物聯網技術在公共安全領域的應用初探

張偉 （天津市公安局北辰分局 天津300400）

龐博 （天津市公安局科技處 天津300040）

梁海鵬 （天津市英萬科技有限公司 天津300384）

物聯網技術在公共安全領域的應用初探

張偉 （天津市公安局北辰分局 天津300400）

龐博 （天津市公安局科技處 天津300040）

梁海鵬 （天津市英萬科技有限公司 天津300384）

物聯網被普遍認為是世界信息產業在計算機、互聯網與移動通信之后的下一步發展方向。分析了物聯網的概念及特點，論述了物聯網在中國的典型應用，最后提出物聯網技術在公安機關各項工作中的應用。

物聯網 特征方式 典型應用 公共安全

1 物聯網概念

“物聯網”（Intemet of Things），是指將各種信息傳感設備，如紅外感應器、射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）裝置、激光掃描器、全球定位系統等裝置與互聯網結合起來，形成的一個巨大網絡。其目的是讓所有物品與網絡連接在一起，方便識別和管理。物聯網是利用無所不在的網絡技術建立起來的，其中非常重要的技術是RFID電子標簽技術。

RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環境。以簡單RFID系統為基礎，結合已有的網絡技術、數據庫技術、中間件技術等，構筑一個由大量聯網的閱讀器和無數移動標簽組成、比Internet更為龐大的物聯網成為RFID技術發展的趨勢。在這個網絡中，系統可以自動、實時地對物體進行識別、定位、追蹤、監控，并觸發相應事件。

2 物聯網互聯的幾種方式

當前，業界比較認同的物聯網互聯方式有4種：紅外感應器、射頻識別（RF1D）裝置、激光掃描器和全球定位系統。

2.1 射頻識別（RFID）裝置

RFID標簽俗稱電子標簽，也稱應答器（tag，transponder，responder），根據工作方式可分為主動式（有源）和被動式（無源）兩大類，我們主要研究被動式RFID標簽及系統。被動式RFID標簽由標簽芯片和標簽天線或線圈組成，利用電感耦合或電磁反向散射耦合原理實現與讀寫器之間的通訊。RFID標簽中存儲一個唯一編碼，通常為64 bits、96 bits，甚至更高，其地址空間大大高于條碼所能提供的空間，因此可以實現單品級的物品編碼。當RFID標簽進入讀寫器的作用區域，就可以根據電感耦合原理（近場作用范圍內）或電磁反向散射耦合原理（遠場作用范圍內）在標簽天線兩端產生感應電勢差，并在標簽芯片通路中形成微弱電流。如果這個電流強度超過一個閾值，就將激活RFID標簽芯片電路工作，從而對標簽芯片中的存儲器進行讀／寫操作，微控制器還可以進一步加入諸如密碼或防碰撞算法等復雜功能。

2.2 紅外感應器

紅外感應系統是用紅外線為介質的測量系統，按照功能能夠分成5類：輻射計，用于輻射和光譜測量；搜索和跟蹤系統，用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤；熱成像系統，可產生整個目標紅外輻射的分布圖像；紅外測距和通信系統；混合系統，是指以上各類系統中的兩個或者多個的組合。

工作原理包括8方面內容：①待測目標。根據待測目標的紅外輻射特性可進行紅外系統的設定。②大氣衰減。待測目標的紅外輻射通過地球大氣層時，由于氣體分子和各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發出的紅外輻射發生衰減。③光學接收器。它接收目標的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當于雷達天線，常用是物鏡。④輻射調制器。對來自待測目標的輻射調制成交變的輻射光，提供目標方位信息，并可濾除大面積的干擾信號。又稱調制盤和斬波器，它具有多種結構。⑤紅外探測器。這是紅外系統的核心。它是利用紅外輻射與物質相互作用所呈現出來的物理效應探測紅外輻射的傳感器，多數情況下是利用這種相互作用所呈現出來的電學效應。此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測器兩大類型。⑥探測器制冷器。由于某些探測器必須要在低溫下工作，所以相應的系統必須有制冷設備。經過制冷，設備可以縮短響應時間，提高探測靈敏度。⑦信號處理系統。將探測的信號進行放大、濾波，并從這些信號中提取出信息。然后將此類信息轉化成為所需要的格式，最后輸送到控制設備或者顯示器中。⑧顯示設備。這是紅外設備的終端設備。常用的顯示器有示波器、顯象管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。

