物聯(lián)網(wǎng)背景下校園智能安防平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

1、    物聯(lián)網(wǎng)背景下校園智能安防平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)    張恒維于合龍連文聰高延輝摘  要： 針對校園目前存在的安全隱患問題，以吉林某大學(xué)為研究對象，根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況和存在的問題，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、rfid技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)、圖像識別技術(shù)、目標(biāo)跟蹤技術(shù)設(shè)計并實(shí)現(xiàn)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的校園智能安防平臺。平臺利用客戶端/服務(wù)器（client/server）模式對學(xué)校教學(xué)辦公單位、實(shí)驗(yàn)室、人員密集地點(diǎn)、主要街道進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與記錄，并將各個部位監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息通過校園網(wǎng)絡(luò)、安防專線網(wǎng)絡(luò)傳輸至系統(tǒng)服務(wù)器。當(dāng)有可疑人員、車輛出現(xiàn)或險情發(fā)生時，利用meanshift算

2、法進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)目標(biāo)、動態(tài)目標(biāo)的快速跟蹤定位，并會觸發(fā)系統(tǒng)報警裝置，形成聯(lián)動報警機(jī)制，使學(xué)校保衛(wèi)部門第一時間得到報警信息，真正實(shí)現(xiàn)校園安全監(jiān)控、管理、調(diào)度的一體化和智能化。關(guān)鍵詞： 安防平臺; 系統(tǒng)設(shè)計; 物聯(lián)網(wǎng); 數(shù)據(jù)傳輸; 實(shí)時監(jiān)控; 跟蹤定位中圖分類號： tn915.08?34                         文獻(xiàn)標(biāo)識碼： a                 

3、0;     文章編號： 1004?373x（2020）24?0174?04design and implementation of campus intelligent security platform underbackground of internet of thingszhang hengwei， yu helong， lian wencong， gao yanhui（jilin agricultural university， changchun 130118， china）abstract： in allusion to the current securi

4、ty risks in the campus， with a university in jilin province as the research object， a campus intelligent security platform based on the internet of things is designed and implemented according to the actual situation and existing problems of the school and by combining with the internet of things te

5、chnology， rfid technology， video surveillance technology， image recognition technology and target tracking technology. the platform is used to monitor and record the teaching offices， laboratories， densely populated locations and main streets in the school in real time by means of the client/server

6、mode， and the data information monitored by each part is transmitted to the system server through the campus network and special security network. when suspicious people and vehicles appear or dangerous situations occur， the meanshift algorithm is used for the target tracking， which can achieve fast

7、 tracking and positioning of static targets and dynamic targets， and the system alarm device is triggered to form a linkage alarm mechanism， which can make the school security department get the alarm information in the first time. it can realize the integration and intelligence of campus security m

8、onitoring， management and scheduling.keywords： security platform; system design; internet of things; data transmission; real?time monitoring; tracking and positioning安防系統(tǒng)是平安校園建設(shè)的重要技術(shù)保障和支撐，對維護(hù)校園安全穩(wěn)定、預(yù)防安全事故、提升安保效率等具有重要意義1。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，高校不斷加大對信息化布局、視頻監(jiān)控部署、云數(shù)據(jù)存儲等一系列安防設(shè)施的投入，使智慧校園建設(shè)初見成效，但仍存在不能對校園內(nèi)實(shí)際問題

9、進(jìn)行量體裁衣，以及目標(biāo)追蹤有安全漏洞等問題。本文以解決高?，F(xiàn)有的實(shí)際問題為目標(biāo)，利用meanshift目標(biāo)跟蹤、視頻識別等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的校園智能安防平臺。該系統(tǒng)全方位展現(xiàn)出高校內(nèi)智能安防情況，同時利用meanshift算法進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，解決門禁管理中存在的安全漏洞問題，很大程度上提高了校園安防系統(tǒng)的管理效率。1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計1.1  系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)智能安防平臺的主要目標(biāo)是完成大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理、反饋，能夠?qū)崟r監(jiān)測校園存在安全風(fēng)險隱患的重點(diǎn)部位，采用聯(lián)動觸發(fā)機(jī)制完成對發(fā)生的險情進(jìn)行預(yù)警和報警功能。校園智能安防平臺采用客戶端/服務(wù)器（client/ser

