內蒙古氣象檔案智能安防系統設計與實現

摘 要：為貫徹落實新時代檔案工作的要求，實現對氣象檔案的標準規范、安全智能、集約高效的管理，內蒙古氣象檔案智能安防系統借鑒國際技術中的成功經驗，從自身資源存儲和技術支撐的優勢條件出發，針對檔案館內的傳感器設備、FRID等儀器設備，將檔案館內各物聯設備集約、高效、安全地進行統一管理，探索基于物聯網多傳感器的檔案設備安全可控技術的研究與應用，項目成果已應用。

關鍵詞：氣象數據；藍光光盤庫；歸檔；系統

自19世紀物聯網被定義以來，各行各業先后開展了基于物聯網相關技術的應用的研究。2014年，國外首次開展了基于物聯網集成化信息系統搭建，系統融合了傳感器和Web服務等技術，開始收集感知層的數據，并且借助網絡訪問和傳輸網絡層中的海量數據，實現了應用層數據和其他信息的存儲、組織、處理和共享及應用等功能。我國《全國檔案事業發展“十三五”規劃綱要》和《“十四五”全國檔案事業發展規劃》中針對物聯網在檔案工作中的應用分別提出了相關要求。內蒙古數字氣象檔案建設以“智慧氣象”為發展目標，全面對接中國氣象局印發的《氣象信息化發展“十三五”規劃》和《氣象大數據行動計劃（2017—2020年）》中“整合氣象信息資源、加強數字檔案管理，完善國家—省兩級氣象檔案管理機制”的發展要求。通過本系統有力地推動了基于氣象大數據云平臺的“1+31”數字氣象檔案管理體系的建成，邁出了氣象檔案管理工作由傳統模式向信息化轉變的重要一步，建成集網絡化、自動化、智能化、現代化于一體的智慧型數字氣象檔案館。

一、系統建設的必要性

《“十四五”全國檔案事業發展規劃》提出“深入推進檔案安全體系建設，筑牢平安中國的檔案安全防線”，實現檔案館精細化管理。近年來，隨著全球信息化的迅猛發展，各地區、各行業數據呈現爆發式增長的態勢，檔案也呈現出海量性、多樣化等新特點，這對檔案工作提出了新的要求，如何通過檔案系統將各類物聯設備集約、高效、安全地統一管理，這成為檔案面臨的新難題。

氣象數據作為行業檔案，在應對氣候研究、災害預警、農業生產、能源規劃和環境保護等方面均有重要意義，特別是在氣象預報準確率、精細化水平和防災減災方面的成績尤為突出。2019—2022年內蒙古自治區氣象數據中心（內蒙古自治區氣象檔案館）依托中國氣象局開展的數字檔案館建設，對庫區1000m2的氣象檔案館軟硬件進行了集中改造升級，基本實現了對館內溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、煙霧傳感器、水浸傳感器、空調控制器、加濕器、空氣凈化器等物聯設備的升級，同時將館藏7.3萬余卷紙質檔案元數據納入氣象檔案業務系統的管理，基本實現了檔案收集、檔案管理、檔案存儲、檔案利用等工作流程一體化。系統以提升檔案工作效率，更高效、科學、便捷地為用戶提供服務為宗旨，實現館區內物聯設備全面感知、管理、控制，包括實體檔案智能管理、環境感知與控制、安防管理、智能交互展示服務。

二、系統設計與實現

智能安防系統在氣象檔案業務系統核心單元內設計部署，實現館內物聯設備監控區域實時數據的收集、監控、計算分析和設備控制，整體提升館內安防系統工作效率，為檔案館檔案管理員提供更為快捷和方便的管理模式。同時，物聯設備傳輸數據和控制結果均同步顯示和保存在監控單元頁面和服務器端，檔案管理員可隨時進行訪問和查閱數據。智能安防系統設計采集不同環境特征參數的多傳感器節點，對館內區域環境包括溫度、濕度、光照、煙霧、水浸、加濕器以及空氣凈化器等參數進行實時連續全方位的監測。系統設計智能區域監控單元，將實時采集到的環境數據進行存儲和上傳到指定的服務器，及時對監測區域環境特征參數的異常狀態進行短信提醒。系統通過實時信息傳感設備等方式獲取信息，結合物聯網、局域網等網絡環境進行館庫環境信息傳送和交互，并采用智能計算技術對信息進行分析處理，實現環境及設備的智能化監視和控制。

