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居住小区智能化系统设计方法分析

居住小区智能化系统 的特点首先是采用先进的、符合标准的技术和设备；同时所有的系统均采用集散式的构造方式，既具有分散于各个住户的终端或设备，又通过网络集中到一个管理或控制中心，中心提供公共信息资源，或者对各个住户提供集中安全监控；最后，所有的智能系统既可独立，又可以在计算机网络的基础上实现集中管理。
　　居住小区智能化系统的基本功能框图，包括安全防范、通讯网络和物业管理三大功能块，并通过集成布线子系统将这三大功能块连成为一个系统。
　　构建居住小区的智能化系统有不同的方法和途径。目前多是按需要选择，按经验组建，再对若干个子系统稍加集成，就大功告成提交使用，这可称之为菜谱拼盘式的设计方法。设计和建造过程是开环方式，做成什么样就是什么样，缺乏用户的评价和信息反馈，总体来说，这是一种面向设备选型的低水平设计方法。另一种设计方法是在广泛征求意见的基础上，明确系统的整体需求，之后采用系统工程的原理，进行系统的优化设计，并检验系统能否达到预期的目标，在作出一系列的反馈和修正后，最终确定系统设计方案并付诸实施。整体上说，这是一种面向系统功能的设计方法，有着较高的水平。
　 １ 满足使用需求的菜谱点菜拼盘式设计方法
　 下面列出了丰富而有效的小区智能化系统“菜谱”，可供作拼盘式选择。
１．１ 小区安全防范的４种保护系统
1.1.1 周界报警系统要点
（１）采用总线制用红外对射报警装置；
（２）用专业报警主机（如时机公司的ＣＫ２３１６、迪信公司的ＤＳ７４００Ｘｉ、安定宝公司的ＶＩＳＴＡ １２０等）；
（３）有模拟显示屏或电子地图；
（４）为节省投资，可以无需计算机。
1.1.2 电视监控系统
（１）采用数字模拟系统或数字化方案
（２）要符合安全防范系统的有关标准。
1.1.3 电子巡更系统
（１）采用离线式电子巡更系统
（２）巡更线路和人员便于管理，可以随时扩容。
1.1.4 楼宇对讲系统
（１）采用成熟产品，宜用联网型楼宇对讲系统
（２）整个社区可根据建设周期分期开通
（３）根据资金情况，灵活选择可视对讲型或声音对讲型产品。
１．２ 家庭智能化系统
（１）根据资金情况和功能需求，可选择家庭配线箱、家庭控制器、家庭智能终端之一
（２）制定整个小区的家庭智能化系统方案
（３）产品应有一定的可扩充能力。
１．３ 小区计算机网络
（１）采用综合布线系统，将宽带数据网与电话网综合考虑
（２）建议采用ＦＴＴＢ＋ＬＡＮ联网方案

（３）主交换机采用三层交换（ＶＬＡＮ）提高网络安全性
（４）决定是自行投资建网还是委托网络公司代资建设
（５）每户至少有１个信息点，加上家庭控制器中的Ｈｕｂ分枝，而达到在客厅、主卧、卫生间等处均有１个信息点。
１．４ 小区综合信息流服务平台
1.4.1 物业管理系统
基于Ｗｅｂ页面的物业管理系统、ＶＯＤ点播等增值服务系统。
1.4.2 小区背景音乐
（１）采用模块式系统，可以在背景音乐和消防紧急广播之间自由切换
（２）整个小区采用分区输出的方法，易于管理
（３）播音范围包括小区公共绿地、地下车库、社区会所等场所。
1.4.3 小区公用机电设备监控系统
（１）采用ＲＳ４８５总线制通讯协议；
（２）强调数据采集和实时监视，简化控制（如８个控制点、６４个监视点）；
（３）采用高品质Ｉ／Ｏ采集模块。
1.4.4 小区停车场管理系统
（１）采用联网型车库管理系统，几进几出
（２）以感应卡方案最优，管理长期住户和临时来客出入车辆。
1.4.5 小区一卡通系统
（１）由物业管理中心负责ＩＣ卡的发放、充值、废除
（２）在会所、购物等消费场所由ＰＯＳ机消费管理
（３）可在相应设置门禁的地点设置权限。
1.4.6 电子公告系统
采用发光二极管ＬＥＤ露天显示系统或电子触模屏。
　 ２ 居住小区智能化系统的套餐式解决方案
