基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)所智慧安防設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張祥雨 閆華學(xué) 劉金彤 千方捷通科技股份有限公司

引言

近年來(lái)，被監(jiān)管人員身份日益復(fù)雜，對(duì)抗監(jiān)管、逃避打擊的手段不斷翻新，監(jiān)管場(chǎng)所在押人員逃獄，沖監(jiān)事件時(shí)有發(fā)生。監(jiān)所的安全管理面臨的挑戰(zhàn)也越來(lái)越嚴(yán)峻，監(jiān)管難度加大。受制于歷史條件等多種原因，監(jiān)所原始安防系統(tǒng)技術(shù)水平落后，系統(tǒng)功能不完善、數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、系統(tǒng)間數(shù)據(jù)無(wú)法互聯(lián)互通等信息孤島等問(wèn)題較為突出，部分系統(tǒng)已難以滿足當(dāng)前監(jiān)管工作需要，亟待升級(jí)更新。為此，結(jié)合當(dāng)前安防系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化的發(fā)展方向，采用物聯(lián)網(wǎng)、生物特征識(shí)別、人工智能等新興技術(shù)[1]，使用多種安防產(chǎn)品和系統(tǒng)及相關(guān)軟件構(gòu)建一套公安智慧監(jiān)所安防綜合管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱為“智慧安防系統(tǒng)”），提升監(jiān)所安全防控管理能力和技術(shù)水平。

一、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧安防系統(tǒng)遵循“共享、安全、實(shí)用、先進(jìn)、開(kāi)放”原則進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，重視數(shù)據(jù)和接口的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，將其建為一個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)。該平臺(tái)的開(kāi)放性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是對(duì)監(jiān)所內(nèi)部的物聯(lián)網(wǎng)安防子系統(tǒng)，開(kāi)放感知數(shù)據(jù)的接入標(biāo)準(zhǔn)，使平臺(tái)能夠匯聚各個(gè)物聯(lián)網(wǎng)感知子系統(tǒng)的感知數(shù)據(jù)，同時(shí)具備遠(yuǎn)期規(guī)劃的安防系統(tǒng)接入支撐條件；二是為基于平臺(tái)的應(yīng)用，開(kāi)放感知數(shù)據(jù)的輸出和接口標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到針對(duì)監(jiān)管業(yè)務(wù)可隨時(shí)開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展個(gè)性化應(yīng)用的目的。

智慧安防系統(tǒng)架構(gòu)劃分為“四層兩支撐”，如圖1所示，由下至上分別為感知、傳輸、服務(wù)、應(yīng)用等四層[2]；“兩支撐”是指貫穿整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的信息安全防護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范兩層支撐。

（一）感知層

感知層圍繞監(jiān)所安全保障，從監(jiān)所安全、身份和行為感知、精細(xì)管理、民警執(zhí)法等方面建設(shè)安防感知子系統(tǒng)，利用技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)監(jiān)所業(yè)務(wù)中人員、物品、監(jiān)室、事件等要素的智能感知、動(dòng)態(tài)防范、主動(dòng)預(yù)警、精確定位和可視化管理，為監(jiān)所智慧安防系統(tǒng)提供最堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。如視音頻監(jiān)控、智能門禁、對(duì)講廣播、應(yīng)急報(bào)警、車輛管控、電子周界、動(dòng)環(huán)監(jiān)控等安防系統(tǒng)，可通過(guò)前端部署的攝像機(jī)、拾音器、門禁控制器、抓拍機(jī)、報(bào)警按鈕等設(shè)備來(lái)采集音視頻、門禁出入、車輛及各類報(bào)警等多種信息和設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)的感知，并通過(guò)傳輸層網(wǎng)絡(luò)將多元數(shù)據(jù)匯聚到服務(wù)層。

