AIoT技術在校園110指揮中心平臺整合中的應用研究

郭 蕓 徐 凱

AIoT技術在校園110指揮中心平臺整合中的應用研究

郭 蕓 徐 凱

[浙江大學]

本文通過分析AIoT在當前校園110指揮中心平臺整合中的必要性，對現有的AIoT建設設計細節和整合途徑進行了解和研究，結合高校推進利用AI進行物聯所需要的環境和條件，希望為校園110指揮中心平臺管理帶來新的思路。

AI;AIoT；物聯網；校園110指揮中心；平臺整合；應用研究

一、概述

近些年來，隨著AI（人工智能技術）的不斷發展，傳統安防已經逐漸不能滿足當前安防需要，不斷向智慧、智能化的安防趨勢轉變，人工智能技術作為發展趨勢，不斷融入到當前的安防應用系統中，人臉、車輛、車牌識別已成為現代安防系統的標配。AIoT屬于物聯網+人工智能技術，在校園智慧安防業務服務管理過程中，通常利用5G通信技術，將多種物聯網設備全部連接至一個網絡。在校園智慧安防系統中，包含融合了智能門禁、校園人車卡口等設備，其內部主要有人臉識別傳感器、RFID無線射頻識別傳感器、車牌識別傳感器等，可以對人臉三維信息、二維碼等進行感知和采集，或通過校園內安置的視頻監控攝像頭，對校園內外出入人流、車流進行管理和布控，能夠實現街道巡視、物業管理、學生出行、車輛精準管控的需求。但由于當前的智慧安防總體規劃尚有一定缺失，并且在部分領域的技術不夠成熟，造成智慧安防的部分應用系統在實際安防系統建設投入并落實使用過程中出現了一些問題。

二、AIoT技術分析

（一）AIoT基本概念

智能物聯網（AIoT）屬于融合性、創新性名詞，學術界和應用界尚未對其明確定義。其實“AIoT”這一概念誕生之初，即是將AI（智能技術）與IoT（物聯網技術）兩種不同的技術進行簡單合并與利用，公式即是“AIoT=AI+IoT”，AI是人工智能部分，負責基于大數據進行數據分析；IoT作為前端，直接進行數據采集，是數據來源。通過兩者之間的結合，能夠直接實現對所有事物的數據化，同時還能夠利用兩者的功能實現智聯化。中國智能物聯網（AIoT）白皮書（2020年版）中指出：“AIoT是人工智能與物聯網的協同應用，它通過IoT系統的傳感器實現實時信息采集，而在終端、邊緣或云進行數據智能分析，最終形成一個智能化生態體系。”[1]白皮書中觀點主要對AIoT應用和價值在技術和商業層面的體現做出了前瞻的思考和理性的分析。

本文認為，AIoT是一種基于人工智能與物聯網相互融合的研究，屬于一種新型的，具有創新性角度的，深入開展的對IoT的理論和應用形態研究。其中，IoT是實現AIoT的基礎條件，通過分布密集的傳感器和各種類型的智能終端應用從而進一步實現“人—機—物”的相互連接，實時獲取數據，是運行的基礎條件；AI是AIoT的智能化分析后臺，AI幫助IoT物聯網實現智能化的連接，提升連接時的廣度和深度，實現對大數據的智能化分析和處理。[2]

AIoT應用由于融合了AI技術，在建設過程中需要物聯網具備一定的運算能力。這就實現了對現有的技術，如云計算、邊緣計算等平臺進行的再融合。IoT通過AI技術，提高了IoT的智能化，對IoT的使用層次進行了再提升，因此通常按照智慧化級別對AIoT進行分級。[3]其中，智慧級別分成從低到高5個層次，包括傳播智慧化、聚合智慧化、處理智慧化、識別智慧化和決策智慧化。[4]

（二）AIoT技術架構

通過分析可以發現，基礎數據是整個功能實現的基石，因此，要考慮AIoT的技術架構，除了需要考慮原有的傳統技術的物聯網模型，還要考慮對將AI融入技術后，怎樣及時實現數據批量化處理的問題，同時還要考慮如何進行語義理解、人機交互和智能化控制等問題[5]，是一套具有統籌邏輯思維的互聯網生態系統。通過此項技術，可以促進新的混合計算服務技術。雖然，人工智能更適合放在云端處理，但是云的客觀延時性可能會制約其發展，不同的智能模式對延時也有不同的要求。因此，為了應對校園110指揮平臺對于實時性和精確性的需求，進一步平衡AI在各級網絡的關系和規劃，本文提出一種云邊端融合AIoT架構，可以實際應用到校園110指揮中心平臺。[6]簡而言之，當主要需求較低，延時響應不高時，可以用戶端計算為主框架；當主要需求精準，批量處理要求高時，可以實行云服務器為主的計算框架。通過AI的智能化，實現在復雜的混合計算框架中布局，平衡需求之間的矛盾。[7]

