基于人工智能的中小幼校園智慧安防系統(tǒng)實踐研究

摘要：隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)應用的擴展，中小幼校園傳統(tǒng)視頻監(jiān)控安防系統(tǒng)正逐步升級為智慧安防系統(tǒng)。文章圍繞中小幼校園智慧安防系統(tǒng)，分析了當前中小幼校園安防系統(tǒng)的現(xiàn)狀，詳細介紹了中小幼校園智慧安防各子系統(tǒng)的設計與構(gòu)建路徑。通過前端數(shù)據(jù)采集、行為分析等人工智能技術(shù)，實現(xiàn)事前、事中、事后全過程管理，以期推動教育系統(tǒng)安防事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，切實解決教育系統(tǒng)師生的安全問題。

關(guān)鍵詞：校園智慧安防；人工智能；系統(tǒng)設計

中圖分類號：G424" "文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）12-0015-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

近年來，我國教育系統(tǒng)中小幼學校的安防技防建設取得了顯著進展。同時，國家也出臺了“智慧技防校園”和“安防規(guī)范校園”的相關(guān)指導文件與標準。為了加強校園安全，提升風險防控能力，各級教育機構(gòu)廣泛應用現(xiàn)代安防技術(shù)，推動中小幼校園智慧安防建設。智慧安防建設廣泛采用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)周界報警、視頻傳感系統(tǒng)、生物特征識別、異常行為分析等現(xiàn)代安防技術(shù)，實現(xiàn)對校園內(nèi)部及周邊區(qū)域各類安全風險的智能實時感知、分析與預警。

1 教育系統(tǒng)中小幼校園安防系統(tǒng)建設現(xiàn)狀

教育系統(tǒng)中小幼校園安防系統(tǒng)歷經(jīng)四個發(fā)展階段。

① 第一階段：20世紀90年代之前，教育系統(tǒng)安防主要依靠“人防”；

② 第二階段：21世紀初，建設第一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但以各學校自建為主，未進行統(tǒng)一建設，存在視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)孤島等問題；

③ 第三階段：2015—2020年，教育主管部門統(tǒng)一建設并升級視頻監(jiān)控系統(tǒng)，建成安防監(jiān)控一張網(wǎng)，實現(xiàn)中小幼校園視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)匯聚至教育主管部門，統(tǒng)一管理；

④ 第四階段：2020年以后，按照區(qū)縣為單位對監(jiān)控系統(tǒng)后端進行升級，實現(xiàn)與公安系統(tǒng)圖像網(wǎng)的互聯(lián)互通。

經(jīng)過四個階段的投入和建設，教育系統(tǒng)已初步建立以視頻監(jiān)控、城域網(wǎng)為基礎(chǔ)的安防體系，子系統(tǒng)主要包括張力式電子圍欄、校園出入口防沖撞、校園安防視頻監(jiān)控等。安防技防能力不斷提升，但在人工智能及相關(guān)技術(shù)背景下，校園安防系統(tǒng)仍存在較多問題，如前端技防裝備智能化程度有待提高、存量或?qū)崟r數(shù)據(jù)治理效用低、局校聯(lián)防聯(lián)動效果尚有待提升、重點部位存在監(jiān)管盲區(qū)等。這些問題限制了教育系統(tǒng)安防技防水平、智慧校園及教學樣板區(qū)技術(shù)水平的提升，不利于全區(qū)教育系統(tǒng)安防及風險防控體系的建設[1]。

1.1 前端技防裝備智能化程度有待提高

教育系統(tǒng)安防系統(tǒng)以張力式電子圍欄及傳統(tǒng)視頻監(jiān)控為主。張力式電子圍欄系統(tǒng)存在功能單一、誤報率高、人為主動布設及操作維護復雜等缺陷。視頻監(jiān)控則存在數(shù)據(jù)利用率低、功能單一等問題。此外，由于校園安保人員管理意識薄弱、能力層次不一，導致技防裝備未能得到高效利用，各類安全事故及安全檢查問題頻發(fā)，前端技防裝備有待升級，人員素質(zhì)亟須提升。

1.2 存量或?qū)崟r數(shù)據(jù)治理效用低

經(jīng)過前幾個階段的建設，系統(tǒng)前端采集設備、存儲、網(wǎng)絡系統(tǒng)不斷完善，已實現(xiàn)多部門數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象正逐步消除，但數(shù)據(jù)治理和利用仍較為機械和保守，主要體現(xiàn)在：① 管理人員缺乏數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)分析管理經(jīng)驗，缺少對中小幼學校安保人員的數(shù)據(jù)治理素養(yǎng)培訓；② 現(xiàn)有數(shù)據(jù)資產(chǎn)利用率低。系統(tǒng)尚未對采集數(shù)據(jù)進行實時自動分析和治理，部門間數(shù)據(jù)共享與交互頻次較低，如公安部門僅在臨檢或業(yè)務需要時調(diào)閱數(shù)據(jù)，未能充分融合教育系統(tǒng)數(shù)據(jù)；③ 采集數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一，前端采集設備品類繁雜，采購部門及采購方式不統(tǒng)一，導致各中小幼學校收集的數(shù)據(jù)不標準、不規(guī)范[2]。

