基于物聯網技術的校園安防系統的設計與實現

王瑤 何東

摘 ?要：隨著科學技術水平不斷發展，社會正走向智能化發展道路，學校作為培養新一代優秀人才的重要場所，更應該提升自身的科技水平，讓學生接觸到更先進的科學技術。因此，基于物聯網技術設計校園安防系統不僅能夠引導學生了解和學習先進的科學技術，也能提升校園的安防水平，實現學校智能化管理，同時，基于物聯網技術來設計和開發校園安防系統，能夠提升校園安防相關信息建設，提升學校的安全性。

關鍵詞：物聯網技術 ?校園安防系統 ?智慧校園 ?設計與實現

中圖分類號：P9T33 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2020）10（b）-0052-03

Abstract： With the continuous development of science and technology， the society is moving towards the road of intelligent development. As an important place to cultivate a new generation of excellent talents， schools should enhance their own scientific and technological level， so that students can be exposed to more advanced science and technology. Therefore， the design of campus security system based on the internet of things technology can not only guide students to understand and learn advanced science and technology， but also improve the security level of the campus and realize the intelligent management of the school. At the same time， the design and development of campus security system based on the Internet of things technology can enhance the construction of campus security related information and enhance the security of the school.

Key Words： Internet of things technology; Campus security system; Smart campus; Design and implementation

1 ?當前校園安防建設現狀

學校是培養人才的重要場所，國家的發展離不開人才的培育，加強對校園智能化建設有助于提高學生的科技水平，為學生提供良好的學習環境。目前，在校園安防方面，學校仍然是以人防為主，這樣的安防需要大量的人力資源，而且過于依賴安保人員，安保人員需要經常在校園進行巡視，但很容易出現發現不及時的現象，導致校園安全事故頻發。另外，雖然很多學校已經實現視頻監控、門禁管理、消防報警等方面的建設，但是并沒有實現校園安防一體化的建設目標，校園安防還存在信息融合度低的情況，難以實現多方聯動的目標。

2 ?物聯網技術的結構組成

物聯網技術就是通過網絡將人與人、人與物、物與物進行有效連接，然后將相關信息進行傳遞，實現信息的傳遞與控制。物聯網可以分散3個組成部分：感知層、網絡層、應用層[1]。

2.1 感知層

感知層是位于物聯網最底部的位置，它是物聯網的地基，通過傳感器獲得相關的信息和數據，然后將信息傳遞到上層關系網中。在利用感知層進行安防系統的建設時，可以通過其了解到相關人員的基本信息，提供事件的圖像和視頻，師生也能通過相關感知器進行身份識別。

2.2 網絡層

網絡層是物聯網技術的核心，是數據傳輸的主要平臺[2]。通過網絡層可以實現數據的接入與傳輸，能夠利用無線或有線方式構成相應的通信網絡系統，完成信息交互。

2.3 應用層

應用層是高層部分，能夠實現物聯網的功能管理，是完成客戶端與服務端信息交互的應用，該層又可以分為數據集成管理平臺和業務平臺，數據集成管理平臺指的是實現所有采集傳輸的數據的有效整合。應用層能夠通過人機交互平臺、云平臺和數據管理系統進行智能操作和分析，為用戶提供各種定制服務[3]。

3 ?基于物聯網技術的校園安防系統設計分析

3.1 校園安防系統需求特點

校園是一個人口流動較為密集的地方，每當上下學，將有成千上萬的人口流動。另外，學生大多處于自主能力不太成熟的階段，且學生處于一個較為弱勢的環境，如果發生沖突，很容易造成學生受傷。因此，校園的安放應該滿足以下需求：監控面積大、監控終端多樣性及相關人員要及時處理事件。具體來說，學校是一個結構復雜的環境，有教學樓、辦公樓、食堂、體育場、宿舍等多種場所，因此，校園安防具有監控范圍大的特點。同時，學生的自我控制能力較弱，如果不及時對事件進行處理，將容易造成群體性事件，導致嚴重后果。因此，要想建立完善的校園安防系統，就必須滿足需求大、難度高、出事險的特點，這樣才能為師生提供良好的教育環境。

