基于RFID技術(shù)的高校安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

杜海濤

【摘 要】隨著大學(xué)逐年擴(kuò)大招生規(guī)模，在校大學(xué)生的人數(shù)日益增加，各類校園的突發(fā)事件也在增加，傳統(tǒng)高校的安防系統(tǒng)很難應(yīng)對(duì)當(dāng)前對(duì)安全的需求，因此有效提高校園安防的預(yù)警性、安全性、可靠性、精確性、自動(dòng)性尤為重要，該文以物聯(lián)網(wǎng)為核心，以無(wú)線射頻識(shí)別RFID技術(shù)為主要載體，設(shè)計(jì)了一套高校安防系統(tǒng)，設(shè)計(jì)包含校園防盜系統(tǒng)、校園防火報(bào)警系統(tǒng)、校園門禁系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，全面提高了高校安防系統(tǒng)的管理效率和實(shí)時(shí)的安全防護(hù)能力。

【關(guān)鍵詞】RFID；物聯(lián)網(wǎng)；傳感器；高校安防系統(tǒng)

1. 引言

隨著生產(chǎn)力的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)是人才的競(jìng)爭(zhēng)，社會(huì)對(duì)人才的需求與日俱增，發(fā)展高等教育、提高人口素質(zhì)、促進(jìn)科技創(chuàng)新作為國(guó)家發(fā)展的基本戰(zhàn)略。高校每年招收規(guī)模逐年增加，為了適應(yīng)增加的大學(xué)人數(shù)和更高的教育培養(yǎng)質(zhì)量，高校校園大幅擴(kuò)建，加上校內(nèi)人員組成的復(fù)雜性，導(dǎo)致今年來(lái)高校內(nèi)的突發(fā)事件成上升趨勢(shì)，校園內(nèi)火災(zāi)、盜竊、及暴力事件等屢見(jiàn)不鮮。在2016年間在全國(guó)范圍內(nèi)，在高校宿舍發(fā)生的火災(zāi)事故已報(bào)道的就有20余起，火災(zāi)發(fā)生原因有線路短路、手機(jī)及用電設(shè)備操作不當(dāng)?shù)龋?015年底，清華大學(xué)化學(xué)系一實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)因化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)生火災(zāi)事故，一名博士后不幸身亡；在2016這年發(fā)生的多起高校校外人員盜竊學(xué)生筆記本和財(cái)務(wù)的案件，同時(shí)也發(fā)生了多起校內(nèi)學(xué)生群毆或者社會(huì)人員在校園中毆打?qū)W生的事件。

為了保護(hù)高校內(nèi)學(xué)生個(gè)人財(cái)產(chǎn)和公共財(cái)產(chǎn)安全，保障校內(nèi)人員的人身安全，在整個(gè)高校校園內(nèi)構(gòu)建反應(yīng)迅捷、安全可靠、穩(wěn)定精確、自動(dòng)預(yù)警的安防系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是非常必要的。在傳統(tǒng)的校園安防中，校園防盜系統(tǒng)、校園安全巡檢系統(tǒng)、校園防火報(bào)警系統(tǒng)、校園門禁系統(tǒng)、教務(wù)考勤系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等往往是互不關(guān)聯(lián)、相互獨(dú)立，對(duì)已發(fā)生事故及時(shí)有效處理存在局限性，又不能提前預(yù)警，同時(shí)也不能有效實(shí)現(xiàn)高校安防要求的信息融合及統(tǒng)一布局，很容易造成人員及設(shè)備等安防資源的浪費(fèi)。因此，就越來(lái)越迫切地需要一種新型的、智能型的校園安防系統(tǒng)，本文基于RFID技術(shù)為核心，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套高校安防系統(tǒng)，建立智慧校園安防系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)，正好為這些問(wèn)題提供了好的解決方案。近些年來(lái)，各高校的校園網(wǎng)建設(shè)已日趨完善，各種數(shù)字化校園系統(tǒng)也逐步在建設(shè)完善，有些已經(jīng)建成并正在使用，這些都為物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施提供了良好的基礎(chǔ)。