1.3 局校聯(lián)防聯(lián)動效果尚待提升

教育系統(tǒng)安防工作關(guān)系到全區(qū)師生的人身安全。目前安防工作主要以單向的事前布置、事中檢查及事后處置為主，學校側(cè)重事中管理，安全工作的聯(lián)防聯(lián)動效果尚待提升，工作界面割裂嚴重。教育局作為全區(qū)域安防工作的牽頭和數(shù)據(jù)管理核心部門，掌握第一手數(shù)據(jù)和系統(tǒng)資源，發(fā)揮主動式管理能動性是教育系統(tǒng)安防工作的核心。

1.4 重點部位仍存在監(jiān)管盲區(qū)

當前中小幼校園內(nèi)部重點部位及圍欄邊界環(huán)境較為復雜，不同特點的區(qū)域安全需求各異。例如，校園主要出入口與外部接壤，存在安全風險高、不可控因素多的特點；校園圍欄邊界則存在內(nèi)外人員翻越圍欄的安全監(jiān)管盲區(qū)。

2 教育系統(tǒng)中小幼校園安防系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)建設目標

智慧安防系統(tǒng)旨在應用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等關(guān)鍵技術(shù)，為管理部門提供實時監(jiān)測和分析決策支持數(shù)據(jù)。通過公安、教育等跨部門數(shù)據(jù)融通，實現(xiàn)局校聯(lián)防聯(lián)動，迅速發(fā)現(xiàn)并消除中小幼校園內(nèi)部及周邊的潛在安全風險，提高校園突發(fā)安全事件的識別與處置效率[3]。系統(tǒng)實現(xiàn)的功能如下所示。

1） 出入口及重點部位智慧安防系統(tǒng)建設。利用人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)感知等技術(shù)，對教育系統(tǒng)中小幼校園出入口部位的安防系統(tǒng)進行全面升級，主要包括出入口人臉抓拍、車牌抓拍、訪客管理及巡更系統(tǒng)建設。前端感知設備獲取的各類數(shù)據(jù)實時傳輸至后端管理平臺，并及時進行分析與預警。系統(tǒng)部署局端智慧安防平臺，實現(xiàn)教育系統(tǒng)與公安系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，通過前端人臉及車牌抓拍設備實時獲取數(shù)據(jù)，并與后端數(shù)據(jù)庫比對分析，篩查校園出入口區(qū)域具有安全威脅的重點人員和車輛，為管理人員提供告警和決策支持數(shù)據(jù)。

2） 中小幼校園內(nèi)部及周界重點部位智慧安防系統(tǒng)建設。應用分布式存儲、邊緣計算、計算機視覺等前沿技術(shù)，實時采集和存儲校園內(nèi)部及邊界區(qū)域重點部位的監(jiān)測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設計升級主要包括操場全景監(jiān)測、教學樓樓道防擁擠監(jiān)測及學校圍墻邊界監(jiān)測等功能，實現(xiàn)校園內(nèi)部重點部位全覆蓋。其中，全景監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)校內(nèi)活動區(qū)域的全局監(jiān)測，對區(qū)域內(nèi)學生打鬧、擁擠等行為實時告警；教學樓道防擁擠監(jiān)測及周界警戒監(jiān)測系統(tǒng)利用計算機視覺技術(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)實時圖像存在人員擁擠或穿越圍墻等行為，前端感知設備將發(fā)出聲光報警，并同時推送事件信息至智慧安防平臺。平臺通過短信或電話將告警信息通知管理人員，實現(xiàn)技防與人防聯(lián)動，將事中、事后安全管理前置，最大程度降低學生安全事故的發(fā)生。

2.2 系統(tǒng)設計原則

教育系統(tǒng)中小幼校園智慧安防系統(tǒng)的設計與建設遵循整體先進、前瞻可擴展、安全可維護的原則，綜合考慮維護及操作因素，并為后續(xù)系統(tǒng)發(fā)展、擴建與改造留有充分的擴展空間。

