九州云信息科技有限公司

1 目标和概述

1.1 现状挑战

杭州黄龙体育中心信息化程度相对较低，信息孤岛问题普遍，人员协同效率较差；各系统数据分散，不能整合导致“智慧”决策的价值大打折扣；运营管理粗放，效率低、安全隐患多；服务水平与质量基本停留在传统物业管理的层次；缺乏统一的技术标准和管理标准，集成度较低、扩展性较差，“生态”想象空间小。

1.2 项目目标

建设智能场馆管理系统，通过可视化技术，基于场馆、场地、设施、网络等对象感知数据的可视化管理；对各业务子系统的运维管理过程进行融合集成，实现人、场、物信息之间的互联互通。通过对人、场、物等的信息管理与状态监测、日常巡检与故障告警处理等手段，提升对运维管理的智慧化管控能力；通过对运维历史数据的分析、实时状态数据的掌控和基于汇聚数据的建模分析，推演预测未来，推动体育场馆运维管理向数字化、智慧化转变。配套建设相应档次和规模的智能化子系统平台，使该系统承载亚运会比赛、日常体育比赛与市民健身等活动，并保证系统的高速、稳定、可靠地运转。

1.3 功能创新

（1）建设场馆设备管理及物联网安全平台：所有物联设备（包括互动，娱乐，健身）需通过统一的硬件感知与设备管理平台，进行接入管理和数据整合，安全管控。

（2）建设基础平台层：根据黄龙体育中心现状进行部署及优化。

（3）硬件感知层：按照目前已有的感知层系统，根据方案提出新增或优化方案。

（4）系统实现私有云部署：资源由场馆方提供，原则以本地部署为主。

（5）系统需满足SaaS服务，提供多租户管理服务。即每个租户都可以独立管理一个类似于黄龙体育中心的场馆项目。因此系统的使用对象为多个体育场馆，且每个体育场馆自成体系，数据相互隔离，可以独立管理。

2 方案介绍

2.1 系统架构（如图1所示）

图1 系统架构图

2.2 硬件平台

硬件感知层位于智慧体育场馆系统的最底层，主要功能是通过感知设备和传感技术对场馆内的基础设施、软硬件设备、人员等进行物理感知，实现对位置、身份、行为、状态、环境、客流、能耗、照明、网络、竞赛信息等的信息和数据采集，提供时间同步服务。包括黄龙体育中心新建和原有的机电设备系统、消防系统、动力中心系统、智能化系统等基础设备、设施系统。硬件感知层应与智慧体育场馆基础平台层和业务应用层联动，实现信息和数据传输，支撑平台和系统正常运行。

2.3 软件平台

项目将构建云计算平台，通过云平台的计算、存储、网络资源池，可供应用部署于新建设的云计算平台中，做到后期基础架构的统一管理、灵活应用、平滑扩展，同时，基于云平台的开放快捷性，快速部署一些新型增值业务。

弹性资源，横向扩展：整体体现云计算的资源池化、弹性架构、可扩展性、高可用、按需分配资源和分布式的设计要求。

分布式基础架构：可以基于通用的X86服务器，部署类似于Google数据中心的分布式基础架构，实现计算资源和存储资源的极简架构、弹性横向扩展、智能调度和支持数据自动智能修复。

面向未来的智能软件定义数据中心：云平台需要能够顺应“软件定义数据中心”的未来发展趋势，云平台支持分布式存储和软件定义网络技术。

2.3.1 一体化物联网设备平台

一体化物联网设备平台是基于云计算平台的基础平台服务，通过边缘侧接入计算能力，通过云管边、云边协同构成了云边一体解决方案。平台提供安全可靠的设备连接通信能力，海量数据的清洗能力，基于物模型的数据标准化能力，赋予用户数据、应用、运维本地化和设备数据采集上云、远程运维、集团化管理的双重选择权利。同时提供功能丰富的标准化本地应用，帮助用户在保障数据安全的前提下达成本地化运营管理的目标。另外平台还提供丰富的API以及基于云端的工具套件及数据增值服务，帮助用户将应用快速集成、快速部署、持续改进及运维。

2.3.2 边缘计算平台

采用微服务架构，通过网关统一提供服务能力，各业务模块采用面向领域模型的事件驱动设计，业务功能充分解耦，同时提供水平分布式扩展能力以应对业务的发展需求。部署架构采用云边一体虚拟化节点统一管理，通过在云端和边缘节点间建立边缘通道进行代码打包、远程快速部署，虚拟节点支持高可用、远程升级、热部署。