（二）傳輸層

傳輸層是整個(gè)監(jiān)所安防系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膭?dòng)脈，負(fù)責(zé)承載各子系統(tǒng)與平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸，由監(jiān)所物聯(lián)網(wǎng)、辦公內(nèi)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，如圖2所示。監(jiān)所物聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)監(jiān)所內(nèi)部署的攝像機(jī)、智能終端等數(shù)量龐大的前端感知設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸；辦公內(nèi)網(wǎng)，承載監(jiān)所日常辦公網(wǎng)絡(luò)需要，運(yùn)行和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)與監(jiān)所重要業(yè)務(wù)密切相關(guān)，且與外界業(yè)務(wù)平臺(tái)有數(shù)據(jù)交互；互聯(lián)網(wǎng)用于律師家屬預(yù)約、遠(yuǎn)程會(huì)見(jiàn)等業(yè)務(wù)的運(yùn)行。通過(guò)部署如網(wǎng)閘的安全邊界隔離設(shè)備，實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)安全交換。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃不僅考慮當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載基本需求，還需為系統(tǒng)升級(jí)保留冗余帶寬。

（三）服務(wù)層

服務(wù)層提供數(shù)據(jù)的匯聚、存儲(chǔ)、分析、共享等功能。以提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用、計(jì)算、數(shù)據(jù)服務(wù)為目標(biāo)，以物理化資源服務(wù)和虛擬化資源服務(wù)為基礎(chǔ)，搭建服務(wù)層的數(shù)據(jù)服務(wù)能力。該層又可細(xì)分為數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層和基礎(chǔ)設(shè)施層三部分。數(shù)據(jù)層用于提供感知層全量數(shù)據(jù)匯聚、存儲(chǔ)、分析和共享服務(wù)；平臺(tái)層用于提供豐富的平臺(tái)功能和可定制接口服務(wù)；基礎(chǔ)設(shè)施層用于提供基礎(chǔ)設(shè)施的物理化和虛擬化資源服務(wù)。

（四）應(yīng)用層

監(jiān)所安全是監(jiān)管工作中最為關(guān)注的要素，智慧監(jiān)所安防系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)安防系統(tǒng)獨(dú)立部署和運(yùn)行的模式，集視音頻監(jiān)控、安全檢查、監(jiān)區(qū)門禁、監(jiān)室安全警戒、應(yīng)急報(bào)警、電子周界、武警安防、電子腕帶等各類安防技術(shù)手段于一體，為監(jiān)區(qū)安全管理提供統(tǒng)一化、集中應(yīng)用的監(jiān)所安防綜合管理平臺(tái)，使各系統(tǒng)之間能夠聯(lián)動(dòng)控制并共享數(shù)據(jù)，為監(jiān)所安防管理提供人機(jī)交互界面和數(shù)據(jù)前臺(tái)統(tǒng)一展現(xiàn)，提高監(jiān)所安全管理水平。

（五）信息安全與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

信息安全防護(hù)建設(shè)方案主要依據(jù)《網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)安全設(shè)計(jì)技術(shù)要求》（GB/T 25070-2019）、《網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》（GB/T 22239-2019）等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合系統(tǒng)定級(jí)情況，按照等級(jí)保護(hù)對(duì)象的安全通用要求和安全擴(kuò)展要求，從安全物理環(huán)境、安全通信網(wǎng)絡(luò)、安全區(qū)域邊界、安全計(jì)算環(huán)境、安全管理中心、安全管理制度、安全管理機(jī)構(gòu)、安全管理人員、安全建設(shè)管理、安全運(yùn)維管理方面進(jìn)行全方位、全體系設(shè)計(jì)和實(shí)施，貫穿項(xiàng)目全生命周期。

二、安防感知子系統(tǒng)

安防感知子系統(tǒng)屬于感知層，位于全系統(tǒng)最底端。其用于對(duì)監(jiān)所內(nèi)多元素?cái)?shù)據(jù)的采集感知，如音視頻數(shù)據(jù)、門禁狀態(tài)及開(kāi)關(guān)門記錄、車輛進(jìn)出管理、人員心率及位置信息的監(jiān)測(cè)、各類報(bào)警信息的感知等，并將其采集感知的各類前端數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸服務(wù)層最終匯聚至應(yīng)用層即監(jiān)所安防綜合管理平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一的使用和管理。

（一）視音頻監(jiān)控子系統(tǒng)