整體先進原則：確保系統(tǒng)設計統(tǒng)一規(guī)范，與省內(nèi)校園管理相融合。本文設計的前端感知子系統(tǒng)與平臺功能模塊劃分界限清晰、合理，實現(xiàn)教育安防一體化與自動化管理[4]。充分考慮教育系統(tǒng)智慧安防的發(fā)展趨勢，在技術(shù)上適當超前；方案借鑒國內(nèi)眾多先進技術(shù)和經(jīng)驗，體現(xiàn)當前人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)在教育安防項目中的最新應用，符合教育安防建設的發(fā)展要求。

前瞻可擴展原則：確保系統(tǒng)設計預留擴展空間，便于平臺擴容升級。智慧安防系統(tǒng)在規(guī)劃建設初期，充分考慮未來安防的擴展需求，采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)設計，構(gòu)建智慧安防基座平臺。應用軟件只需以二級平臺形式與基座平臺進行系統(tǒng)對接，數(shù)字基座平臺設置擴展接口，充分利用項目資源。

安全可維護原則：確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全，建立系統(tǒng)安全機制，保障系統(tǒng)運行可靠。智慧安防系統(tǒng)覆蓋面廣，使用人員素質(zhì)參差不齊。系統(tǒng)規(guī)劃與開發(fā)階段充分考慮人員及學校實時數(shù)據(jù)涉及個人和校園隱私，統(tǒng)籌規(guī)劃整體系統(tǒng)及各層級子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與使用安全，確保整體及各子系統(tǒng)均能可靠安全運行。采用構(gòu)建數(shù)字基座、分級權(quán)限設置、數(shù)字認證等手段，有效防范各種形式的非法入侵和攻擊，全方位、多角度保障智慧安防系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

2.3 系統(tǒng)詳細設計

2.3.1 總體系統(tǒng)架構(gòu)

中小幼校園智慧安防系統(tǒng)通過教育城域?qū)＞W(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡匯聚和數(shù)據(jù)傳輸，并在局端與公安聯(lián)網(wǎng)對接，總體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

① 感知層設計包括各中小學校出入口警戒微單元、校園周界警戒裝置、樓道及教學區(qū)域防擁擠監(jiān)測裝置、校園內(nèi)重點部位視頻監(jiān)控攝像機、防欺凌語音及一鍵報警設備等組成部分。感知層設備負責數(shù)據(jù)采集及告警事件信息的發(fā)送。

② 傳輸層設計采用扁平化網(wǎng)絡架構(gòu)，包含接入網(wǎng)與核心網(wǎng)。接入網(wǎng)利用校級局域網(wǎng)、無線網(wǎng)絡和運營商4G網(wǎng)絡實現(xiàn)感知層設備的接入；數(shù)據(jù)從校端機房通過運營商城域級教育專網(wǎng)匯聚至教育局端，完成核心網(wǎng)接入。

③ 計算層設計以智慧安防管理平臺為一級平臺，服務支持、信息處理、信息安全及服務管理為二級平臺。一級平臺包括門戶登錄、駕駛視窗、數(shù)據(jù)看板等模塊，管理人員可直觀地進行業(yè)務處理和管理；二級平臺為底層平臺，負責支持一級平臺、數(shù)據(jù)處理、信息安全及管理等功能。

④ 處理層設計充分考慮人防與技防的銜接和融合，平臺實現(xiàn)告警、任務分發(fā)、安防應急演練及安防數(shù)據(jù)評估。告警信息通過短信、電話、App端及微信等方式實時推送，提醒并監(jiān)測安保人員排查隱患和綜合處置，系統(tǒng)內(nèi)形成閉環(huán)管理路徑。

2.3.2 校端系統(tǒng)架構(gòu)

校端系統(tǒng)因校制宜，基礎(chǔ)系統(tǒng)包括前端感知設備、數(shù)據(jù)存儲和計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)。前端感知設備采用各類專用功能攝像機及信息采集設備，各類數(shù)據(jù)通過分布式分類存儲方式保存，并通過學校內(nèi)部計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)進行連接與管理。針對規(guī)模較大的學校，還增設防欺凌系統(tǒng)和智能護學系統(tǒng)。校端系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。

2.3.3 校端前端感知裝備部署

校端前端感知裝備配置遵循因校制宜和分類整合原則，以保障學生和教職工人身安全為核心，進一步強化對學校重點部位的安全防護。該設計方案將學校區(qū)域劃分為出入口及周邊、圍墻周界、內(nèi)部通道和道路、大型活動區(qū)域、其他重點部位及安保部門六個區(qū)域，具體分類及裝備配置詳見表1。

本次設計在全區(qū)中小學校園大門、進出通道、校園圍墻周界、校園內(nèi)部操場及周邊制高點等區(qū)域，構(gòu)建了前端視覺、語音感知、人臉識別、車牌識別、周界防護、安保巡更、訪客管理等七類技防設施；城區(qū)部分重點學校同步建設防欺凌與智慧護學系統(tǒng)，全面建成全區(qū)中小學校智慧安防綜合管理平臺。

