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【摘 要】随着大学逐年扩大招生规模，在校大学生的人数日益增加，各类校园的突发事件也在增加，传统高校的安防系统很难应对当前对安全的需求，因此有效提高校园安防的预警性、安全性、可靠性、精确性、自动性尤为重要，该文以物联网为核心，以无线射频识别RFID技术为主要载体，设计了一套高校安防系统，设计包含校园防盗系统、校园防火报警系统、校园门禁系统以及视频监控系统等，全面提高了高校安防系统的管理效率和实时的安全防护能力。
【關键词】RFID；物联网；传感器；高校安防系统
1. 引言
随着生产力的提高和科学技术的发展，未来的竞争是人才的竞争，社会对人才的需求与日俱增，发展高等教育、提高人口素质、促进科技创新作为国家发展的基本战略。高校每年招收规模逐年增加，为了适应增加的大学人数和更高的教育培养质量，高校校园大幅扩建，加上校内人员组成的复杂性，导致今年来高校内的突发事件成上升趋势，校园内火灾、盗窃、及暴力事件等屡见不鲜。在2016年间在全国范围内，在高校宿舍发生的火灾事故已报道的就有20余起，火灾发生原因有线路短路、手机及用电设备操作不当等，2015年底，清华大学化学系一实验楼内因化学实验发生火灾事故，一名博士后不幸身亡；在2016这年发生的多起高校校外人员盗窃学生笔记本和财务的案件，同时也发生了多起校内学生群殴或者社会人员在校园中殴打学生的事件。
为了保护高校内学生个人财产和公共财产安全，保障校内人员的人身安全，在整个高校校园内构建反应迅捷、安全可靠、稳定精确、自动预警的安防系统网络是非常必要的。在传统的校园安防中，校园防盗系统、校园安全巡检系统、校园防火报警系统、校园门禁系统、教务考勤系统以及视频监控系统等往往是互不关联、相互独立，对已发生事故及时有效处理存在局限性，又不能提前预警，同时也不能有效实现高校安防要求的信息融合及统一布局，很容易造成人员及设备等安防资源的浪费。因此，就越来越迫切地需要一种新型的、智能型的校园安防系统，本文基于RFID技术为核心，结合物联网技术，设计了一套高校安防系统，建立智慧校园安防系统物联网，正好为这些问题提供了好的解决方案。近些年来，各高校的校园网建设已日趋完善，各种数字化校园系统也逐步在建设完善，有些已经建成并正在使用，这些都为物联网的实施提供了良好的基础。
2 .高校安防系统的总体方案设计
高校安防系统根据功能分为很多子系统，分别为：防盗子系统、防火报警子系统、校园门禁子系统、以及视频监控子系统等。该系统是建立在校园网的基础上的，整合所有安防子系统的各项数据，对获取的各项数据进行挖掘深层的信息，建立统一的综合管理平台，为高校各方面的安全防护提供实时、精准的服务，及时防患于未然，保护高校人员的人身和财产安全，全面提升高校的安全防范水平。
高校安防系统是以物联网技术为核心，物联网是在互联网的基础上，通过嵌入了具有无线射频识别技术（RFID）、传感器技术、嵌入式智能技术或图像识别技术等智能传感设备，给每一个实体对象分配一个唯一的代码，按照协议标准，把物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的实物互联网。按照物理网特征，将高校安防系统划分为3个层次：感知层、网络层、及应用服务层。
感知层是物联网的硬件基础，是物联网的皮肤和五官，是获取原始信息的重要感知设备，用于识别物体和采集信息，是物联网的核心，关键技术为：RFID技术、二维码技术、NFC技术、传感器技术，主要设备包括各种读写器、激光扫描器、传感器、RFID标签以及GPS等，这些设备主要负责采集物联网所需的最底层数据。
网络层是把从感知层获取的信息通过有线或无线校园网络及ZigBee网进行实时、准确、可靠地进行处理和传递，并将这些信息迅速传递至应用层，同时可通过网络层实现用户与应用层之间的联系。