2.3 全球定位系統

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統）的簡稱，其主要特點為：全球、全天候工作；定位精度高，單擊定位精度優于lore，采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級；功能多，應用廣，在安裝了接收導航衛星芯片的物品中，不僅可以實現對物品的實時定位，更能給物聯網中的物品提供統一的時間基準。目前，全球定位系統對物聯網的貢獻主要有兩點：

2.3.1 擴展導航功效 GPS技術和北斗導航技術都能夠為用戶提供精度較高的定位服務，是把物品數字化的重要信息之一，在現實生活中它有著十分廣泛的應用前景。空間定位技術可以使駕駛員正確快速地找到目的地，而如果我們將物聯網的概念施加到空間定位技術中，則可以極大地擴展空間定位技術的應用范圍，例如，通過對道路車輛行車數量與行車狀態的監視與分析，我們就可以得到道路的使用率，當使用率過高而影響行車質量時，說明道路需要擴展以緩解交通壓力。又如，對比車輛的行車路線，可以方便、實時地知曉道路的新增資訊，并且通過對數據的處理，可以測出道路的寬度、等級等大體數據。

2.3.2 智能化的購物體驗 通過定位系統的應用，可以知道用戶的實時狀態與具體位置，當用戶進入商場時，可以向他提供該商場的熱賣產品，通過對用戶所停留的柜臺進行分析，就能夠預測他所感興趣的商品種類，通過對其點擊廣告后的行為分析，就能夠得知廣告效果等。

在這些數據處理之后，一個新的、近于理想化的廣告效果出現在用戶面前，用戶能夠得到他真實想要的“購物資訊”，而不是“廣告”，更不是那些干擾用戶耳目的垃圾廣告。不僅如此，由于產品本身都有著自己的定位，所以廣告一般只針對特定的用戶群體，而通過平臺，可以對不同的用戶投放具有針對性的廣告。

2.4 激光掃描器

激光掃描器是一種光學距離傳感器，用于危險區域的靈活防護，通過出入控制，實現訪問保護。通過發射無害激光和連續分析反射，該掃描器可根據編程的保護區域，檢測其中的人和物，并進行反應。激光掃描器的掃描方式有單線掃描、光柵式掃描和全角度掃描3種方式。激光手持式掃描器屬單線掃描，掃描首讀率和精度較高，掃描寬度不受設備開口寬度限制；臥式激光掃描器為全角掃描器，其操作方便，操作者可雙手對物品進行操作，只要條碼符號面向掃描器，不管其方向如何，均能實現自動掃描，超級市場大都采用這種設備。激光掃描工作原理為：當用戶觸動電源開關或相應的設備使掃描器通電后，VLD發出紅光激光束，穿過擴束透鏡被擴束，射到可擺動的反射鏡表面反射到條碼上形成一個激光點。當反射鏡擺動時，根據光學反射原理條碼上的激光點位置發生變化、反射鏡連續擺動，那么會在條碼上看到一條紅色的激光線，這是視覺暫留現象所致。條碼的表面較粗糙，照在條碼上的激光點發生反射，條和空的反射強度是不同的，漫反射的光射到反射鏡上，再由反射鏡反射向集光器，由集光器集光，由濾光鏡濾掉雜散自然光射入光敏二極管，產生光電感應信號，再經放大，整形譯碼，變成有用信息，傳輸到主機中。

3 物聯網不同于互聯網的特征

物聯網是在互聯網基礎上產生的，它是互聯網的延續和發展，是互聯網的更高形態，它的存在不能脫離互聯網。互聯網解決了人與人之間的信息交換，而物聯網解決的是物與物、物與人之間的信息交換。

