基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園綜治安全系統(tǒng)研究

摘 要：在高校規(guī)模不斷擴(kuò)大和校園不斷開放的今天，校園綜治安全形勢面臨新的問題和挑戰(zhàn)。系統(tǒng)在校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)校園行車管理、電子巡更、門禁管理、熱區(qū)監(jiān)控、資產(chǎn)管理等安防技術(shù)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上整合視頻監(jiān)控和廣播系統(tǒng)，以綜治綜合管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)安全子系統(tǒng)的統(tǒng)一管理，促進(jìn)校園綜治安全技術(shù)水平的提高。

關(guān)鍵詞：校園綜治安全； 物聯(lián)網(wǎng)； 整合；校園網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TN91934； TP305 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1004373X（2012）22005104

0 引 言

近年來，隨著校園規(guī)模的擴(kuò)大，開放程度的增加，校園人員數(shù)量多、成分雜，新的管理困難不斷出現(xiàn)；隨經(jīng)濟(jì)實(shí)力的發(fā)展私家車急劇增加，現(xiàn)有資源和手段難以完成校園車輛管理，管理統(tǒng)計(jì)難，發(fā)生事件追蹤難；隨政府、社會(huì)和家庭對教育重視程度的增加，校園貴重財(cái)產(chǎn)增長明顯，且小型化趨勢明顯，此類設(shè)備的挪用、防盜責(zé)任重大；重點(diǎn)區(qū)域，比如晚上的露天游泳池管理，重點(diǎn)部位，如財(cái)務(wù)室、機(jī)要室、敏感樓層的走廊等，都是重點(diǎn)監(jiān)管的區(qū)域。這些問題，使高校安全穩(wěn)定工作面臨更加嚴(yán)峻的新形勢。

傳統(tǒng)的校園安全管理模式已相對落后，管理技術(shù)缺乏先進(jìn)性；技防子系統(tǒng)數(shù)量眾多各自為政，信息缺乏整合，難以提升管理水平和效益，并且也造成人力資源投入的困難。近年來，校園網(wǎng)絡(luò)日趨完善，有線無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋完成，數(shù)字校園系統(tǒng)基本建成并發(fā)揮作用，為物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施提供了良好的基礎(chǔ)。建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園，可將管理對象延伸和擴(kuò)展到校園內(nèi)的重點(diǎn)物品，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安全綜治系統(tǒng)建設(shè)，搭建校園安全技術(shù)綜合管理平臺(tái)，有機(jī)整合熱區(qū)監(jiān)控、車輛管理、電子巡更、門禁管理等系統(tǒng)，并與視頻監(jiān)控、聲光報(bào)警、短信報(bào)警有機(jī)聯(lián)動(dòng)，以提升校園綜治的技術(shù)水平，減輕人力壓力，提高綜治水準(zhǔn)；并利用平臺(tái)的綜合數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)綜合統(tǒng)計(jì)與分析，為決策提供輔助支持。

1 基于智慧校園的綜治安全系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

校園物聯(lián)網(wǎng)是在傳統(tǒng)校園信息化的基礎(chǔ)上，以校園網(wǎng)絡(luò)為依托，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對校園環(huán)境、資源和活動(dòng)等各個(gè)方面和環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合管理。以便高效實(shí)現(xiàn)學(xué)校的教學(xué)、科研、管理和服務(wù)等活動(dòng)的全部過程，從而達(dá)到提高學(xué)校教學(xué)質(zhì)量、科研水平和管理水平，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)學(xué)校辦學(xué)宗旨的目的。

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的校園安全綜治系統(tǒng)，為學(xué)校構(gòu)建新穎、高效的安全綜治技術(shù)平臺(tái)，探索以技術(shù)促管理，以管理帶動(dòng)技術(shù)發(fā)展的安全綜治新模式。系統(tǒng)將為提升校園安全水準(zhǔn)，減少安全隱患，保護(hù)資產(chǎn)安全，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故并報(bào)警，以及事后問責(zé)、審計(jì)和決策提供支持，為教育事業(yè)的順利發(fā)展保駕護(hù)航。