2.3.3 数据通讯

在场馆部署5G宏基站和微基站，实现区域5G覆盖。场馆设备支持各种设备对应的网络接入协议，包括BACnet、Modbus、ZigBee、NB-IoT等。设备接入协议依据各设备厂商的具体协议进行对接，对于标准协议通过物联网平台接入，对非标协议，假设厂商提供SDK，则通过系统使用SDKAPI直连到系统。

基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）俨然已成为万物互联网络的一个重要分支，作为IoT领域一个新兴的技术，NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。

ZigBee无线通信技术还可应用于小范围的基于无线通信的控制及自动化等领域，可省去计算机设备、一系列数字设备相互间的有线电缆，更能够实现多种不同数字设备相互间的无线组网，使它们实现相互通信，或者接入因特网。

Modbus协议是一项应用层报文传输协议，是一种工业现场总线协议标准。包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型。标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网接口，采用Master-Slave方式通信。

BACnet，Building Automation and Controlnetworks的简称，即楼宇自动化与控制网络。适用于智能建筑的通信协议。一般楼宇自控设备从功能上分为两部分：一部分专门处理设备的控制功能；另一部分专门处理设备的数据通信功能。而BACnet就是要建立一种统一的数据通信标准，使得设备可以互操作。

2.4 安全措施

（1）保护网络系统的可用性；（2）保护网络系统服务的连续性；（3）防范网络资源的非法访问及授权访问；（4）防范入侵者的恶意攻击与破坏；（5）保护企业信息在网上传输过程中的机密性、完整性；（6）防范病毒的侵害；（7）实现网络的安全管理。

2.4.1 网络安全

服务器是系统的核心，采用双服务器，无论主服务器何时出问题，从服务器都可替代主服务器的服务功能。工作站分布在场馆的各个角落，本地不保存数据，工作站一律不安装软驱、光驱，屏蔽USB口，有效地杜绝了病毒的侵入。网络系统与外界完全隔绝，避免病毒的侵入。访问控制通过设定权限控制用户对特定数据的使用，使每个用户在整个系统中应具有唯一的账号，既方便灵活地操作自己的程序和调用数据，又禁止用户对无关目录进行读写。

2.4.2 数据安全

（1）系统采取定期备份和数据容灾备份等措施来保证数据的安全。（2）系统提供联机的数据备份能力，保证数据的完整性和有效性。（3）系统对用户数据采取特定的安全措施，防止用户数据泄露、丢失和被非法修改，保障用户利益。

2.4.3 系统安全

执行7×24小时值班管理制度，配置专门系统监控人员，利用专用网络与系统监控程序随时监督系统是否正常运行以及系统软硬件是否工作正常。应用服务器设定为自动重启状态，一旦因掉电或其它系统故障导致服务器宕机可立即重启所有服务进程。定期进行应用系统的安全漏洞扫描。做好应用系统SQL漏洞注入、跨脚本漏洞注入安全防范工作。对数据库的操作进行一致性认证，禁止对数据库进行手工操作。系统用户账号管理、密码管理、数据访问权限和功能操作权限管理满足统一认证需求。

2.4.4 应急预案

设定通信网络故障应急预案、不良信息和网络病毒事件应急预案、计算机软件系统故障应急预案、黑客攻击事件应急预案、机房硬件设备故障应急预案等。

3 代表性及推广价值

黄龙体育中心是一个集体育比赛、文艺表演、健身娱乐、餐饮住宿、商务办公和购物展览于一体的多功能场所，其主体育场已成为浙江省和杭州市的标志性建筑之一。作为2022年杭州亚运会主要承办场馆之一，本次黄龙体育中心改造工程将以全力保障亚运会赛事为目标，充分围绕“绿色、智能、节俭、文明”的理念，把“大国风范、江南特色、杭州韵味”融入设计的每个细节。同时，改造工程还包括建设冠军俱乐部和冠军博物馆，以新颖的建筑形式、珍贵的历史物件和影像资料，展示浙江体育发展历程，讲好浙江体育故事，成为浙江省弘扬“勇于拼搏”体育精神的重要窗口。改造后的场馆焕然一新，全力保障亚运会赛事为目标，正式迈入“亚运时代”。

摘自《自动化博览》2022年2月刊