基于物聯(lián)網(wǎng)技術的校園智慧監(jiān)控系統(tǒng)設計與研究
——以云南司法警官職業(yè)學院為例

◆周逸璇 李志強

(云南司法警官職業(yè)學院 云南 650211)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的校園智慧監(jiān)控系統(tǒng)設計與研究
——以云南司法警官職業(yè)學院為例

◆周逸璇 李志強

(云南司法警官職業(yè)學院 云南 650211)

隨著校園建設的需要，現(xiàn)代化的監(jiān)控系統(tǒng)不僅是校園安防的要求，也是智慧校園的重要組成部分。本文針對傳統(tǒng)校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的監(jiān)控不到位、帶寬資源不足、數(shù)據(jù)存儲量有限、跟蹤和報警能力不足等問題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧監(jiān)控系統(tǒng)。并以云南司法警官職業(yè)學院為例，為構建智慧校園提出新的思路。

物聯(lián)網(wǎng)技術，智慧監(jiān)控，校園安防

0 引言

校園是國家人才培養(yǎng)的重要場所和機構，隨著校園建設步伐的加快，校園面積的逐步擴大，流動人員也在不斷增加，各種不確定的因素也校園的安全管理帶來了很大難度。占地廣、管理人員少、人員密集、防范意識差等諸多因素的限制，讓高校安防與其他領域相比更具有特殊性。除了加強值守人員安全防范意識，增加人力、加固門窗外，通過監(jiān)控、報警、在線電子巡查等技防設施的建設和應用也開始為高校安防發(fā)揮作用。物聯(lián)網(wǎng)技術充分利用其自身優(yōu)勢并結合互聯(lián)網(wǎng)，以促進高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展為驅動，科學配置、有效利用各方面的資源，使學校教學和管理變得更具人性化和智能化。因此，如何有效地應用物聯(lián)網(wǎng)技術來推動數(shù)字化校園向智慧校園的發(fā)展是亟待研究和實踐的重要課題，也是是推動云南省高等職業(yè)技術教育未來發(fā)展的必然趨勢。

1 概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)，其實就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)絡，其核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，它的終端可以包括任何物體，以實現(xiàn)物體和物體之間的通信和數(shù)據(jù)交換[1]。物聯(lián)網(wǎng)依托計算機關鍵技術、感知關鍵技術、互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術等[2]，獲取信息，結合網(wǎng)絡進行信息的傳送與交換，采用智能計算技術對信息進行分析處理，從而提高物質世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制[3]。設備化和連通性是物聯(lián)網(wǎng)的基本特性[4]。在任意時間任意地點，通過物聯(lián)網(wǎng)連接的物體都可以尋址、通信和控制。借助物聯(lián)網(wǎng)，高等職業(yè)院?？梢詫崿F(xiàn)校園的互聯(lián)互通，使校園管理更加流暢和高效。

1.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是通過圖像監(jiān)控的方式對高校的各個區(qū)域或者主要進出口作一個實時、遠程的視頻監(jiān)控的安防系統(tǒng)[5]。在經(jīng)歷了模擬視頻監(jiān)控、數(shù)字視頻監(jiān)控階段后，網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備了以往兩種視頻系統(tǒng)沒有的優(yōu)勢。系統(tǒng)由前端攝像機、中心控制系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)等組成。前端主要設計在教學區(qū)及生活區(qū)出入口、室外主要道路口、各樓棟的出入口、實驗室、圖書館、體育場館等重要區(qū)域。中心設計一套視頻綜合管理平臺及錄像集中存儲系統(tǒng)，系統(tǒng)借助 IP網(wǎng)絡將系統(tǒng)前后端設備連接起來，實現(xiàn)對視頻的切換瀏覽、錄像和查看功能。高校因其占地面積廣、建筑分散、人員密度高、教學科研儀器眾多等因素使其對安全防范系統(tǒng)有不同于其他行業(yè)的特殊要求，加之視頻監(jiān)控的局限性和監(jiān)控的死角，往往使之成為盜竊和犯罪經(jīng)常出現(xiàn)的地方，威脅著校園安全。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧監(jiān)控系統(tǒng)

云南司法警官職業(yè)學院校本部在昆明東郊大板橋鎮(zhèn)，另外還有北市區(qū)校區(qū)，兩地分散，距離較遠不方便管理，通過建設智慧監(jiān)控系統(tǒng)來提高校園安全防范與管理，采用網(wǎng)絡視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)，將Internet技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、視頻音頻技術、數(shù)據(jù)庫等整合在一起，在現(xiàn)有校園網(wǎng)絡的基礎上，通過高速圖像傳送，在校本部保衛(wèi)處監(jiān)控室對兩個校區(qū)的重點區(qū)域進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)校園的和諧平安。

