基于物联网技术的智能安保系统在旅游区的应用与研究

朱万春

摘 要： 随着人民生活水平大幅度提高，越来越多的人选择在空闲时间到旅游景区游玩。如何高效、快速、及时地发现旅游区的安全问题并完成保卫任务，成为当今的研究热点。通过实地调研和查阅相关文献，提出基于物联网（IoT）技术的旅游区智能安保系统。该系统以嵌入式ARM为平台研发主机，运用温度传感器监测旅游区温度，并运用GSM和GPRS技术实现安保信息的联网传递。同时，将旅游区监控影像资料实时录入存储卡，以便证据的保留。经过设计验证，证明了该系统具有联网监控、实时预警、数据记录等功能，实现了对旅游区的安全保卫和智能监控，有效保障了旅游区游客生命财产的安全。

关键词： 旅游区； 物联网技术； 智能安保系统； 嵌入式ARM； 远程监控； 无线传感器网络

中图分类号： TN919?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）05?0140?04

Abstract： With the increasing improvement of people′s living standard， more people choose to travel to scenic spots during holidays. How to efficiently， quickly and timely find the safety problems and complete the security task has become the research hotspot currently. By means of field research and pertinent literature investigation， an Internet of Things （IoT） technology based intelligent security system for tourist area is put forward， which takes the embedded ARM as the platform development host computer. The temperature sensor is used to monitor the temperature of tourist area， and the GSM and GPRS technologies are adopted to realize the networking transmission of security information. At the same time， the monitoring image data of tourism area is stored into the storage card in real time to reserve the evidences. The verification results prove that the system has the functions of networking monitoring， real?time warning and data logging， can realize the safety guaranteeing and intelligent monitoring for the tourist area， and protect the safety of life and property of tourists effectively.

Keywords： tourist area； Internet of Things technology； intelligent security system； embedded ARM； remote monitoring； wireless sensor network

0 引 言

改革开放以来，在基本的生活需求得到满足的基础上，人们越来越重视自己的精神生活。因此，空闲时间去旅游区游玩成为许多人放松自我的重要方式。大量的游客涌入旅游区，使旅游区的安全保卫任务变得越来越繁重和复杂，如何能减轻旅游区安保人员的工作量，提高安保效率及信息传递的及时性，成为广大科研人员的研究重点。

随着科技的不断进步，新型技术的运用大大促进了科技产品的发展，其中，物联网技术是备受关注的现代技术之一[1?2]。传统物联网技术的核心是无线传感技术，然而随着物联网技术的不断发展和广泛应用，对其定义也发生了变化。国际电信联盟扩展了物联网的概念：所谓“物”，是指具有物理属性以及实质个性的对象；所谓“联网”是指通过智能接口实现无缝连接信息网络。要想实现物联网，最为关键的环节是感知?传输?处理[3?4]。

物联网技术和智能安保系统的结合，能够实现立体的安全监控和保护，使得安保人员能够实时且全方位地对安保区域进行监控管理。本文所提出的基于物聯网技术的旅游区智能安保系统充分利用嵌入式开发平台，结合旅游区温度传感器等感知设备，不仅能够实现传统安保系统的功能，而且还具有智能程度高、成本低等特点，大大提高了旅游区安保效率，有助于减少游客生命财产的损失，提高旅游区安全程度，进而吸引更多的游客，形成旅游区产业的良性循环。

1 系统研发所需关键技术

1.1 物联网技术

物联网将拥有感知、计算和执行能力的芯片或者软件嵌入真实世界的物体中，而这些嵌入的芯片和软件之间的协同运行及信息传递则是通过网络来实现的[5?6]。如图1所示，物联网的体系结构通常包含三个层次：

感知层：包括传感器、摄像头及读写器等；

网络层：包括互联网或3G/4G网络；

应用层：包括工业、农业及智能交通等多个方面。

感知层中安装有多种传感器，如读写器、温度传感器、摄像头等设备，这些设备不仅用来获取监测信息，而且是实现物联网的基础。endprint

网络层是物联网中较为成熟的一层，该层需要在结合物联网应用的基础上，优化网络。网络层的具体作用是传递在感知层得到的信息，这些信息不仅来自于互联网，而且还来源于数据交换或云计算中心。

应用层的作用是在前两层的基础上研发适应不同场景的智能化应用。在此研发过程中需要考虑不同用户或不同行业的独有特点。应用层是物联网不断发展的根本动力所在，只有实现了应用，物联网才具有实际价值。