10、ver）模式，利用校園安防專網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，確保了校園安防平臺數(shù)據(jù)的安全性與實(shí)時性。本文按照物聯(lián)網(wǎng)層級結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)整體構(gòu)架2?3分為采集層、傳輸層、處理層、應(yīng)用層等4層，整體設(shè)計架構(gòu)如圖1所示。1.2  數(shù)據(jù)采集層的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集層的主要功能是為數(shù)據(jù)庫提供外部數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)校園智能安防平臺的遠(yuǎn)程監(jiān)測與聯(lián)動報警功能，在數(shù)據(jù)采集層中需要通過外部感知設(shè)備對環(huán)境及觸發(fā)報警信息進(jìn)行采集，其中，包括視頻監(jiān)控探頭、室內(nèi)紅外報警傳感器、交通測速傳感器、火災(zāi)煙霧傳感器等，通過聯(lián)動控制節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺的可視化聯(lián)動報警功能。采集層4主要分為傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計、聯(lián)動控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計和主控模塊設(shè)計。中控模塊設(shè)計如

11、圖2所示。1.3  數(shù)據(jù)傳輸層的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸層的主要功能是為用戶和系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)及接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)任意傳感設(shè)備通過聯(lián)動控制裝置與監(jiān)控設(shè)備連接5。當(dāng)外部傳感設(shè)備接收到火災(zāi)、超速、非法入侵等信息后，控制器將立即啟動與其聯(lián)動綁定的監(jiān)控設(shè)備，將信息反饋到數(shù)據(jù)中心報告管理員，同時發(fā)出對監(jiān)控設(shè)備強(qiáng)制拍攝的命令，確保事故現(xiàn)場的信息及時傳回指揮中心。1.4  數(shù)據(jù)處理層的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理層是系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)處理的重要部分，各級權(quán)限管理員的登錄信息、操作信息、感知設(shè)備數(shù)據(jù)信息，以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)維護(hù)都是在該層完成6。其主要任務(wù)是完成對各個子系統(tǒng)回傳數(shù)據(jù)的分析與處理功能，如煙霧傳感器、車

12、輛測速傳感器及紅外線報警等與視頻監(jiān)控聯(lián)動實(shí)現(xiàn)各類功能子系統(tǒng)，它們定時將設(shè)備狀態(tài)信息傳送至服務(wù)器進(jìn)行處理，將超出閾值的數(shù)據(jù)反饋給終端，形成預(yù)警。1.5  數(shù)據(jù)應(yīng)用層的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用層的主要功能是為用戶提供便捷友好的交互界面，其包括后臺客戶端和前臺客戶端。后臺客戶端功能是根據(jù)職能設(shè)定角色權(quán)限，從而實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的分級操作。前臺客戶端以pc端的方式進(jìn)行系統(tǒng)展示，用戶可根據(jù)自身需求調(diào)取數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)信息，同時對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行巡查，對出現(xiàn)異常的設(shè)備形成巡查報告發(fā)送至客戶端。2  關(guān)鍵技術(shù)2.1  目標(biāo)選取與檢測在校園內(nèi)主要場所安裝監(jiān)控設(shè)備，對校園內(nèi)各重要地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并選

13、取特定目標(biāo)進(jìn)行檢測，利用meanshift跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時跟蹤，及時消除各類不安全因素。若發(fā)生事故，可以第一時間將現(xiàn)場信息反饋到110指揮中心，確保校園保衛(wèi)部門及時處理。2.2  目標(biāo)跟蹤技術(shù)2.2.1  基于meanshift目標(biāo)跟蹤算法的基本原理meanshift算法7?8是一種迭代的算法，其跟蹤原理如圖3所示。圖中，空心圓點(diǎn)為中心點(diǎn);遍布的黑色實(shí)心圓點(diǎn)代表在移動過程中產(chǎn)生的窗口樣本點(diǎn);虛線圓圈代表密度估計窗口的大體范圍;有向箭頭表示樣本點(diǎn)相對于核函數(shù)中心點(diǎn)的漂移向量。其基本原理為先算出當(dāng)前點(diǎn)的偏移均值，移動該點(diǎn)到其相應(yīng)的偏移均值，然后再以此為新的起始點(diǎn)，繼續(xù)移動，直到

14、得到滿足需要的條件后方可結(jié)束。2.2.2  meanshift算法的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)在校園智能安防平臺中，需要對進(jìn)入校園的車輛進(jìn)行實(shí)時跟蹤及檢測，車輛在經(jīng)過門禁檢測系統(tǒng)之后，車輛照片及車牌號就會錄入系統(tǒng)，然后利用meanshift算法進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，實(shí)時監(jiān)控車輛在校園內(nèi)的位置，同時根據(jù)道路檢測系統(tǒng)對錄入系統(tǒng)中的車輛進(jìn)行道路檢測，若發(fā)現(xiàn)異常，會迅速定位可疑車輛，及時傳送到110報警中心。利用meanshift算法進(jìn)行目標(biāo)跟蹤的基本流程9如圖4所示。為驗(yàn)證meanshift算法在校園智能安防平臺系統(tǒng)中的目標(biāo)跟蹤情況，本文采取校園內(nèi)的車輛場景作為實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，采用開發(fā)平臺visio c+ 2010