如圖3所示，視音頻監(jiān)控子系統(tǒng)采用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、后端系統(tǒng)三部分組成，前端包括網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、拾音器，負(fù)責(zé)獲取圖像、音頻數(shù)據(jù)傳輸給后端處理。傳輸主要依靠建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)與后端管理平臺(tái)和存儲(chǔ)設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。后端由安防集成管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器、媒體交換服務(wù)器、視頻診斷服務(wù)器、智能管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、智能分析服務(wù)器等設(shè)備組成，對(duì)前端采集的視音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行接入、分析和存儲(chǔ)、分發(fā)，并通過(guò)視頻解碼器、控制鍵盤等實(shí)現(xiàn)視頻流的大屏展示。

該系統(tǒng)不僅具備視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控、錄像回放、圖像拼接、大屏控制常規(guī)應(yīng)用，還可對(duì)特定場(chǎng)景下視頻流進(jìn)行智能分析，如打架斗毆、離崗檢測(cè)、超時(shí)滯留等異常行為事件。觸發(fā)報(bào)警閾值后，視頻彈窗提醒，實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)上墻，提升事件處置效率。

（二）智能門禁子系統(tǒng)

如圖4所示，智能門禁子系統(tǒng)由管理軟件、發(fā)卡器、生物特征采集設(shè)備、讀卡器、生物特征識(shí)別設(shè)備、門磁、開(kāi)門按鈕、電插鎖（或磁力鎖）、門禁控制器組成。

可根據(jù)安全級(jí)別的不同，將監(jiān)所門禁分兩類：（1）重要房間或出入口，采用生物識(shí)別門禁，支持人臉、指紋、虹膜認(rèn)證[3]，對(duì)人員進(jìn)行嚴(yán)格的身份確認(rèn)；（2）常規(guī)用房或出入口采用普通刷卡門禁。

系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)門禁控制器和網(wǎng)絡(luò)生物特征識(shí)別設(shè)備，支持人員權(quán)限數(shù)據(jù)前端存儲(chǔ)，并支持網(wǎng)絡(luò)離線模式下運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，自動(dòng)與服務(wù)端增量數(shù)據(jù)同步，保障系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。門禁控制器事件信息實(shí)現(xiàn)集中處理與狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并支持與視頻監(jiān)控進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)集成人員基礎(chǔ)信息和生物特征采集注冊(cè)、授權(quán)管理、一鍵開(kāi)關(guān)門、設(shè)備管理、開(kāi)關(guān)門事件記錄、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等功能。

（三）車輛管控子系統(tǒng)

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)出車輛的24小時(shí)管控，記錄所有通行車輛信息。在監(jiān)所進(jìn)出口位置安裝高清抓拍機(jī)，自動(dòng)識(shí)別進(jìn)、出車輛車牌信息，同時(shí)在顯示屏顯示車牌、有效期、通行日期等信息，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至后端管理平臺(tái)，車輛信息核驗(yàn)成功后，抓拍機(jī)輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制欄桿機(jī)抬桿放行，車輛通過(guò)防砸線圈后自動(dòng)落桿。崗?fù)?nèi)部署出入控制終端，支持自動(dòng)識(shí)別或人工操作放行。

車輛管理系統(tǒng)，集成車輛信息管理（黑白名單、臨時(shí)車、固定車、布控車）、權(quán)限管理、過(guò)車實(shí)時(shí)預(yù)覽、遠(yuǎn)程控制、通行記錄、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、報(bào)表查詢統(tǒng)計(jì)等功能。

（四）電子腕帶系統(tǒng)

電子腕帶系統(tǒng)利用室內(nèi)定位技術(shù)，通過(guò)布置的定位基站設(shè)備，無(wú)線傳輸方式實(shí)時(shí)獲取電子腕帶的位置信息和所采集到的人員心率數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的位置感知和心率健康監(jiān)測(cè)，保障人員生命安全。通過(guò)電子地圖，可快速進(jìn)行人員位置定位和軌跡回放，心率異常告警。通過(guò)對(duì)電子腕帶位置信息以及所處位置的時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)超出門限報(bào)警的功能，如越界報(bào)警、離開(kāi)報(bào)警、滯留報(bào)警、聚集報(bào)警、無(wú)監(jiān)護(hù)報(bào)警、巡控超時(shí)報(bào)警、巡監(jiān)提醒功能，出現(xiàn)違規(guī)告警時(shí)，可聯(lián)動(dòng)監(jiān)控視頻彈窗提醒。

