IoT und Datenanalyse in der BauindustrieIoT and data analytics in the construction industry

Dieses Beispielszenario ist für Entwickler von Lösungen relevant, die Daten zahlreicher IoT-Geräte in eine umfassende Datenanalysearchitektur integrieren, um Entscheidungsprozesse zu verbessern und zu automatisieren.This example scenario is relevant to organizations building solutions that integrate data from many IoT devices into a comprehensive data analysis architecture to improve and automate decision making. Zu den möglichen Anwendungsbereichen zählen unter anderem die Baubranche, Bergbau und die Fertigungsbranche sowie andere Branchen, in denen große Datenmengen aus zahlreichen IoT-basierten Dateneingaben anfallen.Potential applications include construction, mining, manufacturing, or other industry solutions involving large volumes of data from many IoT-based data inputs.

In diesem Szenario stellt ein Baugerätehersteller Fahrzeuge, Messgeräte und Drohnen her, die mit IoT- und GPS-Technologien ausgestattet sind und Telemetriedaten generieren.In this scenario, a construction equipment manufacturer builds vehicles, meters, and drones that use IoT and GPS technologies to emit telemetry data. Das Unternehmen möchte seine Datenarchitektur modernisieren, um die Betriebsumgebung und den Zustand der Geräte besser überwachen zu können.The company wants to modernize their data architecture to better monitor operating conditions and equipment health. Eine Möglichkeit wäre, die alte Lösung des Unternehmens durch eine lokale Infrastruktur zu ersetzen. Dies wäre jedoch mit hohem Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden, und die neue Lösung wäre nicht ausreichend skalierbar, um das erwartete Datenvolumen zu bewältigen.Replacing the company's legacy solution using on-premises infrastructure would be both time intensive and labor intensive, and would not be able to scale sufficiently to handle the anticipated data volume.

Das Unternehmen möchte eine cloudbasierte intelligente Lösung für die Baubranche aufbauen.The company wants to build a cloud-based "smart construction" solution. Diese Lösung soll umfassende Daten für eine Baustelle sammeln sowie den Betrieb und die Wartung der verschiedenen Baustellenkomponenten automatisieren.It should gather a comprehensive set of data for a construction site and automate the operation and maintenance of the various elements of the site. Das Unternehmen hat folgende Ziele:The company's goals include:

  • Integrieren und Analysieren sämtlicher Baugeräte und Daten, um Standzeiten zu minimieren und Diebstählen vorzubeugenIntegrating and analyzing all construction site equipment and data to minimize equipment downtime and reduce theft.
  • Ermöglichen der Remotesteuerung und Automatisierung von Baugeräten, um die Auswirkungen des Arbeitskräftemangels zu kompensieren und langfristig die Anzahl der benötigten Arbeiter zu senken sowie schlechter ausgebildeten Arbeitern eine Chance zu gebenRemotely and automatically controlling construction equipment to mitigate the effects of a labor shortage, ultimately requiring fewer workers and enabling lower-skilled workers to succeed.
  • Senken der Betriebskosten und Arbeitsanforderungen für die zugrunde liegende Infrastruktur bei gleichzeitiger Erhöhung der Produktivität und SicherheitMinimizing the operating costs and labor requirements for the supporting infrastructure, while increasing productivity and safety.
  • Problemloses Skalieren der Infrastruktur zur Bewältigung eines höheren TelemetriedatenaufkommensEasily scaling the infrastructure to support increases in telemetry data.
  • Einhalten aller relevanten gesetzlichen Vorgaben durch Bereitstellung von Ressourcen innerhalb des Landes, ohne die Verfügbarkeit des Systems zu beeinträchtigenComplying with all relevant legal requirements by provisioning resources in-country without compromising system availability.
  • Verwenden von Open-Source-Software zur Maximierung der Investition in die aktuellen Kenntnisse der ArbeiterUsing open-source software to maximize the investment in workers' current skills.

Durch die Verwendung verwalteter Azure-Dienste wie IoT Hub und HDInsight kann der Kunde schnell eine umfassende Lösung mit geringeren Betriebskosten aufbauen und bereitstellen.Using managed Azure services such as IoT Hub and HDInsight will allow the customer to rapidly build and deploy a comprehensive solution with a lower operating cost. Sollten Sie noch weitere Datenanalyseanforderungen haben, sehen Sie sich die Liste mit den verfügbaren vollständig verwalteten Datenanalysediensten in Azure an.If you have additional data analytics needs, you should review the list of available fully managed data analytics services in Azure.

