安防物理攔阻設(shè)施拓展應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)初探

那音太

0 引言

當(dāng)下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，人們通過嵌入各類傳感設(shè)備的方式，將各種日常物品、設(shè)施、設(shè)備、車輛和其他物品接入網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)人、流程和物之間的交互通信。5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、衛(wèi)星定位等各類技術(shù)手段的不斷豐富，又為萬物收集和共享數(shù)據(jù)提供可能?；谖锫?lián)網(wǎng)的數(shù)字系統(tǒng)可以記錄、監(jiān)視和調(diào)整接入網(wǎng)絡(luò)中物之間的每一次交互，物理世界與數(shù)字世界就此融合交匯，互相協(xié)作。

安防是“安全防范”的簡稱。在安防領(lǐng)域，隔離網(wǎng)欄等物理阻攔設(shè)施在森林、草原、道路、能源、旅游、司法和各類重點(diǎn)防護(hù)單位被廣泛應(yīng)用，其在安全防護(hù)方面有著不可替代的特殊作用。在萬物互聯(lián)的時(shí)代，將隔離網(wǎng)欄等物理阻攔設(shè)施納入物聯(lián)網(wǎng)體系，依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)體系，進(jìn)行有效、有序、穩(wěn)定的物理阻攔設(shè)施日常維護(hù)和管理，全面提高綜合防衛(wèi)管控能力，通過智能高效管控、數(shù)據(jù)融合共享、體制機(jī)制配套上的探索和突破，探索設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的物理阻攔設(shè)施智能管理方案。

1 物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)傳輸技術(shù)概述和標(biāo)準(zhǔn)選擇

1.1 物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)概述

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛快演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)空間與物理空間正在高度重疊。作為信息科技產(chǎn)業(yè)的第三次革命的物聯(lián)網(wǎng)，通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將各類物體節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，物體節(jié)點(diǎn)通過信息傳播媒介進(jìn)行信息交互和通信，實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。隨著5G相關(guān)應(yīng)用的大范圍落地，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用場景也大為豐富。

按照傳輸距離劃分，物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)分為短距離無線通信技術(shù)和低功耗廣域網(wǎng)無線通信技術(shù)（LPWAN）。短距離無線通信技術(shù)大家較為熟知，如Wi-Fi、藍(lán)牙等。而基于安防物理阻攔設(shè)施的特點(diǎn)和安防單位所處地區(qū)的地理人文，短距離無線通信技術(shù)很難適用，最優(yōu)的選擇應(yīng)當(dāng)是低功耗廣域網(wǎng)無線通信技術(shù)。

1.2 低功耗廣域網(wǎng)無線通信技術(shù)概述

低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)最為顯著的特點(diǎn)在于“小”“低”“遠(yuǎn)”“靈”。“小”是指個(gè)頭更小、設(shè)備投資更少；“低”是指功耗更低；而“遠(yuǎn)”是指其傳輸距離更遠(yuǎn)；而“靈”是指其接收靈敏度更優(yōu)。以當(dāng)下較為流行的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)之一的NB-IoT技術(shù)為例，其技術(shù)特性既可以保持頻移鍵控調(diào)制相同的低功耗特性，又可以顯著增加通信距離，在提高數(shù)據(jù)傳輸效率的同時(shí)消除了相互干擾。例如，某智能管道NB-IoT模塊，靠1節(jié)5號電池可以支撐該模塊10年以上的能耗需求，接收靈敏度可達(dá)-130 dBm（分貝毫瓦，接收靈敏度單位，是指接收機(jī)能夠識別到的最低的電磁波能量。接收靈敏度是以負(fù)值為單位，負(fù)數(shù)值越小，信號強(qiáng)度就越低，靈敏度也就越高，傳輸距離也就越遠(yuǎn)），而其最大傳輸距離可達(dá)50 km。

1.3 物理阻攔設(shè)施低功耗廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)選擇

當(dāng)前，特別是在安防需求技術(shù)要求高的偏遠(yuǎn)地區(qū)，基礎(chǔ)無線通信網(wǎng)絡(luò)2G/3G/4G/5G等多種制式并存，5種通信模式13種頻率或者更多種頻率并存，低功耗廣域網(wǎng)就必須要滿足這種多制式、復(fù)雜無線網(wǎng)絡(luò)的有效穩(wěn)定接入。低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)是，可以非常友好地嵌入多種物理阻攔設(shè)施，使重點(diǎn)安防部門的隔離網(wǎng)欄等各類物理阻攔設(shè)施全面接入物聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而使實(shí)現(xiàn)安防領(lǐng)域人防、物防、技防相融合的綜合智能防護(hù)體系成為可能。

