李振

摘 要 本文提出了一種具有多業(yè)務(wù)支持的智能巡檢管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)選擇、大數(shù)據(jù)技術(shù)對業(yè)務(wù)邏輯的支持，以及具體的算法設(shè)計(jì)及優(yōu)化方面進(jìn)行了探討。基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的多業(yè)務(wù)智能巡檢系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和場景適用性，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 LORA;NB-IOT;搜索策略;目標(biāo)優(yōu)化

本文將從“美麗家園”社區(qū)綜合管理的需求背景出發(fā)，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐，采用綜合管理思維、降低綜合管理成本，以一種智能算法支撐巡檢管理。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用、創(chuàng)新性的管理思維來解決此類綜合巡檢工作的管理要求。以此為設(shè)計(jì)原型的多業(yè)務(wù)支持智能巡檢系統(tǒng)的提出，將具有非常廣泛的使用價(jià)值，特別是在人工成本大幅提高的背景下，具有很高的經(jīng)濟(jì)及社會價(jià)值。

1傳統(tǒng)巡檢系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀及不足

巡檢系統(tǒng)是一個(gè)具有廣泛使用的工具，在安防行業(yè)具有非常典型的應(yīng)用。隨著物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)技術(shù)等的快速發(fā)展，業(yè)界也出現(xiàn)了很多在線式的、智能的巡檢系統(tǒng)平臺。

該類巡檢系統(tǒng)大致可以分為2類，一類是不關(guān)注具體業(yè)務(wù)內(nèi)容的通過巡更點(diǎn)+巡更棒方式，在安保領(lǐng)域使用的最為廣泛。還有一類是巡點(diǎn)檢系統(tǒng)，在制造業(yè)中使用最為廣泛。巡檢系統(tǒng)由最初的離線式模式起步，最近幾年在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)大力發(fā)展的背景下，逐步向在線式方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，提升了巡檢的實(shí)時(shí)性和管理效率的提升，也提升了巡檢的質(zhì)量[1]。

但是，該類系統(tǒng)的不足也是很明顯得，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）不夠智能化，無法關(guān)聯(lián)使用場景和具體的業(yè)務(wù)，不支持定制化開發(fā);

（2）適用的場景單一，主要支持安保巡邏，其他巡檢需求無法滿足;

（3）管理漏洞多，容易被別有用心的人鉆空子，技術(shù)上無法彌補(bǔ);

（4）無大數(shù)據(jù)分析及輔助決策，數(shù)據(jù)可視化、管理輔助無法實(shí)現(xiàn)。

2多業(yè)務(wù)支持智能巡檢系統(tǒng)的提出背景

我們在實(shí)施覆蓋上海多個(gè)行政區(qū)的“美麗家園”項(xiàng)目設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)針對具有幾百乃至上千個(gè)小區(qū)的建設(shè)項(xiàng)目，不僅建設(shè)過程需要厘清內(nèi)容做好規(guī)劃，同時(shí)還需要提前籌劃項(xiàng)目建設(shè)完成后的運(yùn)維工作。

“美麗家園”項(xiàng)目中每個(gè)小區(qū)的建設(shè)內(nèi)容都包含了多個(gè)智能化系統(tǒng)，有人臉識別出入口控制系統(tǒng)、車牌識別道閘系統(tǒng)、電子圍欄系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)。其中的物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)又包含了眾多物聯(lián)網(wǎng)傳感器：基于NBIOT的煙感、N溫感、水壓監(jiān)測、車輛地磁、門磁等傳感器，有垃圾箱滿溢感知、分類垃圾箱設(shè)備、高空拋物監(jiān)測、多媒體發(fā)布屏、空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)、NB紅外告警等多種感知系統(tǒng)及設(shè)備。

這些系統(tǒng)和設(shè)備分布在社區(qū)的各個(gè)位置、涉及多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，有安全、交通、環(huán)境、綠化、設(shè)備設(shè)施等，如何運(yùn)營及維護(hù)好這個(gè)龐大的系統(tǒng)及設(shè)備，需要有一套具有強(qiáng)有力的、智能化的工具平臺予以支持。

