基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能安保系統(tǒng)在旅游區(qū)的應(yīng)用與研究

朱萬(wàn)春

摘 要： 隨著人民生活水平大幅度提高，越來(lái)越多的人選擇在空閑時(shí)間到旅游景區(qū)游玩。如何高效、快速、及時(shí)地發(fā)現(xiàn)旅游區(qū)的安全問(wèn)題并完成保衛(wèi)任務(wù)，成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。通過(guò)實(shí)地調(diào)研和查閱相關(guān)文獻(xiàn)，提出基于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式ARM為平臺(tái)研發(fā)主機(jī)，運(yùn)用溫度傳感器監(jiān)測(cè)旅游區(qū)溫度，并運(yùn)用GSM和GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)安保信息的聯(lián)網(wǎng)傳遞。同時(shí)，將旅游區(qū)監(jiān)控影像資料實(shí)時(shí)錄入存儲(chǔ)卡，以便證據(jù)的保留。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，證明了該系統(tǒng)具有聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、實(shí)時(shí)預(yù)警、數(shù)據(jù)記錄等功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)旅游區(qū)的安全保衛(wèi)和智能監(jiān)控，有效保障了旅游區(qū)游客生命財(cái)產(chǎn)的安全。

關(guān)鍵詞： 旅游區(qū)； 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)； 智能安保系統(tǒng)； 嵌入式ARM； 遠(yuǎn)程監(jiān)控； 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)： TN919?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）05?0140?04

Abstract： With the increasing improvement of people′s living standard， more people choose to travel to scenic spots during holidays. How to efficiently， quickly and timely find the safety problems and complete the security task has become the research hotspot currently. By means of field research and pertinent literature investigation， an Internet of Things （IoT） technology based intelligent security system for tourist area is put forward， which takes the embedded ARM as the platform development host computer. The temperature sensor is used to monitor the temperature of tourist area， and the GSM and GPRS technologies are adopted to realize the networking transmission of security information. At the same time， the monitoring image data of tourism area is stored into the storage card in real time to reserve the evidences. The verification results prove that the system has the functions of networking monitoring， real?time warning and data logging， can realize the safety guaranteeing and intelligent monitoring for the tourist area， and protect the safety of life and property of tourists effectively.

Keywords： tourist area； Internet of Things technology； intelligent security system； embedded ARM； remote monitoring； wireless sensor network

0 引 言

改革開(kāi)放以來(lái)，在基本的生活需求得到滿足的基礎(chǔ)上，人們?cè)絹?lái)越重視自己的精神生活。因此，空閑時(shí)間去旅游區(qū)游玩成為許多人放松自我的重要方式。大量的游客涌入旅游區(qū)，使旅游區(qū)的安全保衛(wèi)任務(wù)變得越來(lái)越繁重和復(fù)雜，如何能減輕旅游區(qū)安保人員的工作量，提高安保效率及信息傳遞的及時(shí)性，成為廣大科研人員的研究重點(diǎn)。

隨著科技的不斷進(jìn)步，新型技術(shù)的運(yùn)用大大促進(jìn)了科技產(chǎn)品的發(fā)展，其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是備受關(guān)注的現(xiàn)代技術(shù)之一[1?2]。傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心是無(wú)線傳感技術(shù)，然而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對(duì)其定義也發(fā)生了變化。國(guó)際電信聯(lián)盟擴(kuò)展了物聯(lián)網(wǎng)的概念：所謂“物”，是指具有物理屬性以及實(shí)質(zhì)個(gè)性的對(duì)象；所謂“聯(lián)網(wǎng)”是指通過(guò)智能接口實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接信息網(wǎng)絡(luò)。要想實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是感知?傳輸?處理[3?4]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能安保系統(tǒng)的結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)立體的安全監(jiān)控和保護(hù)，使得安保人員能夠?qū)崟r(shí)且全方位地對(duì)安保區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控管理。本文所提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)充分利用嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合旅游區(qū)溫度傳感器等感知設(shè)備，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)安保系統(tǒng)的功能，而且還具有智能程度高、成本低等特點(diǎn)，大大提高了旅游區(qū)安保效率，有助于減少游客生命財(cái)產(chǎn)的損失，提高旅游區(qū)安全程度，進(jìn)而吸引更多的游客，形成旅游區(qū)產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)。

1 系統(tǒng)研發(fā)所需關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)將擁有感知、計(jì)算和執(zhí)行能力的芯片或者軟件嵌入真實(shí)世界的物體中，而這些嵌入的芯片和軟件之間的協(xié)同運(yùn)行及信息傳遞則是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[5?6]。如圖1所示，物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)通常包含三個(gè)層次：

感知層：包括傳感器、攝像頭及讀寫器等；

網(wǎng)絡(luò)層：包括互聯(lián)網(wǎng)或3G/4G網(wǎng)絡(luò)；

應(yīng)用層：包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)及智能交通等多個(gè)方面。

感知層中安裝有多種傳感器，如讀寫器、溫度傳感器、攝像頭等設(shè)備，這些設(shè)備不僅用來(lái)獲取監(jiān)測(cè)信息，而且是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。endprint

