需要：智能化设备网主要为视频监控、出人口控制、楼宇自控、能效监管、环境监测、智能照明等弱电智能化系统联网使用，不同子系统可根据需要，在一个局域网内通过VLAN划分不同的虚拟子网，并进行网络带宽设置分配，以满足不同子系统的传输需求；AV网主要承载公共广播系统、信息发布系统。

3.1.3无线网络系统

无线网络系统是移动互联高速接入的智能通道，采用基于无线控制器（AC）的瘦AP架构，系统应支持IEEE 802.llax（Wi-Fi6）标准，向下兼容802.11a/b/g/n/ac，并具有支持IPv4和IPv6的能力。通过分布在商业区域的无线AP，为客人和管理者提供随时随地、方便快捷的上网服务以及各种应用服务（如Portal认证、大数据分析、上网行为审计、商家信息推送等）。

3.1.4公共广播系统

公共广播系统是远距离、大范围内传播声音的系统。背景音乐、公共广播、紧急广播共用扬声器，系统能对各分区进行背景广播、业务广播和紧急广播，每个广播分区既能独立控制，又能集中管理。

系统采用IP网络架构，纳入AV网，由音源设备、IP网络广播主机、IP音频采集器、网络消防采集器、IP网络功放、扬声器等设备组成。所有分区的扬声器均能在发生火灾报警时切换成消防紧急广播。

3.1.5信息发布系统

信息发布系统是基于网络传输的多媒体播放控制系统。通过AV网将编辑后的节目和播放列表传送至各显示终端，显示终端按照播放列表播放服务器内或本地预存的节目。信息采编播控工作站也可采用点对点控制或群组控制的方式，对各显示终端进行远程控制，插播文字、图像或视频等内容。

3.1.6无线对讲系统

无线对讲系统由数字信道机、天馈线系统、数字对讲机等组成，便于保安、工程、保洁、服务等内部人员随时随地联络使用。其采用数字集群系统架构，配置4台数字信道机，可提供不少于8个通话组。干线／支线均采用HCAAY2-50-12射频同轴电缆，每副天线的输出口最大发射功率控制在国家电磁防辐射规定的15dBm/载波以内。

3.2公共安全系统

3.2.1视频监控系统

视频监控系统（VSS）是采用视频技术探测、监视监控区域并实时显示、记录现场图像的电子系统，可提供相对完整且最直观的视觉信息，在安防领域具有较广泛的应用。系统采用IP网络架构，由彩色数字摄像机、人脸抓拍摄像机、人脸抓拍智能分析存储设备、综合型数字录像设备、图像上墙高清解码设备、拼接屏、視频监控综合管理平台等组成。

室外人行通道，建筑与外界相通的出人口、各层楼梯口及电梯厅设置人脸抓拍摄像机，要求清晰显示人员的面部特征及活动情况：电梯轿厢内设置电梯半球摄像机清晰显示电梯轿厢内全景，并具有楼层显示及电梯运行状态感知功能；各建筑顶层平台出入口设置彩色数字摄像机，搭配入侵探测器进行报警视频联动。配置综合型数字录像设备对所有图像进行实时记录，通过高清拼接屏进行视频图像显示。

3.2.2出入口控制系统

出入口控制系统（ACS）采用通信技术、计算机技术对受控出人口进行人员通行权限识别、出人口控制点执行及监测等控制，同时具有胁迫信号识别和系统自我保护等功能。该系统采用TCP/IP网络组网方式，由识读设备、出人口控制器、电锁、出门按钮、发卡器、系统软件等组成。

ACS系统应能与火灾自动报警系统进行联动，当发生火警或需紧急疏散时，人员不使用凭证，即可迅速安全通过各门禁通道门。断电开启的出人口控制点应配置备用电源，并确保执行装置正常工作时间不少于48小时。

3.2.3入侵和紧急报警系统

入侵和紧急报警系统（I&HAS）采用RS-485总线制结构，由入侵探测装置、紧急报警装置、声光报警装置、防区模块、报警控制指示设备、系统软件等组成。

入侵探测装置和报警控制指示设备应具有防拆报警功能，备用电源应能保证I&HAS系统正常工作时间不少于8小时。安防中心控制室的紧急报警装置与区域报警中心联网，采用PSTN（公共电话网）进行报警信号传输，报警响应时间不大于20s。I&HAS系统应避免误报，且不得漏报。

3.2.4实时电子巡检系统

实日寸电子巡检系统是以“智慧城市”“智慧公安”“智能安防系统”中实有力量（人员）信息、数量管理及智慧物业安全生产管理为导向的新一代保安智能巡检系统设备，能够通过3G，4G，Wi-Fi，北斗网络，及时地将巡检信息及异常报警信息上传到管理中心。

3.2.5智能安全防范系统

智能安防系统针对人、车、物、事件等进行感知探测，最大限度地体现安防系统的智能深度，通过对系统的运行和报警信号进行集成、分析、统计，为公共安全提供态势感知、系统预警、决策支撑，从而为智能应用提供预警提示。智能安防系统以有效、管用为准则，结合各个行业及建设场景的实际情况，为公共安全的事件处置、预案实施、日常管理提供信息化依据。智能安全防范系统基本组成如图2所示。