Relevante AnwendungsfälleRelevant use cases

Zu den weiteren relevanten Anwendungsfällen zählen:Other relevant use cases include:

  • Bauwesen, Bergbau oder Herstellung von BaugerätenConstruction, mining, or equipment manufacturing scenarios
  • Sammlung umfangreicher Gerätedaten zur Speicherung und AnalyseLarge-scale collection of device data for storage and analysis
  • Erfassung und Analyse umfangreicher DatasetsIngestion and analysis of large datasets

AufbauArchitecture

Architektur für IoT und Datenanalyse in der Bauindustrie

Die Daten durchlaufen die Lösung wie folgt:The data flows through the solution as follows:

  1. Baugeräte sammeln Sensordaten und senden die resultierenden Baudaten in regelmäßigen Abständen an Webdienste mit Lastenausgleich, die in einem Cluster virtueller Azure-Computer gehostet werden.Construction equipment collects sensor data and sends the construction results data at regular intervals to load balanced web services hosted on a cluster of Azure virtual machines.
  2. Die benutzerdefinierten Webdienste erfassen die resultierenden Baudaten und speichern Sie in einem Apache Cassandra-Cluster, der ebenfalls auf virtuellen Azure-Computern basiert.The custom web services ingest the construction results data and store it in an Apache Cassandra cluster also running on Azure virtual machines.
  3. Ein weiteres Dataset wird von IoT-Sensoren verschiedener Baugeräte gesammelt und an IoT Hub gesendet.Another dataset is gathered by IoT sensors on various construction equipment and sent to IoT Hub.
  4. Die gesammelten Rohdaten werden von IoT Hub direkt an Azure Blob Storage gesendet und können sofort angezeigt und analysiert werden.Raw data collected is sent directly from IoT Hub to Azure blob storage and is immediately available for viewing and analysis.
  5. Über IoT Hub gesammelte Daten werden nahezu in Echtzeit durch einen Azure Stream Analytics-Auftrag verarbeitet und in einer Azure SQL-Datenbank gespeichert.Data collected via IoT Hub is processed in near real time by an Azure Stream Analytics job and stored in an Azure SQL database.
  6. Über die Webanwendung „Smart Construction Cloud“ können Analysten und Endbenutzer Sensordaten und Bilder anzeigen und analysieren.The Smart Construction Cloud web application is available to analysts and end users to view and analyze sensor data and imagery.
  7. Batchaufträge werden bei Bedarf von Benutzern der Webanwendung initiiert.Batch jobs are initiated on demand by users of the web application. Der Batchauftrag wird in Apache Spark in HDInsight ausgeführt und analysiert neue Daten, die im Cassandra-Cluster gespeichert wurden.The batch job runs in Apache Spark on HDInsight and analyzes new data stored in the Cassandra cluster.

KomponentenComponents

  • IoT Hub fungiert als zentraler Nachrichtenhub für die sichere bidirektionale Kommunikation mit gerätespezifischer Identität zwischen Cloudplattform, Baugeräten und anderen Baustellenkomponenten.IoT Hub acts as a central message hub for secure bi-directional communication with per-device identity between the cloud platform and the construction equipment and other site elements. IoT Hub kann schnell Daten für jedes Gerät sammeln, die dann in der Datenanalysepipeline erfasst werden.IoT Hub can rapidly collect data for each device for ingestion into the data analytics pipeline.
  • Azure Stream Analytics ist eine Ereignisverarbeitungsengine, die große Datenmengen analysieren kann, die von Geräten und anderen Quellen gestreamt werden.Azure Stream Analytics is an event-processing engine that can analyze high volumes of data streaming from devices and other data sources. Zur Identifizierung von Mustern und Beziehungen wird zudem das Extrahieren von Informationen aus Datenströmen unterstützt.It also supports extracting information from data streams to identify patterns and relationships. In diesem Szenario erfasst und analysiert Stream Analytics Daten von IoT-Geräten und speichert die Ergebnisse in Azure SQL-Datenbank.In this scenario, Stream Analytics ingests and analyzes data from IoT devices and stores the results in Azure SQL Database.
  • Azure SQL-Datenbank enthält die Ergebnisse der analysierten Daten von IoT-Geräten und Messgeräten. Diese können von Analysten und Benutzern über eine Azure-basierte Webanwendung angezeigt werden.Azure SQL Database contains the results of analyzed data from IoT devices and meters, which can be viewed by analysts and users via an Azure-based Web application.
  • Blob Storage speichert Bilddaten, die von den IoT Hub-Geräten erfasst wurden.Blob storage stores image data gathered from the IoT hub devices. Die Bilddaten können über die Webanwendung angezeigt werden.The image data can be viewed via the web application.
  • Traffic Manager steuert die Verteilung von Benutzerdatenverkehr für Dienstendpunkte in unterschiedlichen Azure-Regionen.Traffic Manager controls the distribution of user traffic for service endpoints in different Azure regions.
  • Load Balancer verteilt Datenübermittlungen von Baugeräten auf die VM-basierten Webdienste, um eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten.Load Balancer distributes data submissions from construction equipment devices across the VM-based web services to provide high availability.
  • Virtuelle Azure-Computer fungieren als Host für die Webdienste, die die resultierenden Baudaten empfangen und in der Apache Cassandra-Datenbank erfassen.Azure Virtual Machines host the web services that receive and ingest the construction results data into the Apache Cassandra database.
  • Apache Cassandra ist eine verteilte NoSQL-Datenbank zum Speichern von Baudaten, die später durch Apache Spark verarbeitet werden.Apache Cassandra is a distributed NoSQL database used to store construction data for later processing by Apache Spark.
  • Web-Apps hostet die Endbenutzer-Webanwendung, mit der Quelldaten und Bilder abgefragt und angezeigt werden können.Web Apps hosts the end-user web application, which can be used to query and view source data and images. Über die Anwendung können Benutzer auch Batchaufträge in Apache Spark initiieren.Users can also initiate batch jobs in Apache Spark via the application.
  • Apache Spark in HDInsight unterstützt In-Memory-Verarbeitung, um die Leistung von Anwendungen bei der Analyse großer Datenmengen zu steigern.Apache Spark on HDInsight supports in-memory processing to boost the performance of big-data analytic applications. In diesem Szenario wird Spark verwendet, um komplexe Algorithmen für die in Apache Cassandra gespeicherten Daten auszuführen.In this scenario, Spark is used to run complex algorithms over the data stored in Apache Cassandra.