系統(tǒng)以智慧校園建設(shè)為契機(jī)，依托現(xiàn)有的數(shù)字校園環(huán)境，重點(diǎn)建設(shè)以實(shí)現(xiàn)“熱區(qū)監(jiān)控”、“車輛管理”、“電子巡更”、“門禁管理”、“資產(chǎn)監(jiān)控”功能的物聯(lián)網(wǎng)，并在此基礎(chǔ)上整合“視頻監(jiān)控”和“校園廣播”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)校園綜治安全綜合管理平臺(tái)。系統(tǒng)架構(gòu)從邏輯上分為：物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、IP傳輸網(wǎng)絡(luò)、管理和應(yīng)用平臺(tái)和安全認(rèn)證等四層，架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園綜治安全系統(tǒng)架構(gòu)平臺(tái)是校園綜治管理系統(tǒng)的指揮管理中心，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。主要包括“數(shù)據(jù)庫”、“安全管理網(wǎng)站”和“報(bào)警平臺(tái)”3部分。安全管理網(wǎng)站供不同身份角色的人員提供安全管理和安全信息查詢接口；數(shù)據(jù)庫主要用于保存數(shù)據(jù)，以便于記錄、管理、統(tǒng)計(jì)分析和事后監(jiān)督；報(bào)警平臺(tái)用于安全事件發(fā)生時(shí)，按類型、性質(zhì)觸發(fā)短信、廣播和聲光報(bào)警信號；平臺(tái)依賴數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)挖掘和決策支持系統(tǒng)為安全管理的決策提供輔助支持。

認(rèn)證層為整個(gè)平臺(tái)的使用提供安全認(rèn)證機(jī)制，以LDAP數(shù)據(jù)庫為中心，按用戶角色不同提供對應(yīng)的訪問、操控或管理界面。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的校園安全子系統(tǒng)建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）又稱為傳感網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)從人向物的延伸，主要是解決物與物之間的信息交互。通過IoT可以實(shí)現(xiàn)人人、人物及物物間的互聯(lián)互通，通過現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以獲取、傳遞和處理信息并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。建設(shè)和整合基于物聯(lián)網(wǎng)的各種校園技防子系統(tǒng)，顯然能有效提升校園安防的質(zhì)量和水準(zhǔn)，并借助集控管理平臺(tái)，能及時(shí)綜合分析安防形勢，有效提供決策支持，還能有效減輕人力資源投入。

2.1 校園車輛通行管理系統(tǒng)

系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，隨時(shí)掌握校園內(nèi)車輛信息，對進(jìn)出校園的車輛進(jìn)行綜合管理，掌握校區(qū)內(nèi)車位使用狀態(tài)。通過本系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)分析車輛信息，用戶通過管理平臺(tái)查詢車位的實(shí)時(shí)使用情況，以及車輛引導(dǎo)服務(wù)。系統(tǒng)大大提高管理效率，減少人力資源配置，規(guī)范校園內(nèi)交通車輛，做到停車有序、行駛有規(guī)；同時(shí)也為事件處理、事后管理及以后可能的收費(fèi)服務(wù)提供技術(shù)準(zhǔn)備。

系統(tǒng)使用RFID卡，分成長期和臨時(shí)2類：

長期卡主要提供給校內(nèi)教職工及固定用戶使用，卡內(nèi)記錄車主、車號、有效期、時(shí)間、閘口號、進(jìn)出等信息；臨時(shí)卡供單次出入校園使用，目前只記錄時(shí)間、閘口號、進(jìn)出及流水號等信息。

系統(tǒng)按功能分成2個(gè)子系統(tǒng)：

車輛通行管理子系統(tǒng)和停車位管理子系統(tǒng)。停車位管理子系統(tǒng)主要是通過預(yù)埋在停車位下面的無線傳感器來實(shí)現(xiàn)停車位的動(dòng)態(tài)管理。

車輛進(jìn)出通行管理子系統(tǒng)實(shí)行系統(tǒng)集中監(jiān)控，采用紅外檢測器檢測車輛的進(jìn)出，使用無線收發(fā)器識(shí)別注冊車輛的進(jìn)出信號，達(dá)到車輛通行管理方便、安全、高效的目的。

系統(tǒng)包括：信號接收、紅外探測、蜂鳴報(bào)警、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、車輛通行檢測等5大部分。

閘口分為自動(dòng)和人工兩類，自動(dòng)閘口專門用于長期卡用戶；人工閘口供單次出入使用，由人工發(fā)卡、放行、驗(yàn)卡、收卡等動(dòng)作。車輛入場工作流程如圖2所示，車輛出場流程基本與入場雷同，不同的是將“發(fā)放臨時(shí)卡”改為“收回臨時(shí)卡”，“車位數(shù)-1”改為“車位數(shù)+1”。