目前，國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的低功耗廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)主要是授權(quán)頻譜下的NB-IoT和未授權(quán)頻譜下的LoRa技術(shù)兩種。具體應(yīng)當(dāng)選擇NB-IoT和LoRa哪一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，或是其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)基于自主可控、地理氣候條件、運(yùn)營商通信支撐、投資預(yù)算、智能化實(shí)現(xiàn)等諸多方面，進(jìn)行科學(xué)綜合考慮后審慎確定。

因低功耗廣域網(wǎng)的核心技術(shù)絕大多數(shù)掌握在國外企業(yè)手中，考慮到自主可控因素、2G/3G/4G/5G多制式協(xié)同組網(wǎng)模式下的兼容和國內(nèi)通信運(yùn)營商對NB-IoT技術(shù)的推崇，綜合其他相關(guān)因素，本文中將以華為主導(dǎo)的NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)為例初探安防物理阻攔設(shè)施智能化管理。

2 物理阻攔設(shè)施智能化管理系統(tǒng)初設(shè)

采用物理信息采集+NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的管理方式，以NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)管理平臺為指揮中心，以巡邏、告警、管護(hù)的作業(yè)流程為基礎(chǔ)，融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對流程、人員、設(shè)備的全方位管理。

2.1 物理阻攔設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

（1）準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確性是系統(tǒng)開發(fā)需要遵循的基本原則，當(dāng)突發(fā)事件觸發(fā)時(shí)，系統(tǒng)必須準(zhǔn)確發(fā)出響應(yīng)。傳輸網(wǎng)絡(luò)的可用度，往往會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率，以至于發(fā)生系統(tǒng)誤判。

（2）穩(wěn)定性。重點(diǎn)安防地區(qū)的地理氣候路況等條件大多較為復(fù)雜，維護(hù)檢修難度大，穩(wěn)定性的要求應(yīng)該是重要指標(biāo)。

（3）及時(shí)性。系統(tǒng)應(yīng)該對突發(fā)事件做出快速響應(yīng)。

（4）友好性。友好的交互界面有助于操作者對狀態(tài)的快速識別。

2.2 智能安防物理阻攔設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)體系技術(shù)要求

目前，安防管理在法律法規(guī)等制度層面已經(jīng)非常健全，所以在智能化管理上應(yīng)當(dāng)將關(guān)注重點(diǎn)放在制度推導(dǎo)所延伸出的日常和應(yīng)急流程上。這就要求智能安防物理阻攔設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)體系對安防視頻前端、各類物理阻攔設(shè)施，甚至是人力資源進(jìn)行資源最優(yōu)配置。該系統(tǒng)的運(yùn)行必須可靠且靈活機(jī)動(dòng)，對于自然環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，日常管控指揮等流程信息流和物理阻攔設(shè)施信息流要求高度融合。智能安防物理阻攔設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)滿足以下技術(shù)要求和特點(diǎn)。一是具有堅(jiān)強(qiáng)的安防基礎(chǔ)管控體系和各項(xiàng)關(guān)管控技術(shù)體系，能夠抵御各種人為攻擊破壞和自然干擾，能夠適應(yīng)多變的環(huán)境，使安防綜合管控體系的堅(jiān)固性得到進(jìn)一步鞏固和顯著提升；二是信息技術(shù)、觸發(fā)技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和安防基礎(chǔ)設(shè)施有效融合，可以全面獲取安防物理阻攔設(shè)施的全景全時(shí)段信息，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并預(yù)判可能發(fā)生的安全隱患；三是現(xiàn)代化通信信息技術(shù)結(jié)合管控管理技術(shù)的綜合應(yīng)用，將極大提高物理阻攔設(shè)施使用養(yǎng)護(hù)效率，節(jié)約安防管控人力、物力、財(cái)力；四是實(shí)現(xiàn)全時(shí)段信息的高度集成、共享和利用，為安防綜合指揮展示全面、完整和精確的安防物理阻攔設(shè)施防護(hù)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)畫面捕捉、動(dòng)態(tài)追溯、觸碰感知等功能，提供必要的輔助決策支撐、情況調(diào)度和初步應(yīng)對預(yù)案；五是建立實(shí)時(shí)互動(dòng)的信息交互模式，授權(quán)相關(guān)方可以實(shí)時(shí)了解視頻前端、各類物理阻攔設(shè)施的運(yùn)行情況和狀態(tài)，合理安排人力物力部署等。

另外，該系統(tǒng)需要通過傳感器、網(wǎng)關(guān)、傳輸系統(tǒng)、中心軟硬件構(gòu)成一個(gè)局域網(wǎng)。為了保證上述基本性能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)還應(yīng)當(dāng)確保戶外設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性，保證良好的溫度特性、防水密封等性能；要確保傳輸系統(tǒng)的良好可用度和帶寬冗余，必要時(shí)考慮多方式、多路由的備份；要充分考慮網(wǎng)絡(luò)安全，通過數(shù)據(jù)加密、北斗定位、身份認(rèn)證、防火墻等技術(shù)手段防范入侵、竊聽、破壞；通過信道糾錯(cuò)編碼、ARQ重發(fā)協(xié)議等提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS）。