AlternativenAlternatives

ÜberlegungenConsiderations

Die breite Verfügbarkeit von Azure-Regionen ist ein wichtiger Faktor für dieses Szenario.The broad availability of Azure regions is an important factor for this scenario. Die Verfügbarkeit mehrerer Regionen in einem einzelnen Land kann bei der Notfallwiederherstellung genutzt werden und ermöglicht gleichzeitig die Einhaltung vertraglicher Verpflichtungen sowie der Anforderungen von Strafverfolgungsbehörden.Having more than one region in a single country can provide disaster recovery while also enabling compliance with contractual obligations and law enforcement requirements. Die Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen Azure-Regionen ist ebenfalls ein wichtiger Faktor in diesem Szenario.Azure's high-speed communication between regions is also an important factor in this scenario.

Dank der Unterstützung von Open Source-Technologien durch Azure konnte der Kunde auf bereits vorhandene Kenntnisse seines Personals zurückgreifen.Azure support for open-source technologies allowed the customer to take advantage of their existing workforce skills. Im Vergleich zu einer lokalen Lösung kann der Kunde außerdem schneller neue Technologien einführen und von geringeren Kosten und einer geringeren Arbeitsauslastung profitieren.The customer can also accelerate the adoption of new technologies with lower costs and operating workloads compared to an on-premises solution.

PreisePricing

Folgende Aspekte haben erheblichen Einfluss auf die Kosten für diese Lösung:The following considerations will drive a substantial portion of the costs for this solution.

  • Die Kosten für virtuelle Azure-Computer steigen linear, wenn weitere Instanzen bereitgestellt werden.Azure virtual machine costs will increase linearly as additional instances are provisioned. Für virtuelle Computer mit aufgehobener Bereitstellung fallen nur Speicherkosten und keine Computekosten an.Virtual machines that are deallocated will only incur storage costs, and not compute costs. Diese Computer mit aufgehobener Zuordnung können bei entsprechend hohem Bedarf neu zugeordnet werden.These deallocated machines can then be reallocated when demand is high.
  • Die Kosten für IoT Hub hängen von der Anzahl bereitgestellter IoT-Einheiten sowie von der gewählten Dienstebene ab, die wiederum die Anzahl der pro Tag und Einheit zulässigen Nachrichten bestimmt.IoT Hub costs are driven by the number of IoT units provisioned as well as the service tier chosen, which determines the number of messages per day per unit allowed.
  • Die Kosten für Stream Analytics hängen von der Anzahl von Streamingeinheiten ab, die für die Verarbeitung der Daten im Dienst erforderlich sind.Stream Analytics is priced by the number of streaming units required to process the data into the service.

In der Kundengeschichte von Komatsu können Sie sich eine Implementierung einer ähnlichen Architektur ansehen.To see an implementation of a similar architecture, read the Komatsu customer story.

Einen Leitfaden für Big Data-Architekturen finden Sie im Azure-Datenarchitekturleitfaden.Guidance for big data architectures is available in the Azure Data Architecture Guide.