2.1 智慧監(jiān)控系統(tǒng)的層次框架

按照物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡層和應用層的三層劃分模式[6]，智慧監(jiān)控系統(tǒng)可以劃分為：智慧監(jiān)控感知層、智慧監(jiān)控網(wǎng)絡層和智慧監(jiān)控應用層，如圖1所示。其中智慧監(jiān)控感知層通過網(wǎng)絡攝像機實現(xiàn)對信息的采集，由鏡頭、聲音傳感器、圖像傳感器等搜集視頻和音頻信號。智能傳感器利用無線傳感技術對覆蓋區(qū)域內重點物品的標簽或者二維碼進行信息跟蹤，根據(jù)標簽所在的位置，確定是否屬于安全狀態(tài)，有效地實現(xiàn)監(jiān)控目的。智慧監(jiān)控網(wǎng)絡層基于以太網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)絡的結構設計，利用以太網(wǎng)將壓縮后的視音頻信號傳輸至網(wǎng)絡視頻服務器及節(jié)點服務器，在存儲視頻數(shù)據(jù)的同時將數(shù)據(jù)提交至云服務器。利用無線傳感網(wǎng)進行節(jié)點布置時，實現(xiàn)了對監(jiān)控對象信息的采集、處理、傳輸工作，根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息，進行控制和操縱[7]。智慧監(jiān)控應用層是智慧監(jiān)控系統(tǒng)和用戶的接口，主要部署在監(jiān)控中心，利用云端提供的數(shù)據(jù)存儲服務實現(xiàn)對于對象的實時監(jiān)控，并且通過移動物體檢測算法判斷所監(jiān)控的范圍內是否有物體移動，并對移動物體進行監(jiān)控。系統(tǒng)管理員不僅可以直接操作系統(tǒng)實現(xiàn)所需功能，還可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問各節(jié)點數(shù)據(jù)，并且該應用層還兼容多種訪問終端，比如手機、平板電腦以及筆記本電腦等設備。

圖1 智慧監(jiān)控系統(tǒng)層次結構

2.2 智慧監(jiān)控系統(tǒng)的具體設計

2.2.1 總體設計

結合云南司法警官職業(yè)學院的校園特點，在每個獨立校區(qū)內的建筑物上布置高清網(wǎng)絡攝像機，特別是校園進出口、行政樓、教學樓、宿舍、運動場、圖書館等重要活動場所，并在建筑物中設立相關服務器，利用已建成的校園網(wǎng)絡傳輸監(jiān)控視頻和音頻。除此以外，利用物聯(lián)網(wǎng)的特性和技術，對重要物品和設施進行重點感知。所有信息通過云計算匯總到后端智能分析服務器來實現(xiàn)視頻智能分析的應用。

2.2.2 前端監(jiān)控點設計

對校園內固定資產(chǎn)以及重要或者涉密的文件和物體貼上二維碼，并以 RFID、GPS等技術進行智能標簽，用于物體的識別和對象信息的獲取，感知和追蹤物品位置，確保安全管理。采用高清網(wǎng)絡攝像頭和拾音器來負責各個監(jiān)控點現(xiàn)場視音頻信號的采集，并將其傳輸給視頻處理設備。為攝像機由UPS集中供電以保證電源潔凈，防止串擾。

2.2.3 物聯(lián)網(wǎng)中間層設計

物聯(lián)網(wǎng)中間層設計主要是針對網(wǎng)絡傳輸層的設計。在兩個獨立的校區(qū)內，采用無線傳輸技術，利用智能傳感器，組成短距離的無線傳感網(wǎng)，經(jīng)過多個的網(wǎng)絡節(jié)點的傳輸網(wǎng)絡，可達到幾百甚至無限遠。采用ZigBee作為無線傳輸模塊，可以自動組網(wǎng)，并具有自動修復功能，同時該協(xié)議具有的防碰撞機制能有效的避免發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。校區(qū)與校區(qū)之間以云計算和智能網(wǎng)絡為平臺，將經(jīng)數(shù)字化的視音頻信號通過視頻壓縮算法（如MPEG-4/H.264）和音頻壓縮算法（如 G.729/ADPCM）進行壓縮編碼，采用統(tǒng)一的 TCP/IP協(xié)議來進行圖像、聲音和數(shù)據(jù)采集傳輸，通過IP數(shù)據(jù)包將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡視頻服務器及節(jié)點服務器，再接入以太網(wǎng)，在存儲視頻數(shù)據(jù)的同時將數(shù)據(jù)提交至云服務器，因此可以不受地理區(qū)域的限制，實現(xiàn)更廣闊區(qū)域的監(jiān)控布局。

