校園安防監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：隨著近幾年教育事業(yè)不斷發(fā)展，高校規(guī)模不斷擴(kuò)大，對校園安全管理工作也提出了更高的要求。文章設(shè)計了一套校園安防監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，通過攝像頭、智能門禁、人臉識別等智能物聯(lián)設(shè)備實時獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過SpringBoot、Vue框架搭建系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，實現(xiàn)前、后端分離，使用人員通過前端頁面對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)操作，后端業(yè)務(wù)實現(xiàn)相關(guān)算法的集成，為系統(tǒng)功能提供有力支撐。

關(guān)鍵詞：安防系統(tǒng)；智慧校園；SpringBoot

中圖分類號：TP315" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

伴隨著高校教育數(shù)字化發(fā)展以及意識形態(tài)的復(fù)雜化和嚴(yán)峻性［1］，高校智慧安防的短板不斷顯現(xiàn)，如出現(xiàn)校園人員、車輛管理混亂以及面對突發(fā)狀況無法及時預(yù)警等問題。為了解決這些問題，本文設(shè)計了一款校園安防監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。平臺通過視覺識別、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)了視頻監(jiān)控、人車軌跡模擬、智能行為偵測等功能，為校園安防監(jiān)測預(yù)警提供了一種新的解決思路。

1 系統(tǒng)平臺設(shè)計

1.1 平臺設(shè)計思路

本系統(tǒng)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等前沿技術(shù)建設(shè)一套能夠?qū)崿F(xiàn)事前預(yù)防、事中控制、事后應(yīng)急的“高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”的綜合安防管理系統(tǒng)平臺，具備人臉識別、車輛識別、超速識別、人員行為識別等一系列智慧化功能，重點(diǎn)實現(xiàn)重要公共區(qū)域全覆蓋、全天候、智能化的視頻監(jiān)控。

為從技術(shù)上保障系統(tǒng)的有效性，校園安防監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)了3層防區(qū)［2］，防區(qū)布置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

第一層防區(qū)的范圍是校園主要出入口及周邊，在學(xué)校的主要出入口裝設(shè)人臉識別設(shè)備和視頻監(jiān)控設(shè)備，記錄并上傳學(xué)校師生的出入情況以及來訪人的來訪情況。通過人臉識別設(shè)備和視頻監(jiān)控設(shè)備采集師生以及來訪人的圖片信息，并將信息上傳至系統(tǒng)進(jìn)行核查并留存；經(jīng)系統(tǒng)核查無誤，來訪人員為非可疑人員方可進(jìn)入校園。當(dāng)來訪人離開時，通過人臉識別設(shè)備和視頻監(jiān)控設(shè)備采集圖片信息上傳系統(tǒng)留存，并與來訪時的照片進(jìn)行對比，將來訪人的來訪時間以及離開時間統(tǒng)一存檔。若發(fā)現(xiàn)當(dāng)天有來訪人未離開校園，則應(yīng)立即交由安保人員查看相關(guān)的情況并做好備注；若有校外訪客強(qiáng)行進(jìn)入校園或到時間未離開，則將觸發(fā)系統(tǒng)自動報警。在學(xué)校周邊裝設(shè)行為識別攝像機(jī)和自動跟蹤球機(jī)，并在學(xué)校周邊設(shè)置防止人體逾越的障礙物，識別攀爬、拉壓、破壞障礙物等有入侵企圖的行為。當(dāng)有異常行為發(fā)生時，安防監(jiān)控中心可在第一時間發(fā)出報警信號并通過攝像機(jī)查看事發(fā)現(xiàn)場的具體情況。

第二層防區(qū)是校園內(nèi)主干道以及室外學(xué)生公共活動區(qū)域，裝設(shè)視頻監(jiān)控設(shè)備以確保校園內(nèi)部的安全。例如：通過視頻監(jiān)控設(shè)備實時對學(xué)生行為進(jìn)行智能偵測，若監(jiān)測到不安全行為，安防監(jiān)控中心則在第一時間發(fā)出報警信號，及時通過攝像機(jī)查看事發(fā)現(xiàn)場具體情況并采取措施，同時采集相關(guān)信息并存檔，以便后期核查。

第三層防區(qū)是各個教室以及宿舍樓等，裝設(shè)人臉識別設(shè)備和視頻監(jiān)控設(shè)備以確保每位學(xué)生的安全。例如：通過人臉識別設(shè)備識別教學(xué)樓學(xué)生上課情況以及實時監(jiān)測宿舍樓的進(jìn)出情況，系統(tǒng)將缺勤以及夜不歸宿的學(xué)生及時上報，并提醒其班主任與學(xué)生聯(lián)系，詢問相關(guān)情況，確保每位學(xué)生的安全。另外，系統(tǒng)通過視頻監(jiān)控設(shè)備和報警設(shè)備實時監(jiān)測校園內(nèi)的突發(fā)狀況。例如：通過監(jiān)測視頻監(jiān)控中的火焰從而實現(xiàn)監(jiān)測火災(zāi)的功能，系統(tǒng)能夠快速識別火災(zāi)的發(fā)生并通過報警設(shè)備及時發(fā)出報警信號。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

