5G通信技術(shù)在智慧樓宇安防監(jiān)測中的應(yīng)用研究

關(guān)鍵詞：5G通信技術(shù)；智慧樓宇；安防檢測

中圖分類號： TP311.52；TU855 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）25-0101-03

0 引言

5G是4G通信技術(shù)的演進，也是目前最新的移動通信技術(shù)。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和國民經(jīng)濟水平的提高，人們在生活和精神層面的追求也在不斷提升。5G通信技術(shù)在社會發(fā)展的各個領(lǐng)域得到了進一步應(yīng)用。智慧樓宇建設(shè)是現(xiàn)代社會發(fā)展的一個重要方向。智慧樓宇包括智能化建筑、智能安全監(jiān)測和智能管理等多個方面。其中，安防監(jiān)測是智慧樓宇中不可或缺的一環(huán)，5G通信技術(shù)的應(yīng)用能夠進一步提升安防監(jiān)測的效率和精度。本文探討了5G通信技術(shù)在智慧樓宇安防監(jiān)測中的應(yīng)用，不僅為智慧樓宇的發(fā)展提供了技術(shù)支持和參考，也促進了5G通信技術(shù)在智慧樓宇安防監(jiān)測中的進一步發(fā)展。

1 5G 技術(shù)與智慧樓宇安防

5G通信技術(shù)相對于4G通信技術(shù)而言，具有更高的傳輸速度、更低的延遲和更大的連接數(shù)等特點。5G 技術(shù)不僅繼承了4G技術(shù)的優(yōu)點，還在連接、傳輸和容量等方面做到了進一步提升，為用戶提供了更快捷且穩(wěn)定可靠的通信服務(wù)，進一步滿足現(xiàn)代社會對高質(zhì)量通信體驗的需求。隨著5G技術(shù)在現(xiàn)代生活中的廣泛應(yīng)用，它也為諸多領(lǐng)域開辟了創(chuàng)新道路，其中智慧樓宇建設(shè)就是一個典型的例子。在智慧樓宇的安防監(jiān)測中，5G通信技術(shù)的應(yīng)用帶來了諸多優(yōu)勢?；?G技術(shù)實現(xiàn)的樓宇智能安防系統(tǒng)能夠通過全方位、不間斷的監(jiān)控和實時預警，最大程度上保障樓宇的內(nèi)外部安全[1]。

第一，高清視頻監(jiān)控。憑借5G通信技術(shù)的高速率和大容量特點，可以實現(xiàn)樓宇內(nèi)外部的實時監(jiān)控，并對監(jiān)控視頻進行及時、妥善地存儲和傳輸。高清視頻監(jiān)控可以安裝在樓宇的各個角落，用于捕捉進出樓宇人員的行為及面部特征，高清晰度的圖像可為可疑人員的識別提供可靠依據(jù)[2]。

第二，消防報警。5G通信技術(shù)可以提高消防報警系統(tǒng)對火災的識別準確性和報警速度。一旦發(fā)生火災，5G技術(shù)能夠?qū)⒒鹁畔⒖焖賯鬏數(shù)焦芾碇行?，便于相關(guān)人員及時采取報警和應(yīng)對措施。

第三，智能門禁。通過5G通信技術(shù)，可以構(gòu)建智能門禁系統(tǒng)，結(jié)合人臉識別和指紋識別等先進技術(shù)，精準核驗出入樓宇人員的身份信息。在此基礎(chǔ)上，門禁系統(tǒng)還能與智能監(jiān)控和報警系統(tǒng)聯(lián)動，進一步提升樓宇的安防水平。

第四，綜合安防管理平臺。該平臺是智慧樓宇安防監(jiān)測的核心，能夠?qū)⒏鱾€子系統(tǒng)（如高清視頻監(jiān)控、消防報警、智能門禁等）的數(shù)據(jù)進行集成和整合，形成一個統(tǒng)一的管理界面。借助5G通信技術(shù)的高速率和低延遲特點，綜合安防管理平臺可以實現(xiàn)對各個子系統(tǒng)的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和預警管理，為樓宇安全防范提供全面、高效和智能的解決方案[3]。

2 5G技術(shù)在智慧樓宇安防監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

在智慧樓宇的入侵報警設(shè)備和視頻監(jiān)控設(shè)備中應(yīng)用5G通信技術(shù)，可以實現(xiàn)樓宇內(nèi)照明、運輸、防盜、防災和電力等方面的設(shè)備協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。通過對樓宇內(nèi)關(guān)鍵場所和設(shè)施進行全方位的實時監(jiān)控，可以及時存儲監(jiān)控影像和數(shù)據(jù)信息，并在遇到異常情況時立即報警，從而真正實現(xiàn)智慧樓宇的智能化和聯(lián)動性安防[4]。

2.1 智慧樓宇綜合安防監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)