（五）對(duì)講廣播子系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如圖5所示，系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)對(duì)講主機(jī)、分機(jī)、音視頻集中存儲(chǔ)陣列、IP網(wǎng)絡(luò)喇叭、管理軟件構(gòu)成。

在特定區(qū)域部署對(duì)講分機(jī)和IP網(wǎng)絡(luò)喇叭，并接入物聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)，后端管理平臺(tái)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行配置管理，如音量大小、優(yōu)先級(jí)。分機(jī)一鍵呼叫監(jiān)控室，支持呼叫轉(zhuǎn)移、可視通話（監(jiān)控室側(cè)），監(jiān)控室根據(jù)權(quán)限設(shè)定，任意呼叫分機(jī)，分機(jī)自動(dòng)接聽(tīng)。可對(duì)廣播進(jìn)行分組或全區(qū)廣播，一鍵緊急廣播等。所有對(duì)講或廣播過(guò)程中產(chǎn)生的音視頻數(shù)據(jù)，后端集中存儲(chǔ)在陣列中，支持事后查詢。

系統(tǒng)配備專用對(duì)講主機(jī)可實(shí)現(xiàn)可視對(duì)講，多方通話、呼叫轉(zhuǎn)移、錄音錄像、定時(shí)廣播、分區(qū)/全區(qū)廣播、事件記錄查詢、統(tǒng)計(jì)等功能。

（六）應(yīng)急報(bào)警子系統(tǒng)

該系統(tǒng)架構(gòu)如圖6所示，由報(bào)警按鈕、壁掛或吸頂雙鑒等前端探測(cè)模塊、單防區(qū)接入模塊、聲光報(bào)警器等報(bào)警信號(hào)發(fā)生設(shè)備、報(bào)警鍵盤、報(bào)警主機(jī)等構(gòu)成。在監(jiān)所重要部位部署感應(yīng)裝置或報(bào)警按鈕，獲取報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)總線傳入報(bào)警主機(jī)，驅(qū)動(dòng)聲光警號(hào)報(bào)警。報(bào)警主機(jī)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將報(bào)警信息傳輸至后端管理平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)與視頻、門禁等系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。管理平臺(tái)或報(bào)警鍵盤均可對(duì)防區(qū)進(jìn)行布/撤防。

（七）電子周界子系統(tǒng)

周界圍墻是監(jiān)所的最外圍防線，確保安全至關(guān)重要。如圖7所示，本系統(tǒng)采用“脈沖電子周界+紅外對(duì)射”的方式，聯(lián)動(dòng)圍墻監(jiān)控視頻和本地聲光警號(hào)構(gòu)成電子周界系統(tǒng)。當(dāng)有人非法翻越圍墻或破壞，圍墻防區(qū)本地聲光警號(hào)報(bào)警的同時(shí)，圍欄主機(jī)立即將警情傳送到后端管理平臺(tái)，平臺(tái)對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行接收和處理，監(jiān)控室彈出電子地圖并顯示入侵區(qū)域，聯(lián)動(dòng)防區(qū)監(jiān)控視頻，發(fā)出聲音報(bào)警提示。

除上述技術(shù)方案外，還可選擇相控陣?yán)走_(dá)和智能視頻偵測(cè)融合報(bào)警方案來(lái)進(jìn)行周界布控，實(shí)現(xiàn)圍墻安全防范報(bào)警。

（八）動(dòng)環(huán)監(jiān)控子系統(tǒng)