　 居住小区智能化系统是在小区内采用４Ｃ技术（即Ｃｏｍｐｕｔｅｒ计算机、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ自动控制、Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 通讯、ＩＣ Ｃａｒｄ智能卡），建立一个由提供信息服务和物业管理的服务管理中心、传送综合信息的通讯接入网、实现家庭安全和自动化的家庭智能化系统三大部分组成的信息集成网络系统，对各种信息实现全面、实时、有效地接收、传递、采集和监控。为了占领小区智能化市场，不少公司都提出了整体解决方案，即在菜谱拼盘式选择基础上提供的套餐服务，以方便建设方直接选用。
居住小区智能化系统的全面解决方案有二种技术途径，一种是基于小区信息网络平台的集成方案，如图２所示。此方案，既考虑到高速的上网带宽、端到端的ＱｏＳ服务和多路广播服务、保护用户的私有信息，又有完善的集成化网络监视和管理，以及降低运行复杂性和成本等多方面优势，整个网络还具有良好的扩充能力，能够提供高密度的网络端口，满足用户容量分批增加的要求；
另一种则是以控制网络为核心来构建，建立具有开放式协议、采用局域网拓扑现场总线结构，所有智能控制节点以开放式协议挂接到现场总线上，通过各子系统的管理中心再挂接到小区局域网上，使整个小区智能化系统设备运行在统一协议的同一个网络核心上。图３示出了此种途径的实现范例。
　　３ 系统工程方法论的优化设计方法
系统工程是一种工程技术，它在系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用过程中应用了
近代科学的组织管理方法，这种组织管理方法是对所有人工系统都具有普遍意义的科学方法。
３．１ 系统工程的基本处理方法
包括系统分析、系统设计、系统的综合评价三个主要阶段。其中，最基本和重要的是系统分析阶段，其内容和步骤包括：
3.1.1 系统目标的分析与确定
（１）首先要分析和明确建立系统的目的，一个系统如果有多个目的时，则可以把目的区分为主要目的和次要目的，并以目的树形式来定性地表示；
（２）在达到目的前提下，分析与系统环境相关的约束条件，据此提出相应的要求和措施；
（３）分析为达到目的之各种目标：目标就是为了目的所必须做到的具体事项。目标需要具体而定量地表现出来，在确定目标时，必须进一步分析和讨论已经考虑到的各个因素，其中包括确定因素、可预测的不确定因素和不可预测的不确定因素；
（４）技术条件的分析与确定：分析和讨论为了达到目的和目标，系统所必须具备的技术条件，并在分析讨论的基础上对它们进行整理、归纳成文，明确地确定下来；
（５）系统功能的分析与确定：首先分析为满足系统技术条件所应具备的各种功能，建立系统功能图，确定系统功能的技术条件；其次，分析和阐明规定这些功能的约束条件，最后，对在一定环境条件下所能达到的功能，用定量指标来表明其达到的程度；
（６）根据概略模型，探讨成功的可能性：首先建立系统的概略模型；其次根据概略模型反复进行模拟，评价功能的完成程度；最后，在此基础上探讨目的和目标成功的可能性；
（７）若不能取得可能成功的技术条件时，则可采取下述措施之一：修改概略模型重新进行模拟试验；重新对功能技术条件进行分析；重新对要求技术条件进行分析；重新对目的与目标进行分析。
3.1.2 系统模型化
系统模型化是把实体系统置换成简要的和在实践或理论上均能处理的模型。模型有多种，但主要是数学模型，它通过数学表达式、图表等来描述系统变量之间的相互作用和因素关系，描述所分析对象的有关因素以及这些因素之间的关系。通过模型对系统的功能特性和各个因素对系统的影响情况等来进行考察，模型化是系统分析过程中比较重要、同时也是工作量比较大的一个步骤。建立模型的常用方法有直接分析法、模拟法、概率统计分析法、试验分析法等。
3.1.3 系统的最优化