3.1 地址龐大性

互聯網的終端節點是有限的，通常一個人使用兩臺計算機終端，每個終端分配一個IP地址，那么全球也就不超過幾十億個地址。而物聯網就不同了，它是將每個物品都分配一個IP地址，那就非常龐大了，一個人有手機、電腦、電視、洗衣機、空調、汽車等，相當于一個人就需要占用幾十個IP地址，那么全球就需要幾千億個IP地址。目前，通常使用的IPv4遠遠不能滿足要求，必須要使用IPv6來進行解決。IPv6是“Internet Protocol Version 6”的縮寫，它是IETF設計的用于替代現行版本IP協議IPv4的下一代IP協議。單從數字上來說，IPv6所擁有的地址容量是IPv4的約8×1028倍，達到（2128-1）個。這不但解決了網絡地址資源數量的問題，同時也為除電腦外的設備連入互聯網在數量限制上掃清了障礙。通常說，IPv4實現的只是人機對話，而IPv6則擴展到任意事物之間的對話，它不僅可以為人類服務，還將服務于眾多硬件設備，如家用電器、傳感器、遠程照相機、汽車等。

3.2 使用便捷性

物聯網是將所有的物連接起來，它可以解決人對物的無線操作和遠程控制。最為典型的就是在家庭中的應用。例如，在我國北方地區，冬季都會通過暖氣進行供暖。通常上班時間家里都沒有人，可暖氣卻一直在供暖，造成熱力的極大浪費，而在單位也存在著同樣的現象，晚間的供暖也是極大的浪費。物聯網的出現就可以解決這一問題，人們可以通過手機來控制家中或單位的暖氣何時開始供暖、何時停止供暖，大大減少熱力的浪費。又如，在傳統的農業上，澆水、施肥、打藥，農民全憑經驗、靠感覺，而通過物聯網可以精準的控制農業耕種的每一步驟，溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度是否合適，可以直接通過遠程傳感信息進行上報，農民可以通過物聯網再控制噴水、開風口及天窗的開啟。物聯網帶來的便捷性可能遠遠超過我們的想象，許多需要人工操作或親臨現場的工作都可用物聯網來遠程操作，大大減少了人工的成本。

3.3 類型多樣性

物聯網不同于互聯網，它存在著大量不同種類的物品問題，每一類物品都有單獨的一類編碼，編碼的種類遠遠超過現有的手機、計算機的編碼類型。由于物聯網是將所有物連接起來，每個物品都有一個唯一的ID號，即產品電子代碼（EPC代碼），它為每一件物品建立全球的、開放的標識，實現全球范圍內對單件物品的跟蹤與追溯。每件物品的所有信息都包含在此標識中，這是物聯網所特有的。同時，將每件物品進行標識是實現物聯網相關應用的基礎，并且在每件物品的標識上再進行聚類，實現一小類物品的標識，一小類物品的標識再聚類實現一大類的標識，最終實現樹形結構后與互聯網連通。所以說物聯網中的ID標識類型是非常繁雜和多樣的。

3.4 安全風險高

物聯網對互聯網的依賴性很高，在物聯網中存在的安全風險要比互聯網中大許多。在互聯網中，病毒攻擊、黑客入侵和非法訪問會對互聯網用戶造成損害。而在物聯網上，黑客、病毒或惡意軟件如果破解了密鑰，攻破了我們的防火墻和安全防范技術，掌控了和人身生命、健康、財產安全密切相關的如身份證、銀行卡、社保卡等重要物品信息，就會造成對他人人身、財產和隱私權的嚴重侵害。這種侵害遠遠要高于在互聯網中的安全威脅，它可以導致現實財物的竊取丟失等現象的發生。例如：如果黑客破解了用戶的住宅密鑰，就可以通過物聯網打開用戶的家門進入，隨意竊取物品。所以說，物聯網在安全方面風險等級遠遠高于互聯網中的風險等級。

