基于RFID技術的高校安防系統設計

杜海濤

【摘 要】隨著大學逐年擴大招生規模，在校大學生的人數日益增加，各類校園的突發事件也在增加，傳統高校的安防系統很難應對當前對安全的需求，因此有效提高校園安防的預警性、安全性、可靠性、精確性、自動性尤為重要，該文以物聯網為核心，以無線射頻識別RFID技術為主要載體，設計了一套高校安防系統，設計包含校園防盜系統、校園防火報警系統、校園門禁系統以及視頻監控系統等，全面提高了高校安防系統的管理效率和實時的安全防護能力。

【關鍵詞】RFID；物聯網；傳感器；高校安防系統

1. 引言

隨著生產力的提高和科學技術的發展，未來的競爭是人才的競爭，社會對人才的需求與日俱增，發展高等教育、提高人口素質、促進科技創新作為國家發展的基本戰略。高校每年招收規模逐年增加，為了適應增加的大學人數和更高的教育培養質量，高校校園大幅擴建，加上校內人員組成的復雜性，導致今年來高校內的突發事件成上升趨勢，校園內火災、盜竊、及暴力事件等屢見不鮮。在2016年間在全國范圍內，在高校宿舍發生的火災事故已報道的就有20余起，火災發生原因有線路短路、手機及用電設備操作不當等，2015年底，清華大學化學系一實驗樓內因化學實驗發生火災事故，一名博士后不幸身亡；在2016這年發生的多起高校校外人員盜竊學生筆記本和財務的案件，同時也發生了多起校內學生群毆或者社會人員在校園中毆打學生的事件。

為了保護高校內學生個人財產和公共財產安全，保障校內人員的人身安全，在整個高校校園內構建反應迅捷、安全可靠、穩定精確、自動預警的安防系統網絡是非常必要的。在傳統的校園安防中，校園防盜系統、校園安全巡檢系統、校園防火報警系統、校園門禁系統、教務考勤系統以及視頻監控系統等往往是互不關聯、相互獨立，對已發生事故及時有效處理存在局限性，又不能提前預警，同時也不能有效實現高校安防要求的信息融合及統一布局，很容易造成人員及設備等安防資源的浪費。因此，就越來越迫切地需要一種新型的、智能型的校園安防系統，本文基于RFID技術為核心，結合物聯網技術，設計了一套高校安防系統，建立智慧校園安防系統物聯網，正好為這些問題提供了好的解決方案。近些年來，各高校的校園網建設已日趨完善，各種數字化校園系統也逐步在建設完善，有些已經建成并正在使用，這些都為物聯網的實施提供了良好的基礎。

2 .高校安防系統的總體方案設計

高校安防系統根據功能分為很多子系統，分別為：防盜子系統、防火報警子系統、校園門禁子系統、以及視頻監控子系統等。該系統是建立在校園網的基礎上的，整合所有安防子系統的各項數據，對獲取的各項數據進行挖掘深層的信息，建立統一的綜合管理平臺，為高校各方面的安全防護提供實時、精準的服務，及時防患于未然，保護高校人員的人身和財產安全，全面提升高校的安全防范水平。

高校安防系統是以物聯網技術為核心，物聯網是在互聯網的基礎上，通過嵌入了具有無線射頻識別技術（RFID）、傳感器技術、嵌入式智能技術或圖像識別技術等智能傳感設備，給每一個實體對象分配一個唯一的代碼，按照協議標準，把物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的實物互聯網。按照物理網特征，將高校安防系統劃分為3個層次：感知層、網絡層、及應用服務層。

感知層是物聯網的硬件基礎，是物聯網的皮膚和五官，是獲取原始信息的重要感知設備，用于識別物體和采集信息，是物聯網的核心，關鍵技術為：RFID技術、二維碼技術、NFC技術、傳感器技術，主要設備包括各種讀寫器、激光掃描器、傳感器、RFID標簽以及GPS等，這些設備主要負責采集物聯網所需的最底層數據。

網絡層是把從感知層獲取的信息通過有線或無線校園網絡及ZigBee網進行實時、準確、可靠地進行處理和傳遞，并將這些信息迅速傳遞至應用層，同時可通過網絡層實現用戶與應用層之間的聯系。

應用層是整個物聯網中最重要的部分，先對網絡層傳輸過來的數據進行存儲，并將獲取數據進行數據挖掘，實現數據的分析和處理，從而為各行各業的不同需求提供服務。應用層是由多種應用服務器按照一定功能組合而成，其中還包含數據鏈和數據庫，主要是對從感知層獲取的數據進行信息之間的分析、融合和轉換，以及實現在用戶層的適配和事件的觸發等 ，同時在需要對終端設備實施控制時，應用層將完成用戶發出的控制指令的生成和下發功能，經用戶層處理后的數據能夠通過因特網為全球用戶服務。用戶層為用戶提供了物聯網的多種應用接口，包括用戶設備，客戶端和各種服務界面等。

3 .系統中各部子系統原理分析

3.1 防盜子系統

校園防盜系統主要由監控中心和N個檢測站點組成。檢測站點由RFID模塊、微控制器MCU和聲光報警模塊、GSM/GPRS模塊組成：監控中心包括監控軟件和數據庫服務器。

