內(nèi)蒙古氣象檔案智能安防系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：為貫徹落實新時代檔案工作的要求，實現(xiàn)對氣象檔案的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、安全智能、集約高效的管理，內(nèi)蒙古氣象檔案智能安防系統(tǒng)借鑒國際技術(shù)中的成功經(jīng)驗，從自身資源存儲和技術(shù)支撐的優(yōu)勢條件出發(fā)，針對檔案館內(nèi)的傳感器設(shè)備、FRID等儀器設(shè)備，將檔案館內(nèi)各物聯(lián)設(shè)備集約、高效、安全地進行統(tǒng)一管理，探索基于物聯(lián)網(wǎng)多傳感器的檔案設(shè)備安全可控技術(shù)的研究與應(yīng)用，項目成果已應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：氣象數(shù)據(jù)；藍光光盤庫；歸檔；系統(tǒng)

自19世紀(jì)物聯(lián)網(wǎng)被定義以來，各行各業(yè)先后開展了基于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用的研究。2014年，國外首次開展了基于物聯(lián)網(wǎng)集成化信息系統(tǒng)搭建，系統(tǒng)融合了傳感器和Web服務(wù)等技術(shù)，開始收集感知層的數(shù)據(jù)，并且借助網(wǎng)絡(luò)訪問和傳輸網(wǎng)絡(luò)層中的海量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了應(yīng)用層數(shù)據(jù)和其他信息的存儲、組織、處理和共享及應(yīng)用等功能。我國《全國檔案事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃綱要》和《“十四五”全國檔案事業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中針對物聯(lián)網(wǎng)在檔案工作中的應(yīng)用分別提出了相關(guān)要求。內(nèi)蒙古數(shù)字氣象檔案建設(shè)以“智慧氣象”為發(fā)展目標(biāo)，全面對接中國氣象局印發(fā)的《氣象信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《氣象大數(shù)據(jù)行動計劃（2017—2020年）》中“整合氣象信息資源、加強數(shù)字檔案管理，完善國家—省兩級氣象檔案管理機制”的發(fā)展要求。通過本系統(tǒng)有力地推動了基于氣象大數(shù)據(jù)云平臺的“1+31”數(shù)字氣象檔案管理體系的建成，邁出了氣象檔案管理工作由傳統(tǒng)模式向信息化轉(zhuǎn)變的重要一步，建成集網(wǎng)絡(luò)化、自動化、智能化、現(xiàn)代化于一體的智慧型數(shù)字氣象檔案館。

一、系統(tǒng)建設(shè)的必要性

《“十四五”全國檔案事業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出“深入推進檔案安全體系建設(shè)，筑牢平安中國的檔案安全防線”，實現(xiàn)檔案館精細化管理。近年來，隨著全球信息化的迅猛發(fā)展，各地區(qū)、各行業(yè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長的態(tài)勢，檔案也呈現(xiàn)出海量性、多樣化等新特點，這對檔案工作提出了新的要求，如何通過檔案系統(tǒng)將各類物聯(lián)設(shè)備集約、高效、安全地統(tǒng)一管理，這成為檔案面臨的新難題。

氣象數(shù)據(jù)作為行業(yè)檔案，在應(yīng)對氣候研究、災(zāi)害預(yù)警、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源規(guī)劃和環(huán)境保護等方面均有重要意義，特別是在氣象預(yù)報準(zhǔn)確率、精細化水平和防災(zāi)減災(zāi)方面的成績尤為突出。2019—2022年內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象數(shù)據(jù)中心（內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象檔案館）依托中國氣象局開展的數(shù)字檔案館建設(shè)，對庫區(qū)1000m2的氣象檔案館軟硬件進行了集中改造升級，基本實現(xiàn)了對館內(nèi)溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、煙霧傳感器、水浸傳感器、空調(diào)控制器、加濕器、空氣凈化器等物聯(lián)設(shè)備的升級，同時將館藏7.3萬余卷紙質(zhì)檔案元數(shù)據(jù)納入氣象檔案業(yè)務(wù)系統(tǒng)的管理，基本實現(xiàn)了檔案收集、檔案管理、檔案存儲、檔案利用等工作流程一體化。系統(tǒng)以提升檔案工作效率，更高效、科學(xué)、便捷地為用戶提供服務(wù)為宗旨，實現(xiàn)館區(qū)內(nèi)物聯(lián)設(shè)備全面感知、管理、控制，包括實體檔案智能管理、環(huán)境感知與控制、安防管理、智能交互展示服務(wù)。

