王瑤 何東
摘 ?要:隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展,社會正走向智能化發(fā)展道路,學(xué)校作為培養(yǎng)新一代優(yōu)秀人才的重要場所,更應(yīng)該提升自身的科技水平,讓學(xué)生接觸到更先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。因此,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計校園安防系統(tǒng)不僅能夠引導(dǎo)學(xué)生了解和學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),也能提升校園的安防水平,實現(xiàn)學(xué)校智能化管理,同時,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來設(shè)計和開發(fā)校園安防系統(tǒng),能夠提升校園安防相關(guān)信息建設(shè),提升學(xué)校的安全性。
關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) ?校園安防系統(tǒng) ?智慧校園 ?設(shè)計與實現(xiàn)
中圖分類號:P9T33 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1672-3791(2020)10(b)-0052-03
Abstract: With the continuous development of science and technology, the society is moving towards the road of intelligent development. As an important place to cultivate a new generation of excellent talents, schools should enhance their own scientific and technological level, so that students can be exposed to more advanced science and technology. Therefore, the design of campus security system based on the internet of things technology can not only guide students to understand and learn advanced science and technology, but also improve the security level of the campus and realize the intelligent management of the school. At the same time, the design and development of campus security system based on the Internet of things technology can enhance the construction of campus security related information and enhance the security of the school.
Key Words: Internet of things technology; Campus security system; Smart campus; Design and implementation
1 ?當(dāng)前校園安防建設(shè)現(xiàn)狀
學(xué)校是培養(yǎng)人才的重要場所,國家的發(fā)展離不開人才的培育,加強(qiáng)對校園智能化建設(shè)有助于提高學(xué)生的科技水平,為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。目前,在校園安防方面,學(xué)校仍然是以人防為主,這樣的安防需要大量的人力資源,而且過于依賴安保人員,安保人員需要經(jīng)常在校園進(jìn)行巡視,但很容易出現(xiàn)發(fā)現(xiàn)不及時的現(xiàn)象,導(dǎo)致校園安全事故頻發(fā)。另外,雖然很多學(xué)校已經(jīng)實現(xiàn)視頻監(jiān)控、門禁管理、消防報警等方面的建設(shè),但是并沒有實現(xiàn)校園安防一體化的建設(shè)目標(biāo),校園安防還存在信息融合度低的情況,難以實現(xiàn)多方聯(lián)動的目標(biāo)。
2 ?物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)組成
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是通過網(wǎng)絡(luò)將人與人、人與物、物與物進(jìn)行有效連接,然后將相關(guān)信息進(jìn)行傳遞,實現(xiàn)信息的傳遞與控制。物聯(lián)網(wǎng)可以分散3個組成部分:感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層[1]。
2.1 感知層
感知層是位于物聯(lián)網(wǎng)最底部的位置,它是物聯(lián)網(wǎng)的地基,通過傳感器獲得相關(guān)的信息和數(shù)據(jù),然后將信息傳遞到上層關(guān)系網(wǎng)中。在利用感知層進(jìn)行安防系統(tǒng)的建設(shè)時,可以通過其了解到相關(guān)人員的基本信息,提供事件的圖像和視頻,師生也能通過相關(guān)感知器進(jìn)行身份識別。
2.2 網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心,是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕脚_[2]。通過網(wǎng)絡(luò)層可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入與傳輸,能夠利用無線或有線方式構(gòu)成相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),完成信息交互。
2.3 應(yīng)用層