（一）系統整體結構設計與實現

系統主要由感知層、傳輸層和應用層組成。感知層主要是指前端感知節點，由各種信息傳感設備構成，主要負責數據的采集，包括各類傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、漏水傳感器、空氣質量傳感器、光線傳感器等設備。

傳輸層主要實現網絡接入、數據傳輸及對應的控制管理功能，通過無線射頻、ZigBee網絡和485總線等進行傳輸。信息傳輸硬件設備包括門禁控制器、服務器、智能控制設備、RFID讀寫器設備等。

應用層主要實現信息的處理、人機交互、信息展示、環境控制等功能，硬件設備包含電腦、顯示屏、語音設備、光照設備、空調等。其網絡拓撲關系如圖2所示。

（二）傳感器節點模塊設計與實現

傳感器節點作為智能安防系統的感知層，負責前端物聯設備數據實時采集。傳感器網關實時收集匯總各類傳感器數據，通過無線射頻識別技術、紅外感應技術及信息傳感設備將收集到的數據信息傳輸到智能網關，智能網關按照約定的協議對收集到的數據進行處理和分析，實現人與人、人與物、物與物的連接。為實現檔案館內容物聯設備采集到的數據精密，檔案館內布設了大量的高靈敏度的物聯傳感器。

三、系統應用關鍵技術

（一）WiFi技術

WiFi（Wireless Fidelity）是一種短程無線傳輸技術，能夠在約91～274米內支持互聯網接入的無線電信號，能夠支持數據、圖像、語音和多媒體等。

（二）ZigBee技術

ZigBee是一種低速短距離傳輸的無線網絡協議。其優勢是距離近、復雜度低且功耗低，主要適用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備，氣象檔案館內每個庫區按照需求安裝。

（三）RFID技術

RFID（Radio Frequency Identification）是一種無線通信射頻識別技術，通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數據。每個氣象檔案盒上均貼有唯一的RFID標簽，檔案管理員可以通過掃描RFID標簽獲得檔案存儲位置信息，對于新入庫檔案能實現檔案存放位置的自動分配。在檔案庫房門禁處增加了RFID讀取設備，通過讀取檔案盒上的RFID信息識別該檔案是否允許被帶出館，實現了對檔案的保護，防止了檔案流失。電子射頻RFID技術的運用，實現了氣象檔案庫房中檔案實體的信息收集、檢索、定位以及安全保障，促進檔案的自動化管理。

四、物聯設備的部署與實現

智能物聯部署了多種類型的傳感器和信號觸發器，傳感器用以捕獲不同的信息內容和格式，信號觸發器針對設備發送指令。傳感器獲得的數據按照頻率周期性的采集和更新數據實現物物相連，從而實現對設備的管理和控制。在確保設備能較長期運行良好的基礎上，利用物聯網技術對氣象檔案館現有溫濕度管控設備進行調整改造，使其與數字氣象檔案館管理系統聯動，實現實時數據采集、監控、報警和溫濕度調節等功能，具體部署方式如下。

（一）智能網關

智能網關作為本系統的核心大腦，而系統通過智能網關的控制實現數據的采集、輸入、輸出、集中和聯動控制等功能。智能網關主要用于收集各類傳感器的數據并且與智能控制設備通信，與傳感器之間通過ZigBee協議傳輸數據。

