智慧校園安防建設(shè)研究

廣東省更高水平“安全文明校園”建設(shè)涵蓋組織領(lǐng)導(dǎo)、機(jī)制建設(shè)、“三防”建設(shè)、校園安全管理、宣傳教育以及專項(xiàng)工作落實(shí)等方面，其中智慧校園安防是“三防”建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。

為解決傳統(tǒng)安防效率低下、數(shù)據(jù)孤島與系統(tǒng)碎片化、隱私與合規(guī)挑戰(zhàn)、場(chǎng)景化精準(zhǔn)需求以及成本與可持續(xù)性等痛點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，筆者結(jié)合智慧校園安防的發(fā)展趨勢(shì)，開展建設(shè)目標(biāo)體系、系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、創(chuàng)新功能模塊、建設(shè)成效量化以及系統(tǒng)集成策略等方面的研究。

一、建設(shè)目標(biāo)體系

（一）智慧安防核心目標(biāo)

根據(jù)廣東省《智慧校園安防系統(tǒng)技術(shù)要求》，校園智慧安防建設(shè)應(yīng)實(shí)現(xiàn)其核心目標(biāo)（見表1）。

（二）周界報(bào)警目標(biāo)

為實(shí)現(xiàn)校園AI智能邊界入侵識(shí)別監(jiān)測(cè)、校園天臺(tái)人口AI智能預(yù)警、校園高空拋物AI智能預(yù)警等功能，校園智慧安防建設(shè)應(yīng)實(shí)現(xiàn)周界報(bào)警目標(biāo)，通過(guò)智能聯(lián)動(dòng)及時(shí)將檢測(cè)信息發(fā)布值班人員和部門負(fù)責(zé)人。（具體流程見圖1）。

表1智慧安防核心目標(biāo)

圖1周界報(bào)警目標(biāo)

二、系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化（三級(jí)聯(lián)動(dòng)）

（一）邏輯架構(gòu)

圖2 “感知一平臺(tái)一應(yīng)用”三層架構(gòu)

校園智慧安防建設(shè)需將校園安全管理中心、AR全景校園巡視系統(tǒng)、校園視頻聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、校園AI智能邊界入侵識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、校園天臺(tái)人口AI智能預(yù)警系統(tǒng)、校園高空拋物AI智能預(yù)警系統(tǒng)、校園人員軌跡AI智能查詢系統(tǒng)、校園安全隱患排查系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、移動(dòng)端接入巡視系統(tǒng)、跨校區(qū)實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)安防視頻會(huì)議系統(tǒng)、各校區(qū)重點(diǎn)部位監(jiān)控點(diǎn)等12項(xiàng)建設(shè)內(nèi)容濃縮為“感知一平臺(tái)一應(yīng)用”三層架構(gòu)（見圖2）。

A[感知層]-B[網(wǎng)絡(luò)層]-C[平臺(tái)層]

A1[視頻監(jiān)控]—I4K/人臉識(shí)別IB

A2[周界探測(cè)］—|激光/雷達(dá)IBA3[門禁系統(tǒng)]一I人臉/卡證IBC1[安全管理中心]—C2[AR實(shí)景巡航]C2—C3[風(fēng)險(xiǎn)防控]C3—C4[應(yīng)急指揮]

（二）物理部署

1.核心節(jié)點(diǎn)校園安全管理中心（視頻墻/AR全景/指揮臺(tái)三屏聯(lián)動(dòng)）

2.關(guān)鍵系統(tǒng)

AR全景巡視系統(tǒng)：高點(diǎn)視頻 + 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)標(biāo)簽；AI邊界人侵識(shí)別：誤報(bào)率 ?0.1% （動(dòng)物過(guò)濾算法）；高空拋物預(yù)警：拋物線追蹤精度?95% 。

三、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

（一）性能基準(zhǔn)

根據(jù)廣東省《智慧校園安防系統(tǒng)技術(shù)要求》，校園智慧安防建設(shè)需達(dá)到一定的性能基準(zhǔn)（見表2）。

（二）特殊場(chǎng)景要求

夜間監(jiān)控：紅外補(bǔ)光下車牌識(shí)別率98% ：

非配合識(shí)別：側(cè)臉 60^° 識(shí)別率9% ：

抗攻擊能力：防3D面具/視頻回放攻擊。

四、創(chuàng)新功能模塊

（一）五維智能防控

根據(jù)廣東省《智慧校園安防系統(tǒng)技術(shù)要求》，校園智慧安防建設(shè)應(yīng)滿足五維智能防控要求（見表3）。

（二）數(shù)據(jù)治理

1.隱私保護(hù)雙機(jī)制

為了確保用戶隱私和數(shù)據(jù)安全，我們采用了雙重保護(hù)機(jī)制。首先，通過(guò)先進(jìn)的加密技術(shù)，對(duì)所有存儲(chǔ)和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行高強(qiáng)度加密，有效防止數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被竊取或篡改。其次，實(shí)施嚴(yán)格的訪問(wèn)控制策略，僅授權(quán)用戶才能訪問(wèn)敏感信息，同時(shí)配備實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的安全威脅。這兩大機(jī)制相互配合，形成一道堅(jiān)不可摧的隱私保護(hù)屏障，最大限度地保障用戶的隱私和數(shù)據(jù)安全。