可靠、安全的機(jī)房環(huán)境和供配電系統(tǒng)是系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，對(duì)此設(shè)計(jì)了動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)機(jī)房的供配電、UPS、蓄電池、防雷、溫濕度、精密空調(diào)監(jiān)測(cè)、漏水監(jiān)測(cè)、消防、視頻監(jiān)控、入侵報(bào)警進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，出現(xiàn)異常告警，立即通過(guò)短信模塊和電話模塊發(fā)送報(bào)警短信和撥打報(bào)警電話至運(yùn)維人員，大大提高了應(yīng)急處置的效率。

三、監(jiān)所安防綜合管理平臺(tái)

如圖8所示，安防綜合管理平臺(tái)采用開(kāi)放性的架構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠針對(duì)各業(yè)務(wù)崗位定制和擴(kuò)展應(yīng)用系統(tǒng)，且不影響已有系統(tǒng)的正常工作。平臺(tái)將各安防感知子系統(tǒng)統(tǒng)一集成在一個(gè)框架下完成相應(yīng)的設(shè)備操作及管理，進(jìn)行集中化的統(tǒng)一管理和應(yīng)用。利用管理平臺(tái)，可以方便的查看各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)和報(bào)警信息，報(bào)警發(fā)生時(shí)可以自動(dòng)關(guān)聯(lián)電子地圖、視頻監(jiān)控、應(yīng)急預(yù)案、聲光報(bào)警等，并基于三維地理信息GIS核心，利用三維全景視頻融合、空間布局等虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合的高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)所數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和呈現(xiàn)，集中展示出監(jiān)所的人員情況、背景情況、報(bào)警處置情況、安全態(tài)勢(shì)情況、干警信息情況、系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)宏觀與細(xì)節(jié)有機(jī)結(jié)合，全局立體的可視化高效指揮和監(jiān)管。

同時(shí)，平臺(tái)可滿足安防中控室和分控室兩級(jí)監(jiān)控室用戶可視指揮調(diào)度業(yè)務(wù)需求，如圖9所示。中控室可分配分控管理的權(quán)限和管轄內(nèi)容，分配分控管理員以及對(duì)分控的功能進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)分控端的管控。通過(guò)分控有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)監(jiān)區(qū)的針對(duì)性管理。分控和總控之間可實(shí)現(xiàn)消息互通、報(bào)警聯(lián)動(dòng)推送、信息查詢、托管等日常功能應(yīng)用?？筛鶕?jù)業(yè)務(wù)需要，維護(hù)分控監(jiān)控信息資源，設(shè)置查看分控監(jiān)控信息的規(guī)則，可點(diǎn)擊查看權(quán)限范圍內(nèi)的分控監(jiān)控信息，可實(shí)時(shí)可視化展示分控的門禁、安全警戒、電子腕帶、報(bào)警等系統(tǒng)的信息和狀態(tài)。

分控室的業(yè)務(wù)功能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)區(qū)、監(jiān)室、應(yīng)急報(bào)警處置、巡查、聯(lián)動(dòng)和報(bào)警上傳等，管轄具體所屬監(jiān)區(qū)和監(jiān)室的日常活動(dòng)狀況，接受中控室對(duì)信息的推送以及對(duì)上級(jí)一鍵報(bào)警等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)監(jiān)所安防系統(tǒng)管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化和精細(xì)化管理。

四、結(jié)語(yǔ)

監(jiān)所智慧安防的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，綜合利用了物聯(lián)網(wǎng)、生物特征識(shí)別、視頻智能分析、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等信息技術(shù)，對(duì)公安監(jiān)管場(chǎng)所管理范圍內(nèi)所有人、車、物、事件的信息數(shù)據(jù)，以最少人工干預(yù)的自動(dòng)化感知方式全面采集、匯聚、存儲(chǔ)、分析、應(yīng)用和共享，實(shí)現(xiàn)多安防感知子系統(tǒng)和多元數(shù)據(jù)資源的整合，對(duì)監(jiān)所安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警、主動(dòng)防范和集中統(tǒng)一可視化的管理，消除了傳統(tǒng)安防子系統(tǒng)間因獨(dú)立部署造成的“數(shù)據(jù)信息孤島”問(wèn)題。在提高監(jiān)所安全防范能力的同時(shí)，提升了監(jiān)所精細(xì)化管理水平和工作效率。