WF—IoT技術(shù)在無人值守點(diǎn)位中的應(yīng)用研究

文海 田酌溪

摘 要：建設(shè)無人值守點(diǎn)位是場區(qū)釋放人力資源壓力的需要。從人、活動(dòng)體、自然和設(shè)備四個(gè)方面，分析影響點(diǎn)位安全的因素，得出集成、可靠、可控和智慧的防范需求。研究對比現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，認(rèn)為WF-IoT是最佳選擇，并給出具體的實(shí)現(xiàn)思路和主要策略。結(jié)果表明，用WF-IoT改造安防設(shè)備，不改動(dòng)原有結(jié)構(gòu)，工程量小、布線減少，結(jié)構(gòu)更簡潔，后續(xù)維修更方便，同時(shí)融合了多種安防功能，誤報(bào)警率顯著降低，點(diǎn)位自身的智慧管控能力明顯提升。

關(guān)鍵詞：中高速廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；無人值守點(diǎn)位；安防；一體化集成

中圖分類號：TP39；C931.6；TN923；TJ06 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）07-00-03

0 引 言

近年來，靶場試驗(yàn)任務(wù)要求越來越高，散布在場區(qū)的測控點(diǎn)位越來越多。這些點(diǎn)位大多部署了高精密測控設(shè)備，且距生活區(qū)較遠(yuǎn)。任務(wù)期間進(jìn)駐測量操作人員，其余時(shí)間安排專人值守，極大地占用了場區(qū)有限的人力資源。

目前，不少變電站、通信基站、氣象監(jiān)測站、環(huán)境監(jiān)測站、熱力站、水泵站、水文監(jiān)測站等采用監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，結(jié)合定期巡視實(shí)現(xiàn)“無人值守”[1-3]。從安全防范角度看，此類系統(tǒng)以視頻監(jiān)控、周界防護(hù)、出入口控制等為防護(hù)手段，但沒有統(tǒng)一的智能管理系統(tǒng)，其安全防范的系統(tǒng)化、整體性不強(qiáng)。

近年來，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整合各類安防設(shè)備，并與業(yè)務(wù)管理集成，推出了無人化貨倉、便利店、超市等[4]，取得了良好的應(yīng)用效果。這表明，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)無人值守點(diǎn)位可行，既滿足了“以人為本”的管理需要，同時(shí)還優(yōu)化了人力配置，提高了安全管理水平。

1 安防需求的分析

“安防”是“安全”和“防范”的簡稱。從廣義上講，有兩層涵義：

一是指自然屬性的安防，是一種整體狀態(tài)或宏觀表征，是管理者的期望；

二是指人為屬性的安防，通過管理者和被管理者能動(dòng)性的參與，達(dá)到一種相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

安防是一個(gè)實(shí)現(xiàn)過程，即通過采取準(zhǔn)備和保護(hù)措施來應(yīng)對攻擊和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，免受侵害，從而達(dá)到一個(gè)相對穩(wěn)定的整體狀態(tài)。

顯而易見，安全是目的，防范是手段，通過防范的手段達(dá)到和實(shí)現(xiàn)安全是安防的基本內(nèi)容。

對點(diǎn)位值守，以確保高精密測控設(shè)備安全存放，不被影響或破壞。為此，點(diǎn)位安防主要考慮四方面因素：

（1）人：非正常進(jìn)出點(diǎn)位的人員可能會進(jìn)行盜竊、破壞行為。

（2）活動(dòng)體：動(dòng)物、車輛等活動(dòng)體可能會誤闖點(diǎn)位。

（3）自然：火、雨水、雷擊、靜電、地震等對點(diǎn)位安全有極大影響。鑒于竣工后點(diǎn)位的防雷、防靜電和抗震符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而火、雨水的不可預(yù)見性需在安防中重點(diǎn)考慮。

（4）設(shè)備：不適宜的環(huán)境溫度、濕度及供電品質(zhì)可能會損壞點(diǎn)位存放設(shè)備。

表1為點(diǎn)位安防需求統(tǒng)計(jì)表。為確保點(diǎn)位安全，一般需要運(yùn)用十多種防范手段，因此，無人值守點(diǎn)位的建設(shè)要充分考慮管理者的要求與期望，在滿足安全保密要求的同時(shí)，還應(yīng)滿足以下四點(diǎn)需求：

（1）集成。按照周邊封閉、聯(lián)絡(luò)暢通、報(bào)警靈敏、照明配套、監(jiān)控有效的要求，需要對點(diǎn)位多種安防技術(shù)手段進(jìn)行一體化集成，形成一個(gè)統(tǒng)一的智能管理系統(tǒng)，做到設(shè)施完善、配套齊全；

