基于物联网的校园安防系统结构设计

周江迪

摘 要：随着我国教育事业的不断发展扩大，校园安全事件频发，校园的安全性、智能化面临着严峻考验，因此文中在现有校园安防体系的基础上进行分析，提出基于物联网技术的“智能安防系统”，以加强校园的安全防卫工作，大力促进“平安高校”的建设。文中介绍了用于实现基于物联网的校园安防系统的特点及发展趋势，详细阐述了基于物联网的校园安防系统的网络构架、系统组成及整套设计方案。

关键词：物联网；校园安防系统；火情自动报警；宿舍防盗

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）04-00-02

0 引 言

近年来，发正在各大高校的威胁学生权益的事故基本分为校园内的恶性人生侵害事件、踩踏事件、宿舍火灾事件等方面，客观反映出校园安全存在的问题。

校園出入。目前绝大多数的校园出入口以及寝室的门禁无论是人行入口还是机动车入口大多数仍采用人工管理方式，无法及时对出入人员进行身份验证。虽然在个别公共场所如图书馆等地安装了应用无源RFID近距离射频识别技术（需要触碰）的自动识别系统，但由于人员流动量大、行进缓慢、持非本人卡等问题的限制，有些系统已被闲置。使得外来非法人员、可疑商贩可自由进入校园甚至学生寝室而不被发现。

校园内的视频监控。校园中很多主要“安全位置”的流动通道和重要公共场所出入口等位置的视频监控大多只能记录片面位置，存在监控死角，且过程中的画面无法实现动态捕捉，没有加入人脸识别等已经成熟的技术，因此无法提供全面的活动信息，无法实现自动异常筛选。此举大大降低了“视频监控”的准确性、及时性，只能在事故发生后进行手动回放操作，增加了监控人员的工作量及劳务开支。

险情预警。目前校园对于火灾预警的执行力度比较大，尤其在教学楼，图书馆等公共场合随处可见火灾报警系统的触发器、防火卷帘等硬件设备，而寝室里违章用电的处罚力度也很大。这些手段都极大地避免了火险灾害造成的损失，但还没有形成完整的预警体系。视频监控、火险探测器、报警器人员疏散等没有实现一体化，相互之间无法智能联动，导致漏报、误报的问题得不到有效解决。

通过基于物联网的校园安防系统可以解决以下问题：

（1）火情自动报警；

（2）智能门禁；

（3）防盗系统自动报警。

1 系统网络构架

随着物联网技术的发展，学校的安防系统越来越趋于智能化、信息化、集成化。学校通过对学校宿舍、教学楼等建筑安装传感器、无线传输设备等来提高学校的安全系数，减少因安防不到位等原因造成的不必要的生命和财产损失。针对上述需求，基于物联网的校园安防系统可分为火情自动报警系统、防盗自动报警系统、智能门禁系统、视频监控系统。系统构成如图1所示。

各系统之间不能被单独分割出来，而单独工作的系统无法提供校园安防的各项功能。只有每个系统相互连接，建立一个完整的体系网络才能体现基于物联网的校园安防系统的真正价值。其网络设计如图2所示。

1.1 火情自动报警网络

通过ZigBee进行传感网络的搭建，收集温度、烟雾等数据，传输到ARM端进行数据存储及分析，如果温度或烟雾浓度达到一定程度后，则控制楼宇总闸断电并报警提醒学生撤离。

1.2 智能门禁网络

通过RFID等技术，采集宿舍内人员的进出情况，上传至数据库，以实时记录宿舍人员的变动。

1.3 防盗自动报警网络

将通过红外检测以及宿舍进出管理系统采集的宿舍内人员情况数据传输到服务器端进行处理。控制非法人员进入，最大限度保障宿舍的安全。

1.4 视频监控网络

通过“物联网”手段汇聚视频采集到的各种信息，并将其上传至数据库，组成庞大的视频监控网络。

2 系统设计方案

2.1 火情自动报警系统

通过MQ-2气体传感器和温湿度传感器检测每个楼层各位置的烟雾、温度等情况。再通过ZigBee终端节点传输至协调器，由协调器通过串口传送至上位机。上位机再将数据记录到数据库中，并实时检测数据是否异常，如有异常，则关闭楼宇总闸并报警。

2.2 智能门禁系统

由于目前大多数采用无源RFID近距离射频识别技术需要“刷卡”会产生诸多弊端，因此我们使用有源RFID产品。该产品在原工作原理上进行（超高频433 MHz，微波2.45GHz和5.8 GHz）远距离自动识别。可以大大提高识别距离及人流行进速度。且在宽度较大的出入口将形成类似超市“防损门”样式的无障碍通行门，将大股人流分为多个并肩跨度在1～2人的小股人流以分开探测。可以有效定位而不会影响学生的流动速度。且“合法通行”的概念也要转变，传统模式下的“合法通行”即身份验证合法后，通过短暂打开机械围栏让行人通过的方式虽然效率相比古老的人力核对信息要高很多，但是却算不上智能门禁！在新的思路下，我们仅关注所谓的“非法”，就如超市“防损门”，即只在未消磁物品通过时才报警，正常合法情况下不会启动报警机制。所以我们将大股人流化为小股人流分开检测，并增添了红外线感应器，当感应器感应到人体红外光谱的变化时，自动接通负载（即RFID射频识别），如果合法则不采取任何措施，反之则启动报警机制。这样我们重点关注的就是“非法”而并非每一位同学。

2.3 防盗系统自动报警

防盗系统从智能门禁系统中获取宿舍内的人员出入信息，当宿舍内所有人员都已外出时，宿舍内就会运行基于红外的人体检测模块，当有人员入侵时，自动报警并锁定门窗，以保证宿舍内的财产安全。

2.4 智能监控系统

传统意义下的监控系统即在人为选取的重点检测位置（交通要道，公共场合等）固定架设监控器，24小时不间断录像并在监控室采用人力方式监督。该模式不但消耗了大量人力资源，还存在监控区域死角，及人为监督实时性不足，大多只能事后调取等问题。 而智能监控系统采用图像处理、模式识别和计算机视觉技术，通过在监控系统中增加智能视频分析模块，借助计算机强大的数据处理能力过滤掉视频画面无用或干扰信息，自动识别不同物体，凭借人脸识别等功能分析抽取视频源中的关键信息，快速、准确的定位现场数据，判断监控画面中出现的异常情况，并以最快和最佳的方式发出警报或触发其它动作，从而有效进行事前预警，事中处理，事后及时取证的全自动、全天候、实时监控的智能系统。

3 结 语

基于物联网的校园安防系统可以运用当下十分成熟的技术，使校园安全监测变得更智能化，以最大限度减少校园危险和突发事件的发生。

参考文献

[1] David FlowersYifeng Yang. MiWi无线网络协议[Z].Microchip Technology Inc，2007.

[2]魏洪兴，胡亮，曲学楼. 嵌入式系统设计与实例开发实验教材[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]周立功. ARM&Windows CE实验与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[4]张文祥，李志军，张智勇，等.基于物联网的监控系统设计[J].物联网技术，2016，6（5）：79-80.

[5]韩万强，史少辉，吴海滨，等.基于RFID无线传感网智能安防系统的设计[J].物联网技术，2014，4（3）：10-13.

[6]裴浩.基于物联网的校园视频监控系统设计[J].电脑知识与技术，2014（6x）：3996-4000.

[7]褚文杰，杨楠.校园网络监控系统的设计[J].物联网技术，2015，5 （4）：99-100.

[8]郭汝静，申庆超，胡松，等.基于ZigBee的智能安防系统设计[J].物联网技术，2016，6（2）：29-30.