3.2 校園安防系統硬件選擇

基礎數據收集是校園安防系統的重要基礎條件，只有采用優秀的安防系統硬件才能確保系統的運行。因此，需要選擇能夠對環境進行數據收集的硬件系統，并要滿足能夠在固定范圍內最快進行信息傳輸的功能，這樣才能及時地了解校園周邊的環境變化。由于校園環境范圍較小，且地形較為簡單，可以采用ZigBee技術進行無線數據傳輸。另外，學校還具有人員流動性大的特點，硬件系統需要滿足圖像信號強的要求，才能捕捉到各個細節特征，可以采用HDTV圖像，其具有優秀的識別能力，還具有圖像信號清晰度高、覆蓋范圍廣的特點，能夠進行有效取證和智能視頻分析，減少成本投入，實現經濟效益最大化的需求[4]。

3.3 智能安防系統的關鍵技術

3.3.1 網絡傳輸協議

網絡傳輸是物聯網信息技術的主要組成部分，也是實現信息傳遞與交互的重要途徑，是整個安防系統中的關鍵功能。合適的網絡傳輸協議能夠將各個子系統有效地連接起來，提升數據的傳輸效率，并且能夠增強信息的準確性和安全性。因此，在建立校園安防系統時，需要合理選擇網絡傳輸協議，通常來說可以選擇TCP協議簇或RTP協議簇。由于物聯網的信息傳輸具有多樣性，選擇合適的協議簇有助于數據在不同環境下進行交換，能夠提升數據交互效率，提升系統的靈活性。

3.3.2 數據存儲

數據存儲是安防系統信息中心的重要組成部分，能夠將正常錄像和報警錄像分開存儲，并按照一定的周期設置為不同項目，有助于管理人員進行信息查詢。數據存儲側重的是信息的存儲功能，為了確保能夠及時了解相關信息，數據的存儲內容不能過于單一和死板，而是要以靈活存儲的方式進行數據的存儲，保證數據的多樣性[5]。在校園安防系統中，數據存儲需要滿足報警觸發、手動操作和時間表等多個方面的存儲需求，同一個錄像設備要進行多樣化的存儲方式，這樣才能滿足校園安防系統的數據存儲需要。

3.4 系統軟件平臺設計

系統的應用需要借助運行軟件系統的幫助，校園安防系統的軟件平臺是由核心數據服務器和客戶端工作站共同組成，需要具備數據庫、核心軟件、用戶管理、日志管理、故障管理、權限管理等多方面的功能。然后需要保證能夠滿足通過軟件系統對相關系統參數進行配置及對視頻資源進行監視和維護的作用，通過查看日志管理，人們可以了解到相關操作人員的進入、退出系統時間，以便制作相關的報表。

4 ?基于物聯網的校園網安防系統

4.1 系統構成

根據上文提到的校園安防系統設計分析，可以結合物聯網技術將其轉化為可實現的建設系統。通常來說，校園安防系統需要具備幾個重要應用，即門禁系統、消防安全系統、視頻監控系統等。

第一，門禁系統。校園的出入是有效控制校園安全事故的途徑，而門禁卡不僅能夠控制校門的出入，還能控制圖書館、體育館等重要場所的出行，能夠有效提升學校對外來人員的控制。門禁系統的建立可以參考校園一卡通，主要通過實現身份認證來控制出入，這樣的方式能夠有效甄別進入校園的人群，也能及時了解每個學生在學校的活動狀態。但需要注意一點，就是管控好對外開放區域的安防控制，實現對多類人群的有效控制，還要協調好場館的疏散機制。另外，學生的住宿一直都是學校較為頭疼的問題，不僅會浪費學生管理人員的大量時間，還沒有取得較為理想的效果。但是使用門禁系統管理人員就可以通過終端對數據進行查詢，方便管理人員進行查寢等宿舍檢查活動。