二、系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

智能安防系統(tǒng)在氣象檔案業(yè)務(wù)系統(tǒng)核心單元內(nèi)設(shè)計部署，實現(xiàn)館內(nèi)物聯(lián)設(shè)備監(jiān)控區(qū)域?qū)崟r數(shù)據(jù)的收集、監(jiān)控、計算分析和設(shè)備控制，整體提升館內(nèi)安防系統(tǒng)工作效率，為檔案館檔案管理員提供更為快捷和方便的管理模式。同時，物聯(lián)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)和控制結(jié)果均同步顯示和保存在監(jiān)控單元頁面和服務(wù)器端，檔案管理員可隨時進行訪問和查閱數(shù)據(jù)。智能安防系統(tǒng)設(shè)計采集不同環(huán)境特征參數(shù)的多傳感器節(jié)點，對館內(nèi)區(qū)域環(huán)境包括溫度、濕度、光照、煙霧、水浸、加濕器以及空氣凈化器等參數(shù)進行實時連續(xù)全方位的監(jiān)測。系統(tǒng)設(shè)計智能區(qū)域監(jiān)控單元，將實時采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)進行存儲和上傳到指定的服務(wù)器，及時對監(jiān)測區(qū)域環(huán)境特征參數(shù)的異常狀態(tài)進行短信提醒。系統(tǒng)通過實時信息傳感設(shè)備等方式獲取信息，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行館庫環(huán)境信息傳送和交互，并采用智能計算技術(shù)對信息進行分析處理，實現(xiàn)環(huán)境及設(shè)備的智能化監(jiān)視和控制。

（一）系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)主要由感知層、傳輸層和應(yīng)用層組成。感知層主要是指前端感知節(jié)點，由各種信息傳感設(shè)備構(gòu)成，主要負責(zé)數(shù)據(jù)的采集，包括各類傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、漏水傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、光線傳感器等設(shè)備。

傳輸層主要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入、數(shù)據(jù)傳輸及對應(yīng)的控制管理功能，通過無線射頻、ZigBee網(wǎng)絡(luò)和485總線等進行傳輸。信息傳輸硬件設(shè)備包括門禁控制器、服務(wù)器、智能控制設(shè)備、RFID讀寫器設(shè)備等。

應(yīng)用層主要實現(xiàn)信息的處理、人機交互、信息展示、環(huán)境控制等功能，硬件設(shè)備包含電腦、顯示屏、語音設(shè)備、光照設(shè)備、空調(diào)等。其網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系如圖2所示。

（二）傳感器節(jié)點模塊設(shè)計與實現(xiàn)

傳感器節(jié)點作為智能安防系統(tǒng)的感知層，負責(zé)前端物聯(lián)設(shè)備數(shù)據(jù)實時采集。傳感器網(wǎng)關(guān)實時收集匯總各類傳感器數(shù)據(jù)，通過無線射頻識別技術(shù)、紅外感應(yīng)技術(shù)及信息傳感設(shè)備將收集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)街悄芫W(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)按照約定的協(xié)議對收集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物的連接。為實現(xiàn)檔案館內(nèi)容物聯(lián)設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)精密，檔案館內(nèi)布設(shè)了大量的高靈敏度的物聯(lián)傳感器。

三、系統(tǒng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

（一）WiFi技術(shù)

