物联网技术在公共安全领域的应用初探

张伟 （天津市公安局北辰分局 天津300400）

庞博 （天津市公安局科技处 天津300040）

梁海鹏 （天津市英万科技有限公司 天津300384）

物联网技术在公共安全领域的应用初探

张伟 （天津市公安局北辰分局 天津300400）

庞博 （天津市公安局科技处 天津300040）

梁海鹏 （天津市英万科技有限公司 天津300384）

物联网被普遍认为是世界信息产业在计算机、互联网与移动通信之后的下一步发展方向。分析了物联网的概念及特点，论述了物联网在中国的典型应用，最后提出物联网技术在公安机关各项工作中的应用。

物联网 特征方式 典型应用 公共安全

1 物联网概念

“物联网”（Intemet of Things），是指将各种信息传感设备，如红外感应器、射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）装置、激光扫描器、全球定位系统等装置与互联网结合起来，形成的一个巨大网络。其目的是让所有物品与网络连接在一起，方便识别和管理。物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的，其中非常重要的技术是RFID电子标签技术。

RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动标签组成、比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。在这个网络中，系统可以自动、实时地对物体进行识别、定位、追踪、监控，并触发相应事件。

2 物联网互联的几种方式

当前，业界比较认同的物联网互联方式有4种：红外感应器、射频识别（RF1D）装置、激光扫描器和全球定位系统。

2.1 射频识别（RFID）装置

RFID标签俗称电子标签，也称应答器（tag，transponder，responder），根据工作方式可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类，我们主要研究被动式RFID标签及系统。被动式RFID标签由标签芯片和标签天线或线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通讯。RFID标签中存储一个唯一编码，通常为64 bits、96 bits，甚至更高，其地址空间大大高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。当RFID标签进入读写器的作用区域，就可以根据电感耦合原理（近场作用范围内）或电磁反向散射耦合原理（远场作用范围内）在标签天线两端产生感应电势差，并在标签芯片通路中形成微弱电流。如果这个电流强度超过一个阈值，就将激活RFID标签芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读／写操作，微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。

2.2 红外感应器

红外感应系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成5类：辐射计，用于辐射和光谱测量；搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；红外测距和通信系统；混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。

工作原理包括8方面内容：①待测目标。根据待测目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。②大气衰减。待测目标的红外辐射通过地球大气层时，由于气体分子和各种气体以及各种溶胶粒的散射和吸收，将使得红外源发出的红外辐射发生衰减。③光学接收器。它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器。相当于雷达天线，常用是物镜。④辐射调制器。对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光，提供目标方位信息，并可滤除大面积的干扰信号。又称调制盘和斩波器，它具有多种结构。⑤红外探测器。这是红外系统的核心。它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器，多数情况下是利用这种相互作用所呈现出来的电学效应。此类探测器可分为光子探测器和热敏感探测器两大类型。⑥探测器制冷器。由于某些探测器必须要在低温下工作，所以相应的系统必须有制冷设备。经过制冷，设备可以缩短响应时间，提高探测灵敏度。⑦信号处理系统。将探测的信号进行放大、滤波，并从这些信号中提取出信息。然后将此类信息转化成为所需要的格式，最后输送到控制设备或者显示器中。⑧显示设备。这是红外设备的终端设备。常用的显示器有示波器、显象管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。

2.3 全球定位系统

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，其主要特点为：全球、全天候工作；定位精度高，单击定位精度优于lore，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级；功能多，应用广，在安装了接收导航卫星芯片的物品中，不仅可以实现对物品的实时定位，更能给物联网中的物品提供统一的时间基准。目前，全球定位系统对物联网的贡献主要有两点：

2.3.1 扩展导航功效 GPS技术和北斗导航技术都能够为用户提供精度较高的定位服务，是把物品数字化的重要信息之一，在现实生活中它有着十分广泛的应用前景。空间定位技术可以使驾驶员正确快速地找到目的地，而如果我们将物联网的概念施加到空间定位技术中，则可以极大地扩展空间定位技术的应用范围，例如，通过对道路车辆行车数量与行车状态的监视与分析，我们就可以得到道路的使用率，当使用率过高而影响行车质量时，说明道路需要扩展以缓解交通压力。又如，对比车辆的行车路线，可以方便、实时地知晓道路的新增资讯，并且通过对数据的处理，可以测出道路的宽度、等级等大体数据。

2.3.2 智能化的购物体验 通过定位系统的应用，可以知道用户的实时状态与具体位置，当用户进入商场时，可以向他提供该商场的热卖产品，通过对用户所停留的柜台进行分析，就能够预测他所感兴趣的商品种类，通过对其点击广告后的行为分析，就能够得知广告效果等。