系统的最优化是用最优化的理论与方法，对所作的模型进行最优化求解，求解方法可有分析解法、数值解法和模拟三类，需视具体问题而加以选择确定。
最优化方法是在约束条件下，求解含变量目标函数的极值问题，有图４所示几类。
3.1.4 对最优化解的评价
即根据最优化得到的若干解，考虑到前提条件、假定条件和约束条件，在经验和知识的基础上进行决策分析，最终决定出较满意的解。
３．２ 决策分析
决策分析是在一定条件下，从某些可能作出的决定中选择最优策略的理论和方法，它包含确定型决策问题、风险型决策问题、不确定型决策问题、多目标决策问题等。
决策有状态、策略和收益三个要素。状态是决策者无法控制的，在决策之前必须了解状态的信息，才有可能估计在采取相应的策略后可能发生的效果，状态有确定型的（即必然发生的）、随机型的（有统计规律可循）和不确定型的，对应的决策分析也就有确定型决策、风险型决策和不确定型决策。策略一般有多个，需进行相互评比方能作出相应的决策，策略可以连续
变量表示，也可以离散变量表示，可以是静态的，但也可以是动态的。收益可理解为效益，以金额数量或其它计量标准来衡量。当比较决策收益或决策效果优劣的标准不是单一标准时，就成了多目标决策问题。
科学的决策过程，乃是从决策的目标出发，根据对自然状态的科学分析，合理地选择所采取的策略，它包括确定决策目标、对状态进行科学分析、提出拟采用的策略、评价策略效果、选择最优策略或满意策略、作出最终决策等步骤，并有反馈过程。一个正确的决策，特别是复杂情况下的决策，往往需要经过多次反馈和调整才能得出，这反映了人们实践——认识——再实践——再认识的过程。
　　３．３ 居住小区智能化系统
居住小区智能化系统的基础是要建立起宽带网络，有良好的安全防范系统是智能化小区的根本，而小区的最终发展方向是向住户提供满意的服务，这就是构建小区智能化系统的总体目标。约束条件包括资金投入的限制、允许的建设工期、设备订货周期、系统安装调试和集成的难易程度等等。一般而言，它是一个有多个解的多目标决策系统。
４ 居住小区智能化系统实例
中兴通讯公司的智能小区系统由社区网、楼宇网和家居网三级网络组成，分别以ＯＮＵ小区光网络单元、ＢＮＵ楼宇节点单元、ＨｏｍＡｎｇｅｌ ＩＣＴ家庭信息控制终端和ＺｏｎＧｕａｒｄ ＩＣＧＷ２０００智能控制网关为核心设备，实现居住小区的信息化和智能化。
４．１ ＯＮＵ小区光网络单元
小区光网络单元以ＡＴＭ信元和ＩＰ分组数据为基础，具备多种业务接入能力，向上提供１５５Ｍｂｐｓ／６２２Ｍｂｐｓ的ＡＴＭ接口或１００／１０００Ｍｂｐｓ的以太网接口，向下提供以太网、ＡＤＳＬ、ＨＦＣ、无线接入等小区宽带接入接口，它是整个社区网的核心。
小区光网络单元主要由以下几种模块组成：ＳＤＨ分插复用模块ＡＤＭ、ＵＡＳ综合接入服务器、ＡＤＳＬ局端模块ＤＳＬＡＭ、ＨＦＣ前端模块ＣＭＴＳ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ交换机、低端路由器、宽窄带用户线路模块、ＣＡＴＶ光接收／发射模块等（如下表所示）。
ＯＮＵ提供三种城域网接入方式：
（１）ＳＤＨ分插复用方式：ＯＮＵ配置ＡＤＭ模块、２Ｍ路由器模块和以太网交换机模块，向小区住户提供２Ｍ 数据专线接入
（２）ＡＴＭ方式：ＯＮＵ的以太网交换机通过ＢＡＵ模块，提供ＡＴＭ１５５光接口千／百兆以太网方式：直接采用以太网交换模块接入城域网。
（３）小区光网络单元支持以太网、ＡＤＳＬ、ＨＦＣ多种接入方式；通过ＣＡＴＶ光接收／发射机，实现模拟电视信号的传输；通过宽窄带用户线路模块，完成话音、ＩＳＤＮ、ＤＤＮ、ＡＤＳＬ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ等综合业务的接入。
４．２ ＢＮＵ楼宇节点单元
楼宇节点单元作为综合业务承载平台，放置在小区住宅楼中，向居民提供话音、数据、图像和控制业务，并可纳入小区管理中心进行集中统一管理。ＢＮＵ采用开放式模块化设计，可根据小区现有情况和用户实际需求灵活配置。按照设备使用范围，可大致分为以下两种类型：