在此基礎(chǔ)上，我們逐步提煉和思考該多業(yè)務(wù)支持巡檢系統(tǒng)的需求，提出了支持多業(yè)務(wù)維度智能巡檢系統(tǒng)的基本功能和擴(kuò)展功能。基本功能包括了巡檢業(yè)務(wù)模塊化、支持日常例行巡檢、巡檢計(jì)劃制定、自動(dòng)保障鏈接、巡檢及故障處置工單系統(tǒng)、巡檢路線智能化算法、巡檢精確化考核、巡檢系統(tǒng)同備品備件庫建立連接等常規(guī)功能[2]。

3多業(yè)務(wù)支持智能巡檢系統(tǒng)的功能范圍及適用行業(yè)領(lǐng)域

多業(yè)務(wù)支持智能巡檢系統(tǒng)將綜合考慮社區(qū)、商業(yè)綜合體、園區(qū)類物業(yè)綜合管理等使用場景的需求，將安保、綠化、衛(wèi)生、用電、設(shè)備設(shè)施管理等納入綜合巡檢系統(tǒng)平臺。平臺具有良好的開放性，可以自定義功能、支持創(chuàng)建個(gè)性化的巡檢計(jì)劃及巡檢要求。

多業(yè)務(wù)支持智能巡檢系統(tǒng)將采用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信技術(shù)，以及大數(shù)據(jù)、可視化技術(shù)，為管理者、使用者提供一個(gè)更友好的交互式使用、管理體驗(yàn)。

以實(shí)時(shí)在線、實(shí)時(shí)交互、工單系統(tǒng)、SLA及閉環(huán)管理理念作為核心，將數(shù)據(jù)同業(yè)務(wù)層面進(jìn)行關(guān)聯(lián)和打通。通過日常巡檢運(yùn)營數(shù)據(jù)，輔助大數(shù)據(jù)技術(shù)，提供巡檢管理的輔助決策功能，為管理部門提供部門及人員績效分析、崗位資源配置及優(yōu)化等功能，同時(shí)可以利用靈活性有效規(guī)避原有傳統(tǒng)巡檢系統(tǒng)的弊端、杜絕管理漏洞[3]。

4多業(yè)務(wù)支持智能巡檢系統(tǒng)選用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

基于物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)的多業(yè)務(wù)支持智能巡檢系統(tǒng)能夠較好的適用于園區(qū)、社區(qū)、校園、工廠、商業(yè)綜合體等環(huán)境。

“美麗家園”項(xiàng)目作為覆蓋多個(gè)行政區(qū)域的，約上千個(gè)小區(qū)的項(xiàng)目群，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的選擇及物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議的選擇上，我們選用了基于中國電信的NBIOT技術(shù)，這是符合項(xiàng)目需要的一種技術(shù)選擇。

在項(xiàng)目實(shí)施的過程中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題。比如：基于NBIOT協(xié)議的傳感器在發(fā)出告警時(shí)后臺接受信息較慢（時(shí)間有時(shí)會延遲到1～2分鐘），有時(shí)會出現(xiàn)信息丟失現(xiàn)象。這些情況的發(fā)生我們也做過比較分析，一部分原因?yàn)镹B設(shè)備的不穩(wěn)定性，還有一部分屬于NBIOT傳輸網(wǎng)絡(luò)的問題，隨著通信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，這部分問題應(yīng)該會得到較好的解決。

正是基于在項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)的自動(dòng)巡檢部分（物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、自動(dòng)告警上傳到監(jiān)測平臺）的不穩(wěn)定性問題，我們又測試了基于LORA的物聯(lián)網(wǎng)基站及傳感器。從測試的結(jié)果來看，我們認(rèn)為如果項(xiàng)目類型為獨(dú)立社區(qū)或者園區(qū)，項(xiàng)目范圍為1-2平方公里，基于較為集中的管理需求，可以采用基于LORA的組網(wǎng)方式，未必一定要選擇NBIOT模組。或者依據(jù)需要，可以同時(shí)部署室外型LORA基站或采用運(yùn)營商基站，具有良好的組網(wǎng)支持性能和兼容性。