2.3 基本架構(gòu)及功能設(shè)想

一個(gè)平臺型綜合物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，少不了用戶管理、產(chǎn)品設(shè)備管理、數(shù)據(jù)流模板、觸發(fā)器、外部接口、智能分析、規(guī)劃引擎等各種功能模塊的設(shè)計(jì)。本文著重討論以設(shè)備管理、數(shù)據(jù)流模塊管理和觸發(fā)器管理為核心的在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

基于物聯(lián)網(wǎng)的安防物理阻攔設(shè)施在線監(jiān)測系統(tǒng)，是安防各類防護(hù)設(shè)施進(jìn)行“萬物互聯(lián)”的核心系統(tǒng)，其基礎(chǔ)信息、運(yùn)行信息、災(zāi)害預(yù)警信息和環(huán)境監(jiān)視信息等狀態(tài)信息必須要符合智慧安防的目標(biāo)要求。如表1所示。

表1 安防物理阻攔設(shè)施在線監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)信息表

2.3.1 監(jiān)測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

監(jiān)測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其結(jié)構(gòu)可分為應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)應(yīng)用三個(gè)層次。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

應(yīng)用系統(tǒng)層由多個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)構(gòu)成，每一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)反映某一類型設(shè)施運(yùn)行狀況，如視頻監(jiān)測系統(tǒng)、氣象風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)、設(shè)施狀態(tài)系統(tǒng)、紅外監(jiān)測系統(tǒng)等。這些應(yīng)用系統(tǒng)雖集成在一個(gè)綜合的平臺系統(tǒng)中，但彼此獨(dú)立運(yùn)行，這樣可以有效保障各類型設(shè)備的有效穩(wěn)定運(yùn)行和數(shù)據(jù)流的有序。數(shù)據(jù)中心層將各個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成匯總梳理，進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一處理、統(tǒng)一綜合分析，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)有效融合。數(shù)據(jù)應(yīng)用層則基于全時(shí)段監(jiān)測數(shù)據(jù)建立安防綜合管理虛擬現(xiàn)實(shí)模型，可以利用更為先進(jìn)的技術(shù)構(gòu)建各個(gè)關(guān)鍵防護(hù)點(diǎn)位虛擬現(xiàn)實(shí)圖像，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)可視化。數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)采取B/S架構(gòu)（瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)），用戶機(jī)端可以用瀏覽器查詢各類數(shù)據(jù)信息，同時(shí)進(jìn)行自主分析，實(shí)現(xiàn)對綜合管理的決策支撐。當(dāng)然，C/S（客戶機(jī)/服務(wù)器）架構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)這些功能，其安全性、可靠性、交互性、自主性可能更優(yōu)，但成本也較高。

2.3.2 監(jiān)測系統(tǒng)所互聯(lián)的“物”的信息

監(jiān)測系統(tǒng)中所互聯(lián)的“物”，有水泥樁、金屬樁、鐵絲網(wǎng)等多種。安防物理阻攔設(shè)施，如鐵絲網(wǎng)應(yīng)達(dá)到樁正線直、基礎(chǔ)牢固、間隔均勻、網(wǎng)面平順，加固措施完善，整體抗力強(qiáng)的特點(diǎn)，而以上特點(diǎn)恰是物聯(lián)網(wǎng)模塊監(jiān)測的重點(diǎn)物理指標(biāo)。在具體實(shí)施中，應(yīng)對現(xiàn)有水泥樁構(gòu)件進(jìn)行改造，對于水泥構(gòu)件中的金屬斷裂、彎曲進(jìn)行監(jiān)測；對金屬樁斷裂、彎曲進(jìn)行監(jiān)測；對鐵絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級改造，針對常用材質(zhì)，如對12號熱鍍鋅鐵絲主掛件處進(jìn)行改造加裝物聯(lián)網(wǎng)模塊，對網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的松弛度等物理指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。對以上設(shè)施設(shè)備進(jìn)行改造后，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可對斷裂、松弛、異動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。系統(tǒng)則通過觸發(fā)器來監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)特定條件的事件告警，按照事先設(shè)定的監(jiān)測事件觸發(fā)條件、數(shù)據(jù)流，以設(shè)定的形式發(fā)出告警信息并推送到綜合指揮調(diào)度中心和特定人員移動(dòng)端設(shè)備。

