基于物聯(lián)網(wǎng)的校園安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫運(yùn)亭 湖北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院

引言：近些年來(lái)，隨著教育水平的提高，進(jìn)入高校的人數(shù)也越來(lái)越多，因此，高校需要不斷擴(kuò)大自身的規(guī)模，這在一方面解決了學(xué)生資源大的問題，另一方面也將學(xué)校和外界的界限變得不是很清晰。由于變化速度過(guò)快，學(xué)校在校園安防上沒有充足的準(zhǔn)備，導(dǎo)致校園安全問題頻出，也潛在著巨大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，完善校園安防系統(tǒng)就顯得尤為必要。目前許多高校普遍存在的問題主要包括校園預(yù)警機(jī)制不夠完善、問題出現(xiàn)沒有合理的解決渠道、解決時(shí)間不及時(shí)等情況。在實(shí)際調(diào)查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)目前校園主要采取的預(yù)防措施依靠的是傳統(tǒng)的物防和值班管理，沒有依靠當(dāng)今發(fā)達(dá)的科學(xué)技術(shù)，構(gòu)建一套聯(lián)動(dòng)管理的校園安防管理系統(tǒng)。因此，學(xué)校應(yīng)該將校園安保人員、安保物資以及技術(shù)三者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真正的科學(xué)化管理、技術(shù)化管理，在現(xiàn)在，使用最多的就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不管是在工廠中的工業(yè)生產(chǎn)管理，還是在建筑行業(yè)技能操控都有著重要的作用，因此，選擇物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)校園安防系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)可以起到非常重要的屏障保護(hù)作用。

文章在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并開發(fā)實(shí)現(xiàn)了高校校園安全防范管理系統(tǒng)，為校園安全管理提供了重要幫助，設(shè)計(jì)的功能主要包括出入口系統(tǒng)、火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、全方位視頻監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)巡更系統(tǒng)等方面，通過(guò)設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)能夠在校園安全管理上實(shí)現(xiàn)全方位的管理。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”的定義為：利用互聯(lián)網(wǎng)將采集收集到的信息進(jìn)行傳輸，這其中需要一些特定的通信協(xié)議才能夠?qū)崿F(xiàn)，最終達(dá)到的結(jié)果是實(shí)現(xiàn)物物交互，并在系統(tǒng)集成和控制上形成一體化方便管理。物聯(lián)網(wǎng)是方便物與物交換的，它是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的深化和具體化，它的核心依舊是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，主要由三部分組成，分別是應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層以及感知層，層次化是其設(shè)計(jì)的重要原則。

（1）感知層。由射頻識(shí)別技術(shù)、二維碼標(biāo)簽、車輛號(hào)牌、指紋記憶以及采集單元等信息組成，形成一套完整的設(shè)備，感知層主要功能了解學(xué)校內(nèi)的報(bào)警裝置的信號(hào)，并將感知的信息進(jìn)行及時(shí)的傳輸，便于第一時(shí)間做出應(yīng)對(duì)措施。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。將校園內(nèi)部的各計(jì)算機(jī)，管理設(shè)備進(jìn)行連接，形成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)以及和外部鏈接的骨干網(wǎng)絡(luò)，完整的網(wǎng)絡(luò)可以方便數(shù)據(jù)的傳輸。

（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層是指校園網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)的終端，主要包括手機(jī)、平板電腦以及PC機(jī)等，這些設(shè)備都可以幫助校園安全管理人及時(shí)了解校園安全狀況，還能夠?qū)α私獾降男畔⑦M(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的處理，包括數(shù)據(jù)分析、信息處理等。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以了解安全管理存在的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加強(qiáng)。物聯(lián)網(wǎng)三層體系結(jié)構(gòu)如下圖。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)三層體系結(jié)構(gòu)

2 校園安防需求分析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引用可以為校園安全的管理提供巨大的幫助，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)校園監(jiān)控的智能化、全面化，為師生安全提供一份安全保障，也為學(xué)生的學(xué)校生活提供了穩(wěn)定的生活學(xué)習(xí)環(huán)境，除了這些，校園安防系統(tǒng)還需要滿足一下幾點(diǎn)：

（1）設(shè)置的監(jiān)控點(diǎn)多，保證由點(diǎn)到面，全方位監(jiān)控學(xué)校地區(qū)，校園人口比較集中，因此，需要全方位的進(jìn)行監(jiān)控管理。

（2）在學(xué)校顯眼地區(qū)設(shè)置緊急報(bào)警按鈕。當(dāng)校內(nèi)出現(xiàn)危險(xiǎn)情況，可以及時(shí)報(bào)警，方便校內(nèi)保安和執(zhí)勤人員第一時(shí)間知曉并進(jìn)行處理。

（3）校園信號(hào)的收集采用多種布線方式。能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的及時(shí)傳輸，數(shù)據(jù)之間交互也更加容易便捷，有利于信息的及時(shí)傳輸。