校園電子巡更系統(tǒng)是最近幾年被廣泛用于校園安全巡查一種安防系統(tǒng)，能夠有效制約指定人員在指定時(shí)間按指定路線執(zhí)行巡查工作，并具有事后監(jiān)督和審計(jì)功能。

系統(tǒng)使用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)，存儲(chǔ)保安的巡更時(shí)間、巡更路線的地理數(shù)據(jù)，能夠在控制終端重現(xiàn)巡更軌跡，并能夠在遇到突發(fā)事件的時(shí)候及時(shí)向控制中心發(fā)出警報(bào)信號。系統(tǒng)主要包括手持巡更儀和控制管理2部分：

手持巡更儀部分利用GPS衛(wèi)星定位模塊接收GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)提取時(shí)間、經(jīng)緯度等有用數(shù)據(jù)并對得到的有用數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和控制，而且實(shí)時(shí)通過無線收發(fā)模塊向控制終端發(fā)送攜帶巡更人員地理位置數(shù)據(jù)的警報(bào)信息，并在出現(xiàn)緊急突發(fā)事件的時(shí)，能向中心發(fā)出報(bào)警信號。

控制管理部分主要由管理系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、無線收發(fā)裝置和校園電子地圖系統(tǒng)等組成，實(shí)時(shí)接收巡更儀發(fā)回的信息，當(dāng)巡更人員偏離既定路線或接收到報(bào)警信息，監(jiān)控中心會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。其工作原理如圖3所示。

以IC卡為基礎(chǔ)的校園卡是高校智慧校園建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一。基于CPU卡的門禁應(yīng)用系統(tǒng)，是指采用CPU卡的授權(quán)、認(rèn)證、監(jiān)控等功能實(shí)現(xiàn)安全場所出入管理和有效控制的信息應(yīng)用系統(tǒng)，目前在高校的應(yīng)用正熱。

系統(tǒng)通過分析管理制度、學(xué)生生活規(guī)律、行為方式等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)對應(yīng)的基于CPU卡的門禁管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)門禁出入控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控、考勤記錄、非法卡報(bào)警等多種功能，實(shí)現(xiàn)校園人員流動(dòng)的安全、高效、便捷的管理目標(biāo)。

門禁系統(tǒng)可以分為IC卡、門禁控制和門禁管理3部分。IC卡是存儲(chǔ)持卡人信息的載體，具有智能讀寫和加密通信的功能，是啟動(dòng)門禁控制系統(tǒng)工作的觸發(fā)器，也是門禁管理系統(tǒng)授權(quán)的依據(jù)，同時(shí)也具有門禁安全認(rèn)證的保障作用。作為門禁應(yīng)用安全控制的核心，門禁控制系統(tǒng)根據(jù)門禁管理系統(tǒng)下發(fā)的授權(quán)及控制信息，對卡片和持卡人進(jìn)行驗(yàn)證并控制門鎖開關(guān)，同時(shí)形成刷卡及開鎖記錄。門禁管理系統(tǒng)是門禁管理員在門禁控制系統(tǒng)上層進(jìn)行人員授權(quán)、門禁卡管理、設(shè)備管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、刷卡記錄查詢等操作的系統(tǒng)。

門禁系統(tǒng)應(yīng)用范圍可以遍布校園內(nèi)宿舍、教室、辦公室、實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室、會(huì)議室、機(jī)房、圖書館、校衛(wèi)生所、校門等地點(diǎn)，數(shù)量大、分布廣，目前我院已經(jīng)和在建的有宿舍、機(jī)房、圖書館、會(huì)議室等場所。

各類地點(diǎn)的應(yīng)用在管理控制方式、安全性要求、報(bào)警手段等方面均有不同的要求。門禁持卡人包括教職工、學(xué)生、校內(nèi)服務(wù)人員、短期訪問人員等在內(nèi)的多種用戶，各類用戶在使用時(shí)間、使用頻率、使用范圍等方面也不盡相同，發(fā)卡管理、授權(quán)管理和出入記錄管理都各有其特點(diǎn)。所以系統(tǒng)運(yùn)行首先要規(guī)范IC卡的發(fā)放程序，各類人員按性質(zhì)不同由不同部門在管理平臺(tái)進(jìn)行注冊并指定相應(yīng)的編碼，制發(fā)卡部門依據(jù)卡編碼制作包括持卡人基本信息和指定權(quán)限在內(nèi)的IC卡共人員使用。整個(gè)門禁系統(tǒng)的應(yīng)用功能如圖4所示。