WiFi（Wireless Fidelity）是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在約91～274米內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號，能夠支持數(shù)據(jù)、圖像、語音和多媒體等。

（二）ZigBee技術(shù)

ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其優(yōu)勢是距離近、復(fù)雜度低且功耗低，主要適用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備，氣象檔案館內(nèi)每個庫區(qū)按照需求安裝。

（三）RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）是一種無線通信射頻識別技術(shù)，通過無線電信號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。每個氣象檔案盒上均貼有唯一的RFID標(biāo)簽，檔案管理員可以通過掃描RFID標(biāo)簽獲得檔案存儲位置信息，對于新入庫檔案能實現(xiàn)檔案存放位置的自動分配。在檔案庫房門禁處增加了RFID讀取設(shè)備，通過讀取檔案盒上的RFID信息識別該檔案是否允許被帶出館，實現(xiàn)了對檔案的保護，防止了檔案流失。電子射頻RFID技術(shù)的運用，實現(xiàn)了氣象檔案庫房中檔案實體的信息收集、檢索、定位以及安全保障，促進檔案的自動化管理。

四、物聯(lián)設(shè)備的部署與實現(xiàn)

智能物聯(lián)部署了多種類型的傳感器和信號觸發(fā)器，傳感器用以捕獲不同的信息內(nèi)容和格式，信號觸發(fā)器針對設(shè)備發(fā)送指令。傳感器獲得的數(shù)據(jù)按照頻率周期性的采集和更新數(shù)據(jù)實現(xiàn)物物相連，從而實現(xiàn)對設(shè)備的管理和控制。在確保設(shè)備能較長期運行良好的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對氣象檔案館現(xiàn)有溫濕度管控設(shè)備進行調(diào)整改造，使其與數(shù)字氣象檔案館管理系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、報警和溫濕度調(diào)節(jié)等功能，具體部署方式如下。

（一）智能網(wǎng)關(guān)

智能網(wǎng)關(guān)作為本系統(tǒng)的核心大腦，而系統(tǒng)通過智能網(wǎng)關(guān)的控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、輸入、輸出、集中和聯(lián)動控制等功能。智能網(wǎng)關(guān)主要用于收集各類傳感器的數(shù)據(jù)并且與智能控制設(shè)備通信，與傳感器之間通過ZigBee協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

（二）環(huán)境感應(yīng)設(shè)備

環(huán)境感應(yīng)設(shè)備（漏水傳感器除外）安裝在庫房的頂部，相同類型的傳感器應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)進行安裝。漏水傳感器需要安裝于存在漏水風(fēng)險的位置，如窗戶下面、排風(fēng)扇下面、走水管道附近等位置。漏水傳感器包括感應(yīng)探頭和傳感器兩部分，水浸感應(yīng)探頭安裝的時候應(yīng)保持地面的干燥清潔，貼緊地面進行安裝?？諝赓|(zhì)量傳感器部署安裝在天花板正下方的墻壁上，空氣質(zhì)量傳感器通過無線傳播到智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)線將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到氣象應(yīng)用內(nèi)網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)器。無源傳感器自帶電池，通過無線傳播到網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，其他環(huán)境設(shè)備均為無源傳感器（自帶電池），通過無線傳播到智能網(wǎng)關(guān)，應(yīng)根據(jù)場館大小、控制面積進行合理部署。

（三）智能控制設(shè)備

智能控制設(shè)備包括燈光控制器和空調(diào)控制器等物聯(lián)設(shè)備控制器，其中燈光控制器安裝在原燈光開關(guān)的位置，智能網(wǎng)關(guān)采用ZigBee協(xié)議與之通信控制燈光的開關(guān)?？照{(diào)控制器安裝在空調(diào)附近，智能網(wǎng)關(guān)與其之間采用ZigBee協(xié)議通信，控制器收到智能網(wǎng)關(guān)的指令后，通過紅外控制空調(diào)的開閉和溫度的設(shè)置。