在这些数据处理之后，一个新的、近于理想化的广告效果出现在用户面前，用户能够得到他真实想要的“购物资讯”，而不是“广告”，更不是那些干扰用户耳目的垃圾广告。不仅如此，由于产品本身都有着自己的定位，所以广告一般只针对特定的用户群体，而通过平台，可以对不同的用户投放具有针对性的广告。

2.4 激光扫描器

激光扫描器是一种光学距离传感器，用于危险区域的灵活防护，通过出入控制，实现访问保护。通过发射无害激光和连续分析反射，该扫描器可根据编程的保护区域，检测其中的人和物，并进行反应。激光扫描器的扫描方式有单线扫描、光栅式扫描和全角度扫描3种方式。激光手持式扫描器属单线扫描，扫描首读率和精度较高，扫描宽度不受设备开口宽度限制；卧式激光扫描器为全角扫描器，其操作方便，操作者可双手对物品进行操作，只要条码符号面向扫描器，不管其方向如何，均能实现自动扫描，超级市场大都采用这种设备。激光扫描工作原理为：当用户触动电源开关或相应的设备使扫描器通电后，VLD发出红光激光束，穿过扩束透镜被扩束，射到可摆动的反射镜表面反射到条码上形成一个激光点。当反射镜摆动时，根据光学反射原理条码上的激光点位置发生变化、反射镜连续摆动，那么会在条码上看到一条红色的激光线，这是视觉暂留现象所致。条码的表面较粗糙，照在条码上的激光点发生反射，条和空的反射强度是不同的，漫反射的光射到反射镜上，再由反射镜反射向集光器，由集光器集光，由滤光镜滤掉杂散自然光射入光敏二极管，产生光电感应信号，再经放大，整形译码，变成有用信息，传输到主机中。

3 物联网不同于互联网的特征

物联网是在互联网基础上产生的，它是互联网的延续和发展，是互联网的更高形态，它的存在不能脱离互联网。互联网解决了人与人之间的信息交换，而物联网解决的是物与物、物与人之间的信息交换。

3.1 地址庞大性

互联网的终端节点是有限的，通常一个人使用两台计算机终端，每个终端分配一个IP地址，那么全球也就不超过几十亿个地址。而物联网就不同了，它是将每个物品都分配一个IP地址，那就非常庞大了，一个人有手机、电脑、电视、洗衣机、空调、汽车等，相当于一个人就需要占用几十个IP地址，那么全球就需要几千亿个IP地址。目前，通常使用的IPv4远远不能满足要求，必须要使用IPv6来进行解决。IPv6是“Internet Protocol Version 6”的缩写，它是IETF设计的用于替代现行版本IP协议IPv4的下一代IP协议。单从数字上来说，IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约8×1028倍，达到（2128-1）个。这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。通常说，IPv4实现的只是人机对话，而IPv6则扩展到任意事物之间的对话，它不仅可以为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等。

3.2 使用便捷性

物联网是将所有的物连接起来，它可以解决人对物的无线操作和远程控制。最为典型的就是在家庭中的应用。例如，在我国北方地区，冬季都会通过暖气进行供暖。通常上班时间家里都没有人，可暖气却一直在供暖，造成热力的极大浪费，而在单位也存在着同样的现象，晚间的供暖也是极大的浪费。物联网的出现就可以解决这一问题，人们可以通过手机来控制家中或单位的暖气何时开始供暖、何时停止供暖，大大减少热力的浪费。又如，在传统的农业上，浇水、施肥、打药，农民全凭经验、靠感觉，而通过物联网可以精准的控制农业耕种的每一步骤，温度、湿度、光照、二氧化碳浓度是否合适，可以直接通过远程传感信息进行上报，农民可以通过物联网再控制喷水、开风口及天窗的开启。物联网带来的便捷性可能远远超过我们的想象，许多需要人工操作或亲临现场的工作都可用物联网来远程操作，大大减少了人工的成本。

3.3 类型多样性

物联网不同于互联网，它存在着大量不同种类的物品问题，每一类物品都有单独的一类编码，编码的种类远远超过现有的手机、计算机的编码类型。由于物联网是将所有物连接起来，每个物品都有一个唯一的ID号，即产品电子代码（EPC代码），它为每一件物品建立全球的、开放的标识，实现全球范围内对单件物品的跟踪与追溯。每件物品的所有信息都包含在此标识中，这是物联网所特有的。同时，将每件物品进行标识是实现物联网相关应用的基础，并且在每件物品的标识上再进行聚类，实现一小类物品的标识，一小类物品的标识再聚类实现一大类的标识，最终实现树形结构后与互联网连通。所以说物联网中的ID标识类型是非常繁杂和多样的。