圖4 校園門禁系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖2.4 熱區(qū)闖入監(jiān)控

校園內(nèi)有一些需要重點(diǎn)監(jiān)控的區(qū)域和房間，綜治平臺(tái)為此設(shè)計(jì)了熱區(qū)監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)。目前包括的熱區(qū)主要有：游泳池、財(cái)務(wù)室、鍋爐房、配電間、網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房及重點(diǎn)樓層的走廊等，熱區(qū)監(jiān)控主要特點(diǎn)是監(jiān)控有時(shí)段要求，即在指定的時(shí)段有闖入監(jiān)控報(bào)警要求。如上班時(shí)間無需監(jiān)控和報(bào)警，而在下班后需要開啟監(jiān)控。

熱區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)主要采用紅外和運(yùn)動(dòng)探測兩種技術(shù)，在監(jiān)控區(qū)域邊界采用紅外對射，場內(nèi)采用視頻監(jiān)控中的運(yùn)動(dòng)檢測；在封閉的房間則采用門禁結(jié)合視頻監(jiān)控的運(yùn)動(dòng)檢測。

2.5 重點(diǎn)資產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

學(xué)校有一些高價(jià)值或敏感資產(chǎn)需要監(jiān)控，監(jiān)控這些資產(chǎn)是否在指定的位置，以防止這些資產(chǎn)的非許可挪動(dòng)而造成丟失或失控。這些設(shè)備主要包括暴露在公共部位的投影儀，井道中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；高價(jià)值資產(chǎn)，如服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機(jī)床、實(shí)習(xí)車輛等；及敏感崗位的電腦等。

系統(tǒng)主要對這些資產(chǎn)實(shí)行定點(diǎn)管理，主要提供指定位置報(bào)警、出校門報(bào)警及運(yùn)行記錄等。系統(tǒng)主要有監(jiān)控管理平臺(tái)、傳感器、RFID標(biāo)簽和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 重點(diǎn)資產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3 結(jié) 語

整個(gè)系統(tǒng)正在建設(shè)實(shí)施過程中，可以相信在成熟技術(shù)基礎(chǔ)上，完成構(gòu)成校園綜治安全系統(tǒng)基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，在綜治安全公共平臺(tái)的統(tǒng)一管理下，整合原先的視頻監(jiān)控、報(bào)警平臺(tái)和安全管理有關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，充分發(fā)揮前端安全子系統(tǒng)和后端管理數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用系統(tǒng)的作用，定能在技術(shù)水準(zhǔn)、綜治效果和決策水平等方面，有一個(gè)質(zhì)的飛躍。作為智慧校園建設(shè)的應(yīng)用實(shí)踐和探索，能為其他高校類似系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)施提供借鑒和經(jīng)驗(yàn)，良好的安全綜治管理將為學(xué)校教育事業(yè)的健康發(fā)展保駕護(hù)航。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 佟秋利，張慧琳，孫國光.基于CPU卡的大學(xué)門禁應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)施方案［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2011，32（4）：14531457.

［2］ 李坤，孫運(yùn)強(qiáng)，姚愛琴.校園電子巡更系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.山西電子技術(shù)，2010（3）：6771.

［3］ 司慶忠，蘇曉龍.一種長距離電子巡更系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25（9）：7376.

［4］ 楊志千.基于有源RFID的小區(qū)車輛管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

［5］ 付鵬飛，楊忠根，王亞煒.基于RFID的小區(qū)車輛管理系統(tǒng)［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2008（8）：22662267.

［6］ 林長計(jì).基于RFID技術(shù)的智能卡售水管理系統(tǒng)＼[J＼].電子科技，2011（8）：5860.

［7］ 陳顯亭，賈曉飛.Rfidsim卡手機(jī)與校園應(yīng)用系統(tǒng)對接研究＼[J＼].電子科技，2011（1）：2223.

［8］ 韓晶.基于RFID標(biāo)簽的定位原理和技術(shù)＼[J＼].電子科技，2011（7）：6467.

［9］ 張穎，李凱，王建偉.一種有源RFID局域定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)＼[J＼].電子設(shè)計(jì)工程，2012（5）：6870.

［10］ 王潔，石紅麗，瞿小玲，等.基于射頻識(shí)別的無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究＼[J＼].電子設(shè)計(jì)工程，2011（5）：174176.

作者簡介： 葉忠杰 男，1964年出生，浙江鄞縣人，副教授。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智慧校園系統(tǒng)。