（三）校園110指揮中心平臺概念

作為校園110指揮平臺通常有如下聯動形式：[8]一是“雙向對講，校園110指揮中心可與學校內各單位的無線對講設備隨時發起對講，同時，無線對講設備也可以直接對指揮中心發起呼叫”；[9]二是視頻聯動，對講終端綁定攝像頭后，當校園指揮中心發起對講終端呼叫或者對講終端呼叫110指揮中心時，可自動觸發，彈出視頻屏幕；三是分區廣播，校園110指揮中心可以對選中校區的所有語音對講設備終端進行控制，并能夠實時無線對講；四是全校廣播，校園110指揮中心可發起系統內的所有語音對講終端進行廣播；五是錄音功能，實現目前安防系統中內的對講語音自動錄音，并能夠存儲、上傳到服務器上，同時實現查詢、播放、存儲的功能；六是可視化調度平臺，通過控制臺，可以直接查看當前安防的組織架構、各項設備的在線狀態、對講機等語音通話系統的呼叫狀態等。

三、AIoT技術在校園110指揮中心平臺整合中的應用研究

（一）校園110指揮中心數字化控制系統的組成架構

當前依托AIoT的校園智慧網絡系統，通常利用云計算技術、大數據、物聯網技術等，構建數字化云計算控制支撐平臺，分為IAAS基礎設施即服務、PAAS平臺即服務、SAAS軟件即服務等多層架構，不同層級包含有物理硬件模塊、業務數據模塊、云計算管理模塊的組成部分，不同模塊分別負責對系統隔離、網絡信息交換、數據訪問控制、應用服務響應與管理等活動。

首先，IAAS基礎設施即服務層級中[10]，存在網絡設備、云服務器、存儲器、數據庫等物理支撐設備，通常負責對物理服務器、業務系統模塊進行虛擬化操作，以及對網絡資源池、數據資源池、CPU計算池、存儲資源池等單元的數據信息，進行虛擬化的分布式計算、并行計算。之后PAAS平臺即服務層為業務數據的執行層，包括Hadoop、大數據服務、AI服務等組成模塊，其中Hadoop負責海量數據資源、數據明細的匯總；大數據服務負責用戶訪問許可，以及大數據流、批量數據信息的處理；AI服務則是對現有數據資源，作出推理訓練、特征檢索。然后由算法倉使用人臉識別算法、深度學習算法，對監測到的人體數據資源進行處理，為用戶提供多樣化的業務服務、管理服務。[11]最后，SAAS軟件即服務層為云計算管理層級，主要借助于TCP/IP協議、通用網關接口等通信協議以及云計算操作系統、云運營平臺等軟件，進行基礎視圖分析和處理、應急指揮預案和綜合管理，進行多樣化的業務管理服務、對外業務對接服務，促進校園、教室、校園人員之間的智慧互聯。

（二）校園110指揮中心平臺數據關聯業務服務的實現

1.校園人員信息感知的進出控制

當前校園的進出口控制區域，一般都設置有包括人臉圖像[12]、溫度控制、煙霧感應、車牌錄像等傳感器，利用5G/GPRS通信技術、TCP/IP通信協議，進行多種類型的數據資源采集、整合，經由統一接口匯總到地圖上完成分類顯示。通常在校園不同出入點，安裝門禁、電表、電弧、消火栓等檢測裝置，針對現有基礎數據信息、位置告警信息進行搜集統計，將數據上傳至云平臺的AI服務端口，作出特征檢索與比對。

2.校園教室、人員數據關聯處理

校園教室、人員數據信息的統計處理，主要基于GIS/GPRS[13]地圖識別技術，在地圖中搜集有關校園所涉及樓棟，以及樓棟內入住的戶數、人口數等。一般由校園管理人員根據用戶門禁卡的姓名、性別、證件號碼、聯系方式，使用樹形列表統計不同學生點的住戶身份信息，人員屬性列表、數據項配置為關聯的系統畫面。其中對校園管理人員，采取分級授權訪問管理系統，不同人員擁有不同的數據項訪問權限、功能菜單權限。

3.校園多種業務事件管理

校園內部停車、巡更、可視對講、電梯控制及安防等的管理，主要由校園大數據物聯網平臺完成，利用紅外光人臉信息采集，裝置以及藍牙、二維碼等用戶身份鑒別技術，將校園停車、進門等的權限，自動授權給訪客，并設置有效時間和次數，在發生非法入侵或危險時觸發報警。

如在校園內傳感設備感知到危險時，系統會利用深度學習算法進行數據處理，自動生成數據日志，如服務、管理、安全等事件日志，然后將數據推送至綜合管理、校園辦公室等責任部門，結合不同上報事件的數據內容、性質嚴重程度，分發未處理事件到不同部門進行處理。而校園人員日常活動的開展，主要由應用軟件APP、微信小程序等進入端口，采集用戶的個人身份信息、活動信息，上傳至智慧校園系統進行自動處理，然后系統將處理結果顯示在前端面板上，方便用戶實時進行感知和調閱，提高多元業務服務端口的聯動效率。