3.2.6消防设施物联网系统

消防设施物联网系统的体系架构自下而上由感知层、传输层、应用层、管理层构成。系统24h对消防水系统、火灾自动报警系统、电气火灾监控系统、消防设备电源、防火门启闭等进行物联监测，如有消防隐患或设备故障，可通过平台终端和短信发送预警、报警信息，以提高人员工作效率和消防安全指数。

3.3建筑设备管理系统

3.3.1楼宇自控系统

楼宇自控系统（BAS）采用分布式集散控制方式，可对建筑物内的暖通空调、冷热源、给水排水、变配电、送排风、照明、电梯等设备进行集中管理、分散控制，以确保设备的安全可靠运行，加强楼内机电设备的现代化管理，并创造节能、舒适与便利的工作环境，提高经济效益。

BAS系统分为管理网络层、控制网络层、现场网络层3层结构。管理网络层由服务器、工作站和BAS软件组成，通过TCP/IP进行通信，数据传输速率不低于100 Mbps。控制网络层采用IP型DDC控制器，基于BACnet IP协议进行通信。现场网络层完成末端设备控制和现场仪表的信息采集，实现对机电设备的监控功能。

3.3.2能效监管系统

能效监管系统对建筑内的用水量（市政进水量、各单体建筑用水量）、用电量（照明插座用电、采暖空调用电、动力用电、特殊用电）进行分类及分项实时计量与数据分析，实现能源合理控制、计量准确、计费合理，既减少了物业管理人力和物力的支出，又提升了物业管理水平和工作效率。

能效监管系统由能耗管理服务器、能耗监控软件、能耗数据采集器、多功能电表、数字水表等组成。多功能电表、数字水表通过RS-485通信接口接人能耗数据采集器，能耗数据采集器通过TCP/IP协议上行与能耗管理服务器通信。能效监管系统应自动、定时向相关部门能耗监测平台发送能耗数据信息。

3.3.3环境监测系统

在各单体的电梯厅、商业公共区域、人流量密集的过厅以及室外区域，设置多功能环境监测传感器，对室内、室外的环境参数（如PM2.5，PMlO，TVOC，二氧化碳，甲醛，温湿度等）进行监测，通过总线接入DDC控制器，最终实日寸动态地在BAS的系统界面上呈现各区域内外的环境参数指标。

3.3.4智能照明系统

智能照明系统（LCS）具有多种控制方式，并可设置不同的场景控制模式，从而有效节约照明系统的能耗，并降低照明系统的维护成本。LCS采用基于KNX的通信协议，由KNXnet/IP协议网关、KNX总线电源、KNX开关模块、线路耦合器、智能面板等组成。KNX线路耦合器设置于各建筑单体强电间的照明配电箱内，智能面板通过KNX总线连接线路耦合器，线路耦合器联网总线接人KNXnet/IP协议网关，经协议转换后，通过智能化设备网接人BAS系统。

3.4信息化应用系统

3.4.1室内定位系统

室内定位系统基于分布式蓝牙定位技术，由ibeacon蓝牙信标、定位网关、服务器、地图引擎软件、微信小程序等组成。其部署多个ibeacon蓝牙信标，基于RSSI算法的三角定位原理实时持续广播蓝牙信号，并根据蓝牙设备的信号强度计算当前位置，定位精度可达2m。该系统为人员定位导航、约会位置分享、商场智能导购等智慧应用提供了良好的解决方案。

3.4.2客流统计分析系统

客流统计分析系统由AI客流采集摄像机、客流统计服务器、软件等组成。在商场进出区域设置AI客流采集摄像机，利用视频智能识别技术采集各出人口的客流数据，通过客流分析软件，可根据不同的时间、区域自动生成多种数据分析图表。客流统计分析系统还可与商业POS系统进行对接，根据过店客流、进店客流、销售额、门店面积等数据，获取进店率及转化率，从而科学评估各商家的吸客能力及营业绩效，为商场运营提供决策依据。

4技术难点及解决措施

4.1人脸识别数据传输安全

人脸识别及安防设备的数据传输采用VLAN逻辑隔离的专用独立网段，并对所有接人设备的交换机端口进行MAC地址绑定，交换机空余的网络端口设置为禁用，以保证交换机端口之间互不干扰。

人脸抓拍摄像机、人脸抓拍智能分析存储设备、人员身份人像数据采集系统、智能集成数据服务设备、智能安防集成应用系统等人脸识别相关设备均采用符合安全套接字协议（SSL）或安全传输层协议（TLS）前端加密、后端解密的方式进行加密传输，以符合数据传输安全策略相应的安全控制措施需求，具体如图3所示。

4.2人脸识别数据存储安全

人脸抓拍摄像机负责连续去重，人脸抓拍智能分析存储设备负责间断去重，采用逻辑隔离的方式，分别存储人脸识别数据和个人身份信息，数据使用期限到期会自动删除人脸识别数据。同时，设置防泄密USB防拔插设备对人脸抓拍智能分析存储设备、综合型数字录像设备、视频监控回放客户端等USB端口予以绑定管理，以保证人脸识别数据存储安全。

5结束语

本文以张园城市更新西區115-02地块为例，综合介绍了弱电智能化系统的设计与技术应用以及针对人脸识别应用及数据传输安全相关的技术问题。弱电智能化子系统众多且复杂性强，在进行弱电智能化设计时应遵循场景思维，根据国家、行业及地方标准，结合具体项目实际情况和用户使用需求做长期规划，兼顾经济性和实施维护便利性，以促使智能建筑高质、高效地发展为智慧建筑。