（2）可靠。對多種感知監(jiān)測手段進(jìn)行融合處理，實(shí)現(xiàn)本地決策，降低誤報(bào)警（或虛警）率；

（3）可控。監(jiān)控中心需對點(diǎn)位具備遠(yuǎn)程監(jiān)控管理能力，可在線監(jiān)控安防設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，彌補(bǔ)人防的不足，減少物防的盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)防共享；

（4）智慧。集成后的所有安防單元（包括監(jiān)測感知、融合處理和控制執(zhí)行等）要具有不依賴監(jiān)控中心的智慧管控能力。

2 技術(shù)路線的選擇

物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)，早已被國家列為五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。近年來，隨著政府的有力推動(dòng)，尤其是無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)從以“星型拓?fù)?、集中?shù)據(jù)分析、APP控制、單向采集獲取數(shù)據(jù)”為特征的類互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，發(fā)展為以“網(wǎng)格拓?fù)?、?霾/霧融合計(jì)算、分布式智能、可軟件定義、全自動(dòng)控制、應(yīng)用即服務(wù)”等為特征的2.0時(shí)代[5]，使萬物直接互聯(lián)成為可能。

目前，物聯(lián)網(wǎng)以無線通信為主，主要分為兩類[6，7]。以ZigBee，WiFi，BlueTooth，Spider，6LowPan，Z-wave等為代表的局域網(wǎng)技術(shù)，傳輸距離較短，功耗較大，一般承載小規(guī)模業(yè)務(wù)；是以LoRa，SigFox，NB-IoT，GPRS/2G/3G/4G等為代表的廣域網(wǎng)技術(shù)，傳輸距離較遠(yuǎn)，除GPRS/2G/3G/4G外，其他均為低功耗技術(shù)，一般用于承載大規(guī)模業(yè)務(wù)。

無人值守點(diǎn)位僅防范技術(shù)手段就有十多種，需要感知或控制的節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，部分節(jié)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，大多時(shí)候需要快速響應(yīng)。雖然有線通信具有較強(qiáng)的保密性，但復(fù)雜的布線會導(dǎo)致成本和故障率攀升。為此，建設(shè)無人值守點(diǎn)位主要采用無線通信的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

在廣域網(wǎng)技術(shù)中，NB-IoT和GPRS/2G/3G/4G均為運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，在使用中需定期繳費(fèi)；LoRa和SigFox均工作在免授權(quán)頻段，無需付費(fèi)，但其通信速率較低，不足40 kbit/s，在節(jié)點(diǎn)較多時(shí)難以快速響應(yīng)。所以現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都不是好的選擇。

3 WF-IoT技術(shù)

WF-IoT（Wide Area Fusion Internet of Things，WF-IoT）是中高速廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的英文縮寫，是我國完全自主的一種基于RFID的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)，是一種能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量、中高速、免付費(fèi)、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)[8]。2017年，被西安市列為“硬科技”，具有物聯(lián)網(wǎng)2.0的顯著特征。其核心指標(biāo)為工作在780 MHz或2.45 GHz射頻識別頻段，通信速率在250 kbit/s～2 Mbit/s之間，節(jié)點(diǎn)間通信距離在80～300 m之間，采用網(wǎng)格拓?fù)?，單個(gè)網(wǎng)關(guān)可接入64 k個(gè)節(jié)點(diǎn)，可同時(shí)滿足大規(guī)模部署、多業(yè)務(wù)融合、低成本剛需、高時(shí)效反應(yīng)、低功耗等應(yīng)用需求。其典型拓?fù)淙鐖D1所示。

WF-IoT云端管控平臺具有云計(jì)算能力，運(yùn)維管理人員可通過智能移動(dòng)終端、計(jì)算機(jī)終端和網(wǎng)頁終端等進(jìn)行操作，同時(shí)還提供了標(biāo)準(zhǔn)的WebService接口以供其他業(yè)務(wù)應(yīng)用集成。

WF-IoT網(wǎng)關(guān)具有去中心化、不依賴云端的霾計(jì)算能力，與云端管控平臺的云計(jì)算結(jié)合，可以極大地壓縮通信量。

WF-IoT節(jié)點(diǎn)是融合了商用照明網(wǎng)、識別定位網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)的單芯片系統(tǒng)，具有語境感知霧計(jì)算能力。在同一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)，與其他節(jié)點(diǎn)之間支持“1=N”的軟定義操作，如圖2所示。

從節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)到云端管控，WF-IoT都有符合國家軍用標(biāo)準(zhǔn)的[9]成熟產(chǎn)品，是建設(shè)無人值守點(diǎn)位的最佳選擇。

4 無人值守的實(shí)現(xiàn)

4.1 實(shí)現(xiàn)思路

基于WF-IoT技術(shù)建設(shè)無人值守點(diǎn)位，必須堅(jiān)持技防與人防結(jié)合、技術(shù)與管理并重的原則。無人值守點(diǎn)位的原理組成如圖3所示。