（4）信息查詢。校園內(nèi)設(shè)有許多的攝像監(jiān)控頭，會(huì)將校園內(nèi)的情況進(jìn)行詳細(xì)的記錄和存儲(chǔ)，方便信息的調(diào)取查詢。

（5）遠(yuǎn)程報(bào)警。安防地區(qū)沒有執(zhí)勤人員時(shí)，一旦出現(xiàn)危險(xiǎn)情況，設(shè)置的安防點(diǎn)檢測(cè)裝置會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并肩發(fā)生危險(xiǎn)的場(chǎng)所和目標(biāo)定位進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。方便第一時(shí)間及時(shí)處理。

（6）功能擴(kuò)展。安防系統(tǒng)涉及到互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，因此，在和校園的日常管理工作時(shí)可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的高校校園安防系統(tǒng)

高校校園安防系統(tǒng)是擬在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上的，它的核心是校園網(wǎng)，她與智能系統(tǒng)相結(jié)合，是通過(guò)視頻識(shí)別設(shè)備、傳感器設(shè)備、紅外感應(yīng)器設(shè)備、攝像頭設(shè)備等完成的，不僅包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)，而且包括周界入侵報(bào)警系統(tǒng)，還包括消防報(bào)警系統(tǒng)以及出入口系統(tǒng)。校園安防系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園安防系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.1 出入口控制系統(tǒng)

管理權(quán)限是出入口控制系統(tǒng)的主要工功能，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)將出入門口人員的信息記錄下來(lái)，還會(huì)對(duì)出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)并根據(jù)設(shè)置情況報(bào)警。所以，出入口控制系統(tǒng)這種功能分別是入侵報(bào)警功能，記錄歷史數(shù)據(jù)功能，拒絕進(jìn)入功能，準(zhǔn)許進(jìn)入功能。校園出入口控制系統(tǒng)數(shù)通過(guò)通信轉(zhuǎn)換器與校園一卡通讀卡器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)，它與計(jì)算機(jī)的連接是通過(guò)RS-232 /485總線實(shí)現(xiàn)的，與此同時(shí)，與各分支機(jī)構(gòu)局域網(wǎng)之間聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)TCP/IP實(shí)現(xiàn)的，它包括數(shù)據(jù)打印功能，統(tǒng)計(jì)功能，查詢功能以及匯總功能。校園出入口控制系統(tǒng)不僅可以對(duì)消防信號(hào)的輸出進(jìn)行收集，而且可以在接收到報(bào)警后將所有門禁打開，不僅有利于人員快速逃生，而且有利于事后管理人員查詢相關(guān)情況。校園出入口控制系統(tǒng)圖如下圖圖3所示。

圖3 校園出入口控制系統(tǒng)

夜間模式與普通模式是校園出入口控制系統(tǒng)的兩種控制模式。在夜間模式下如果沒有校園一卡通，則不能夠進(jìn)入。在普通模式下，可以通過(guò)刷卡自由出入，系統(tǒng)會(huì)對(duì)出入時(shí)間進(jìn)行記錄，與此同時(shí)，還會(huì)加記錄的信息發(fā)送到控制中心的服務(wù)器。如果強(qiáng)行打開門，或者門在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有關(guān)閉，那么系統(tǒng)會(huì)其實(shí)就是反應(yīng)，就收到了信息發(fā)送到控制中心。出入口控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如下圖。

圖4 出入口控制系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)

上面對(duì)出入口控制系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)模式可以根據(jù)實(shí)際情況隨機(jī)應(yīng)變，還可以增加一些模式。為了方便人員逃生，出入口控制系統(tǒng)接收到聯(lián)動(dòng)消防火災(zāi)報(bào)警后，應(yīng)該及時(shí)加門禁全部打開。

3.2 無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)

教學(xué)樓與宿舍樓是學(xué)生較多的地方，你這要求無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)日常突發(fā)事件與安全事件，如果有密碼和卡的南方就可以直接進(jìn)入，沒有密碼和卡的來(lái)訪者需要通過(guò)系統(tǒng)已與室內(nèi)人員進(jìn)行溝通，得到許可才能夠進(jìn)入。這不僅有利于防止閑雜人員進(jìn)入，而且有利于確保學(xué)生的人身安全。如果宿舍或者教學(xué)樓有突發(fā)事件發(fā)生，管理人員可以通過(guò)無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)來(lái)指導(dǎo)學(xué)生逃生。

3.3 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

校園網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)寬帶網(wǎng)絡(luò)。提供各種報(bào)警信號(hào)和聲音圖像在校園內(nèi)安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭建立的，視頻數(shù)據(jù)傳輸采用的是光纖和雙絞線，在校園原有的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)前提下，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控用戶可以在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控與監(jiān)督，除此之外，報(bào)警設(shè)備連接了網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，如果有異常情況發(fā)生系統(tǒng)可以通過(guò)短信的方式加異常情況發(fā)送到用戶的手機(jī)上，還會(huì)將異常情況拍下來(lái)。