以某樓宇為例，該樓宇在智能化安防監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)現(xiàn)狀為：高清視頻監(jiān)控、消防報警、智能門禁等子系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)完畢，但各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)互通和聯(lián)動性不足，導致安防監(jiān)測效率不高。為了解決這一問題，該樓宇引入5G通信技術(shù)，對現(xiàn)有的安防監(jiān)測系統(tǒng)進行升級和改造。運用5G通信技術(shù)的三層結(jié)構(gòu)：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，進行系統(tǒng)構(gòu)建，建成綜合性的智慧樓宇安防監(jiān)測系統(tǒng)，具體內(nèi)容如圖1所示。

從圖1可知，在系統(tǒng)架構(gòu)中，感知層位于最底層，是整體架構(gòu)中的關(guān)鍵部分，主要負責感知并采集實時變化的環(huán)境信息。中間層為網(wǎng)絡(luò)層，基于5G通信技術(shù)，為感知層所采集的數(shù)據(jù)提供高速、低延遲的傳輸通道，確保數(shù)據(jù)的實時性和準確性。最上層為應(yīng)用層，根據(jù)實際需求，構(gòu)建多個智能安防應(yīng)用，如高清視頻監(jiān)控、消防報警、智能門禁等，并通過綜合安防管理平臺實現(xiàn)對各個子系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和監(jiān)控。依據(jù)該智慧樓宇的5G綜合安防系統(tǒng)架構(gòu)，對硬件和軟件模塊的具體設(shè)計進行了如下展示。

2.2 智慧樓宇綜合安防監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.2.1 傳感器及探測器感知設(shè)備

在傳統(tǒng)安防監(jiān)測中應(yīng)用的紅外感知設(shè)備，由于傳輸速度、數(shù)據(jù)容量等限制，往往存在監(jiān)測盲區(qū)，并且誤報率較高。而基于5G通信技術(shù)的智慧樓宇安防監(jiān)測系統(tǒng)，則可以通過部署更密集的傳感器和探測器，實現(xiàn)對樓宇內(nèi)部環(huán)境的全方位、無死角監(jiān)測[5]。這些傳感器和探測器能夠?qū)崟r監(jiān)測玻璃破碎、煙霧、入侵者等多種環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層進行處理和分析。

結(jié)合智慧樓宇安防監(jiān)測的需求，本次設(shè)計中將熱釋電紅外傳感器作為系統(tǒng)架構(gòu)中的紅外探測設(shè)備，用以濾除干擾信號，以下簡稱該設(shè)備為PIR。PIR的中心波長為9～10μm，僅對該波段內(nèi)的紅外線敏感，而對其他波段的紅外線不敏感。通過菲涅爾透鏡，PIR 能夠?qū)⑻綔y區(qū)域內(nèi)的人體活動轉(zhuǎn)化為電信號，并輸出開關(guān)量信號。當有人進入探測區(qū)域時，菲涅爾透鏡聚焦于人體活動區(qū)域的紅外線，通過熱釋電效應(yīng)使探測元件輸出電信號，經(jīng)過信號處理電路處理后，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，如報警指示燈和蜂鳴器等，發(fā)出報警信號，從而實現(xiàn)對入侵者的探測與報警功能。同時，該設(shè)計還將煙霧傳感器和玻璃碎傳感器等集成到安防監(jiān)測系統(tǒng)中，以實現(xiàn)對安全隱患的實時監(jiān)測和預警。

煙霧報警器采用離子式煙霧傳感器作為系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，如圖2所示，系統(tǒng)具備數(shù)字信號處理電路、報警電路和電源電路等功能。當煙霧粒子進入傳感器的探測區(qū)域時，會干擾電離室中的電流平衡，從而觸發(fā)報警電路，發(fā)出聲光報警信號。通過5G網(wǎng)絡(luò)將報警信息傳輸?shù)焦芾碇行模芾砣藛T能夠及時采取措施，防止火災事故的發(fā)生。玻璃碎傳感器則采用壓電式傳感器，當玻璃受到外力撞擊破碎時，產(chǎn)生的聲波會使傳感器的壓電晶體產(chǎn)生電荷，從而觸發(fā)報警電路。該傳感器具有靈敏度高、誤報率低等特點，可以實時監(jiān)測玻璃幕墻等易破裂區(qū)域的安全狀況。

2.2.2 監(jiān)控設(shè)備組合設(shè)計

根據(jù)案例中智慧樓宇的安防監(jiān)測需求，對攝像機的選型詳見表1。

高清攝像機是智慧樓宇綜合安防監(jiān)測的關(guān)鍵部件，可以為樓宇內(nèi)各個區(qū)域提供清晰、真實的監(jiān)控畫面。在設(shè)計中，根據(jù)不同區(qū)域的安防需求，選擇了不同類型的攝像機。高速一體化攝像機HAV-8827WHDV 具有高清晰度和快速反應(yīng)的特點，適合安裝在路口等需要實時監(jiān)控的區(qū)域。紅外一體化攝像機HAV-124F能夠在光線較暗的環(huán)境中正常工作，適合安裝在保安室和監(jiān)控室等地方。定焦槍式攝像機HAV-303 具有較高的清晰度和準確的焦距，適合安裝在走廊等需要關(guān)注細節(jié)的區(qū)域。彩色廣角攝像機HAV-813視角廣闊，適用于房間和電梯等需要監(jiān)測大面積區(qū)域的場所。