本平臺系統(tǒng)由支撐層、感知層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、表現(xiàn)層5個層面構(gòu)成［3］，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

1.2.1 支撐層

支撐層是構(gòu)成平臺基礎(chǔ)的關(guān)鍵部分，主要分為硬件和軟件2個部分。硬件部分包括物理服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及其他相關(guān)硬件設(shè)備；軟件部分包括SpringBoot框架、虛擬服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫、Java編程語言等軟件工具。

1.2.2 感知層

感知層是本平臺獲取安防信息的部分。本平臺通過攝像頭、電子門禁、人臉識別、報警設(shè)備等一系列傳感器獲取監(jiān)測信息，包括視頻監(jiān)控信息、人員出入信息、訪客登記信息、消防設(shè)備運(yùn)行情況等。

1.2.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要是對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，包括數(shù)據(jù)插入、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)計算等操作，在本平臺中數(shù)據(jù)層基于MySQL數(shù)據(jù)庫對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)管理，包括用戶信息數(shù)據(jù)、權(quán)限信息數(shù)據(jù)、監(jiān)控設(shè)備信息數(shù)據(jù)、報警點(diǎn)信息數(shù)據(jù)等。

1.2.4 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層是本系統(tǒng)所有業(yè)務(wù)功能的集合，包括基礎(chǔ)信息管理、系統(tǒng)管理、權(quán)限管理、監(jiān)控信息管理、人員出入信息管理、異常情況告警等模塊。

1.2.5 表現(xiàn)層

表現(xiàn)層用于呈現(xiàn)軟件功能，實現(xiàn)平臺和用戶之間的交互操作。本平臺主要通過Web端、可視化大屏的形式展示相關(guān)信息［4］。

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)校園安防監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的需求，用戶可通過平臺登錄認(rèn)證功能有效地實現(xiàn)不同等級的快速分配，將不同的管理權(quán)限分配到不同等級的用戶，保證系統(tǒng)中所有用戶信息的安全以及系統(tǒng)運(yùn)行的安全［5］。本平臺所具備的主要功能有：校內(nèi)人員信息管理、校外訪客管理、車輛出入管理、設(shè)備管理、告警信息管理、人/車軌跡模擬、智能行為偵測以及統(tǒng)計分析等，功能設(shè)計如圖3所示，部分功能描述如下：

（1）人員信息管理，包括人員基礎(chǔ)信息錄入、操作權(quán)限分配、出入記錄管理等功能；

（2）車輛信息管理，包括車輛基礎(chǔ)信息錄入、通行時長分配、出入記錄管理等功能；

（3）訪客管理，包括訪問申請、訪客出入記錄管理、訪客權(quán)限設(shè)置、訪客黑名單等功能［6］；

（4）設(shè)備管理，提供監(jiān)控設(shè)備、門禁設(shè)備、火災(zāi)監(jiān)測設(shè)備等的智慧化管理，包括設(shè)備列表、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、實時視頻管理、門禁管理等功能；

（5）人/車軌跡模擬，通過時間、地點(diǎn)維度進(jìn)行人員/車輛的定位，將統(tǒng)計的數(shù)據(jù)匯總后生成人員/車輛軌跡圖，以此實現(xiàn)對可疑人員進(jìn)行布控并減少校園安全事故的發(fā)生等功能；

（6）智能行為分析，通過計算機(jī)分析和處理圖像或視頻的相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)對校園內(nèi)的不安全行為進(jìn)行識別分析等功能。

2 系統(tǒng)平臺實現(xiàn)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

2.1.1 SpringBoot工程搭建

本平臺采用的搭建環(huán)境為JDK 1.8、Maven 3.6.3、IntelliJIDEA2020、MyBaits 3.4.0以及Spring Boot 2.5.0［7］。開發(fā)者首先準(zhǔn)備好上述環(huán)境，其次使用IDEA創(chuàng)建一個新的SpringBoot項目，之后通過Maven項目管理工具導(dǎo)入項目所需要的相關(guān)信息并構(gòu)建項目，最后可以根據(jù)具體項目要求編寫Controller、Service、Mapper等內(nèi)容。

2.1.2 Vue框架搭建

本文使用Vue框架的步驟如下：（1）安裝Node.js和npm；（2）安裝Vue CLI；（3）使用Vue CLI來創(chuàng)建一個新的Vue 3項目；（4）進(jìn)入項目目錄并安裝相關(guān)依賴；（5）啟動開發(fā)服務(wù)器；（6）編寫Vue組件，根據(jù)需求開發(fā)前端相關(guān)功能［8］。在編寫完成相應(yīng)的前端程序后，研發(fā)人員將程序部署到服務(wù)器中以查看程序效果。

