校園網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

褚文杰　楊楠

摘 要：針對日益突出的校園安全問題，科學(xué)合理的校園網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)成為迫切需求。研究了信息化建設(shè)的技術(shù)方案，綜合考慮高校校園的復(fù)雜環(huán)境，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含RFID校園門禁系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防火報(bào)警系統(tǒng)，切實(shí)推進(jìn)了校園安全建設(shè)。經(jīng)過測試，本系統(tǒng)效率高、可靠性好，滿足校園網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的要求。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)；防火報(bào)警系統(tǒng)；門禁系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；RFID；ZigBee

中圖分類號：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）04-00-02

0 引 言

校園是教育與培養(yǎng)人才的基地，寄托著國家、社會和家庭的希望。維護(hù)校園環(huán)境的安全，是校園建設(shè)的重要目標(biāo)。針對校園安全突發(fā)事件日益增多，確保校園安全更加引起多方面關(guān)注。隨著數(shù)字化校園的產(chǎn)生與發(fā)展，為校園安全建設(shè)提供了可行的解決方案。

傳統(tǒng)的校園監(jiān)控系統(tǒng)，技術(shù)單一且系統(tǒng)不穩(wěn)定，存在監(jiān)控漏洞的問題。系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性是現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)的重要參數(shù)指標(biāo)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的校園網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，提供靈活的監(jiān)控控制，以及隨時(shí)了解監(jiān)控系統(tǒng)的參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障。突破了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)在地域及時(shí)間上的限制，可以做到真正意義上的分散、集中監(jiān)控，并且系統(tǒng)穩(wěn)定性好、可靠性高。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將RFID（Radio Frequency Identification）射頻識別技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、ZigBee定位技術(shù)與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成自動化程度高、功能完善的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循以下原則：穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性和交互友好性。系統(tǒng)針對多個(gè)分散校區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)主要由三部分組成：控制管理中心、監(jiān)控控制專網(wǎng)和傳感器。每個(gè)設(shè)備通過有線或者無線方式連接到各單元的網(wǎng)關(guān)，然后再通過控制專網(wǎng)連接到控制管理中心。圖1所示是校園網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)主要功能分為RFID門禁系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防火報(bào)警系統(tǒng)和電子圍欄系統(tǒng)，如圖2所示。

2 系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）[1]的概念于1990年提出，現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)，從字面上理解就是“把各種物體聯(lián)系在一起的互聯(lián)網(wǎng)”。它包含了兩層意思：首先，物聯(lián)網(wǎng)仍然是以互聯(lián)網(wǎng)為核心，但是它進(jìn)行了技術(shù)拓展；其次，它的終端可以是任意的兩個(gè)或者多個(gè)物體，物體與物體之間可以進(jìn)行信息的交換和數(shù)據(jù)的通信[2]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要由三層組成：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。其中：感知層包括傳感器、二維碼、RFID、多媒體設(shè)備等數(shù)據(jù)采集和自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)層包括各種網(wǎng)關(guān)和接入網(wǎng)絡(luò)以及異構(gòu)網(wǎng)融合、云計(jì)算等承載網(wǎng)支撐系統(tǒng)；應(yīng)用層包括信息管理、業(yè)務(wù)分析管理、服務(wù)管理、目錄管理等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中間件和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用子系統(tǒng)。

3 RFID技術(shù)

RFID是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)。它根據(jù)射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)。RFID系統(tǒng)[3，4]由三部分組成：讀寫器、電子標(biāo)簽和天線，如圖3所示。另外加上進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用層軟件構(gòu)成的RFID系統(tǒng)與相關(guān)的管理信息系統(tǒng)相連，可準(zhǔn)確跟蹤每一個(gè)物品。

在本系統(tǒng)中，RFID技術(shù)主要用來身份識別，校園每一位師生都有一張自己的校園卡，該卡中內(nèi)置了RFID電子標(biāo)簽。利用該卡，學(xué)校內(nèi)部人員可以出入一些帶有RFID門禁系統(tǒng)的場所。對于有些特殊場所，該卡的不同權(quán)限使得持有者可以進(jìn)入不同場所。另外，該卡記錄了持有者的校園內(nèi)活動路徑。針對學(xué)生作息狀況，學(xué)?？梢灾贫ㄒ恍┧奚?、教學(xué)樓管理措施。RFID卡不僅用于校園門禁系統(tǒng)，也常常用于校園的考勤管理、圖書借閱與消費(fèi)支付等。

4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[5-7]是多學(xué)科交叉、高知識度集成的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。它是由通過無線通信方式，并以自組織多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，在各傳感器節(jié)點(diǎn)之間相互傳遞數(shù)據(jù)信息，最終實(shí)現(xiàn)人與人、人與事物間的互聯(lián)。