第二，消防安全系統。學校是一個人口較為密集的區域，特別是教學樓、宿舍和食堂，這些地方都屬于人群密集區域。學校要加強針對學生上課期間的空曠宿舍樓或沒有學生的教室等地帶進行消防預警，避免出現沒有及時發現相關情況的現象，導致事故更為嚴重。

第三，視頻監控系統。視頻監控系統需要包括視頻監視可記錄功能，確保能夠及時了解校園內的相關情況，還可以使用具有對圖像進行預判的功能，可以對打架斗毆、人群躁動等情況進行有效預防，提升視頻監控系統的智能性。為了確保視頻監控系統的質量，學校的視頻監控系統需要包括具有網絡功能的攝像機、監控中數據的集中存儲、視頻信號的傳輸、視頻顯示和控制幾個部分。采用具有網絡性能的視頻監控系統具有幾個優點，分別是圖像效果更高、視頻質量更可靠、系統擴展更方便等，特別是系統的擴展會影響到系統的容量，對強化校園安防有著重要意義。第四，傳輸設計。由于學校是一個擁有多種類型空間特點的地方，為了滿足不同場合、不同傳輸距離的要求，根據各個場所進行傳輸設計可以優化校園安防系統的傳輸。操場、球場、走道等室外場所距離監控中心較遠，而且容易受到雷電的影響，因此需要使用光纖作為傳輸方式，能夠有效避免視頻信號收到雷電、靜電等因素的影響，確保信號能夠穩定采集和傳輸;由于采用的網絡視頻監控系統，室內的監控點只需要通過網線接入到就近交換機的方式，但如果距離超過100m，就可以考慮采用光纖傳輸;當需要穿越復雜電磁環境時，采用光纖傳輸方式可以避免受到磁場的影響。

第五，出入口控制系統。校門口出入是學校安全防范的重要區域，相關管理人員需要在每個出入口處設置監控點，并要充分考慮夜晚光照差的特點，使用的攝像系統要滿足高清抓拍的要求，并能對出入的車輛進行自動識別，記錄下車輛的車牌號碼和顏色。另外，基于物聯網技術設置的安防系統可以實現自動識別、自動抬杠功能，避免浪費大量的人力、物力，并會對進入校園的車輛進行持續觀測，這就能提升監控系統的效率，及時發現可疑人員和車輛，為學校管理提供充足的事實依據。

4.2 預警報警機制

基于物聯網技術，可以對各種情況進行有效判斷并自動定級，避免人為控制的延時性和誤差。因此，基于物聯網技術的校園安防系統的預警機制可以分為3個等級：初級預警、中級預警和高級預警。初級預警是通過門禁系統能夠預判出是否出現斗毆情況，提示的方式為閃燈、提示音等，并會將相關情況報給保安處。中級預警是將相關情況報告給校領導和相關管理部分，并將提示音改為打電話。高級預警主要針對火災和其他嚴重傷害事件，觸發方式分為2種，一種是自動觸發，一種是人為觸發，聯動對象為派出所、醫院、消防隊等。

參考文獻

[1] 陳凱.物聯網技術下校園智能安防系統設計[J].電子技術與軟件工程，2019（14）：4-5.

[2] 程思強，韓鑫，杜慧敏，等.物聯網在智慧高校中的應用[J].科技尚品，2017（9）：167.

[3] 劉穎.物聯網技術下校園智能安防系統的設計[J].電子設計工程，2016，24（8）：102-104.

[4] 程芳.基于物聯網技術的校園一卡通系統設計與實現[D].西安科技大學，2015.

[5] 劉秋荷.基于物聯網技術的多媒體教室管理系統的研究與實現[D].湖南大學，2016.

[6] 周晨光.基于物聯網的高校綠色實驗室管理系統設計與實現[D].北京交通大學，2016.