应用层是整个物联网中最重要的部分，先对网络层传输过来的数据进行存储，并将获取数据进行数据挖掘，实现数据的分析和处理，从而为各行各业的不同需求提供服务。应用层是由多种应用服务器按照一定功能组合而成，其中还包含数据链和数据库，主要是对从感知层获取的数据进行信息之间的分析、融合和转换，以及实现在用户层的适配和事件的触发等 ，同时在需要对终端设备实施控制时，应用层将完成用户发出的控制指令的生成和下发功能，经用户层处理后的数据能够通过因特网为全球用户服务。用户层为用户提供了物联网的多种应用接口，包括用户设备，客户端和各种服务界面等。
3 .系统中各部子系统原理分析
3.1 防盗子系统
校园防盗系统主要由监控中心和N个检测站点组成。检测站点由RFID模块、微控制器MCU和声光报警模块、GSM/GPRS模块组成：监控中心包括监控软件和数据库服务器。
系统利用RFID和GPRS技术对校园各出人站点进行实时监控，其应用原理如下：首先在校园各出入口安装RFID阅读器和天线，监控中心安装管理软件和数据库服务器：其次在贵重物品隐蔽处安装防拆式电子标签，同时给物品所有者配备一个电子标签，并与其名下所有物品标签关联，信息存于监控中心数据库中。当携带者通过出入站点时，RFID阅读器读取携带者及附着在物品上的电子代码EPC后，通过GPRS无线传输模块与Internet互联传送给监控中心，监控中心匹配物品与携带者身份信息。若两者信息匹配。系统记录正常出入信息，否则声光报警，提醒管理人員注意，同时记录报警信息，并通过GSM发送短信告知管理人员和物品所有者。
3.2 防火报警系统
防火预警系统采用了无线物联网ZigBee技术的，传统的监控系统常采用有线或人工预警，新的技术相对于传统技术，具有效率高、施工复杂度低、低功耗、低成本、延时短及组网灵活的优点。该防火报警系统由中央监控系统和局部监控系统组成，其中多个局部监控系统分布于校园内。局部监控系统包括协调器节点、传感器节点、计算机、报警设备和多层路由等。协调器节点与计算机相连，由路由节点对分布在校园有安全隐患场所配置传感器的子结点进行来回呼唤、检测数据，实现校园火灾隐患的早期报警。传感器节点采用新型烟雾、温度或一氧化碳传感器，实施将获取数据通过计算机网络传至计算机控制系统，控制系统根据对应数据判断是否有火灾隐患，通过无线通信协议ZigBee把相关数据传给路由节点，由其汇总给协调器节点乃至计算机，从而实现无线网络化的校园防火报警系统。通过有线的方式将分散的局部防火报警系统连接起来，组建成整体的校园防火报警系统，并汇聚形成校园防火报警中央监控系统。一旦发生火灾，校园防火报警系统可以通过多种方式报警，准确地确定火灾发生的位置可与消防部门联动，降低火灾损失。 3.3 校园门禁子系统
门禁子系统主要由三个层的设备构成，底层包括身份识别装置（RFID读卡器）、电子门锁、出门按钮、报警传感器和报警喇叭等；控制器用来接收底层设备采集来的人员信息，与服务器的数据库校验其授权情况后做出处理：庞大的門禁系统是将多个控制器、底层设备构筑的小系统通过通信总线与中央制计算机相联所组成。
RFID卡内保存了不同类型用户如教师、学生及校外协作单位人员的信息及其权限，对临时出入学校人员发放临时出如RFID卡，对不同用户RFID卡，其内信息、权限及外观均应在设计上有所区别。此外RFID卡还应同时考虑远距离及近距离非接触感应需求，如携带RFID卡的教职工出入办公场所时，在远距离自动被门禁系统感应并保存其出入信息。
RFID读卡器可安装在学校图书馆、办公楼、教学楼、宿舍及学校出入通道处，通过读取用户RFID卡内信息及其权限，传送到门禁控制端，门禁控制端通过网络层与应用层门禁管理系统数据库内信息进行匹配分析，传送指令到门禁控制系统，门禁控制端依据此进行该门禁放行与否的操作。门禁控制主要读取RFID读卡器获得的用户信息并传送到门禁管理系统，另一方面，接收门禁管理传送来的指令并执行信息显示、放行及关闭通道等操作门禁管理系统中一方面保存门禁出人人员及出入时间等信息；另一方面，对为携带RFID卡用户、非法闯入及超时逗留等异常情况进行及时提醒及警示，并对人员进入其无权限区域进行警告。对于非RFID人员门禁尾随他人进入或在敏感区域滞留等情况，则需将门禁系统与视频监控信息相结合进行事件检测和判断，并对门禁尾随和非权限敏感区域滞留事件一旦发现即刻报警。