2.數(shù)據(jù)脫敏方式

（1）實(shí)時(shí)像素模糊：它是一種先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，它能夠以 50% 的強(qiáng)度對(duì)畫面中的像素進(jìn)行即時(shí)模糊處理。這項(xiàng)功能特別適用于需要快速實(shí)現(xiàn)視覺(jué)柔化效果的場(chǎng)景，通過(guò)精確控制模糊程度為50，可以在保持圖像基本輪廓的同時(shí)，有效降低畫面細(xì)節(jié)的銳度。這種可調(diào)節(jié)的模糊強(qiáng)度為用戶提供了靈活的創(chuàng)作空間，無(wú)論是用于藝術(shù)創(chuàng)作還是隱私保護(hù)，都能達(dá)到理想的視覺(jué)效果。

（2）邊緣特征提取：計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像處理領(lǐng)域中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它通過(guò)檢測(cè)圖像中像素灰度值或顏色發(fā)生劇烈變化的區(qū)域來(lái)識(shí)別物體的輪廓和邊界。這種方法能夠有效地突出圖像中的結(jié)構(gòu)性信息，為后續(xù)的圖像分割、目標(biāo)識(shí)別等高級(jí)視覺(jué)任務(wù)提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。邊緣特征提取通常采用微分算子（如Sobel、Prewitt、Canny等）或更先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些技術(shù)能夠精確地定位圖像中不同物體之間的過(guò)渡區(qū)域，從而提取出具有判別性的邊緣特征信息。

表2性能基準(zhǔn)

表3五維智能防控要求

表4建設(shè)成效量化指標(biāo)

（3）同態(tài)加密存儲(chǔ)技術(shù)：它是一種先進(jìn)的加密數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，它能夠在不解密的情況下直接對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理。這種加密存儲(chǔ)方案的核心在于其獨(dú)特的同態(tài)特性，允許在密文狀態(tài)下執(zhí)行特定的數(shù)學(xué)運(yùn)算操作，同時(shí)確保原始數(shù)據(jù)的機(jī)密性和安全性不受影響。同態(tài)加密存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)復(fù)雜的密碼學(xué)算法實(shí)現(xiàn)這一功能，為云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等需要處理敏感數(shù)據(jù)的場(chǎng)景提供了安全可靠的技術(shù)保障。

（4）倫理合規(guī)：在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，必須嚴(yán)格遵守倫理合規(guī)要求，具體包括兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：一是在用戶數(shù)據(jù)采集前，必須通過(guò)H5端展示完整的隱私協(xié)議內(nèi)容，并獲得用戶的確認(rèn)和授權(quán)；其次，對(duì)于涉及跨境傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，要特別注意遵守相關(guān)法律法規(guī)，嚴(yán)格限制數(shù)據(jù)跨境流動(dòng)的范圍和方式，確保數(shù)據(jù)安全合規(guī)。這兩個(gè)環(huán)節(jié)缺一不可，共同構(gòu)成了完整的數(shù)據(jù)采集合規(guī)流程。

五、建設(shè)成效量化

根據(jù)廣東省《智慧校園安防系統(tǒng)技術(shù)要求》，校園智慧安防建設(shè)應(yīng)有可以預(yù)見的量化成效（見表4）。

典型場(chǎng)景：高空拋物事件追蹤時(shí)間從小時(shí)級(jí)縮短至5分鐘。

六、系統(tǒng)集成一體化的策略

系統(tǒng)集成一體化在現(xiàn)代信息化建設(shè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其核心價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，通過(guò)整合各類獨(dú)立的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同系統(tǒng)間的無(wú)縫對(duì)接與數(shù)據(jù)共享，有效打破信息孤島現(xiàn)象；其次，系統(tǒng)集成可以優(yōu)化資源配置，減少重復(fù)建設(shè)，顯著降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本；再者，一體化的系統(tǒng)架構(gòu)能夠提升整體運(yùn)行效率，簡(jiǎn)化操作流程，為用戶提供更加便捷的使用體驗(yàn)；此外，系統(tǒng)集成還能增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和安全性，通過(guò)統(tǒng)一的安全策略和管理機(jī)制，有效防范各類安全風(fēng)險(xiǎn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，系統(tǒng)集成一體化不僅能夠滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)需求，還具有良好的擴(kuò)展性和適應(yīng)性，能夠隨著企業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步不斷升級(jí)完善，為組織的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐。

（一）三階部署路徑

校園智慧安防系統(tǒng)的建設(shè)可以按照循序漸進(jìn)的三階段發(fā)展路徑來(lái)實(shí)施，具體可分為基礎(chǔ)整合階段、智能升級(jí)階段和生態(tài)融合階段。在基礎(chǔ)整合階段，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)各類安防子系統(tǒng)的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享；智能升級(jí)階段則著重引人人工智能、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，提升系統(tǒng)的智能化水平；最后的生態(tài)融合階段旨在將安防系統(tǒng)與校園其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)深度融合，構(gòu)建全方位的智慧校園安全防護(hù)體系。這種分階段部署的方式既保證了系統(tǒng)建設(shè)的可行性，又能逐步實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)安防向智慧安防的轉(zhuǎn)型升級(jí)（見圖3）。