2.2.4 智慧監(jiān)控中心設計

智慧監(jiān)控中心采用云服務器集成實施數(shù)據(jù)存儲和服務器的部署，同時實現(xiàn)對系統(tǒng)的綜合監(jiān)控管理。功能集視頻解碼、數(shù)字輸入、拼接、控制、漫游、智能跟蹤分析、警報等于一體。管理員不僅通過管理軟件實現(xiàn)綜合管理，可以通過互聯(lián)網(wǎng)基于 Web 實現(xiàn)對各節(jié)點服務器數(shù)據(jù)的訪問，獲得監(jiān)控的實時狀態(tài)。通過智能視頻監(jiān)控技術實現(xiàn)對視頻的分析和計算，從視頻中提取運動目標信息，根據(jù)用戶設置的報警規(guī)則，自動判斷分析報警事件，產(chǎn)生相關報警信息，報警服務器在接收到報警信號后可進行預案設置的聯(lián)動。還可以實現(xiàn)校園物品的自動盤點和物品遺留檢測[8]，感知目標物體的位置，解決在校師生亂堆物品占用消防通道等，有利于提高校園管理工作效率，通過計算機、手機等終端，實現(xiàn)實時監(jiān)控和報警。

在保證信息安全的基礎上，學院各部門的桌面終端均可訪問權限范圍內的視頻資源，支持調看實時視頻圖像、PTZ控制和回放錄像資料[9]。借助智能分析技術，可以對圖像質量診斷（解決前端攝像機故障或人為惡意破壞），對人員聚集等異常情況將觸發(fā)警報，上傳監(jiān)控中心（解決高校人員聚集鬧事的問題）、在高校某些禁止入內的區(qū)域可以自由靈活的設定時間段啟用報警功能，如有人進入該區(qū)域立即啟動報警功能。在室內重要場合如重要機房等設定警戒區(qū)域，24小時不間斷實時監(jiān)控，只要有人進入警戒區(qū)域，馬上報警并上傳監(jiān)控中心，提醒監(jiān)控人員注意。在高校消防通道、過道、人文廣場等區(qū)域設定警戒區(qū)域，24小時不間斷實時監(jiān)控，只要有人在警戒區(qū)域內堆放物品超過設定時間，馬上報警。

3 結論

本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術架構設計了智慧監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)不同的部位要求，布置不同的設備，從而達到全方位監(jiān)控的目的。同時，使用云服務器實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的存儲及多種應用服務器的管理，為校園的安全性提供保障，達到建設智慧校園的目的。隨著智慧城市的不斷發(fā)展，目前教育行業(yè)也開始對學校進行智慧式的建設探索，以智慧監(jiān)控為核心的智慧校園規(guī)劃逐漸得到實現(xiàn)，相信智慧監(jiān)控以及其他安防系統(tǒng)可以為“智慧校園”的信息化建設提供新的思路。

[1]朱洪波，楊龍祥，朱琦．物聯(lián)網(wǎng)技術進展與應用[J]．南京郵電大學學報(自然科學版) ，2011．

[2]石貴舟，余霞．基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的高校產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新[J]．現(xiàn)代教育管理，2016．

[3]胡梅，馬斌．“互聯(lián)網(wǎng)+高等職業(yè)教育”的現(xiàn)實可能與當代變革[J]．現(xiàn)代教育管理，2016．

[4]陳明選，徐旸．基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設與發(fā)展研究[J]．遠程教育雜志，2012．

[5]視頻監(jiān)控(海康)高校安全防范系統(tǒng)解決方案［EB/OL］．

[6]鄧鵬．基于物聯(lián)網(wǎng)的校園節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D]．湖南工業(yè)大學，2013．

[7]王新艷．基于物聯(lián)網(wǎng)技術的校園監(jiān)控技術研究[J]．湖北函授大學學報，2015．

[8]蔣映．物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在智慧校園建設中的應用研究[J]．科技風，2016．

[9]莫偉健，任志健，萬智萍．基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J]．實驗室研究與探索，2013．