對于專業(yè)的物業(yè)管理集團(tuán)公司，往往需要同時(shí)管理運(yùn)營多個(gè)不同區(qū)域的物業(yè)管理。針對此種情形，也可以同時(shí)在各個(gè)單點(diǎn)服務(wù)單位部署LORA基站。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是組網(wǎng)靈活、成本低，一般3到6個(gè)室外型基站即可以滿足市場上絕大部分運(yùn)營單位所需要覆蓋的空間。這種方式是對NBIOT的一種補(bǔ)充，一方面可以降低通信使用費(fèi)用，同時(shí)還可以在故障處置、傳輸效率保障方面具有明顯優(yōu)勢。

根據(jù)我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，如選用LORA方式，推薦使用基于阿里云IOT平臺的一整套物聯(lián)網(wǎng)解決方案，采用LORAWAN協(xié)議模組的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，端到端的傳輸時(shí)間一般會控制在10S以內(nèi)。

此外，還可以采用疊加二維碼+APP端（或小程序方式）的方式。綜合規(guī)劃每個(gè)巡檢區(qū)域二維碼對應(yīng)的巡檢內(nèi)容，可以一碼對應(yīng)多個(gè)巡檢工作，在每個(gè)二維碼中配置安保、綠化、交通等多個(gè)維度的巡檢內(nèi)容。

通過后端平臺的配置，可以設(shè)置綜合巡檢管理員（一人多崗）、專業(yè)系統(tǒng)巡檢員（一人一崗）等多種組合方式。以實(shí)現(xiàn)精簡崗位、以工作量需求配置崗位的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)巡檢質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化、巡檢績效精細(xì)化可量化等目標(biāo)。

5多業(yè)務(wù)支持智能巡檢系統(tǒng)的核心算法設(shè)計(jì)

在算法層面，我們研究了基于大數(shù)據(jù)自然選擇排序、搜索樹、路徑優(yōu)化、模糊集合、進(jìn)化動(dòng)態(tài)多目標(biāo)優(yōu)化等大數(shù)據(jù)及人工智能的相關(guān)策略和算法。從項(xiàng)目實(shí)踐中總結(jié)和研討，提出了一個(gè)符合實(shí)際使用場景的多業(yè)務(wù)支持智能巡檢系統(tǒng)的算法邏輯。

在巡檢系統(tǒng)中，首先納入考慮的是巡檢點(diǎn)位和巡檢內(nèi)容的物理空間分布情況。為了更加智能的適應(yīng)不同客戶的需求，我們的智能巡檢系統(tǒng)平臺將不干擾客戶的巡檢計(jì)劃制定及傳統(tǒng)路線的改變，通過平臺部署使用后積累的數(shù)據(jù)（一般為3個(gè)月），采用自然狀態(tài)下該項(xiàng)目呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)，采用狀態(tài)空間搜索及與/或樹搜索在結(jié)構(gòu)不良或非結(jié)構(gòu)化問題方面的搜索優(yōu)勢，進(jìn)行深度優(yōu)先搜索及綜合采用模糊集合方式劃分多個(gè)不同的區(qū)域AREA的方式進(jìn)行有界深度優(yōu)先搜索（加權(quán)判斷方式為時(shí)間參數(shù)），提供優(yōu)化的巡檢路線推薦。

狀態(tài)空間搜索數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：OPEN表和CLOSED表

在優(yōu)化路線選定后，再輔助以每個(gè)線段的時(shí)間長度參數(shù)評估巡檢人員的工作質(zhì)量和精度。下圖為采用綜合算法后的模擬路徑線路示意。