3.4 视频监控子系统
视频监控子系统使用宽带网络提供声音、图像和各种报警信号，能够实现远距离采集、传输、储存与处理。视频监控子系统不仅具有摄录像功能，还能根据编组的读卡器读到相关信息进行相应处理，当与摄像头编组的读卡器读取到RFID标签时，该摄像头将会自动采集当前帧（画面），进行预处理后保存为图片，并通过网络发送到服务器；可以实现自动警报，一旦发现非法电子标签ID号进入特殊区域时，系统将自动发送一条包含报警时间、报警地点的报警短信给该电子标签的持有人，并将画面信息和相关证据存入服务器；可以实现查询历史记录，根据特定条件。
该系统同时也可以对区域外围实现检测及防御，先对区域外围进行智能分析检测，可对外围徘徊人员进行语音警告，并对翻越人员进行有效防御，采取智能检测可有效避免误检和漏检，通过软件智能分析可有效区分人员或动物干扰；过渡区检测及防御一一对位于核心区域与外围防御区之间的过渡区采取跟踪定位，当外围区域被侵入时快速定位侵入人员并采取相应措施对其进行防御，同时可结合视频监控设备对其进行抓拍；核心区域防御一一此功能包括门窗的检测防御，以及重要区域的紧急防御，同时对该区域的重要出入口实施缓冲措施；备用电源功能一一确保供电失常情况下，系统仍能保持一段时间的正常使用，使通讯畅通无阻，有效避免非法人员企图通过中断电源来入侵系统。
4 .总结与展望
本文针对智慧的高校安防系统总体方案及其实现方式进行了研究，充分考虑安防系统设计原则及发展趋势，充分利用了物联网技术，以实现校园安防的智能性、快速性、有效性及安全性，克服了以往安防系统仅停留在“安”的不足，兼顾了事先“预防”的需求。
参考文献：
[1]王秀平.基于物联网技术的校园安防系统设计[J].实验技术与管理，2011，28（8）：103-106.
[2]楊丙根.物联网在平安校园建设中的应用[J].无锡商业职业技术学院学报，2010，10（3）：93—95.
[3]叶忠杰，赵俊波.基于物联网技术的校园综治安全系统研究[J].现代电子技术，2012，35（22）：51-54.
[4] SE良民，熊书明.物联网工程概论[M].北京：清华大学出版社，2011：9.
[5]薛燕红.物联网技术及应用[M].北京：清华大学出版社。2012：96.
【關键词】RFID；物联网；传感器；高校安防系统
1. 引言
随着生产力的提高和科学技术的发展，未来的竞争是人才的竞争，社会对人才的需求与日俱增，发展高等教育、提高人口素质、促进科技创新作为国家发展的基本战略。高校每年招收规模逐年增加，为了适应增加的大学人数和更高的教育培养质量，高校校园大幅扩建，加上校内人员组成的复杂性，导致今年来高校内的突发事件成上升趋势，校园内火灾、盗窃、及暴力事件等屡见不鲜。在2016年间在全国范围内，在高校宿舍发生的火灾事故已报道的就有20余起，火灾发生原因有线路短路、手机及用电设备操作不当等，2015年底，清华大学化学系一实验楼内因化学实验发生火灾事故，一名博士后不幸身亡；在2016这年发生的多起高校校外人员盗窃学生笔记本和财务的案件，同时也发生了多起校内学生群殴或者社会人员在校园中殴打学生的事件。
为了保护高校内学生个人财产和公共财产安全，保障校内人员的人身安全，在整个高校校园内构建反应迅捷、安全可靠、稳定精确、自动预警的安防系统网络是非常必要的。在传统的校园安防中，校园防盗系统、校园安全巡检系统、校园防火报警系统、校园门禁系统、教务考勤系统以及视频监控系统等往往是互不关联、相互独立，对已发生事故及时有效处理存在局限性，又不能提前预警，同时也不能有效实现高校安防要求的信息融合及统一布局，很容易造成人员及设备等安防资源的浪费。因此，就越来越迫切地需要一种新型的、智能型的校园安防系统，本文基于RFID技术为核心，结合物联网技术，设计了一套高校安防系统，建立智慧校园安防系统物联网，正好为这些问题提供了好的解决方案。近些年来，各高校的校园网建设已日趋完善，各种数字化校园系统也逐步在建设完善，有些已经建成并正在使用，这些都为物联网的实施提供了良好的基础。