應(yīng)用層是高層部分,能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的功能管理,是完成客戶端與服務(wù)端信息交互的應(yīng)用,該層又可以分為數(shù)據(jù)集成管理平臺和業(yè)務(wù)平臺,數(shù)據(jù)集成管理平臺指的是實現(xiàn)所有采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的有效整合。應(yīng)用層能夠通過人機(jī)交互平臺、云平臺和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行智能操作和分析,為用戶提供各種定制服務(wù)[3]。
3 ?基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園安防系統(tǒng)設(shè)計分析
3.1 校園安防系統(tǒng)需求特點
校園是一個人口流動較為密集的地方,每當(dāng)上下學(xué),將有成千上萬的人口流動。另外,學(xué)生大多處于自主能力不太成熟的階段,且學(xué)生處于一個較為弱勢的環(huán)境,如果發(fā)生沖突,很容易造成學(xué)生受傷。因此,校園的安放應(yīng)該滿足以下需求:監(jiān)控面積大、監(jiān)控終端多樣性及相關(guān)人員要及時處理事件。具體來說,學(xué)校是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的環(huán)境,有教學(xué)樓、辦公樓、食堂、體育場、宿舍等多種場所,因此,校園安防具有監(jiān)控范圍大的特點。同時,學(xué)生的自我控制能力較弱,如果不及時對事件進(jìn)行處理,將容易造成群體性事件,導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此,要想建立完善的校園安防系統(tǒng),就必須滿足需求大、難度高、出事險的特點,這樣才能為師生提供良好的教育環(huán)境。
3.2 校園安防系統(tǒng)硬件選擇
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集是校園安防系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)條件,只有采用優(yōu)秀的安防系統(tǒng)硬件才能確保系統(tǒng)的運行。因此,需要選擇能夠?qū)Νh(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的硬件系統(tǒng),并要滿足能夠在固定范圍內(nèi)最快進(jìn)行信息傳輸?shù)墓δ埽@樣才能及時地了解校園周邊的環(huán)境變化。由于校園環(huán)境范圍較小,且地形較為簡單,可以采用ZigBee技術(shù)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。另外,學(xué)校還具有人員流動性大的特點,硬件系統(tǒng)需要滿足圖像信號強(qiáng)的要求,才能捕捉到各個細(xì)節(jié)特征,可以采用HDTV圖像,其具有優(yōu)秀的識別能力,還具有圖像信號清晰度高、覆蓋范圍廣的特點,能夠進(jìn)行有效取證和智能視頻分析,減少成本投入,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的需求[4]。
3.3 智能安防系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
3.3.1 網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議
網(wǎng)絡(luò)傳輸是物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的主要組成部分,也是實現(xiàn)信息傳遞與交互的重要途徑,是整個安防系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能。合適的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議能夠?qū)⒏鱾€子系統(tǒng)有效地連接起來,提升數(shù)據(jù)的傳輸效率,并且能夠增強(qiáng)信息的準(zhǔn)確性和安全性。因此,在建立校園安防系統(tǒng)時,需要合理選擇網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議,通常來說可以選擇TCP協(xié)議簇或RTP協(xié)議簇。由于物聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸具有多樣性,選擇合適的協(xié)議簇有助于數(shù)據(jù)在不同環(huán)境下進(jìn)行交換,能夠提升數(shù)據(jù)交互效率,提升系統(tǒng)的靈活性。
3.3.2 數(shù)據(jù)存儲
數(shù)據(jù)存儲是安防系統(tǒng)信息中心的重要組成部分,能夠?qū)⒄d浵窈蛨缶浵穹珠_存儲,并按照一定的周期設(shè)置為不同項目,有助于管理人員進(jìn)行信息查詢。數(shù)據(jù)存儲側(cè)重的是信息的存儲功能,為了確保能夠及時了解相關(guān)信息,數(shù)據(jù)的存儲內(nèi)容不能過于單一和死板,而是要以靈活存儲的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲,保證數(shù)據(jù)的多樣性[5]。在校園安防系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)存儲需要滿足報警觸發(fā)、手動操作和時間表等多個方面的存儲需求,同一個錄像設(shè)備要進(jìn)行多樣化的存儲方式,這樣才能滿足校園安防系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲需要。
3.4 系統(tǒng)軟件平臺設(shè)計
系統(tǒng)的應(yīng)用需要借助運行軟件系統(tǒng)的幫助,校園安防系統(tǒng)的軟件平臺是由核心數(shù)據(jù)服務(wù)器和客戶端工作站共同組成,需要具備數(shù)據(jù)庫、核心軟件、用戶管理、日志管理、故障管理、權(quán)限管理等多方面的功能。然后需要保證能夠滿足通過軟件系統(tǒng)對相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行配置及對視頻資源進(jìn)行監(jiān)視和維護(hù)的作用,通過查看日志管理,人們可以了解到相關(guān)操作人員的進(jìn)入、退出系統(tǒng)時間,以便制作相關(guān)的報表。
