AIoT技術(shù)在校園110指揮中心平臺(tái)整合中的應(yīng)用研究

郭 蕓 徐 凱

AIoT技術(shù)在校園110指揮中心平臺(tái)整合中的應(yīng)用研究

郭 蕓 徐 凱

[浙江大學(xué)]

本文通過分析AIoT在當(dāng)前校園110指揮中心平臺(tái)整合中的必要性，對現(xiàn)有的AIoT建設(shè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和整合途徑進(jìn)行了解和研究，結(jié)合高校推進(jìn)利用AI進(jìn)行物聯(lián)所需要的環(huán)境和條件，希望為校園110指揮中心平臺(tái)管理帶來新的思路。

AI;AIoT；物聯(lián)網(wǎng)；校園110指揮中心；平臺(tái)整合；應(yīng)用研究

一、概述

近些年來，隨著AI（人工智能技術(shù)）的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)安防已經(jīng)逐漸不能滿足當(dāng)前安防需要，不斷向智慧、智能化的安防趨勢轉(zhuǎn)變，人工智能技術(shù)作為發(fā)展趨勢，不斷融入到當(dāng)前的安防應(yīng)用系統(tǒng)中，人臉、車輛、車牌識(shí)別已成為現(xiàn)代安防系統(tǒng)的標(biāo)配。AIoT屬于物聯(lián)網(wǎng)+人工智能技術(shù)，在校園智慧安防業(yè)務(wù)服務(wù)管理過程中，通常利用5G通信技術(shù)，將多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備全部連接至一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在校園智慧安防系統(tǒng)中，包含融合了智能門禁、校園人車卡口等設(shè)備，其內(nèi)部主要有人臉識(shí)別傳感器、RFID無線射頻識(shí)別傳感器、車牌識(shí)別傳感器等，可以對人臉三維信息、二維碼等進(jìn)行感知和采集，或通過校園內(nèi)安置的視頻監(jiān)控?cái)z像頭，對校園內(nèi)外出入人流、車流進(jìn)行管理和布控，能夠?qū)崿F(xiàn)街道巡視、物業(yè)管理、學(xué)生出行、車輛精準(zhǔn)管控的需求。但由于當(dāng)前的智慧安防總體規(guī)劃尚有一定缺失，并且在部分領(lǐng)域的技術(shù)不夠成熟，造成智慧安防的部分應(yīng)用系統(tǒng)在實(shí)際安防系統(tǒng)建設(shè)投入并落實(shí)使用過程中出現(xiàn)了一些問題。

二、AIoT技術(shù)分析

（一）AIoT基本概念

智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）屬于融合性、創(chuàng)新性名詞，學(xué)術(shù)界和應(yīng)用界尚未對其明確定義。其實(shí)“AIoT”這一概念誕生之初，即是將AI（智能技術(shù)）與IoT（物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)）兩種不同的技術(shù)進(jìn)行簡單合并與利用，公式即是“AIoT=AI+IoT”，AI是人工智能部分，負(fù)責(zé)基于大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；IoT作為前端，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，是數(shù)據(jù)來源。通過兩者之間的結(jié)合，能夠直接實(shí)現(xiàn)對所有事物的數(shù)據(jù)化，同時(shí)還能夠利用兩者的功能實(shí)現(xiàn)智聯(lián)化。中國智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）白皮書（2020年版）中指出：“AIoT是人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同應(yīng)用，它通過IoT系統(tǒng)的傳感器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息采集，而在終端、邊緣或云進(jìn)行數(shù)據(jù)智能分析，最終形成一個(gè)智能化生態(tài)體系?！盵1]白皮書中觀點(diǎn)主要對AIoT應(yīng)用和價(jià)值在技術(shù)和商業(yè)層面的體現(xiàn)做出了前瞻的思考和理性的分析。

本文認(rèn)為，AIoT是一種基于人工智能與物聯(lián)網(wǎng)相互融合的研究，屬于一種新型的，具有創(chuàng)新性角度的，深入開展的對IoT的理論和應(yīng)用形態(tài)研究。其中，IoT是實(shí)現(xiàn)AIoT的基礎(chǔ)條件，通過分布密集的傳感器和各種類型的智能終端應(yīng)用從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“人—機(jī)—物”的相互連接，實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)，是運(yùn)行的基礎(chǔ)條件；AI是AIoT的智能化分析后臺(tái)，AI幫助IoT物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化的連接，提升連接時(shí)的廣度和深度，實(shí)現(xiàn)對大數(shù)據(jù)的智能化分析和處理。[2]