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)中較為成熟的一層，該層需要在結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層的具體作用是傳遞在感知層得到的信息，這些信息不僅來(lái)自于互聯(lián)網(wǎng)，而且還來(lái)源于數(shù)據(jù)交換或云計(jì)算中心。

應(yīng)用層的作用是在前兩層的基礎(chǔ)上研發(fā)適應(yīng)不同場(chǎng)景的智能化應(yīng)用。在此研發(fā)過(guò)程中需要考慮不同用戶或不同行業(yè)的獨(dú)有特點(diǎn)。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的根本動(dòng)力所在，只有實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)才具有實(shí)際價(jià)值。

1.2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[7?9]包含許多傳感器節(jié)點(diǎn)，而這些傳感器節(jié)點(diǎn)均具有計(jì)算與通信能力，并且通過(guò)自組織的形式實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，進(jìn)而通過(guò)相互協(xié)作實(shí)現(xiàn)某些特定功能。

通常情況下，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由任務(wù)管理、Sink以及傳感器節(jié)點(diǎn)等三部分組成[10]。監(jiān)測(cè)區(qū)域里的眾多傳感器節(jié)點(diǎn)自組織形成網(wǎng)絡(luò)，處理后的監(jiān)測(cè)信息通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送到Sink節(jié)點(diǎn)；任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)能夠通過(guò)Sink節(jié)點(diǎn)配置與管理傳感器網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)布相關(guān)指令。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信框圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)要求

旅游區(qū)安保系統(tǒng)相比于其他數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，只需要利用低速率、低成本的控制方式即可控制旅游區(qū)內(nèi)互聯(lián)的設(shè)備。因此，研發(fā)出一套成本低、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化程度高、易擴(kuò)展的旅游區(qū)安保系統(tǒng)成為廣大科研人員的研究重點(diǎn)。本文依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和旅游區(qū)實(shí)際要求，列出以下四點(diǎn)功能：

1） 遠(yuǎn)程信息傳輸功能：通過(guò)GSM/GPRS模塊將旅游區(qū)監(jiān)測(cè)和報(bào)警信息傳遞給旅游區(qū)安保人員，以便及時(shí)處理安保問(wèn)題。

2） 安全防范功能：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝的各類傳感器實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)溫濕度和煙霧數(shù)據(jù)，防止發(fā)生惡性火災(zāi)事故；當(dāng)非法人員進(jìn)入旅游區(qū)時(shí)，要立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)存檔相關(guān)影音證據(jù)。

3） 遠(yuǎn)程監(jiān)控旅游區(qū)狀態(tài)功能：能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并控制旅游區(qū)內(nèi)各設(shè)備狀態(tài)參數(shù)。

4） 穩(wěn)定高效、兼容易擴(kuò)展等功能：在實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)還需具有友好的操作界面及多樣化的監(jiān)控方式，使整個(gè)操作過(guò)程簡(jiǎn)單化、穩(wěn)定高效并且易擴(kuò)展。

2.2 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案

旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)方案框圖如圖3所示。主要由ARM嵌入式平臺(tái)、ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Atmega128單片機(jī)、GSM/GPRS模塊、USB攝像頭以及智能終端等部分組成。安保人員通過(guò)PC機(jī)或智能移動(dòng)設(shè)備的Web瀏覽器進(jìn)入系統(tǒng)，而旅游區(qū)內(nèi)的各種設(shè)備是由Atmega128單片機(jī)來(lái)控制的。

1） 智能終端：本文基于Linux平臺(tái)，結(jié)合HTML網(wǎng)頁(yè)語(yǔ)言和JavaScript腳本研發(fā)旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)。

2） GSM/GPRS模塊：當(dāng)旅游區(qū)內(nèi)發(fā)生異常時(shí)，ARM通過(guò)發(fā)送AT指令控制模塊向旅游區(qū)安保人員發(fā)出警報(bào)提示信息。

3） 以Linux為操作系統(tǒng)的嵌入式平臺(tái)，不僅能夠運(yùn)行一個(gè)支持TCP/IP協(xié)議的Web服務(wù)器，而且能夠驅(qū)動(dòng)USB攝像頭以29 f/s的速度捕獲視頻流。

4） 單片機(jī)控制系統(tǒng)：采用Atmel公司的8位單片機(jī)Atmega128，并利用LCD12864點(diǎn)陣顯示各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

5） USB攝像頭模塊：通過(guò)USB總線與ARM連接嵌入式內(nèi)核kernel 2.6.35驅(qū)動(dòng)，獲取旅游區(qū)的影音信息。

一方面，通過(guò)結(jié)合Linux嵌入式平臺(tái)與ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，使ZigBee無(wú)線局域網(wǎng)能夠接入Internet網(wǎng)，并且簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的布線操作，豐富了監(jiān)控點(diǎn)和遠(yuǎn)程控制端；另一方面，通過(guò)結(jié)合ARM嵌入式與成本低、功耗小的ZigBee無(wú)線技術(shù)，不僅使視線里快速自組網(wǎng)，而且易與Internet連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)旅游區(qū)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.2.1 嵌入式微處理器選型