2 .高校安防系统的总体方案设计
高校安防系统根据功能分为很多子系统，分别为：防盗子系统、防火报警子系统、校园门禁子系统、以及视频监控子系统等。该系统是建立在校园网的基础上的，整合所有安防子系统的各项数据，对获取的各项数据进行挖掘深层的信息，建立统一的综合管理平台，为高校各方面的安全防护提供实时、精准的服务，及时防患于未然，保护高校人员的人身和财产安全，全面提升高校的安全防范水平。
高校安防系统是以物联网技术为核心，物联网是在互联网的基础上，通过嵌入了具有无线射频识别技术（RFID）、传感器技术、嵌入式智能技术或图像识别技术等智能传感设备，给每一个实体对象分配一个唯一的代码，按照协议标准，把物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的实物互联网。按照物理网特征，将高校安防系统划分为3个层次：感知层、网络层、及应用服务层。
感知层是物联网的硬件基础，是物联网的皮肤和五官，是获取原始信息的重要感知设备，用于识别物体和采集信息，是物联网的核心，关键技术为：RFID技术、二维码技术、NFC技术、传感器技术，主要设备包括各种读写器、激光扫描器、传感器、RFID标签以及GPS等，这些设备主要负责采集物联网所需的最底层数据。
网络层是把从感知层获取的信息通过有线或无线校园网络及ZigBee网进行实时、准确、可靠地进行处理和传递，并将这些信息迅速传递至应用层，同时可通过网络层实现用户与应用层之间的联系。
应用层是整个物联网中最重要的部分，先对网络层传输过来的数据进行存储，并将获取数据进行数据挖掘，实现数据的分析和处理，从而为各行各业的不同需求提供服务。应用层是由多种应用服务器按照一定功能组合而成，其中还包含数据链和数据库，主要是对从感知层获取的数据进行信息之间的分析、融合和转换，以及实现在用户层的适配和事件的触发等 ，同时在需要对终端设备实施控制时，应用层将完成用户发出的控制指令的生成和下发功能，经用户层处理后的数据能够通过因特网为全球用户服务。用户层为用户提供了物联网的多种应用接口，包括用户设备，客户端和各种服务界面等。
3 .系统中各部子系统原理分析
3.1 防盗子系统
校园防盗系统主要由监控中心和N个检测站点组成。检测站点由RFID模块、微控制器MCU和声光报警模块、GSM/GPRS模块组成：监控中心包括监控软件和数据库服务器。
系统利用RFID和GPRS技术对校园各出人站点进行实时监控，其应用原理如下：首先在校园各出入口安装RFID阅读器和天线，监控中心安装管理软件和数据库服务器：其次在贵重物品隐蔽处安装防拆式电子标签，同时给物品所有者配备一个电子标签，并与其名下所有物品标签关联，信息存于监控中心数据库中。当携带者通过出入站点时，RFID阅读器读取携带者及附着在物品上的电子代码EPC后，通过GPRS无线传输模块与Internet互联传送给监控中心，监控中心匹配物品与携带者身份信息。若两者信息匹配。系统记录正常出入信息，否则声光报警，提醒管理人員注意，同时记录报警信息，并通过GSM发送短信告知管理人员和物品所有者。
3.2 防火报警系统
防火预警系统采用了无线物联网ZigBee技术的，传统的监控系统常采用有线或人工预警，新的技术相对于传统技术，具有效率高、施工复杂度低、低功耗、低成本、延时短及组网灵活的优点。该防火报警系统由中央监控系统和局部监控系统组成，其中多个局部监控系统分布于校园内。局部监控系统包括协调器节点、传感器节点、计算机、报警设备和多层路由等。协调器节点与计算机相连，由路由节点对分布在校园有安全隐患场所配置传感器的子结点进行来回呼唤、检测数据，实现校园火灾隐患的早期报警。传感器节点采用新型烟雾、温度或一氧化碳传感器，实施将获取数据通过计算机网络传至计算机控制系统，控制系统根据对应数据判断是否有火灾隐患，通过无线通信协议ZigBee把相关数据传给路由节点，由其汇总给协调器节点乃至计算机，从而实现无线网络化的校园防火报警系统。通过有线的方式将分散的局部防火报警系统连接起来，组建成整体的校园防火报警系统，并汇聚形成校园防火报警中央监控系统。一旦发生火灾，校园防火报警系统可以通过多种方式报警，准确地确定火灾发生的位置可与消防部门联动，降低火灾损失。 3.3 校园门禁子系统