（三）校園110指揮中心平臺的遠程控制與實現

校園指揮系統，通常由5G模塊、無線路由器[14]、協議協調器等移動通信硬件設備組成，用于連接門禁監控、網絡計算機、智能電視、智能腕表、讀寫器，以及多種校園電器裝置。該智能家居遠程控制系統中，網絡傳輸層為系統最底層，主要負責移動通信網絡連接、發送數據信息至用戶層。網絡傳輸層為數據獲取層級，其可以利用多種網絡傳輸節點，展開校園電燈、風扇、空調等的設備控制，一般通過電磁繼電器的連接/斷開，實現網絡信號發送、命令執行的遠程控制操作。而用戶應用層為整個系統最上層，包括智能手機、平板電腦、PC等網絡設備，通過利用5G/無線通信模塊，接收控制指令，將命令信息解析后發送給PAN協調器，再由PAN協調器將命令傳輸至網絡設備的節點。

移動通信網絡技術的快速發展，使海量網絡設備接入、高效率低時延數據傳輸成為可能。如AIoT技術在智慧校園[15]、智能交通管理系統中的應用，可以接入數億、十億甚至百億臺設備，對校園空間環境的數據資源進行搜集、處理與共享，數據傳輸時延最快達到毫秒級、傳輸速率最高達到20Gbit/s。目前我國很多校園已經完成5G基站，以及其他5G配套服務設施的商用部署，這以后只需接入相應的AIoT物聯網設備，就可以完成多種業務體驗、功能服務的響應和提供。如新型校園智慧校園系統中，包含人臉識別、指別虹膜識別、環境聲音識別等傳感設備。在現有5G移動通信網絡、無線網絡支持下，構建智能路燈、出入門禁、可視化對講、停車管理、電子巡更、入侵報警等系統，借助于網絡云服務平臺，對傳感設備搜集到的校園數據資源進行分類、處理與整合，再通過物聯網多設備終端之間的綁定，將其傳輸至移動手機終端、智能穿戴設備端口，用戶只需登錄到網絡客戶端或瀏覽器頁面，就能夠享受校園信息查詢、業務辦理、遠程醫護與在線購物等服務。這些現有條件，方便推動校園安防、業務功能服務的智能化轉變。

四、結論

AIoT為校園智慧安防的發展帶來機遇，借助于大數據、云計算技術、網絡云服務平臺，以及多種環境傳感器件，對進出校園的人員、車輛進行管理，從而更加靈活、高效提供多方面的安保功能服務。通過利用地圖識別（GIS）、通信協議技術（TCP/IP），利用云平臺提供的數據信息批量處理、數據流處理模塊等，能夠優化校園內停車、電子巡更、對講管理及消防安全等的管理效率，以實現校園管理、校園服務與校園安全業務的再造。根據市場調查，國內國家安防公司在研發過程中，不斷提高了AI技術的基礎運用，在國內高校的產品迭代中，也進行了探索性的嘗試。但對于此項技術的建設落地成本較高，還需與當前校園的安防需求、建設基礎、安保發展方向、領導策略有較大關聯，在實踐中的應用還需要進一步探討。

[1]Carlini N,Wagner D.Towards Evaluating the Robustness of Neural Networks[J]. IEEE, 2017.

[2]Rozsa A , Rudd E M , Boult T E. Adversarial Diversity and Hard Positive Generation[J]. IEEE, 2016:410-417.

[3]Szegedy C, Vanhoucke V, Ioffe S, et al. Rethinking the Inception Architecture for Computer Vision[J]. IEEE, 2016:2818-2826.

[4]Grimes T, Mai K . Digital rights management: WO, US7036011 B2[P]. 2006.

[5]Milagros,D C.Copyright in the Digital Environment[J]. International Information & Library Review,1997,29（2）:201-204.

[6]Dolev,D.Yao,A.On the security of public key protocols [J].InformationTheory,1983,29（2）:198-208.

[7]李金葉, 沈曉敏. 境外園區對中國對外直接投資的影響研究——基于"一帶一路"沿線國家面板數據的分析[J]. 華東經濟管理, 2019, 33（12）:8.

[8]馬學廣, 鹿宇. 中國海外園區發展的動因,實踐與模式——以青島市為例[J].青島科技大學學報:社會科學版, 2019（04）:20-26.

[9]梁芳, 孫亮, 郭中梅. 新型5G智慧園區建設的探索與研究[J].郵電設計技術, 2020（02）:4.

[10]石建瑩, 舒潔, 張舵. 雙創產業園區的構建要素及軟硬件環境建設[J]. 陜西行政學院學報, 2020, 34（2）:7.

[11]駱曉霞. 5G時代的智慧園區端到端設計方案[J].信息與電腦,2020, 32（10）:3.

[12]陳尚義.透明文件加解密技術及其應用[J].信息安全與通信保密, 2007（11）:3.

[13]朱樂駿,李明祿,盛煥燁.基于WebServices技術的商業智能系統復用模型[A].2002全國軟件與應用學術會議（NASAC）論文集[C].2002.124-129.

[14]張維明.語義信息模型及應用[M].北京:電子工業出版社,2002.

[15]祝翠玲,王強,蔣志方.基于XML和Java的WebGIS體系結構[A].2003全國軟件與應用學術會議（NASAC）論文集[C].2003.172-177.

（責任編輯：胡新龍）