4 ?基于物聯(lián)網(wǎng)的校園網(wǎng)安防系統(tǒng)
4.1 系統(tǒng)構(gòu)成
根據(jù)上文提到的校園安防系統(tǒng)設(shè)計分析,可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為可實現(xiàn)的建設(shè)系統(tǒng)。通常來說,校園安防系統(tǒng)需要具備幾個重要應(yīng)用,即門禁系統(tǒng)、消防安全系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。
第一,門禁系統(tǒng)。校園的出入是有效控制校園安全事故的途徑,而門禁卡不僅能夠控制校門的出入,還能控制圖書館、體育館等重要場所的出行,能夠有效提升學(xué)校對外來人員的控制。門禁系統(tǒng)的建立可以參考校園一卡通,主要通過實現(xiàn)身份認(rèn)證來控制出入,這樣的方式能夠有效甄別進(jìn)入校園的人群,也能及時了解每個學(xué)生在學(xué)校的活動狀態(tài)。但需要注意一點,就是管控好對外開放區(qū)域的安防控制,實現(xiàn)對多類人群的有效控制,還要協(xié)調(diào)好場館的疏散機(jī)制。另外,學(xué)生的住宿一直都是學(xué)校較為頭疼的問題,不僅會浪費學(xué)生管理人員的大量時間,還沒有取得較為理想的效果。但是使用門禁系統(tǒng)管理人員就可以通過終端對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢,方便管理人員進(jìn)行查寢等宿舍檢查活動。
第二,消防安全系統(tǒng)。學(xué)校是一個人口較為密集的區(qū)域,特別是教學(xué)樓、宿舍和食堂,這些地方都屬于人群密集區(qū)域。學(xué)校要加強(qiáng)針對學(xué)生上課期間的空曠宿舍樓或沒有學(xué)生的教室等地帶進(jìn)行消防預(yù)警,避免出現(xiàn)沒有及時發(fā)現(xiàn)相關(guān)情況的現(xiàn)象,導(dǎo)致事故更為嚴(yán)重。
第三,視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要包括視頻監(jiān)視可記錄功能,確保能夠及時了解校園內(nèi)的相關(guān)情況,還可以使用具有對圖像進(jìn)行預(yù)判的功能,可以對打架斗毆、人群躁動等情況進(jìn)行有效預(yù)防,提升視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能性。為了確保視頻監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量,學(xué)校的視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要包括具有網(wǎng)絡(luò)功能的攝像機(jī)、監(jiān)控中數(shù)據(jù)的集中存儲、視頻信號的傳輸、視頻顯示和控制幾個部分。采用具有網(wǎng)絡(luò)性能的視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有幾個優(yōu)點,分別是圖像效果更高、視頻質(zhì)量更可靠、系統(tǒng)擴(kuò)展更方便等,特別是系統(tǒng)的擴(kuò)展會影響到系統(tǒng)的容量,對強(qiáng)化校園安防有著重要意義。第四,傳輸設(shè)計。由于學(xué)校是一個擁有多種類型空間特點的地方,為了滿足不同場合、不同傳輸距離的要求,根據(jù)各個場所進(jìn)行傳輸設(shè)計可以優(yōu)化校園安防系統(tǒng)的傳輸。操場、球場、走道等室外場所距離監(jiān)控中心較遠(yuǎn),而且容易受到雷電的影響,因此需要使用光纖作為傳輸方式,能夠有效避免視頻信號收到雷電、靜電等因素的影響,確保信號能夠穩(wěn)定采集和傳輸;由于采用的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng),室內(nèi)的監(jiān)控點只需要通過網(wǎng)線接入到就近交換機(jī)的方式,但如果距離超過100m,就可以考慮采用光纖傳輸;當(dāng)需要穿越復(fù)雜電磁環(huán)境時,采用光纖傳輸方式可以避免受到磁場的影響。
第五,出入口控制系統(tǒng)。校門口出入是學(xué)校安全防范的重要區(qū)域,相關(guān)管理人員需要在每個出入口處設(shè)置監(jiān)控點,并要充分考慮夜晚光照差的特點,使用的攝像系統(tǒng)要滿足高清抓拍的要求,并能對出入的車輛進(jìn)行自動識別,記錄下車輛的車牌號碼和顏色。另外,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)置的安防系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動識別、自動抬杠功能,避免浪費大量的人力、物力,并會對進(jìn)入校園的車輛進(jìn)行持續(xù)觀測,這就能提升監(jiān)控系統(tǒng)的效率,及時發(fā)現(xiàn)可疑人員和車輛,為學(xué)校管理提供充足的事實依據(jù)。
4.2 預(yù)警報警機(jī)制
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可以對各種情況進(jìn)行有效判斷并自動定級,避免人為控制的延時性和誤差。因此,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園安防系統(tǒng)的預(yù)警機(jī)制可以分為3個等級:初級預(yù)警、中級預(yù)警和高級預(yù)警。初級預(yù)警是通過門禁系統(tǒng)能夠預(yù)判出是否出現(xiàn)斗毆情況,提示的方式為閃燈、提示音等,并會將相關(guān)情況報給保安處。中級預(yù)警是將相關(guān)情況報告給校領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)管理部分,并將提示音改為打電話。高級預(yù)警主要針對火災(zāi)和其他嚴(yán)重傷害事件,觸發(fā)方式分為2種,一種是自動觸發(fā),一種是人為觸發(fā),聯(lián)動對象為派出所、醫(yī)院、消防隊等。
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