3.4 安全风险高

物联网对互联网的依赖性很高，在物联网中存在的安全风险要比互联网中大许多。在互联网中，病毒攻击、黑客入侵和非法访问会对互联网用户造成损害。而在物联网上，黑客、病毒或恶意软件如果破解了密钥，攻破了我们的防火墙和安全防范技术，掌控了和人身生命、健康、财产安全密切相关的如身份证、银行卡、社保卡等重要物品信息，就会造成对他人人身、财产和隐私权的严重侵害。这种侵害远远要高于在互联网中的安全威胁，它可以导致现实财物的窃取丢失等现象的发生。例如：如果黑客破解了用户的住宅密钥，就可以通过物联网打开用户的家门进入，随意窃取物品。所以说，物联网在安全方面风险等级远远高于互联网中的风险等级。

4 物联网技术的典型应用

4.1 基于物联网的多媒体集群调度指挥系统

物联网技术与地理信息系统（GIS）相结合，在物联网中引入城市平面地图和立体地理位置信息，研究产生适用于公安系统的多媒体集群调度指挥系统。利用这样一个系统，可以实现警力资源的高效合理调度与充分使用；有效降低公安在突发事件和群体事件上的反应时间，使公安警力在最短的时间内响应并到达现场，处理各种刑事、民事和交通案件；系统还可以提供综合集成利用全球地理信息系统实现快速查找位置与快速定位。此外，系统考虑与常规和集群综合通信设备的对接，由此达到对固定图像与实时图像的流畅传输，为公安指挥中心提供案件发生地的实时图像信息，能够实时查看到警力的行动过程和所处案发环境，把现场以及周边道路的图像传输到指挥中心，这样就可以实现对案件发生地的全方位多角度的监控及多媒体指挥调度，从而制定出最合适的应急预案。整个指挥调度过程建立在基于全球地理信息系统（GIS）的平面和立体相结合的真实场景中，达到实时、清晰、真实地展示模拟现实效果。实现指挥中心与基层警力之间实时、直接地顺畅沟通，有效帮助指挥中心正确判断案情现场，提出合理高效的正确处置方案，为建立区域性基于全球地理信息系统（GIS）的公安多媒体指挥调度中心提供可行的解决方案，提高各级公安部门对基于物联网和全球地理信息系统（GIS）进行多媒体指挥调度的认识。系统还能在立体与平面地图之间自由切换，利于实战中方便观看和灵活指挥，以及研究立体环境下的警察驻地、案发现场、行动线路的部署、规划。各类信息查询及安全应急预案编制系统，对于突发重大案件的正确判断与指挥具有很重要的作用。

4.2 无锡物联网基地

不管是中国提出的“感知中国”，还是美国提出的“智慧地球”，就是利用IT技术，把铁路、公路、建筑、电网、供水系统、油气管道乃至汽车、冰箱、电视等各种物体连接起来形成一个“物联网”，再通过计算机和其他方法将“物联网”整合起来，人类便可以通过互联网精确而又实时地管控这些接入网络的设备，从而方便地从事生产、生活的管理，并最终实现“智慧的地球”这一理想状态。江苏无锡在物联网领域，已基本实现产业集群，引进并建立了中科院无锡物联网产业研究院，北京邮电大学、南京邮电大学等众多高校的传感网研发中心；同时，包括传感网硬件制造商、节点以及配件配套商、传感网系统工程公司、IBM、微软等在内的众多国际巨头也将进驻无锡，形成了无锡物联网基地。无锡物联网基地致力于：一是大力集成已有的技术和产业联盟，积极打造中国的物联网产业中心；二是将继续加大包括传感器、传输网络及集成服务在内的物联网三大核心技术的产业化力度；三是以应用为先导，在城市信息化建设中大力发展物联网示范工程，计划在公共安全、城市环境、社区综合服务、综合管理等领域探索出安全运行，居民便利生活方面的新模式。目前，无锡确立了14项物联网应用工程，分别为感知工业、无锡机场周界防入侵传感网、滨湖区医疗检测监护传感网、无锡220千伏西泾智能化变电站及锡山农博园传感网等。无锡物联网基地与湖南省合作了一个农业基地，在培育基地中，温度、湿度等一系列数据通过网络传送到系统，经分析和更新，利用电信的IPv6技术，以及传输网、传感器等相关技术的支持到达后台，实现农业基地的自动化控制。因此“物联网”将是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业的第三次浪潮。