3.4 消防報(bào)警系統(tǒng)

學(xué)校重點(diǎn)防火區(qū)域包括實(shí)驗(yàn)室與學(xué)生宿舍，因?yàn)檫@些地方受到消防意識(shí)不強(qiáng)，人員操作不當(dāng)，電器線路老化等問題容易發(fā)生火災(zāi)，而且人口密度大，不易于逃生。監(jiān)控系統(tǒng)與各種火災(zāi)探測(cè)器屬于校園消防報(bào)警系統(tǒng)的一部分。校園內(nèi)安裝的傳感器包括溫度探測(cè)器，電氣參數(shù)檢測(cè)傳感器，煙霧探測(cè)器，CO歐探測(cè)器等。消防報(bào)警系統(tǒng)采用獨(dú)立的消防報(bào)警模塊，通過(guò)收集感知層的消防數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，及時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到控制中心的服務(wù)器，上傳到服務(wù)器的數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析的依據(jù)，通過(guò)分析，即時(shí)情況與著火點(diǎn)會(huì)實(shí)時(shí)顯示在管理軟件上。系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)后，如果判斷為著火，管理人員會(huì)接收到系統(tǒng)發(fā)送的報(bào)警短信，根據(jù)短信管理人員能夠及時(shí)了解相關(guān)情況并及時(shí)做出相關(guān)解決措施，以使系統(tǒng)上報(bào)的錯(cuò)誤率下降，是系統(tǒng)的火災(zāi)預(yù)警水平更高。校園安防消防報(bào)警系統(tǒng)圖如下：

圖5 校園安防消防報(bào)警系統(tǒng)

3.5 校園安防預(yù)警機(jī)制

校園安防系統(tǒng)是建立在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上。多級(jí)預(yù)警機(jī)制是校園安防系統(tǒng)的主要功能。與傳統(tǒng)的預(yù)警報(bào)警機(jī)制相比，基于物聯(lián)網(wǎng)校園安防系統(tǒng)不僅有利于改善傳統(tǒng)預(yù)警機(jī)制在信息傳遞過(guò)程中產(chǎn)生的延誤與誤差問題，而且有利于從多途徑傳遞信息，使信息傳遞更快更準(zhǔn)。另外，基于物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)警報(bào)警機(jī)制采用的是制動(dòng)控制的方式，而傳統(tǒng)的預(yù)警報(bào)警機(jī)制是采用的人為控制的方式。

（1）初級(jí)預(yù)警。初級(jí)預(yù)警機(jī)制主要是通過(guò)門禁系統(tǒng)來(lái)觸發(fā)，出發(fā)的情況，包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)斗毆或不合法用戶進(jìn)入，設(shè)備主要通過(guò)提示音和閃爍燈提示有情況發(fā)生，與此同時(shí)系統(tǒng)迅速與保安系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，采用語(yǔ)音提示的方法通知及時(shí)處理相關(guān)情況。

（2）中級(jí)預(yù)警。中級(jí)預(yù)警機(jī)制與初級(jí)預(yù)警機(jī)制不同的是它采用的是電話接通方式，校領(lǐng)導(dǎo)與相關(guān)管理部門在中級(jí)預(yù)警機(jī)制中有些重要作用，對(duì)初級(jí)預(yù)警的情況分析直接影響到中極預(yù)警的執(zhí)行。

（3）高級(jí)預(yù)警。嚴(yán)重傷害事件或者火災(zāi)等情況屬于高級(jí)預(yù)警范圍，如果發(fā)生火災(zāi)或者發(fā)生嚴(yán)重傷害事件。要報(bào)警有兩種方式，一為自動(dòng)，二為人為，報(bào)警后聯(lián)動(dòng)對(duì)象分為醫(yī)院120、派出所110和消防隊(duì)119，通過(guò)此種方式有利于將損失降到最低。

4 結(jié)語(yǔ)

本文為了讓校園安防系統(tǒng)更加智能化，在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立了高校校園安防系統(tǒng)，構(gòu)建了一系列子系統(tǒng)，例如：電子巡更消防報(bào)警，視頻監(jiān)控，出入口控制等子系統(tǒng)。校園安防系統(tǒng)的構(gòu)建，校園內(nèi)如果有突發(fā)事件發(fā)生，學(xué)校控制中心、保安室和派出所可以第一時(shí)間接到報(bào)警信號(hào)，為了減少校園事故的發(fā)生，應(yīng)該要求高校校園安防系統(tǒng)反應(yīng)能力更強(qiáng)，反應(yīng)速度更快，這就要求建立一個(gè)更加安全的體系。