（四）智能安防設(shè)備

智能安防監(jiān)控選用紅外攝像系統(tǒng)以保證監(jiān)控效果，如將在檔案館庫房出入口、認證區(qū)、閱覽區(qū)、監(jiān)控區(qū)、整理區(qū)和檔案存放區(qū)、走廊等設(shè)置攝像機，既考慮到公共位置的安全，又兼顧到重要位置的隱私。監(jiān)控采用數(shù)字硬盤錄像技術(shù)，實現(xiàn)對檔案館內(nèi)監(jiān)控區(qū)域24小時不間斷監(jiān)控和實時查詢回放錄像記錄。檔案館管理人員提前將進入的人員面部信息保存到面部信息數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)進行面部識別的時候，人臉識別攝像頭采集待識別人員的面部信息，并與面部信息數(shù)據(jù)庫中的圖片進行匹配驗證，當(dāng)相似度超過90%的時候，認為匹配成功，觸發(fā)門禁系統(tǒng)準(zhǔn)入動作，該人員可進入庫房。人臉識別系統(tǒng)每次進行驗證的時候都會記錄驗證結(jié)果和面部信息圖片，均保存到服務(wù)器以備查詢。

檔案館門禁系統(tǒng)實現(xiàn)了對指定區(qū)域分級的通行權(quán)限管理。工作人員根據(jù)職位或工作性質(zhì)確定其通行區(qū)域，并實時記錄，當(dāng)遇到權(quán)限不符人員，禁止通行。為保障氣象檔案安全，防止其他人員出入檔案庫房，檔案存放區(qū)須進行雙次認證，采用人臉識別方式對進入檔案館內(nèi)的人員身份進行驗證及通行監(jiān)控，確保得到授權(quán)的用戶可進入相應(yīng)區(qū)域。同時，為加強檔案的安全保密性，入侵報警模塊會對未經(jīng)授權(quán)進入指定區(qū)域的行為進行報警。

（五）RFID相關(guān)設(shè)備

檔案安全出入管理通過RFID技術(shù)與氣象檔案案卷相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)自動盤存、定位、自動追蹤、快速查詢及報警等功能的實時安全管理，為保障檔案的安全，未經(jīng)申請的檔案帶離申請區(qū)域，入侵報警模塊會對未經(jīng)授權(quán)的行為進行報警。設(shè)備包括檔案超高頻電子識別標(biāo)簽、超高頻高敏天線、高敏RFID閱讀器等設(shè)備。檔案工作人員選用固定或移動式標(biāo)簽閱讀器，以非接觸方式快速讀取氣象檔案資料的元數(shù)據(jù)信息，快速定位氣象檔案位置，實現(xiàn)了館庫內(nèi)7.3萬卷氣象檔案元數(shù)據(jù)信息存儲、閱讀、檔案借還、清點盤庫等業(yè)務(wù)流程，整體提升檔案管理工作效率。

結(jié)語

本系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)蒙古氣象檔案館內(nèi)環(huán)境的實際需求和特點進行設(shè)計，是一套集數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、控制等功能于一體的閉環(huán)智能物聯(lián)區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)以提升檔案工作效率，更高效、科學(xué)、便捷地為用戶提供服務(wù)為宗旨，完成氣象檔案館智能安防系統(tǒng)、溫濕度監(jiān)控、空氣質(zhì)量監(jiān)控、漏水監(jiān)控、煙霧監(jiān)測、智能燈光控制、活物檢測、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等硬件設(shè)備的配置和部署，實現(xiàn)了整個檔案館內(nèi)環(huán)境監(jiān)控設(shè)備和氣象檔案用戶認證、檔案安全出入管理等“人館物”一體化管理體系和物物互聯(lián)協(xié)同工作的智能安防體系。

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*通信作者：王英（1970— ），女，漢族，內(nèi)蒙古呼和浩特人，碩士研究生，正研級工程師，研究方向：氣象信息技術(shù)。