算法的核心思想是按照大數(shù)據(jù)可視化方式刻畫出巡檢路線上的每個(gè)兩點(diǎn)之間的線路（定義為a1為Star點(diǎn)和En點(diǎn)），即相關(guān)路線分段刻畫如下：

a1a2、a2a3、a2a4、a3a4……a3b1

b1b2、b2b3、b2b4、b3b4、b3b5、b4b5、b5b6……b6c1、b6c2、bb4c1、b4c2

c1c2、c1c5、c2c3、c2c4、c3c4、c3c5……c5d1、c5d2

d1d2、d1d4、d1d3、d2d3、d2d4、d3d4……d4a4

a4a1

其中，依據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)記錄每一路線分段的發(fā)生的次數(shù)N，每一路線分段的時(shí)間參數(shù)Ta1a2、Ta2a3、Ta2a4、Tc1d1、Tc1c4……

根據(jù)每一線段出現(xiàn)的頻率優(yōu)先排序疊加時(shí)間參數(shù)算法，我們使用的頻率及時(shí)間參數(shù)疊加算法計(jì)算方式為：

S=Ni（i為1、2…n）* x%? +? Ti（i為1、2…n）* （1-x）%

（X為權(quán)重系數(shù)，一般取值范圍在60～80之間，即在巡檢線段的選擇中出現(xiàn)的頻率高的優(yōu)先于用時(shí)短的，N作為頻率的權(quán)重一般取值在60%～80%之間為宜，T作為時(shí)間的權(quán)重一般取值在20%～40%之間為宜。在實(shí)際的項(xiàng)目中，客戶可以采用不同的取值進(jìn)行模擬計(jì)算和比較，得出一個(gè)更加符合自身需要的一個(gè)路線，從而平衡人力投入和效益）。

經(jīng)過計(jì)算，系統(tǒng)推薦主要巡檢路線，即a1a2-a2a3-a3b1-b1b2-b2b3-b3b4-b4b5-b5b6-b6c1-…….d4a4-a4a1。

其中a3b1、b6c1、c5d1、d4a4……為跨區(qū)域的線段。區(qū)域的劃分采用了模糊集合的元素定義方式：A={（x，A（x）∈X}。

即在系統(tǒng)初始化中，將所有巡檢點(diǎn)位按照所屬建筑物、功能、屬性、空間標(biāo)識等進(jìn)行標(biāo)注。在系統(tǒng)積累一定的數(shù)據(jù)后依據(jù)頻率時(shí)間疊加算法進(jìn)行區(qū)域劃分。這樣就可以簡化路徑算法的復(fù)雜度，將整體的問題劃分到不同的小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，更加高效、簡潔。

6多業(yè)務(wù)支持智能巡檢系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及價(jià)值

多業(yè)務(wù)支持智能巡檢系統(tǒng)還可以靈活的加入按照不同周期巡檢的點(diǎn)位，如按照每周、每月、每季度等插入不同的要求。

可以依據(jù)特殊活動(dòng)、重點(diǎn)區(qū)域或重點(diǎn)設(shè)備等插入點(diǎn)位，增加或減少巡檢頻率等各種設(shè)置。還可以依據(jù)路線的改變調(diào)整固定的巡檢路線、巡檢時(shí)間間隔，將有規(guī)律的巡檢變成外在觀察者看來毫無無規(guī)律的巡檢安排。這些技術(shù)措施都可以規(guī)避掉傳統(tǒng)巡檢系統(tǒng)的漏洞和不足，可以提升巡檢的個(gè)性化及安全性要求，滿足客戶的不同需要。

智能巡檢系統(tǒng)的云計(jì)算架構(gòu)可以便捷的支持通過4G方式的廣域網(wǎng)連接，可以低成本覆蓋一個(gè)城市不同區(qū)域、多個(gè)城市，乃至分布在全國各地的物業(yè)運(yùn)營單位。形成統(tǒng)一、高效、可量化、標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)維巡檢服務(wù)能力。

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