门禁子系统主要由三个层的设备构成，底层包括身份识别装置（RFID读卡器）、电子门锁、出门按钮、报警传感器和报警喇叭等；控制器用来接收底层设备采集来的人员信息，与服务器的数据库校验其授权情况后做出处理：庞大的門禁系统是将多个控制器、底层设备构筑的小系统通过通信总线与中央制计算机相联所组成。
RFID卡内保存了不同类型用户如教师、学生及校外协作单位人员的信息及其权限，对临时出入学校人员发放临时出如RFID卡，对不同用户RFID卡，其内信息、权限及外观均应在设计上有所区别。此外RFID卡还应同时考虑远距离及近距离非接触感应需求，如携带RFID卡的教职工出入办公场所时，在远距离自动被门禁系统感应并保存其出入信息。
RFID读卡器可安装在学校图书馆、办公楼、教学楼、宿舍及学校出入通道处，通过读取用户RFID卡内信息及其权限，传送到门禁控制端，门禁控制端通过网络层与应用层门禁管理系统数据库内信息进行匹配分析，传送指令到门禁控制系统，门禁控制端依据此进行该门禁放行与否的操作。门禁控制主要读取RFID读卡器获得的用户信息并传送到门禁管理系统，另一方面，接收门禁管理传送来的指令并执行信息显示、放行及关闭通道等操作门禁管理系统中一方面保存门禁出人人员及出入时间等信息；另一方面，对为携带RFID卡用户、非法闯入及超时逗留等异常情况进行及时提醒及警示，并对人员进入其无权限区域进行警告。对于非RFID人员门禁尾随他人进入或在敏感区域滞留等情况，则需将门禁系统与视频监控信息相结合进行事件检测和判断，并对门禁尾随和非权限敏感区域滞留事件一旦发现即刻报警。
3.4 视频监控子系统
视频监控子系统使用宽带网络提供声音、图像和各种报警信号，能够实现远距离采集、传输、储存与处理。视频监控子系统不仅具有摄录像功能，还能根据编组的读卡器读到相关信息进行相应处理，当与摄像头编组的读卡器读取到RFID标签时，该摄像头将会自动采集当前帧（画面），进行预处理后保存为图片，并通过网络发送到服务器；可以实现自动警报，一旦发现非法电子标签ID号进入特殊区域时，系统将自动发送一条包含报警时间、报警地点的报警短信给该电子标签的持有人，并将画面信息和相关证据存入服务器；可以实现查询历史记录，根据特定条件。
该系统同时也可以对区域外围实现检测及防御，先对区域外围进行智能分析检测，可对外围徘徊人员进行语音警告，并对翻越人员进行有效防御，采取智能检测可有效避免误检和漏检，通过软件智能分析可有效区分人员或动物干扰；过渡区检测及防御一一对位于核心区域与外围防御区之间的过渡区采取跟踪定位，当外围区域被侵入时快速定位侵入人员并采取相应措施对其进行防御，同时可结合视频监控设备对其进行抓拍；核心区域防御一一此功能包括门窗的检测防御，以及重要区域的紧急防御，同时对该区域的重要出入口实施缓冲措施；备用电源功能一一确保供电失常情况下，系统仍能保持一段时间的正常使用，使通讯畅通无阻，有效避免非法人员企图通过中断电源来入侵系统。
4 .总结与展望
本文针对智慧的高校安防系统总体方案及其实现方式进行了研究，充分考虑安防系统设计原则及发展趋势，充分利用了物联网技术，以实现校园安防的智能性、快速性、有效性及安全性，克服了以往安防系统仅停留在“安”的不足，兼顾了事先“预防”的需求。
参考文献：
[1]王秀平.基于物联网技术的校园安防系统设计[J].实验技术与管理，2011，28（8）：103-106.
[2]楊丙根.物联网在平安校园建设中的应用[J].无锡商业职业技术学院学报，2010，10（3）：93—95.
[3]叶忠杰，赵俊波.基于物联网技术的校园综治安全系统研究[J].现代电子技术，2012，35（22）：51-54.
[4] SE良民，熊书明.物联网工程概论[M].北京：清华大学出版社，2011：9.
[5]薛燕红.物联网技术及应用[M].北京：清华大学出版社。2012：96.