5 物联网在公共安全领域中的应用初探

5.1 货币的物联网

全球卫星定位系统（GPS）、射频识别技术（RFID）等技术可以帮助公安机关实现对货币的监管工作，防止假钞、伪钞的出现，并且可以大大减少货币丢失给人们造成的损失。在货币中可以放入细小芯片，利用物联网GPS和RFID技术，就能监控到货币的流向，从而减少了货币丢失后对人们造成损失。例如，用户在丢失货币后可以马上挂失来减少自己的损失。此外，可以在货币生产时放入电子芯片，并且每个货币都有唯一的EPC（产品电子代码），它作为货币的ID号，就可以有效地杜绝假钞、伪钞的出现，就如二代身份证一样无法进行复制和伪造。通过物联网对货币实现的管理后，可以更好地推动公安机关对货币的监管工作，保障我国经济健康发展和社会稳定。

5.2 车辆的物联网

GPS,RFID、DSRC（专用微波短程通讯技术）等技术可以为车辆物联网管理提供高速采集、全环境动态监管的手段。2010年上海世博会园区车辆管理系统、南京特定车辆管理与治安防控体系和上海市营运车辆管理系统3项重大工程的建设均基于无源射频识别技术的区域性车辆安全监管系统，通过在车辆内安装射频电子装置作为车辆的“电子身份镜像”，使被标识车辆的静态身份信息与动态运行信息（时间和道路空间信息）有机地结合在一起。系统以车辆自动识别与认证服务为基础，实现在开放性道路交通环境下对车辆运行信息和事件信息的自动采集，提供满足不同应用环境的全天候涉车监管服务。该系统还能实现交通需求预设，路网资源的分配管理，交通流量自动统计，车辆运行状态的回溯、取证等功能，为公安警务以及交通、城建、环保、保险等社会行业提供涉车信息服务，相关成果将在更大范围内应用推广。

5.3 警员的物联网

采用物联网技术在门禁控制、会务保障和权限管理上的使用在公安系统已达到一定的规模。例如，可以通过身份胸牌对门禁系统实现管理。我们还可以利用物联网对警员实现定位管理，进而实现对警力动态调配和合理布置，体现立体化的指挥模式和警力优化。通过GPS、RFID等技术，实现警员的定位，利用警员定位软件，可以方便查找警员的位置，加大公安机关在警员方面的管控力度，优化公安机关的队伍建设。在外出办案行动中，借助警员定位技术，可以高效地完成任务，将歹徒尽快绳之以法。此外，在公安交通管理方面，如果某一地段出现交通拥堵或交通事故，可以借助物联网技术，定位最近的交警，快速合理调动警力资源疏导交通，将处理交通拥堵或交通事故的时间压缩到最短，从而确保良好的交通状况。

5.4 重点人群物品的物联网

RFID技术最突出的特点是无需“可视”读取，实现远距离自动识别，既可识别静止物品，也可识别运动物品。RFID标签内部存储的产品电子代码（EPC代码），为每一件物品建立了全球的、开放的标识，实现全球范围内对单件物品的跟踪与追溯，它包含了该件物品的所有信息，是单件物品的唯一身份识别ID。如果在人体内部植入芯片，利用RFID技术，可以实现公安机关对特殊人群、重点人群行踪的监管。此外，物联网的人体活动监测模块采用先进严密的人体运动监测算法，整合数字集成电路处理技术，使用特殊布线集成电路组装，探测距离0～5 m可调。例如，当有特殊人群接近ATM机时，就可以准确告警并开启录像进程。另外，在金融单位、文物保护单位等的重点物品的监管中，使用带有温度、烟雾、湿度、加速度、行为分析等传感能力的技术系统，利用无线射频身份识别技术，可以轻松实现对重要物品的监管。

6 结束语

物联网技术经历了从概念到技术、从技术到产业的转变，今后这些技术还将不断完善推陈出新，推广到各行各业的丰富应用中，在中国会有很大的发展空间。物联网技术在世博会、无锡基地等的应用，再次证明了其智能性。随着物联网技术的快速发展，在不久的将来，必将引起我国公安机关信息化的重大变革，将物联网关键技术与公安业务工作相结合，研制出新型的公安业务应用模型，将显著提升公安信息化水平和智能化管理，进一步增强公安机关服务社会和保障人民安全的能力。■

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[7]警务通服务上海数万民警TD与物联网携手打造“平安世博”[EB/O L]．http：//sh.xinmin.cn/minsheng/2010/09/09/674 5500.htm1.2010-10-11.

2012-07-09