典型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括：分布式傳感器節(jié)點(diǎn)、Sink節(jié)點(diǎn)、互聯(lián)網(wǎng)和用戶接口這幾部分。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，分布式傳感器節(jié)點(diǎn)被部署在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織網(wǎng)絡(luò)的方式形成無線網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步簡單處理后，通過多跳中繼網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息經(jīng)由Sink節(jié)點(diǎn)傳送到遠(yuǎn)程控制管理中心。遠(yuǎn)程控制管理中心同時(shí)也可以對各個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行命令控制。無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)控制、國防工業(yè)、災(zāi)害監(jiān)測等方面都有很高的利用價(jià)值，被認(rèn)為是對本世紀(jì)產(chǎn)生重大影響的技術(shù)之一，得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。

5 網(wǎng)絡(luò)攝像頭

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是一種結(jié)合傳統(tǒng)攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所產(chǎn)生的新一代攝像機(jī)，即由網(wǎng)絡(luò)編碼模塊和模擬攝像機(jī)組合而成。網(wǎng)絡(luò)攝像頭將采集到的數(shù)據(jù)影像編碼壓縮成基于TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，再通過網(wǎng)絡(luò)總線傳送至遠(yuǎn)端。遠(yuǎn)端影像的瀏覽，只需要用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問固定IP地址即可。用戶除了可以遠(yuǎn)程監(jiān)控之外，授權(quán)的用戶還可以對網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行參數(shù)配置以及控制云臺對攝像頭進(jìn)行控制。對網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)對于檢測到的一些突發(fā)緊急情況，可以通過短信、Email多種形式立即發(fā)出警報(bào)，并且對于危害公共安全和財(cái)產(chǎn)安全的違法行為，可以通過與警方報(bào)警中心聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

網(wǎng)絡(luò)攝像頭的出現(xiàn)及應(yīng)用，對人們的生活及工作產(chǎn)生了重要影響，工業(yè)、醫(yī)療、教育等行業(yè)都充分利用該技術(shù)解決行業(yè)中的問題。

6 ZibBee技術(shù)

ZigBee是一組基于批準(zhǔn)通過802.15.4的無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的ZigBee堆棧。從上往下依次是應(yīng)用層、應(yīng)用支持層、網(wǎng)絡(luò)/安全層、MAC層和物理層。它工作在2.4 GHz的ISM頻段上，傳輸速率為20～250 Kb/s，傳輸距離為10～75 m。

基于ZigBee技術(shù)的校園防火報(bào)警與電子圍欄系統(tǒng)，效率高、施工簡單、成本低。如圖4所示，在校園防火報(bào)警系統(tǒng)中，傳感器采用溫度傳感器、一氧化碳傳感器或者延誤傳感器，通過單片機(jī)控制檢測傳感器檢測到的數(shù)據(jù)，判斷是否有火災(zāi)發(fā)生或者火災(zāi)隱患。數(shù)據(jù)信息通過ZigBee無線通信協(xié)議傳送到路由節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)或者計(jì)算機(jī)控制報(bào)警系統(tǒng)。通過有線或者無線的方式將校園防火報(bào)警中央系統(tǒng)[8]與地方消防報(bào)警系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)聯(lián)動。電子圍欄主機(jī)產(chǎn)生、接收高壓脈沖信號，并在探測到圍欄觸網(wǎng)或者短路狀態(tài)下報(bào)警，報(bào)警信號傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心可以根據(jù)報(bào)警信號及時(shí)確定報(bào)警地點(diǎn)并采取相關(guān)措施。

ZigBee技術(shù)主要適合于工業(yè)控制、遠(yuǎn)程控制和傳感領(lǐng)域。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)微小的傳感器之間相互通信。ZigBee技術(shù)的較低數(shù)據(jù)速率以及較小通信范圍的特點(diǎn)決定該技術(shù)適合于完成傳輸數(shù)據(jù)流量小的任務(wù)[9，10]。

7 結(jié) 語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，為高校校園的安防系統(tǒng)建設(shè)提供了根本的解決方案與技術(shù)實(shí)現(xiàn)。以某高校為系統(tǒng)設(shè)計(jì)對象，該校已經(jīng)完成了RFID系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了門禁管理、圖書館借閱等多項(xiàng)功能。采用網(wǎng)絡(luò)攝像頭對學(xué)校部分重要區(qū)域及偏僻區(qū)域進(jìn)行了7*24小時(shí)監(jiān)控。另外，對已有的安全監(jiān)控系統(tǒng)和防火報(bào)警系統(tǒng)也將進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的改造。多個(gè)應(yīng)用方面引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，逐步建設(shè)一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息化綜合監(jiān)控平臺，創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定、安全的校園環(huán)境。

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