AIoT應(yīng)用由于融合了AI技術(shù)，在建設(shè)過程中需要物聯(lián)網(wǎng)具備一定的運(yùn)算能力。這就實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)有的技術(shù)，如云計(jì)算、邊緣計(jì)算等平臺(tái)進(jìn)行的再融合。IoT通過AI技術(shù)，提高了IoT的智能化，對IoT的使用層次進(jìn)行了再提升，因此通常按照智慧化級(jí)別對AIoT進(jìn)行分級(jí)。[3]其中，智慧級(jí)別分成從低到高5個(gè)層次，包括傳播智慧化、聚合智慧化、處理智慧化、識(shí)別智慧化和決策智慧化。[4]

（二）AIoT技術(shù)架構(gòu)

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的基石，因此，要考慮AIoT的技術(shù)架構(gòu)，除了需要考慮原有的傳統(tǒng)技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)模型，還要考慮對將AI融入技術(shù)后，怎樣及時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)批量化處理的問題，同時(shí)還要考慮如何進(jìn)行語義理解、人機(jī)交互和智能化控制等問題[5]，是一套具有統(tǒng)籌邏輯思維的互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。通過此項(xiàng)技術(shù)，可以促進(jìn)新的混合計(jì)算服務(wù)技術(shù)。雖然，人工智能更適合放在云端處理，但是云的客觀延時(shí)性可能會(huì)制約其發(fā)展，不同的智能模式對延時(shí)也有不同的要求。因此，為了應(yīng)對校園110指揮平臺(tái)對于實(shí)時(shí)性和精確性的需求，進(jìn)一步平衡AI在各級(jí)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系和規(guī)劃，本文提出一種云邊端融合AIoT架構(gòu)，可以實(shí)際應(yīng)用到校園110指揮中心平臺(tái)。[6]簡而言之，當(dāng)主要需求較低，延時(shí)響應(yīng)不高時(shí)，可以用戶端計(jì)算為主框架；當(dāng)主要需求精準(zhǔn)，批量處理要求高時(shí)，可以實(shí)行云服務(wù)器為主的計(jì)算框架。通過AI的智能化，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜的混合計(jì)算框架中布局，平衡需求之間的矛盾。[7]

（三）校園110指揮中心平臺(tái)概念

作為校園110指揮平臺(tái)通常有如下聯(lián)動(dòng)形式：[8]一是“雙向?qū)χv，校園110指揮中心可與學(xué)校內(nèi)各單位的無線對講設(shè)備隨時(shí)發(fā)起對講，同時(shí)，無線對講設(shè)備也可以直接對指揮中心發(fā)起呼叫”；[9]二是視頻聯(lián)動(dòng)，對講終端綁定攝像頭后，當(dāng)校園指揮中心發(fā)起對講終端呼叫或者對講終端呼叫110指揮中心時(shí)，可自動(dòng)觸發(fā)，彈出視頻屏幕；三是分區(qū)廣播，校園110指揮中心可以對選中校區(qū)的所有語音對講設(shè)備終端進(jìn)行控制，并能夠?qū)崟r(shí)無線對講；四是全校廣播，校園110指揮中心可發(fā)起系統(tǒng)內(nèi)的所有語音對講終端進(jìn)行廣播；五是錄音功能，實(shí)現(xiàn)目前安防系統(tǒng)中內(nèi)的對講語音自動(dòng)錄音，并能夠存儲(chǔ)、上傳到服務(wù)器上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)查詢、播放、存儲(chǔ)的功能；六是可視化調(diào)度平臺(tái)，通過控制臺(tái)，可以直接查看當(dāng)前安防的組織架構(gòu)、各項(xiàng)設(shè)備的在線狀態(tài)、對講機(jī)等語音通話系統(tǒng)的呼叫狀態(tài)等。

三、AIoT技術(shù)在校園110指揮中心平臺(tái)整合中的應(yīng)用研究

（一）校園110指揮中心數(shù)字化控制系統(tǒng)的組成架構(gòu)

當(dāng)前依托AIoT的校園智慧網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通常利用云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，構(gòu)建數(shù)字化云計(jì)算控制支撐平臺(tái)，分為IAAS基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)、PAAS平臺(tái)即服務(wù)、SAAS軟件即服務(wù)等多層架構(gòu)，不同層級(jí)包含有物理硬件模塊、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模塊、云計(jì)算管理模塊的組成部分，不同模塊分別負(fù)責(zé)對系統(tǒng)隔離、網(wǎng)絡(luò)信息交換、數(shù)據(jù)訪問控制、應(yīng)用服務(wù)響應(yīng)與管理等活動(dòng)。