系統利用RFID和GPRS技術對校園各出人站點進行實時監控，其應用原理如下：首先在校園各出入口安裝RFID閱讀器和天線，監控中心安裝管理軟件和數據庫服務器：其次在貴重物品隱蔽處安裝防拆式電子標簽，同時給物品所有者配備一個電子標簽，并與其名下所有物品標簽關聯，信息存于監控中心數據庫中。當攜帶者通過出入站點時，RFID閱讀器讀取攜帶者及附著在物品上的電子代碼EPC后，通過GPRS無線傳輸模塊與Internet互聯傳送給監控中心，監控中心匹配物品與攜帶者身份信息。若兩者信息匹配。系統記錄正常出入信息，否則聲光報警，提醒管理人員注意，同時記錄報警信息，并通過GSM發送短信告知管理人員和物品所有者。

3.2 防火報警系統

防火預警系統采用了無線物聯網ZigBee技術的，傳統的監控系統常采用有線或人工預警，新的技術相對于傳統技術，具有效率高、施工復雜度低、低功耗、低成本、延時短及組網靈活的優點。該防火報警系統由中央監控系統和局部監控系統組成，其中多個局部監控系統分布于校園內。局部監控系統包括協調器節點、傳感器節點、計算機、報警設備和多層路由等。協調器節點與計算機相連，由路由節點對分布在校園有安全隱患場所配置傳感器的子結點進行來回呼喚、檢測數據，實現校園火災隱患的早期報警。傳感器節點采用新型煙霧、溫度或一氧化碳傳感器，實施將獲取數據通過計算機網絡傳至計算機控制系統，控制系統根據對應數據判斷是否有火災隱患，通過無線通信協議ZigBee把相關數據傳給路由節點，由其匯總給協調器節點乃至計算機，從而實現無線網絡化的校園防火報警系統。通過有線的方式將分散的局部防火報警系統連接起來，組建成整體的校園防火報警系統，并匯聚形成校園防火報警中央監控系統。一旦發生火災，校園防火報警系統可以通過多種方式報警，準確地確定火災發生的位置可與消防部門聯動，降低火災損失。endprint

3.3 校園門禁子系統

門禁子系統主要由三個層的設備構成，底層包括身份識別裝置（RFID讀卡器）、電子門鎖、出門按鈕、報警傳感器和報警喇叭等；控制器用來接收底層設備采集來的人員信息，與服務器的數據庫校驗其授權情況后做出處理：龐大的門禁系統是將多個控制器、底層設備構筑的小系統通過通信總線與中央制計算機相聯所組成。

RFID卡內保存了不同類型用戶如教師、學生及校外協作單位人員的信息及其權限，對臨時出入學校人員發放臨時出如RFID卡，對不同用戶RFID卡，其內信息、權限及外觀均應在設計上有所區別。此外RFID卡還應同時考慮遠距離及近距離非接觸感應需求，如攜帶RFID卡的教職工出入辦公場所時，在遠距離自動被門禁系統感應并保存其出入信息。

RFID讀卡器可安裝在學校圖書館、辦公樓、教學樓、宿舍及學校出入通道處，通過讀取用戶RFID卡內信息及其權限，傳送到門禁控制端，門禁控制端通過網絡層與應用層門禁管理系統數據庫內信息進行匹配分析，傳送指令到門禁控制系統，門禁控制端依據此進行該門禁放行與否的操作。門禁控制主要讀取RFID讀卡器獲得的用戶信息并傳送到門禁管理系統，另一方面，接收門禁管理傳送來的指令并執行信息顯示、放行及關閉通道等操作門禁管理系統中一方面保存門禁出人人員及出入時間等信息；另一方面，對為攜帶RFID卡用戶、非法闖入及超時逗留等異常情況進行及時提醒及警示，并對人員進入其無權限區域進行警告。對于非RFID人員門禁尾隨他人進入或在敏感區域滯留等情況，則需將門禁系統與視頻監控信息相結合進行事件檢測和判斷，并對門禁尾隨和非權限敏感區域滯留事件一旦發現即刻報警。

3.4 視頻監控子系統

視頻監控子系統使用寬帶網絡提供聲音、圖像和各種報警信號，能夠實現遠距離采集、傳輸、儲存與處理。視頻監控子系統不僅具有攝錄像功能，還能根據編組的讀卡器讀到相關信息進行相應處理，當與攝像頭編組的讀卡器讀取到RFID標簽時，該攝像頭將會自動采集當前幀（畫面），進行預處理后保存為圖片，并通過網絡發送到服務器；可以實現自動警報，一旦發現非法電子標簽ID號進入特殊區域時，系統將自動發送一條包含報警時間、報警地點的報警短信給該電子標簽的持有人，并將畫面信息和相關證據存入服務器；可以實現查詢歷史記錄，根據特定條件。

該系統同時也可以對區域外圍實現檢測及防御，先對區域外圍進行智能分析檢測，可對外圍徘徊人員進行語音警告，并對翻越人員進行有效防御，采取智能檢測可有效避免誤檢和漏檢，通過軟件智能分析可有效區分人員或動物干擾；過渡區檢測及防御一一對位于核心區域與外圍防御區之間的過渡區采取跟蹤定位，當外圍區域被侵入時快速定位侵入人員并采取相應措施對其進行防御，同時可結合視頻監控設備對其進行抓拍；核心區域防御一一此功能包括門窗的檢測防御，以及重要區域的緊急防御，同時對該區域的重要出入口實施緩沖措施；備用電源功能一一確保供電失常情況下，系統仍能保持一段時間的正常使用，使通訊暢通無阻，有效避免非法人員企圖通過中斷電源來入侵系統。

4 .總結與展望

本文針對智慧的高校安防系統總體方案及其實現方式進行了研究，充分考慮安防系統設計原則及發展趨勢，充分利用了物聯網技術，以實現校園安防的智能性、快速性、有效性及安全性，克服了以往安防系統僅停留在“安”的不足，兼顧了事先“預防”的需求。

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