2.2 功能模塊實現(xiàn)

2.2.1 權(quán)限管理

在本平臺中，用戶權(quán)限分為以下幾個等級：超級管理員、學(xué)校管理員、院系管理員、職能部門管理員、普通用戶和訪客［9］。超級管理員擁有最高權(quán)限，可以管理注冊用戶、維護(hù)平臺所有功能、管理/查看所有用戶相關(guān)信息；學(xué)校管理員、院系管理員和職能部門管理員可查看其管轄范圍內(nèi)的相關(guān)用戶信息及相關(guān)工作；普通用戶只能管理和查看與其相關(guān)的信息；訪客僅具有辦理其相關(guān)業(yè)務(wù)的操作權(quán)限。本平臺采用Apache Shiro安全框架實現(xiàn)認(rèn)證和授權(quán)管理，通過角色信息設(shè)置和權(quán)限信息設(shè)置，系統(tǒng)為注冊用戶分配所具備操作權(quán)限，權(quán)限管理通過部分代碼設(shè)計實現(xiàn)。

2.2.2 出入信息管理

本系統(tǒng)的出入信息管理模塊采用多種智能前端人臉識別、監(jiān)控設(shè)備和后端識別設(shè)備，在校園所有出入口的通道處設(shè)置人臉抓拍和高清監(jiān)控設(shè)備，對進(jìn)出校園的人員以及車輛進(jìn)行識別存檔，并對可疑的人員、車輛等進(jìn)行相關(guān)預(yù)警防范以及出入信息管理。

經(jīng)過測試，通過此模塊可以實現(xiàn)以下功能：（1）進(jìn)出校園的人員、車輛可采用刷臉、門禁卡、刷二維碼等各種認(rèn)證方式自主進(jìn)出，無須人工放行，方便人員、車輛的進(jìn)出；（2）實現(xiàn)人員、車輛信息存檔，前端設(shè)備將相關(guān)信息上傳至后端網(wǎng)絡(luò)識別后，將相關(guān)的信息、進(jìn)出記錄等存檔，便于后期需要時查詢。

2.2.3 設(shè)備管理

該模塊對本系統(tǒng)使用的設(shè)備進(jìn)行管理，包括設(shè)備列表、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、實時視頻管理、門禁管理等功能。在本模塊中，以區(qū)域劃分設(shè)備列表可以快速查看特定區(qū)域的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、監(jiān)控設(shè)備實時畫面等信息。若設(shè)備出現(xiàn)異常，則可以在此模塊中快速定位故障設(shè)備所屬區(qū)域及地點(diǎn)。設(shè)備管理界面如圖6所示。

2.3.4 數(shù)據(jù)可視化

在數(shù)據(jù)可視化大屏中，工作人員可以直觀地看到系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、告警信息、出入記錄統(tǒng)計信息、監(jiān)控畫面輪播等內(nèi)容。通過在校園內(nèi)設(shè)立視頻監(jiān)控中心，校園內(nèi)相關(guān)責(zé)任人員可以通過數(shù)據(jù)可視化大屏及時了解校園安防監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)行情況，如圖4所示。

3 結(jié)語

隨著智慧校園的興起和迅速發(fā)展，校園安防監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)成為高校智慧校園建設(shè)系統(tǒng)中不可或缺的一部分。本文所設(shè)計的校園安防監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)通過將所建立的數(shù)字化資源與學(xué)校安防管理工作相融合，實現(xiàn)了校內(nèi)人員信息管理、校外訪客管理、車輛出入管理、設(shè)備管理、告警信息管理、智能行為偵測以及統(tǒng)計分析等功能，有效提高了校園安全防范防控能力，保證了校園人員與財產(chǎn)安全。

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（編輯 王雪芬）

Design and implementation of campus security monitoring and early warning system

WEI" Haiming， ZHANG" Xinyu

（Lanzhou Petrochemical University of Vocational Technology， Lanzhou 730060， China）

Abstract： With the continuous development of education in recent years， the scale of universities has been expanding， and higher requirements have been put forward for campus security management. This article designs a campus security monitoring and early warning system， which uses intelligent IoT devices such as cameras， smart access control， and facial recognition to obtain real-time monitoring data. The system’s infrastructure is built through SpringBoot and Vue frameworks to achieve front-end and back-end separation. Users can perform corresponding operations on the system through the front-end page， and integration of relevant algorithms is implemented through the back-end business， which provides strong support for system functions.

Key words： security system; smart campus; SpringBoot

基金項目：甘肅省科技計劃項目軟科學(xué)專項；項目名稱：高等學(xué)校突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急管理長效機(jī)制構(gòu)建及管理系統(tǒng)開發(fā)研究；項目編號：20CX9ZA020。

作者簡介：魏海明（1965— ），男，研究員，碩士；研究方向：職業(yè)教育及校園公共安全。