首先，IAAS基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)層級(jí)中[10]，存在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、云服務(wù)器、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)庫等物理支撐設(shè)備，通常負(fù)責(zé)對物理服務(wù)器、業(yè)務(wù)系統(tǒng)模塊進(jìn)行虛擬化操作，以及對網(wǎng)絡(luò)資源池、數(shù)據(jù)資源池、CPU計(jì)算池、存儲(chǔ)資源池等單元的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行虛擬化的分布式計(jì)算、并行計(jì)算。之后PAAS平臺(tái)即服務(wù)層為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的執(zhí)行層，包括Hadoop、大數(shù)據(jù)服務(wù)、AI服務(wù)等組成模塊，其中Hadoop負(fù)責(zé)海量數(shù)據(jù)資源、數(shù)據(jù)明細(xì)的匯總；大數(shù)據(jù)服務(wù)負(fù)責(zé)用戶訪問許可，以及大數(shù)據(jù)流、批量數(shù)據(jù)信息的處理；AI服務(wù)則是對現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，作出推理訓(xùn)練、特征檢索。然后由算法倉使用人臉識(shí)別算法、深度學(xué)習(xí)算法，對監(jiān)測到的人體數(shù)據(jù)資源進(jìn)行處理，為用戶提供多樣化的業(yè)務(wù)服務(wù)、管理服務(wù)。[11]最后，SAAS軟件即服務(wù)層為云計(jì)算管理層級(jí)，主要借助于TCP/IP協(xié)議、通用網(wǎng)關(guān)接口等通信協(xié)議以及云計(jì)算操作系統(tǒng)、云運(yùn)營平臺(tái)等軟件，進(jìn)行基礎(chǔ)視圖分析和處理、應(yīng)急指揮預(yù)案和綜合管理，進(jìn)行多樣化的業(yè)務(wù)管理服務(wù)、對外業(yè)務(wù)對接服務(wù)，促進(jìn)校園、教室、校園人員之間的智慧互聯(lián)。

（二）校園110指揮中心平臺(tái)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

1.校園人員信息感知的進(jìn)出控制

當(dāng)前校園的進(jìn)出口控制區(qū)域，一般都設(shè)置有包括人臉圖像[12]、溫度控制、煙霧感應(yīng)、車牌錄像等傳感器，利用5G/GPRS通信技術(shù)、TCP/IP通信協(xié)議，進(jìn)行多種類型的數(shù)據(jù)資源采集、整合，經(jīng)由統(tǒng)一接口匯總到地圖上完成分類顯示。通常在校園不同出入點(diǎn)，安裝門禁、電表、電弧、消火栓等檢測裝置，針對現(xiàn)有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息、位置告警信息進(jìn)行搜集統(tǒng)計(jì)，將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)的AI服務(wù)端口，作出特征檢索與比對。

2.校園教室、人員數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)處理

校園教室、人員數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計(jì)處理，主要基于GIS/GPRS[13]地圖識(shí)別技術(shù)，在地圖中搜集有關(guān)校園所涉及樓棟，以及樓棟內(nèi)入住的戶數(shù)、人口數(shù)等。一般由校園管理人員根據(jù)用戶門禁卡的姓名、性別、證件號(hào)碼、聯(lián)系方式，使用樹形列表統(tǒng)計(jì)不同學(xué)生點(diǎn)的住戶身份信息，人員屬性列表、數(shù)據(jù)項(xiàng)配置為關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)畫面。其中對校園管理人員，采取分級(jí)授權(quán)訪問管理系統(tǒng)，不同人員擁有不同的數(shù)據(jù)項(xiàng)訪問權(quán)限、功能菜單權(quán)限。

3.校園多種業(yè)務(wù)事件管理

校園內(nèi)部停車、巡更、可視對講、電梯控制及安防等的管理，主要由校園大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)完成，利用紅外光人臉信息采集，裝置以及藍(lán)牙、二維碼等用戶身份鑒別技術(shù)，將校園停車、進(jìn)門等的權(quán)限，自動(dòng)授權(quán)給訪客，并設(shè)置有效時(shí)間和次數(shù)，在發(fā)生非法入侵或危險(xiǎn)時(shí)觸發(fā)報(bào)警。

如在校園內(nèi)傳感設(shè)備感知到危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)利用深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)日志，如服務(wù)、管理、安全等事件日志，然后將數(shù)據(jù)推送至綜合管理、校園辦公室等責(zé)任部門，結(jié)合不同上報(bào)事件的數(shù)據(jù)內(nèi)容、性質(zhì)嚴(yán)重程度，分發(fā)未處理事件到不同部門進(jìn)行處理。而校園人員日常活動(dòng)的開展，主要由應(yīng)用軟件APP、微信小程序等進(jìn)入端口，采集用戶的個(gè)人身份信息、活動(dòng)信息，上傳至智慧校園系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)處理，然后系統(tǒng)將處理結(jié)果顯示在前端面板上，方便用戶實(shí)時(shí)進(jìn)行感知和調(diào)閱，提高多元業(yè)務(wù)服務(wù)端口的聯(lián)動(dòng)效率。