4 物聯網技術的典型應用

4.1 基于物聯網的多媒體集群調度指揮系統

物聯網技術與地理信息系統（GIS）相結合，在物聯網中引入城市平面地圖和立體地理位置信息，研究產生適用于公安系統的多媒體集群調度指揮系統。利用這樣一個系統，可以實現警力資源的高效合理調度與充分使用；有效降低公安在突發事件和群體事件上的反應時間，使公安警力在最短的時間內響應并到達現場，處理各種刑事、民事和交通案件；系統還可以提供綜合集成利用全球地理信息系統實現快速查找位置與快速定位。此外，系統考慮與常規和集群綜合通信設備的對接，由此達到對固定圖像與實時圖像的流暢傳輸，為公安指揮中心提供案件發生地的實時圖像信息，能夠實時查看到警力的行動過程和所處案發環境，把現場以及周邊道路的圖像傳輸到指揮中心，這樣就可以實現對案件發生地的全方位多角度的監控及多媒體指揮調度，從而制定出最合適的應急預案。整個指揮調度過程建立在基于全球地理信息系統（GIS）的平面和立體相結合的真實場景中，達到實時、清晰、真實地展示模擬現實效果。實現指揮中心與基層警力之間實時、直接地順暢溝通，有效幫助指揮中心正確判斷案情現場，提出合理高效的正確處置方案，為建立區域性基于全球地理信息系統（GIS）的公安多媒體指揮調度中心提供可行的解決方案，提高各級公安部門對基于物聯網和全球地理信息系統（GIS）進行多媒體指揮調度的認識。系統還能在立體與平面地圖之間自由切換，利于實戰中方便觀看和靈活指揮，以及研究立體環境下的警察駐地、案發現場、行動線路的部署、規劃。各類信息查詢及安全應急預案編制系統，對于突發重大案件的正確判斷與指揮具有很重要的作用。

4.2 無錫物聯網基地

不管是中國提出的“感知中國”，還是美國提出的“智慧地球”，就是利用IT技術，把鐵路、公路、建筑、電網、供水系統、油氣管道乃至汽車、冰箱、電視等各種物體連接起來形成一個“物聯網”，再通過計算機和其他方法將“物聯網”整合起來，人類便可以通過互聯網精確而又實時地管控這些接入網絡的設備，從而方便地從事生產、生活的管理，并最終實現“智慧的地球”這一理想狀態。江蘇無錫在物聯網領域，已基本實現產業集群，引進并建立了中科院無錫物聯網產業研究院，北京郵電大學、南京郵電大學等眾多高校的傳感網研發中心；同時，包括傳感網硬件制造商、節點以及配件配套商、傳感網系統工程公司、IBM、微軟等在內的眾多國際巨頭也將進駐無錫，形成了無錫物聯網基地。無錫物聯網基地致力于：一是大力集成已有的技術和產業聯盟，積極打造中國的物聯網產業中心；二是將繼續加大包括傳感器、傳輸網絡及集成服務在內的物聯網三大核心技術的產業化力度；三是以應用為先導，在城市信息化建設中大力發展物聯網示范工程，計劃在公共安全、城市環境、社區綜合服務、綜合管理等領域探索出安全運行，居民便利生活方面的新模式。目前，無錫確立了14項物聯網應用工程，分別為感知工業、無錫機場周界防入侵傳感網、濱湖區醫療檢測監護傳感網、無錫220千伏西涇智能化變電站及錫山農博園傳感網等。無錫物聯網基地與湖南省合作了一個農業基地，在培育基地中，溫度、濕度等一系列數據通過網絡傳送到系統，經分析和更新，利用電信的IPv6技術，以及傳輸網、傳感器等相關技術的支持到達后臺，實現農業基地的自動化控制。因此“物聯網”將是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業的第三次浪潮。

5 物聯網在公共安全領域中的應用初探

5.1 貨幣的物聯網

全球衛星定位系統（GPS）、射頻識別技術（RFID）等技術可以幫助公安機關實現對貨幣的監管工作，防止假鈔、偽鈔的出現，并且可以大大減少貨幣丟失給人們造成的損失。在貨幣中可以放入細小芯片，利用物聯網GPS和RFID技術，就能監控到貨幣的流向，從而減少了貨幣丟失后對人們造成損失。例如，用戶在丟失貨幣后可以馬上掛失來減少自己的損失。此外，可以在貨幣生產時放入電子芯片，并且每個貨幣都有唯一的EPC（產品電子代碼），它作為貨幣的ID號，就可以有效地杜絕假鈔、偽鈔的出現，就如二代身份證一樣無法進行復制和偽造。通過物聯網對貨幣實現的管理后，可以更好地推動公安機關對貨幣的監管工作，保障我國經濟健康發展和社會穩定。