2.3.3 設(shè)備定期自檢+巡邏隨檢+定期維護(hù)檢查

對物理阻攔設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)模塊定期進(jìn)行系統(tǒng)同步自檢，并將狀態(tài)信息報(bào)送至后臺，如設(shè)備傾斜角度、松弛度、異動(dòng)信號、電量等信息，進(jìn)而確保物理阻攔設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)模塊和系統(tǒng)是否正常。另結(jié)合巡邏隨檢和維護(hù)單位定期維護(hù)檢查，切實(shí)保護(hù)智能物理阻攔設(shè)施智能化功能和物理功能的正常運(yùn)行。

2.3.4 特定區(qū)域模塊加強(qiáng)

在安防區(qū)域邊緣的沖溝、水溝、涵洞等易毀處和易鉆越通道處，除應(yīng)按現(xiàn)行物理阻攔實(shí)施加強(qiáng)防護(hù)外，也應(yīng)有針對性開發(fā)水浸漫、流速、測距等特殊物聯(lián)網(wǎng)模塊，以智能化方式補(bǔ)足現(xiàn)有短板。

2.3.5 其他方面

比照常規(guī)巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)還需具備權(quán)限管理、日志管理、數(shù)據(jù)分析、綜合定位等諸多功能，特別是要加強(qiáng)與北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)融合的探索。

2.4 物理阻攔設(shè)施智能化管理系統(tǒng)架構(gòu)初設(shè)

使用NB-IoT技術(shù)組建的廣域無線物聯(lián)網(wǎng)稱為NB-IoTWAN，基于其應(yīng)用筆者初設(shè)了如圖2所示的安防物理阻攔設(shè)施智能化管理架構(gòu)。

圖2 基于NB-IoT技術(shù)的安防物理阻攔設(shè)施智能化管理架構(gòu)

物理阻攔設(shè)施的狀態(tài)信息（人為毀壞、動(dòng)物毀壞、水毀、風(fēng)毀等各類信息）通過觸發(fā)系統(tǒng)NBIoTWAN依次接入聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)平臺、NB-IoT物理阻攔設(shè)施智能管理系統(tǒng)，最后至綜合指揮調(diào)度中心。綜合指揮調(diào)度中心通過決策機(jī)制或應(yīng)急機(jī)制將指令通過軟件系統(tǒng)和移動(dòng)端設(shè)備下達(dá)至人防體系和技防體系，人防體系和技防體系通過調(diào)用相關(guān)人員或設(shè)備進(jìn)行物理阻攔設(shè)施現(xiàn)場巡檢完成智能閉環(huán)管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能物理阻攔設(shè)施終端信息接入、存儲、分析，將各類物理阻攔設(shè)施的即時(shí)狀態(tài)、日常維護(hù)、檢修、告警等信息在NB-IoT物理阻攔設(shè)施智能管理系統(tǒng)展示，并同步推送至相關(guān)決策管理人員移動(dòng)端App或北斗終端設(shè)備。

3 未來進(jìn)行深入設(shè)計(jì)的著力點(diǎn)

一是打破體質(zhì)機(jī)制壁壘，建立長效科學(xué)的管理機(jī)制；二是組建跨部門、跨行業(yè)，負(fù)責(zé)審核、授權(quán)等各項(xiàng)管理事項(xiàng)，調(diào)度有序的高效管理部門；三是加強(qiáng)多領(lǐng)域人才技術(shù)資源融合共享，特別是視頻前段技術(shù)的熱成像、生物識別、智能防護(hù)技術(shù)的融合共享。

4 結(jié)束語

安防物理阻攔設(shè)施既是物理屏障也是技術(shù)屏障，切實(shí)加強(qiáng)安防領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)管控水平，提高防衛(wèi)管控能力，是各類安全防護(hù)單位的重要工作內(nèi)容。推進(jìn)物理阻攔設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，是加快智慧安防工作可以探索的一個(gè)方向。物理攔阻、執(zhí)勤巡邏、視頻前段等信息化管控設(shè)施的不斷智能化演進(jìn)，可以有效改善安全防衛(wèi)警戒、查驗(yàn)監(jiān)管的工作條件，將為維護(hù)相關(guān)單位安全管控水平，甚至是社會(huì)安全奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

依托信息化技術(shù)的不斷演進(jìn)，將可視化監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控站、夜視儀眼鏡、北斗衛(wèi)星電話、望遠(yuǎn)鏡、對講機(jī)、手持各類終端、各類物理設(shè)施的各類設(shè)施設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)安防“萬物互聯(lián)”，將各類人防、物防、技防信息納入安防大數(shù)據(jù)體系，全面形成構(gòu)建“各類設(shè)施設(shè)備貫通，體制機(jī)制銜接有序”的現(xiàn)代化智慧安防管控指揮體系，讓安防工作借助科技力量實(shí)現(xiàn)新的飛躍?！?/p>