15、實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)和圖像處理在matlab中完成，實(shí)現(xiàn)過程是將視頻改為圖片序列，當(dāng)視頻在第1幀時停止，手工標(biāo)定目標(biāo)，雙擊目標(biāo)區(qū)域，然后進(jìn)行單目標(biāo)跟蹤。如圖5所示，即為實(shí)驗(yàn)中的meanshift目標(biāo)跟蹤結(jié)果圖。圖底標(biāo)注的數(shù)字為每幅圖像所對應(yīng)的幀數(shù)，算法從第1幀開始手動選取目標(biāo)，然后選擇第50幀、100幀、150幀、200幀的實(shí)驗(yàn)圖進(jìn)行分析10。圖片截取來源于校園監(jiān)控視頻，當(dāng)目標(biāo)車輛進(jìn)入校園內(nèi)部時，就會對其進(jìn)行實(shí)時跟蹤。從圖中可以清晰地看到目標(biāo)移動的范圍及軌跡，從而達(dá)到對目標(biāo)進(jìn)行順利跟蹤。2.3  數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)由于校園視頻監(jiān)控和技防傳感設(shè)備的廠商、批次型號存在不同，且要實(shí)現(xiàn)對不同設(shè)備的兼容，系統(tǒng)

16、采用分布式管理方式，將傳感器數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳入數(shù)據(jù)庫，其包括信息存儲模塊、消防聯(lián)動報警模塊、道路交通測速報警模塊、門禁聯(lián)動報警模塊以及110指揮中心模塊。在實(shí)時監(jiān)測時會根據(jù)事件類型判斷參數(shù)是否超出閾值范圍，若超出，數(shù)據(jù)將變?yōu)榧t色記錄下來并發(fā)出報警信息。數(shù)據(jù)庫e?r圖如圖6所示。3  系統(tǒng)展示3.1  pc端的實(shí)現(xiàn)本文系統(tǒng)包括綜合管理平臺、消防聯(lián)動管理模塊、門禁監(jiān)控管理模塊及道路檢測管理模塊四部分。其中，綜合管理平臺完成系統(tǒng)整體設(shè)置、監(jiān)控及調(diào)度;消防聯(lián)動管理模塊完成火災(zāi)信息實(shí)時跟蹤及對消防設(shè)備的管理;門禁監(jiān)控管理模塊實(shí)現(xiàn)對校園內(nèi)重點(diǎn)部位及場所可疑人員的預(yù)警;道路檢測管理模塊完成校園

17、車輛信息錄入及違章報警功能。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果如圖7所示。3.2  系統(tǒng)應(yīng)用成果展示本文系統(tǒng)在吉林某高校于2017年5月主體工程均完成。在試用過程中，系統(tǒng)在打擊破案、秩序整治、交通管理及各類沖突預(yù)警處理等方面都起到重要作用。通過2014年2019年8月的校園安全類事件及破案率的統(tǒng)計對比，充分證實(shí)該文系統(tǒng)對校園安全事件具備預(yù)警功能，為案件的偵破提供證據(jù)保障。其具體數(shù)據(jù)見表1。針對校園內(nèi)治安類案件及交通類案件，在系統(tǒng)上線運(yùn)行階段，根據(jù)數(shù)據(jù)形成發(fā)案數(shù)與破案率統(tǒng)計圖見圖8。4  結(jié)  論本文系統(tǒng)以吉林某校園存在的實(shí)際安全隱患問題為出發(fā)點(diǎn)，利用meanshift算法進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，

18、能夠?qū)崟r監(jiān)測校園內(nèi)可疑人員及車輛，解決了目前高校門禁管理系統(tǒng)中普遍存在的目標(biāo)丟失的安全漏洞。在系統(tǒng)試運(yùn)行階段，通過測試可知系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)事故聯(lián)動報警功能，確定事故發(fā)生地點(diǎn)及現(xiàn)場信息狀態(tài)，進(jìn)一步提高了學(xué)校安保工作的工作效率，同時也對校園違法行為起到了極大的威懾作用，大幅度提升了校園師生的安全感。參考文獻(xiàn)1 趙大朋，徐振軍.智能安防系統(tǒng)在安全生產(chǎn)管理中的應(yīng)用j.企業(yè)管理，2017（z2）：288?289.2 李有增，周全，釗劍.關(guān)于高校智慧校園建設(shè)的若干思考j.中國電化教育，2018（1）：112?117.3 于合龍，王佳琪，陳程程，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)控預(yù)警技術(shù)及應(yīng)用j.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014（3）：360?365.4 孫勝利，姜尊然，呂志成，等.多網(wǎng)互通智能化校園安防管