5.2 車輛的物聯網

GPS,RFID、DSRC（專用微波短程通訊技術）等技術可以為車輛物聯網管理提供高速采集、全環境動態監管的手段。2010年上海世博會園區車輛管理系統、南京特定車輛管理與治安防控體系和上海市營運車輛管理系統3項重大工程的建設均基于無源射頻識別技術的區域性車輛安全監管系統，通過在車輛內安裝射頻電子裝置作為車輛的“電子身份鏡像”，使被標識車輛的靜態身份信息與動態運行信息（時間和道路空間信息）有機地結合在一起。系統以車輛自動識別與認證服務為基礎，實現在開放性道路交通環境下對車輛運行信息和事件信息的自動采集，提供滿足不同應用環境的全天候涉車監管服務。該系統還能實現交通需求預設，路網資源的分配管理，交通流量自動統計，車輛運行狀態的回溯、取證等功能，為公安警務以及交通、城建、環保、保險等社會行業提供涉車信息服務，相關成果將在更大范圍內應用推廣。

5.3 警員的物聯網

采用物聯網技術在門禁控制、會務保障和權限管理上的使用在公安系統已達到一定的規模。例如，可以通過身份胸牌對門禁系統實現管理。我們還可以利用物聯網對警員實現定位管理，進而實現對警力動態調配和合理布置，體現立體化的指揮模式和警力優化。通過GPS、RFID等技術，實現警員的定位，利用警員定位軟件，可以方便查找警員的位置，加大公安機關在警員方面的管控力度，優化公安機關的隊伍建設。在外出辦案行動中，借助警員定位技術，可以高效地完成任務，將歹徒盡快繩之以法。此外，在公安交通管理方面，如果某一地段出現交通擁堵或交通事故，可以借助物聯網技術，定位最近的交警，快速合理調動警力資源疏導交通，將處理交通擁堵或交通事故的時間壓縮到最短，從而確保良好的交通狀況。

5.4 重點人群物品的物聯網

RFID技術最突出的特點是無需“可視”讀取，實現遠距離自動識別，既可識別靜止物品，也可識別運動物品。RFID標簽內部存儲的產品電子代碼（EPC代碼），為每一件物品建立了全球的、開放的標識，實現全球范圍內對單件物品的跟蹤與追溯，它包含了該件物品的所有信息，是單件物品的唯一身份識別ID。如果在人體內部植入芯片，利用RFID技術，可以實現公安機關對特殊人群、重點人群行蹤的監管。此外，物聯網的人體活動監測模塊采用先進嚴密的人體運動監測算法，整合數字集成電路處理技術，使用特殊布線集成電路組裝，探測距離0～5 m可調。例如，當有特殊人群接近ATM機時，就可以準確告警并開啟錄像進程。另外，在金融單位、文物保護單位等的重點物品的監管中，使用帶有溫度、煙霧、濕度、加速度、行為分析等傳感能力的技術系統，利用無線射頻身份識別技術，可以輕松實現對重要物品的監管。

6 結束語

物聯網技術經歷了從概念到技術、從技術到產業的轉變，今后這些技術還將不斷完善推陳出新，推廣到各行各業的豐富應用中，在中國會有很大的發展空間。物聯網技術在世博會、無錫基地等的應用，再次證明了其智能性。隨著物聯網技術的快速發展，在不久的將來，必將引起我國公安機關信息化的重大變革，將物聯網關鍵技術與公安業務工作相結合，研制出新型的公安業務應用模型，將顯著提升公安信息化水平和智能化管理，進一步增強公安機關服務社會和保障人民安全的能力。■

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[7]警務通服務上海數萬民警TD與物聯網攜手打造“平安世博”[EB/O L]．http：//sh.xinmin.cn/minsheng/2010/09/09/674 5500.htm1.2010-10-11.

2012-07-09