2.2.3 安防報警主機設(shè)計

樓宇安防報警的常用設(shè)計方法是選取DS6MX作為系統(tǒng)的主控設(shè)備，該設(shè)備具有強大的數(shù)據(jù)處理和聯(lián)動控制能力，能夠滿足智慧樓宇的綜合安防需求。DS6MX報警主機內(nèi)置了豐富的安防功能，如實時監(jiān)控、報警聯(lián)動、視頻回放等，并通過開放的接口，可以方便地與其他子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換和聯(lián)動控制。案例中，樓宇共設(shè)有6個防區(qū)，利用5G通信技術(shù)對各防區(qū)內(nèi)的通信主機進行控制，實現(xiàn)了“遠程一鍵報警”功能，提高了安防報警的響應(yīng)速度和準確性。

2.2.4 聯(lián)動設(shè)備設(shè)計

聯(lián)動設(shè)備在整體系統(tǒng)架構(gòu)中屬于一種中介設(shè)備，用于連接監(jiān)控裝置和安防裝置，并且可以直接啟動安防裝置，結(jié)合單片機來實現(xiàn)聯(lián)動功效。單片機在其中起到關(guān)鍵的橋梁作用，通過預設(shè)的程序，實現(xiàn)各種安防設(shè)備的協(xié)同工作和快速響應(yīng)。在實際設(shè)計中選擇了性能穩(wěn)定、可編程性強的小型單片機作為核心控制器，結(jié)合5G通信技術(shù)，實現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備與安防設(shè)備的實時聯(lián)動。

2.3 智慧樓宇綜合安防監(jiān)測系統(tǒng)軟件模塊

2.3.1 5G通信模塊設(shè)計

在智慧樓宇綜合安防監(jiān)測系統(tǒng)中，5G通信模塊是核心部分，負責實現(xiàn)感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的數(shù)據(jù)傳輸。在設(shè)計中，我們采用了模塊化設(shè)計，將5G通信模塊集成到各個子系統(tǒng)中，以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。

5G通信模塊采用了高通驍龍X50基帶芯片，具備高速率、低延遲和大連接的優(yōu)勢。該模塊支持多頻段、多模式通信，能夠適應(yīng)復雜的無線環(huán)境。在硬件方面，模塊包括射頻、基帶、電源管理等功能單元，具備較強的抗干擾能力。在軟件方面，采用了開放式操作系統(tǒng)，方便進行功能擴展和優(yōu)化。

2.3.2 聯(lián)動安防報警模塊

根據(jù)智慧樓宇安防監(jiān)測系統(tǒng)的需求和功能設(shè)計了聯(lián)動安防的報警程序。該模塊的主要職責是處理和分析各種傳感器數(shù)據(jù)，并通過5G通信技術(shù)將這些數(shù)據(jù)實時傳輸至管理中心。表2中對案例樓宇中的不同防區(qū)內(nèi)功能進行了明確定義，包括防區(qū)1：大廳和入口；防區(qū)2：停車場；防區(qū)3：樓道和樓梯；防區(qū)4：電梯和消防通道；防區(qū)5：房間和辦公室；防區(qū)6：屋頂和陽臺。當防區(qū)內(nèi)發(fā)生入侵行為時，聯(lián)動報警模塊將立即啟動，通過5G網(wǎng)絡(luò)將報警信息傳輸至管理中心，并同時驅(qū)動相關(guān)設(shè)備進行報警，例如發(fā)出聲光報警信號，點亮報警燈等。

2.3.3 聯(lián)動監(jiān)控模塊

聯(lián)動監(jiān)控模塊的設(shè)計對象包括各種監(jiān)控設(shè)備，如前文所述的紅外一體化攝像機、高速一體化攝像機、彩色廣角攝像機和定焦槍式攝像機等。這些監(jiān)控設(shè)備結(jié)合5G通信技術(shù)，可以將實時監(jiān)測到的畫面和數(shù)據(jù)傳輸至管理中心，管理人員能夠根據(jù)這些信息及時采取相應(yīng)措施，以確保樓宇的安全。為保障監(jiān)控設(shè)備的正常運行及監(jiān)測功能的穩(wěn)定發(fā)揮，系統(tǒng)設(shè)計中設(shè)有245個監(jiān)控攝像機，其對應(yīng)的編碼和開關(guān)設(shè)置如下，詳見表3。

3 結(jié)束語

綜上所述，基于5G技術(shù)實現(xiàn)了智慧樓宇綜合安防監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。主要包括4個部分：5G通信模塊、安防報警主機、聯(lián)動設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備。通過這些設(shè)備的協(xié)同工作，實現(xiàn)了對樓宇內(nèi)外的全方位監(jiān)控和實時報警。在實際應(yīng)用中，該系統(tǒng)在保障樓宇安全、防止非法入侵和意外事故發(fā)生方面發(fā)揮了重要作用。隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧樓宇綜合安防監(jiān)測系統(tǒng)將更加智能化、高效化。