2 .高校安防系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

高校安防系統(tǒng)根據(jù)功能分為很多子系統(tǒng)，分別為：防盜子系統(tǒng)、防火報(bào)警子系統(tǒng)、校園門禁子系統(tǒng)、以及視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等。該系統(tǒng)是建立在校園網(wǎng)的基礎(chǔ)上的，整合所有安防子系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，對(duì)獲取的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘深層的信息，建立統(tǒng)一的綜合管理平臺(tái)，為高校各方面的安全防護(hù)提供實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的服務(wù)，及時(shí)防患于未然，保護(hù)高校人員的人身和財(cái)產(chǎn)安全，全面提升高校的安全防范水平。

高校安防系統(tǒng)是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)嵌入了具有無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、嵌入式智能技術(shù)或圖像識(shí)別技術(shù)等智能傳感設(shè)備，給每一個(gè)實(shí)體對(duì)象分配一個(gè)唯一的代碼，按照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，把物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)。按照物理網(wǎng)特征，將高校安防系統(tǒng)劃分為3個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、及應(yīng)用服務(wù)層。

感知層是物聯(lián)網(wǎng)的硬件基礎(chǔ)，是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官，是獲取原始信息的重要感知設(shè)備，用于識(shí)別物體和采集信息，是物聯(lián)網(wǎng)的核心，關(guān)鍵技術(shù)為：RFID技術(shù)、二維碼技術(shù)、NFC技術(shù)、傳感器技術(shù)，主要設(shè)備包括各種讀寫器、激光掃描器、傳感器、RFID標(biāo)簽以及GPS等，這些設(shè)備主要負(fù)責(zé)采集物聯(lián)網(wǎng)所需的最底層數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)層是把從感知層獲取的信息通過(guò)有線或無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)及ZigBee網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行處理和傳遞，并將這些信息迅速傳遞至應(yīng)用層，同時(shí)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)用戶與應(yīng)用層之間的聯(lián)系。

應(yīng)用層是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)中最重要的部分，先對(duì)網(wǎng)絡(luò)層傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和處理，從而為各行各業(yè)的不同需求提供服務(wù)。應(yīng)用層是由多種應(yīng)用服務(wù)器按照一定功能組合而成，其中還包含數(shù)據(jù)鏈和數(shù)據(jù)庫(kù)，主要是對(duì)從感知層獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息之間的分析、融合和轉(zhuǎn)換，以及實(shí)現(xiàn)在用戶層的適配和事件的觸發(fā)等 ，同時(shí)在需要對(duì)終端設(shè)備實(shí)施控制時(shí)，應(yīng)用層將完成用戶發(fā)出的控制指令的生成和下發(fā)功能，經(jīng)用戶層處理后的數(shù)據(jù)能夠通過(guò)因特網(wǎng)為全球用戶服務(wù)。用戶層為用戶提供了物聯(lián)網(wǎng)的多種應(yīng)用接口，包括用戶設(shè)備，客戶端和各種服務(wù)界面等。

3 .系統(tǒng)中各部子系統(tǒng)原理分析

3.1 防盜子系統(tǒng)

校園防盜系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心和N個(gè)檢測(cè)站點(diǎn)組成。檢測(cè)站點(diǎn)由RFID模塊、微控制器MCU和聲光報(bào)警模塊、GSM/GPRS模塊組成：監(jiān)控中心包括監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

系統(tǒng)利用RFID和GPRS技術(shù)對(duì)校園各出人站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其應(yīng)用原理如下：首先在校園各出入口安裝RFID閱讀器和天線，監(jiān)控中心安裝管理軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：其次在貴重物品隱蔽處安裝防拆式電子標(biāo)簽，同時(shí)給物品所有者配備一個(gè)電子標(biāo)簽，并與其名下所有物品標(biāo)簽關(guān)聯(lián)，信息存于監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)攜帶者通過(guò)出入站點(diǎn)時(shí)，RFID閱讀器讀取攜帶者及附著在物品上的電子代碼EPC后，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊與Internet互聯(lián)傳送給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心匹配物品與攜帶者身份信息。若兩者信息匹配。系統(tǒng)記錄正常出入信息，否則聲光報(bào)警，提醒管理人員注意，同時(shí)記錄報(bào)警信息，并通過(guò)GSM發(fā)送短信告知管理人員和物品所有者。