出入口警戒微單元系統(tǒng)構(gòu)建：包括出入口警戒微單元、道閘系統(tǒng)與智慧護學系統(tǒng)。出入口警戒微單元實時抓拍校園周邊車輛及人員的人臉數(shù)據(jù)，并與公安重點監(jiān)控的可疑人群數(shù)據(jù)庫實時比對、決策。道閘系統(tǒng)實現(xiàn)對進出校園人員和車輛的管控。智慧護學系統(tǒng)對學生接送區(qū)域的人員及行為進行監(jiān)控、告警與決策。各類監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳至局端平臺，實現(xiàn)全區(qū)中小幼校園出入口的綜合管理。

圍墻警戒系統(tǒng)構(gòu)建：針對城區(qū)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校因與校外人員及設施密集接觸而存在的安全隱患重點區(qū)域，應用物聯(lián)網(wǎng)周界報警技術(shù)實現(xiàn)校園周界視頻監(jiān)控全覆蓋，能自動記錄、識別、報警及溯源。

內(nèi)部通道和道路安全防范構(gòu)建：針對人員通行頻繁的樓宇樓道，配置視頻監(jiān)控及教學樓道防擁擠監(jiān)測系統(tǒng)。通過設置人員密度報警閾值，系統(tǒng)可自動發(fā)出語音預警；同時，局端及校園安防客戶端彈窗報警，及時通知安保人員排查隱患并處置。

人員布控與軌跡系統(tǒng)構(gòu)建：學校通過平臺依據(jù)人員屬性、特征及上傳圖片，對疑似人員進行布控，實現(xiàn)本校黑名單實時報警，極大提升人員管控效果。學校客戶端支持彈窗報警、語音提示報警、實時預覽與視頻回放等功能。公安方面通過人像卡口對重點目標進行布控預警，并可利用“以圖搜圖”功能追蹤目標最近出現(xiàn)軌跡，提高“搜人”效率。

安保巡更系統(tǒng)構(gòu)建：結(jié)合人防與技防，規(guī)范安保動作并提升巡更效率，實現(xiàn)巡更工作的及時有效監(jiān)督與管理。通過設置巡更點、巡更策略及任務計劃，推動巡查工作的自動化運行，支持全方位調(diào)度與可視化展現(xiàn)。

城域網(wǎng)構(gòu)建：各學校與局端之間通過光纖VPN組網(wǎng)，承擔安防系統(tǒng)各類業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸。教育局端采用有線MPLS-VPN鏈路匯聚光纖，借助運營商光纖實現(xiàn)千兆高速接入中心數(shù)據(jù)機房專用設備。系統(tǒng)用戶通過聯(lián)網(wǎng)學校機房的百兆光纖實現(xiàn)互聯(lián)，校內(nèi)通過路由轉(zhuǎn)換可在任意終端電腦設備進行系統(tǒng)操作與管理。已建成的校園監(jiān)控系統(tǒng)納入本設計的教育系統(tǒng)智慧安防平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一管理，并通過內(nèi)外網(wǎng)絡交換平臺設備將相關(guān)數(shù)據(jù)接入?yún)^(qū)公安聯(lián)防聯(lián)控系統(tǒng)。

創(chuàng)新應用系統(tǒng)構(gòu)建：1） 智能護學系統(tǒng)，在學校主要出入口（接送區(qū)域） 部署AI智能預警感知系統(tǒng)，實時監(jiān)測區(qū)域人數(shù)及周邊熱力圖，針對疑似傷害和危險行為進行預判并聯(lián)動處置。2） 防欺凌系統(tǒng)，針對監(jiān)控盲區(qū)，配置語音智能識別感知系統(tǒng)，實時自動識別語音并干預，通過聲光提示進行威懾阻止，同時支持各類緊急語音報警求助，能及時處置并預防欺凌事件發(fā)生[5]。

3 結(jié)束語

綜上所述，由教育主管部門統(tǒng)籌管理區(qū)域內(nèi)中小幼校園安防系統(tǒng)尤為重要。本文設計的中小幼校園智慧安防系統(tǒng)基于人工智能等前沿技術(shù)及當前校園安防的實際需求構(gòu)建，屬于更加先進的安防體系。通過因校制宜配置前端感知系統(tǒng)，并開發(fā)后端重點特色安全防范功能，形成事前預判預警、事中告警處置、事后取證調(diào)閱的全過程、全視角、多維度安全保障體系。基于人工智能的智慧安防系統(tǒng)關(guān)乎教育事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，是回應當前實際需求的重要舉措。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】