（１）ＺＸＥ１０－ＢＮＵ０１型设备适用于单独的高层楼房或分布较为集中的几幢多层楼房，采用壁挂式结构，通常放置在小区中心，配有２个以太网交换模块、１个或２个光电收发模块、１个光纤配线盒、２个五类线配线盒；
（２）ＺＸＥ１０－ＢＮＵ０２型设备采用简化式结构，采用壁挂式，适用于多层楼房，配有１个以太网交换模块、１个或２个光电收发模块、１个光纤配线盒、１个五类线配线盒。此外，可根据具体的接入方式，配备ｃａｂｌｅ ｍｏｄｅｍ、ＡＴＵＲ系列、ｈｕｂ等模
块。
性能指标：
体积：ＺＸＥ１０－ＢＮＵ０１小区宽带接入单元高６００ｍｍ×宽６００ｍｍ×深３５０ｍｍ
ＺＸＥ１０－ＢＮＵ０２小区宽带接入单元高６００ｍｍ×宽６００ｍｍ×深２６０ｍｍ　
满配容量ＺＸＥ１０－ＢＮＵ０１小区宽带接入单元４８线
ＺＸＥ１０－ＢＮ０２小区宽带接入单元２４线
工作电压：２２０ＶＡＣ±１５％
输入功率：不小于２０００ＶＡ　
　　４．３ ＨｏｍＡｎｇｅｌ ＩＣＴ家庭信息控制终端
家庭信息控制终端基于以太网平台，为家庭控制网络和信息网络提供统一接口，从而大大简化了网络结构，有效降低了系统造价。
4.3.1 功能
（１）综合接入功能：将家居网中各个通信终端接入楼宇网和社区网，为用户提供各种综合业务；
（２）智能控制功能：可以将室内控制系统产生的各种信号，如脉冲电表、水表、煤气表读数及门禁、烟感报警、红外报警信号，转换为ＩＰ数据包格式，通过相应的传输网络传送至小区管理中心进行集中管理，使得对家居环境的监控变得更为灵活方便。
4.3.2 性能指标
（１）接口：向上提供１个以太网／双绞线／ＣＡＴＶ接口，以接入ＩＰ信息化平台。
用户侧提供３个１０Ｂａｓｅ－Ｔ接口，用于接入计算机，实现家庭信息化。
用户侧提供智能控制端口，实现家庭智能化。其中包括：
４个脉冲表输入接口（实现家庭脉冲电表、纯水表、水表、煤气表的远程读写）；
８个红外防盗接口；
４个特殊探测器接口（门磁、烟感、煤气、紧急按钮接口）；
４个控制输出接口。
（２）物理参数：
体积：长２２０ｍｍ×宽１５０ｍｍ×厚４６．５ｍｍ；
工作电压：－４８Ｖ±２０％ＤＣ，可由ＢＮＵ远供；
功耗：７Ｗ；
对传感器提供的电源接口：＋１２Ｖ和ＧＮＤ。
结构类型：壁挂式
　 ４．４　ＺｏｎＧｕａｒｄ ＩＣＧＷ２０００智能控制网关
智能控制网关完成小区的智能控制系统通信协议与ＩＰ的互通。
体积：２２０ｍｍ×１５０ｍｍ×４６．５ｍｍ（长×宽×厚）；
工作电压：－４８Ｖ±２０％ＤＣ，可由ＢＮＵ远供；
功耗：７Ｗ；
结构类型：嵌入式、壁挂式、桌面式三种；
接口类型：４８５接口、２３２接口或者读卡器接口。
　　 ４．５ ＺｏｎＭａｓｔｅｒ１．０信息化智能小区网络管理系统
信息化智能小区网络管理系统由一台网管服务器和若干网管终端构成。它集网元层、网络层和业务层管理功能为一体，为运营商提供统一的操作管理手段，对小区的通讯和控制信息实
施综合管理。
ＺｏｎＭａｓｔｅｒ１．０提供网元层及网络层管理功能，对小区通讯子系统进行统一管理，管理对象包括ＡＤＳＬ设备、以太网交换机／Ｈｕｂ、ＨｏｍＡｎｇｅｌ ＩＣＴ、ＺｏｎＧｕａｒｄ ＩＣＧＷ等几个网元。ＺｏｎＭａｓｔｅｒ１．０提供配置管理、安全管理、故障管理、性能管理、计费管理五大管理功能，可以根据每种网元的具体类型有选择地实现。
ＺｏｎＭａｓｔｅｒ１．０提供丰富的业务层管理功能，对小区信息子系统进行统一管理，包括报警管理、自动抄表管理、ＩＣ卡管理、巡更管理、门禁管理、停车场管理、ＷＷＷ业务管理等。
　　此外，ＺｏｎＭａｓｔｅｒ１．０还提供小区日常信息管理，运用先进和科学的方法与手段，对小区实施一体化专业管理，包括建立住宅小区用户档案、来访登记、安全信息管理、巡更信息管理、报警信息处理、三表自动计费管理、收费管理、公用设备监控与管理等，并提供信息查询。