（二）關(guān)鍵技術(shù)融合

數(shù)字孿生技術(shù)在教育領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用主要體現(xiàn)在3D校園可視化建模與智能設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)映射兩大核心功能。通過(guò)高精度的三維建模技術(shù)，可以完整復(fù)現(xiàn)校園建筑、道路、綠化等物理實(shí)體的空間布局和外觀特征，構(gòu)建起虛擬校園的數(shù)字鏡像。同時(shí)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)，將教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)室、宿舍等場(chǎng)所內(nèi)的空調(diào)、照明、安防等設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、能耗數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)實(shí)時(shí)映射到數(shù)字模型中，形成虛實(shí)結(jié)合、動(dòng)態(tài)更新的校園管理平臺(tái)。這種數(shù)字孿生系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了校園環(huán)境的立體化呈現(xiàn)，更重要的是為設(shè)施運(yùn)維、能源管理和安全監(jiān)控提供了可視化、智能化的決策支持。

多協(xié)議適配功能支持多種通信協(xié)議的兼容與轉(zhuǎn)換，能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型設(shè)備的無(wú)縫接入，包括但不限于異構(gòu)設(shè)備的互聯(lián)互通。該功能特別針對(duì)行業(yè)特有的私有協(xié)議進(jìn)行了深度優(yōu)化，確保各類定制化協(xié)議能夠被準(zhǔn)確識(shí)別和解析。通過(guò)靈活的協(xié)議轉(zhuǎn)換機(jī)制，系統(tǒng)可以自動(dòng)匹配不同設(shè)備間的通信需求，有效解決了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中協(xié)議不統(tǒng)一的難題，為設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互提供了標(biāo)準(zhǔn)化的接入方案。無(wú)論是常見的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議還是企業(yè)自主研發(fā)的私有協(xié)議，都能通過(guò)這一功能實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸與交互。

七、優(yōu)化建議

（一）瓶頸突破

為有效降低視頻分析系統(tǒng)的處理延遲，可以采取邊緣計(jì)算架構(gòu)部署策略，通過(guò)在靠近數(shù)據(jù)源的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)部署分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的本地化實(shí)時(shí)處理，從而顯著減少數(shù)據(jù)傳輸至云端的時(shí)間消耗。同時(shí)，針對(duì)跨攝像頭場(chǎng)景下目標(biāo)追蹤存在的時(shí)空碎片化難題，可以創(chuàng)新性地引人VideoDNA特征提取與匹配技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)構(gòu)建目標(biāo)的唯一性特征指紋，實(shí)現(xiàn)不同攝像頭視角下同一目標(biāo)的精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)與連續(xù)追蹤，有效解決傳統(tǒng)追蹤方法在多攝像頭場(chǎng)景中出現(xiàn)的軌跡斷裂問(wèn)題。

（二）演進(jìn)方向

構(gòu)建“安防大腦”智能防控體系：深度整合教學(xué)管理與后勤服務(wù)數(shù)據(jù)資源，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法實(shí)現(xiàn)校園安全風(fēng)險(xiǎn)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)與智能預(yù)警；同時(shí)創(chuàng)新性地開發(fā)元宇宙虛擬現(xiàn)實(shí)安防演練平臺(tái)，打造沉浸式、交互式的安全教育培訓(xùn)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)被動(dòng)防御向智能主動(dòng)防控的轉(zhuǎn)型升級(jí)。該體系將有效提升校園安全管理效能，構(gòu)建全方位、立體化的智慧安防新格局。

（三）倫理規(guī)范

為切實(shí)保障校園智能監(jiān)控系統(tǒng)的合理使用，維護(hù)學(xué)生合法權(quán)益，建議學(xué)校專門設(shè)立《校園智能監(jiān)控白名單》管理制度。該制度明確規(guī)定只有在特定場(chǎng)景和必要情況下，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格審批才能啟用智能監(jiān)控設(shè)備。同時(shí)，為確保決策過(guò)程的透明公正，建議學(xué)校組建由學(xué)生代表、教師代表和法律專家共同參與的倫理審查委員會(huì)。該委員會(huì)將負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)控設(shè)備的使用申請(qǐng)進(jìn)行倫理評(píng)估，監(jiān)督執(zhí)行情況，并定期開展隱私保護(hù)培訓(xùn)，在技術(shù)應(yīng)用與個(gè)人權(quán)利保護(hù)之間尋求最佳平衡點(diǎn)。

圖3智慧校園安防三階部署路徑

A[基礎(chǔ)整合］—B[智能升級(jí)］—C[生態(tài)融合]A—A1［設(shè)備聯(lián)網(wǎng)接入]B—B1［AI算法嵌入］C—C1［教學(xué)管理聯(lián)動(dòng)]

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責(zé)任編輯朱守鋰