3.2 防火報(bào)警系統(tǒng)

防火預(yù)警系統(tǒng)采用了無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)的，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)常采用有線或人工預(yù)警，新的技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)，具有效率高、施工復(fù)雜度低、低功耗、低成本、延時(shí)短及組網(wǎng)靈活的優(yōu)點(diǎn)。該防火報(bào)警系統(tǒng)由中央監(jiān)控系統(tǒng)和局部監(jiān)控系統(tǒng)組成，其中多個(gè)局部監(jiān)控系統(tǒng)分布于校園內(nèi)。局部監(jiān)控系統(tǒng)包括協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)、計(jì)算機(jī)、報(bào)警設(shè)備和多層路由等。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)相連，由路由節(jié)點(diǎn)對(duì)分布在校園有安全隱患場(chǎng)所配置傳感器的子結(jié)點(diǎn)進(jìn)行來(lái)回呼喚、檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)校園火災(zāi)隱患的早期報(bào)警。傳感器節(jié)點(diǎn)采用新型煙霧、溫度或一氧化碳傳感器，實(shí)施將獲取數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)判斷是否有火災(zāi)隱患，通過(guò)無(wú)線通信協(xié)議ZigBee把相關(guān)數(shù)據(jù)傳給路由節(jié)點(diǎn)，由其匯總給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)乃至計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化的校園防火報(bào)警系統(tǒng)。通過(guò)有線的方式將分散的局部防火報(bào)警系統(tǒng)連接起來(lái)，組建成整體的校園防火報(bào)警系統(tǒng)，并匯聚形成校園防火報(bào)警中央監(jiān)控系統(tǒng)。一旦發(fā)生火災(zāi)，校園防火報(bào)警系統(tǒng)可以通過(guò)多種方式報(bào)警，準(zhǔn)確地確定火災(zāi)發(fā)生的位置可與消防部門聯(lián)動(dòng)，降低火災(zāi)損失。endprint

3.3 校園門禁子系統(tǒng)

門禁子系統(tǒng)主要由三個(gè)層的設(shè)備構(gòu)成，底層包括身份識(shí)別裝置（RFID讀卡器）、電子門鎖、出門按鈕、報(bào)警傳感器和報(bào)警喇叭等；控制器用來(lái)接收底層設(shè)備采集來(lái)的人員信息，與服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)校驗(yàn)其授權(quán)情況后做出處理：龐大的門禁系統(tǒng)是將多個(gè)控制器、底層設(shè)備構(gòu)筑的小系統(tǒng)通過(guò)通信總線與中央制計(jì)算機(jī)相聯(lián)所組成。

RFID卡內(nèi)保存了不同類型用戶如教師、學(xué)生及校外協(xié)作單位人員的信息及其權(quán)限，對(duì)臨時(shí)出入學(xué)校人員發(fā)放臨時(shí)出如RFID卡，對(duì)不同用戶RFID卡，其內(nèi)信息、權(quán)限及外觀均應(yīng)在設(shè)計(jì)上有所區(qū)別。此外RFID卡還應(yīng)同時(shí)考慮遠(yuǎn)距離及近距離非接觸感應(yīng)需求，如攜帶RFID卡的教職工出入辦公場(chǎng)所時(shí)，在遠(yuǎn)距離自動(dòng)被門禁系統(tǒng)感應(yīng)并保存其出入信息。