（三）校園110指揮中心平臺(tái)的遠(yuǎn)程控制與實(shí)現(xiàn)

校園指揮系統(tǒng)，通常由5G模塊、無線路由器[14]、協(xié)議協(xié)調(diào)器等移動(dòng)通信硬件設(shè)備組成，用于連接門禁監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、智能電視、智能腕表、讀寫器，以及多種校園電器裝置。該智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)傳輸層為系統(tǒng)最底層，主要負(fù)責(zé)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)連接、發(fā)送數(shù)據(jù)信息至用戶層。網(wǎng)絡(luò)傳輸層為數(shù)據(jù)獲取層級(jí)，其可以利用多種網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)，展開校園電燈、風(fēng)扇、空調(diào)等的設(shè)備控制，一般通過電磁繼電器的連接/斷開，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)發(fā)送、命令執(zhí)行的遠(yuǎn)程控制操作。而用戶應(yīng)用層為整個(gè)系統(tǒng)最上層，包括智能手機(jī)、平板電腦、PC等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過利用5G/無線通信模塊，接收控制指令，將命令信息解析后發(fā)送給PAN協(xié)調(diào)器，再由PAN協(xié)調(diào)器將命令傳輸至網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的節(jié)點(diǎn)。

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，使海量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入、高效率低時(shí)延數(shù)據(jù)傳輸成為可能。如AIoT技術(shù)在智慧校園[15]、智能交通管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以接入數(shù)億、十億甚至百億臺(tái)設(shè)備，對校園空間環(huán)境的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行搜集、處理與共享，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延最快達(dá)到毫秒級(jí)、傳輸速率最高達(dá)到20Gbit/s。目前我國很多校園已經(jīng)完成5G基站，以及其他5G配套服務(wù)設(shè)施的商用部署，這以后只需接入相應(yīng)的AIoT物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，就可以完成多種業(yè)務(wù)體驗(yàn)、功能服務(wù)的響應(yīng)和提供。如新型校園智慧校園系統(tǒng)中，包含人臉識(shí)別、指別虹膜識(shí)別、環(huán)境聲音識(shí)別等傳感設(shè)備。在現(xiàn)有5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)支持下，構(gòu)建智能路燈、出入門禁、可視化對講、停車管理、電子巡更、入侵報(bào)警等系統(tǒng)，借助于網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)平臺(tái)，對傳感設(shè)備搜集到的校園數(shù)據(jù)資源進(jìn)行分類、處理與整合，再通過物聯(lián)網(wǎng)多設(shè)備終端之間的綁定，將其傳輸至移動(dòng)手機(jī)終端、智能穿戴設(shè)備端口，用戶只需登錄到網(wǎng)絡(luò)客戶端或?yàn)g覽器頁面，就能夠享受校園信息查詢、業(yè)務(wù)辦理、遠(yuǎn)程醫(yī)護(hù)與在線購物等服務(wù)。這些現(xiàn)有條件，方便推動(dòng)校園安防、業(yè)務(wù)功能服務(wù)的智能化轉(zhuǎn)變。

四、結(jié)論

AIoT為校園智慧安防的發(fā)展帶來機(jī)遇，借助于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)平臺(tái)，以及多種環(huán)境傳感器件，對進(jìn)出校園的人員、車輛進(jìn)行管理，從而更加靈活、高效提供多方面的安保功能服務(wù)。通過利用地圖識(shí)別（GIS）、通信協(xié)議技術(shù)（TCP/IP），利用云平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)信息批量處理、數(shù)據(jù)流處理模塊等，能夠優(yōu)化校園內(nèi)停車、電子巡更、對講管理及消防安全等的管理效率，以實(shí)現(xiàn)校園管理、校園服務(wù)與校園安全業(yè)務(wù)的再造。根據(jù)市場調(diào)查，國內(nèi)國家安防公司在研發(fā)過程中，不斷提高了AI技術(shù)的基礎(chǔ)運(yùn)用，在國內(nèi)高校的產(chǎn)品迭代中，也進(jìn)行了探索性的嘗試。但對于此項(xiàng)技術(shù)的建設(shè)落地成本較高，還需與當(dāng)前校園的安防需求、建設(shè)基礎(chǔ)、安保發(fā)展方向、領(lǐng)導(dǎo)策略有較大關(guān)聯(lián)，在實(shí)踐中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步探討。

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（責(zé)任編輯：胡新龍）