對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，ARM處理器是控制核心。目前，市場(chǎng)上的ARM處理器有許多種，主要包括ARM7?S3C2410，ARM9?S3C2440，ARM11?S3C6410，Cortex TM?A8?S5PV210。

一個(gè)系統(tǒng)是否穩(wěn)定與處理器性能密切相關(guān)，所以必須選取性能高、成本低的ARM處理器。綜合考慮后，本文智能安保系統(tǒng)的微處理器選用S5PV210。

2.2.2 嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)（Enbedded Operating System，EOS）是廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)電設(shè)備控制和安保領(lǐng)域的系統(tǒng)軟件。當(dāng)前主要有Linux，Windows CE，UC/OS?Ⅱ等嵌入式操作系統(tǒng)，本文系統(tǒng)采用Linux嵌入式操作系統(tǒng)，因其具有其他操作系統(tǒng)所沒(méi)有的許多優(yōu)點(diǎn)，例如：開(kāi)放的源代碼、良好的網(wǎng)絡(luò)支持性、穩(wěn)定的內(nèi)核等。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1.1 單片機(jī)控制子模塊硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的單片機(jī)控制子模塊選擇8位單片機(jī)Atmega128，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

3.1.2 報(bào)警器模塊電路設(shè)計(jì)

報(bào)警功能是安保系統(tǒng)必備的功能之一，本文設(shè)計(jì)的報(bào)警電路采用PNP三極管8050，通過(guò)控制其導(dǎo)通或關(guān)斷來(lái)控制蜂鳴器，所設(shè)計(jì)的報(bào)警電路如圖5所示。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于系統(tǒng)軟件部分，首先安裝驅(qū)動(dòng)模塊、啟動(dòng)BOA服務(wù)器，然后初始化主應(yīng)用程序，創(chuàng)建線程。第一個(gè)線程監(jiān)控ttyUSB0間的通信數(shù)據(jù)；第二個(gè)線程由CC2530主控芯片每隔1 s發(fā)送傳感器采集命令；第三個(gè)線程監(jiān)控seriall接收到的數(shù)據(jù)；第四個(gè)線程控制LED按一定的頻率閃爍，通過(guò)LED閃爍情況可以判斷系統(tǒng)狀態(tài)（正常，還是故障）；第五個(gè)線程用于監(jiān)控Web請(qǐng)求消息。軟件設(shè)計(jì)框圖如圖6所示。

4 系統(tǒng)測(cè)試與分析

4.1 測(cè)試環(huán)境及方法

硬件環(huán)境：S5PV210開(kāi)發(fā)板、攝像頭、CC2530無(wú)線傳感器模塊、Atmega128單片機(jī)以及溫度傳感器等。endprint

軟件環(huán)境：Linux 2.6.35內(nèi)核、mjpg?streamer、BOA服務(wù)器等。

安保監(jiān)控端：安裝有瀏覽器軟件的Windows 10系統(tǒng)或安卓2.0以上系統(tǒng)的智能手機(jī)。

系統(tǒng)測(cè)試方法：由于系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，因此，在每個(gè)獨(dú)立的功能模塊測(cè)試無(wú)誤后再進(jìn)行整個(gè)旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)的測(cè)試。

4.2 實(shí)時(shí)獲取溫度測(cè)試

由于旅游區(qū)人流量和景物多且環(huán)境復(fù)雜，會(huì)引起溫度變化，而當(dāng)溫度升高時(shí)，也易發(fā)生火災(zāi)，因此對(duì)旅游區(qū)溫度的監(jiān)測(cè)十分重要。

在做獲取旅游區(qū)溫度的測(cè)試前，先完成溫度傳感器等硬件設(shè)備電氣接線；然后將各協(xié)調(diào)器模塊和上位機(jī)相連；最后，配置上位機(jī)參數(shù)和控制軟件。上位機(jī)軟件參數(shù)設(shè)置示意圖如圖7所示。

搭建完成上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境并能正常工作后，對(duì)協(xié)調(diào)器和終端進(jìn)行設(shè)置操作，即網(wǎng)絡(luò)連接。然后開(kāi)始檢測(cè)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸：首先選擇測(cè)量時(shí)間間隔（2 min），然后點(diǎn)擊“查看數(shù)據(jù)”按鈕，監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)會(huì)顯示在上位機(jī)界面中。傳感器測(cè)量溫度值與點(diǎn)溫計(jì)測(cè)量溫度值的對(duì)比如表1所示。

由表1可知，本文研發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)旅游區(qū)溫度數(shù)據(jù)的正確采集，不僅能夠做到實(shí)時(shí)傳輸，而且在傳輸過(guò)程中沒(méi)有數(shù)據(jù)丟失，因此可說(shuō)明該套系統(tǒng)可以連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，大大提高了人們的生活水平，越來(lái)越多的智能化安保系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對(duì)各大旅游區(qū)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

本文研發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試后，不僅能夠穩(wěn)定運(yùn)行，而且能夠準(zhǔn)確監(jiān)控旅游區(qū)人員與環(huán)境變化，為保護(hù)廣大游客的生命財(cái)產(chǎn)安全提供了現(xiàn)代化的有力保障，具有十分重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。

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