RFID讀卡器可安裝在學(xué)校圖書館、辦公樓、教學(xué)樓、宿舍及學(xué)校出入通道處，通過(guò)讀取用戶RFID卡內(nèi)信息及其權(quán)限，傳送到門禁控制端，門禁控制端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層門禁管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)信息進(jìn)行匹配分析，傳送指令到門禁控制系統(tǒng)，門禁控制端依據(jù)此進(jìn)行該門禁放行與否的操作。門禁控制主要讀取RFID讀卡器獲得的用戶信息并傳送到門禁管理系統(tǒng)，另一方面，接收門禁管理傳送來(lái)的指令并執(zhí)行信息顯示、放行及關(guān)閉通道等操作門禁管理系統(tǒng)中一方面保存門禁出人人員及出入時(shí)間等信息；另一方面，對(duì)為攜帶RFID卡用戶、非法闖入及超時(shí)逗留等異常情況進(jìn)行及時(shí)提醒及警示，并對(duì)人員進(jìn)入其無(wú)權(quán)限區(qū)域進(jìn)行警告。對(duì)于非RFID人員門禁尾隨他人進(jìn)入或在敏感區(qū)域滯留等情況，則需將門禁系統(tǒng)與視頻監(jiān)控信息相結(jié)合進(jìn)行事件檢測(cè)和判斷，并對(duì)門禁尾隨和非權(quán)限敏感區(qū)域滯留事件一旦發(fā)現(xiàn)即刻報(bào)警。

3.4 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)使用寬帶網(wǎng)絡(luò)提供聲音、圖像和各種報(bào)警信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離采集、傳輸、儲(chǔ)存與處理。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)不僅具有攝錄像功能，還能根據(jù)編組的讀卡器讀到相關(guān)信息進(jìn)行相應(yīng)處理，當(dāng)與攝像頭編組的讀卡器讀取到RFID標(biāo)簽時(shí)，該攝像頭將會(huì)自動(dòng)采集當(dāng)前幀（畫面），進(jìn)行預(yù)處理后保存為圖片，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器；可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)警報(bào)，一旦發(fā)現(xiàn)非法電子標(biāo)簽ID號(hào)進(jìn)入特殊區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)送一條包含報(bào)警時(shí)間、報(bào)警地點(diǎn)的報(bào)警短信給該電子標(biāo)簽的持有人，并將畫面信息和相關(guān)證據(jù)存入服務(wù)器；可以實(shí)現(xiàn)查詢歷史記錄，根據(jù)特定條件。

該系統(tǒng)同時(shí)也可以對(duì)區(qū)域外圍實(shí)現(xiàn)檢測(cè)及防御，先對(duì)區(qū)域外圍進(jìn)行智能分析檢測(cè)，可對(duì)外圍徘徊人員進(jìn)行語(yǔ)音警告，并對(duì)翻越人員進(jìn)行有效防御，采取智能檢測(cè)可有效避免誤檢和漏檢，通過(guò)軟件智能分析可有效區(qū)分人員或動(dòng)物干擾；過(guò)渡區(qū)檢測(cè)及防御一一對(duì)位于核心區(qū)域與外圍防御區(qū)之間的過(guò)渡區(qū)采取跟蹤定位，當(dāng)外圍區(qū)域被侵入時(shí)快速定位侵入人員并采取相應(yīng)措施對(duì)其進(jìn)行防御，同時(shí)可結(jié)合視頻監(jiān)控設(shè)備對(duì)其進(jìn)行抓拍；核心區(qū)域防御一一此功能包括門窗的檢測(cè)防御，以及重要區(qū)域的緊急防御，同時(shí)對(duì)該區(qū)域的重要出入口實(shí)施緩沖措施；備用電源功能一一確保供電失常情況下，系統(tǒng)仍能保持一段時(shí)間的正常使用，使通訊暢通無(wú)阻，有效避免非法人員企圖通過(guò)中斷電源來(lái)入侵系統(tǒng)。

4 .總結(jié)與展望

本文針對(duì)智慧的高校安防系統(tǒng)總體方案及其實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了研究，充分考慮安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及發(fā)展趨勢(shì)，充分利用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)校園安防的智能性、快速性、有效性及安全性，克服了以往安防系統(tǒng)僅停留在“安”的不足，兼顧了事先“預(yù)防”的需求。

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