（二）環境感應設備

環境感應設備（漏水傳感器除外）安裝在庫房的頂部，相同類型的傳感器應按照標準進行安裝。漏水傳感器需要安裝于存在漏水風險的位置，如窗戶下面、排風扇下面、走水管道附近等位置。漏水傳感器包括感應探頭和傳感器兩部分，水浸感應探頭安裝的時候應保持地面的干燥清潔，貼緊地面進行安裝。空氣質量傳感器部署安裝在天花板正下方的墻壁上，空氣質量傳感器通過無線傳播到智能網關，智能網關通過網線將傳感器數據發送到氣象應用內網的應用服務器。無源傳感器自帶電池，通過無線傳播到網關服務器，其他環境設備均為無源傳感器（自帶電池），通過無線傳播到智能網關，應根據場館大小、控制面積進行合理部署。

（三）智能控制設備

智能控制設備包括燈光控制器和空調控制器等物聯設備控制器，其中燈光控制器安裝在原燈光開關的位置，智能網關采用ZigBee協議與之通信控制燈光的開關。空調控制器安裝在空調附近，智能網關與其之間采用ZigBee協議通信，控制器收到智能網關的指令后，通過紅外控制空調的開閉和溫度的設置。

（四）智能安防設備

智能安防監控選用紅外攝像系統以保證監控效果，如將在檔案館庫房出入口、認證區、閱覽區、監控區、整理區和檔案存放區、走廊等設置攝像機，既考慮到公共位置的安全，又兼顧到重要位置的隱私。監控采用數字硬盤錄像技術，實現對檔案館內監控區域24小時不間斷監控和實時查詢回放錄像記錄。檔案館管理人員提前將進入的人員面部信息保存到面部信息數據庫中。當進行面部識別的時候，人臉識別攝像頭采集待識別人員的面部信息，并與面部信息數據庫中的圖片進行匹配驗證，當相似度超過90%的時候，認為匹配成功，觸發門禁系統準入動作，該人員可進入庫房。人臉識別系統每次進行驗證的時候都會記錄驗證結果和面部信息圖片，均保存到服務器以備查詢。

檔案館門禁系統實現了對指定區域分級的通行權限管理。工作人員根據職位或工作性質確定其通行區域，并實時記錄，當遇到權限不符人員，禁止通行。為保障氣象檔案安全，防止其他人員出入檔案庫房，檔案存放區須進行雙次認證，采用人臉識別方式對進入檔案館內的人員身份進行驗證及通行監控，確保得到授權的用戶可進入相應區域。同時，為加強檔案的安全保密性，入侵報警模塊會對未經授權進入指定區域的行為進行報警。

（五）RFID相關設備

檔案安全出入管理通過RFID技術與氣象檔案案卷相關聯，實現自動盤存、定位、自動追蹤、快速查詢及報警等功能的實時安全管理，為保障檔案的安全，未經申請的檔案帶離申請區域，入侵報警模塊會對未經授權的行為進行報警。設備包括檔案超高頻電子識別標簽、超高頻高敏天線、高敏RFID閱讀器等設備。檔案工作人員選用固定或移動式標簽閱讀器，以非接觸方式快速讀取氣象檔案資料的元數據信息，快速定位氣象檔案位置，實現了館庫內7.3萬卷氣象檔案元數據信息存儲、閱讀、檔案借還、清點盤庫等業務流程，整體提升檔案管理工作效率。

結語

本系統根據內蒙古氣象檔案館內環境的實際需求和特點進行設計，是一套集數據的采集、分析、處理、控制等功能于一體的閉環智能物聯區域監控系統。系統以提升檔案工作效率，更高效、科學、便捷地為用戶提供服務為宗旨，完成氣象檔案館智能安防系統、溫濕度監控、空氣質量監控、漏水監控、煙霧監測、智能燈光控制、活物檢測、視頻監控系統等硬件設備的配置和部署，實現了整個檔案館內環境監控設備和氣象檔案用戶認證、檔案安全出入管理等“人館物”一體化管理體系和物物互聯協同工作的智能安防體系。

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*通信作者：王英（1970— ），女，漢族，內蒙古呼和浩特人，碩士研究生，正研級工程師，研究方向：氣象信息技術。