具體實(shí)現(xiàn)思路如下：

（1）用WF-IoT節(jié)點(diǎn)改造點(diǎn)位內(nèi)所有的安防設(shè)備（人體探測器、溫濕度探測器、照明燈、電子圍欄、振動(dòng)探測器、雨水探測器、空調(diào)、消防、門禁以及網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)等）；

（2）WF-IoT網(wǎng)關(guān)與上述節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)，用網(wǎng)線接入場區(qū)光纖網(wǎng)，用電話線接入場區(qū)電話網(wǎng)；

（3）鑒于WF-IoT的帶寬不足以承載視頻，因此采用網(wǎng)線或光纖將攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)和視頻抓拍服務(wù)器組成視頻子系統(tǒng)；

（4）點(diǎn)位采用UPS電源和市電兩種方式供電，當(dāng)市電斷開后，UPS電源為WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)供電，確保WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)正常工作；

（5）監(jiān)控中心由視頻服務(wù)、（臉譜）人臉識別服務(wù)、WF-IoT云端管控平臺等軟硬件支撐，具有視頻監(jiān)控、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、報(bào)警事件管理等功能，值班人員和運(yùn)維人員在制度的規(guī)范下正常履行職責(zé)；

（6）應(yīng)急分隊(duì)在應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案的規(guī)范下工作，以應(yīng)對無人值守點(diǎn)位出現(xiàn)的意外事件。

4.2 實(shí)現(xiàn)策略與效果

根據(jù)建設(shè)需求，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位的無人值守，效果如下：

（1）降低誤報(bào)警（或虛警）率。例如，在點(diǎn)位周界，由于動(dòng)物的穿越或觸碰、樹枝的跨接等，很容易使電子圍欄發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警。

當(dāng)電子圍欄發(fā)出報(bào)警或攝象機(jī)拍攝到有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)事件時(shí)，向照明系統(tǒng)發(fā)出開燈命令，聯(lián)動(dòng)視頻進(jìn)行抓拍，若兩個(gè)安防設(shè)備同時(shí)有警告輸出，則報(bào)警裝置立即發(fā)出聲光報(bào)警，并向監(jiān)控中心上報(bào)報(bào)警信息和抓拍的結(jié)果。如圖4所示。

（2）改善設(shè)備的工作與存放環(huán)境。高精密測控設(shè)備對工作和存放環(huán)境有較高的要求，要求點(diǎn)位內(nèi)的溫度、濕度適宜，供電品質(zhì)良好，不能漏雨，振動(dòng)幅度不能過大。節(jié)點(diǎn)自動(dòng)采集溫度、濕度、振動(dòng)、雨水、電壓、頻率、諧波等參數(shù)，其中，一旦溫度和濕度參數(shù)超出閾值就啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)；只要在預(yù)設(shè)時(shí)間范圍內(nèi)沒有回到閾值范圍內(nèi)，就自動(dòng)向監(jiān)控中心上報(bào)，以便值班和運(yùn)維人員處理。

（3）出入口控制更智能。當(dāng)有人員或活動(dòng)體到出入口時(shí)，燈自動(dòng)打開，攝像機(jī)自動(dòng)抓拍；經(jīng)過授權(quán)的人員或車輛憑RFID身份識別卡可無障礙進(jìn)出點(diǎn)位；其他人通過人臉識別后，與監(jiān)控中心進(jìn)行語音對講，監(jiān)控中心可遠(yuǎn)程開門或關(guān)門；其他任何未獲授權(quán)但想進(jìn)出的人員擅自闖入，報(bào)警裝置自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)向監(jiān)控中心上報(bào)報(bào)警信息和視頻抓拍結(jié)果。

（4）開發(fā)有針對性的運(yùn)維管理工具。無人值守點(diǎn)位的運(yùn)行離不開管理，而管理需要技術(shù)手段支撐。為此，開發(fā)運(yùn)維管理工具，在線監(jiān)測點(diǎn)位安防設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、點(diǎn)位的通信狀態(tài)，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)報(bào)警事件管理情況、人員進(jìn)出情況、日常巡查計(jì)劃執(zhí)行情況、運(yùn)維計(jì)劃執(zhí)行情況，評估安防設(shè)備的故障狀態(tài)、點(diǎn)位的通信質(zhì)量等，必然會更加有力地促進(jìn)無人值守點(diǎn)位的管理。

5 結(jié) 語

通過分析場區(qū)點(diǎn)位的安防需求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀，得出WF-IoT技術(shù)是建設(shè)無人值守點(diǎn)位最好選擇的結(jié)論。用WF-IoT技術(shù)改造安防設(shè)備，不改動(dòng)原有結(jié)構(gòu)，工程量小、布線減少，結(jié)構(gòu)更簡潔，后續(xù)維修更方便，同時(shí)融合多種安防技術(shù)和功能，誤報(bào)警率顯著降低，點(diǎn)位自身的智慧管控能力得到顯著提升。

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