1.2 无线传感网络技术

无线传感器网络[7?9]包含许多传感器节点，而这些传感器节点均具有计算与通信能力，并且通过自组织的形式实现无线通信，进而通过相互协作实现某些特定功能。

通常情况下，无线传感器网络系统由任务管理、Sink以及传感器节点等三部分组成[10]。监测区域里的众多传感器节点自组织形成网络，处理后的监测信息通过传感器节点发送到Sink节点；任务管理节点能够通过Sink节点配置与管理传感器网络，并发布相关指令。无线网络通信框图如图2所示。

2 系统介绍

2.1 系统要求

旅游区安保系统相比于其他数据通信网络来说，只需要利用低速率、低成本的控制方式即可控制旅游区内互联的设备。因此，研发出一套成本低、标准化、自动化程度高、易扩展的旅游区安保系统成为广大科研人员的研究重点。本文依据系统设计原则和旅游区实际要求，列出以下四点功能：

1） 远程信息传输功能：通过GSM/GPRS模块将旅游区监测和报警信息传递给旅游区安保人员，以便及时处理安保问题。

2） 安全防范功能：通过现场安装的各类传感器实时采集现场温湿度和烟雾数据，防止发生恶性火灾事故；当非法人员进入旅游区时，要立即发出报警信号，同时存档相关影音证据。

3） 远程监控旅游区状态功能：能够远程实时监测并控制旅游区内各设备状态参数。

4） 稳定高效、兼容易扩展等功能：在实现功能的基础上，系统还需具有友好的操作界面及多样化的监控方式，使整个操作过程简单化、稳定高效并且易扩展。

2.2 系统总设计方案

旅游区智能安保系统方案框图如图3所示。主要由ARM嵌入式平台、ZigBee无线传感器网络、Atmega128单片机、GSM/GPRS模块、USB摄像头以及智能终端等部分组成。安保人员通过PC机或智能移动设备的Web浏览器进入系统，而旅游区内的各种设备是由Atmega128单片机来控制的。

1） 智能终端：本文基于Linux平台，结合HTML网页语言和JavaScript脚本研发旅游区智能安保系统。

2） GSM/GPRS模块：当旅游区内发生异常时，ARM通过发送AT指令控制模块向旅游区安保人员发出警报提示信息。

3） 以Linux为操作系统的嵌入式平台，不仅能够运行一个支持TCP/IP协议的Web服务器，而且能够驱动USB摄像头以29 f/s的速度捕获视频流。

4） 单片机控制系统：采用Atmel公司的8位单片机Atmega128，并利用LCD12864点阵显示各个设备的实时状态。

5） USB摄像头模块：通过USB总线与ARM连接嵌入式内核kernel 2.6.35驱动，获取旅游区的影音信息。

一方面，通过结合Linux嵌入式平台与ZigBee无线传感器网络，使ZigBee无线局域网能够接入Internet网，并且简化了传统监控网络的布线操作，丰富了监控点和远程控制端；另一方面，通过结合ARM嵌入式与成本低、功耗小的ZigBee无线技术，不仅使视线里快速自组网，而且易与Internet连接，进而实现对旅游区的远程监控。

2.2.1 嵌入式微处理器选型

对于嵌入式系统来说，ARM处理器是控制核心。目前，市场上的ARM处理器有许多种，主要包括ARM7?S3C2410，ARM9?S3C2440，ARM11?S3C6410，Cortex TM?A8?S5PV210。

一个系统是否稳定与处理器性能密切相关，所以必须选取性能高、成本低的ARM处理器。综合考虑后，本文智能安保系统的微处理器选用S5PV210。

2.2.2 嵌入式操作系统

嵌入式系统（Enbedded Operating System，EOS）是广泛应用于工业生产、机电设备控制和安保领域的系统软件。当前主要有Linux，Windows CE，UC/OS?Ⅱ等嵌入式操作系统，本文系统采用Linux嵌入式操作系统，因其具有其他操作系统所没有的许多优点，例如：开放的源代码、良好的网络支持性、稳定的内核等。

3 系统设计与实现

3.1 系统硬件设计

3.1.1 单片机控制子模块硬件设计

本系统的单片机控制子模块选择8位单片机Atmega128，其硬件结构框图如图4所示。

3.1.2 报警器模块电路设计

报警功能是安保系统必备的功能之一，本文设计的报警电路采用PNP三极管8050，通过控制其导通或关断来控制蜂鸣器，所设计的报警电路如图5所示。

3.2 系统软件设计

对于系统软件部分，首先安装驱动模块、启动BOA服务器，然后初始化主应用程序，创建线程。第一个线程监控ttyUSB0间的通信数据；第二个线程由CC2530主控芯片每隔1 s发送传感器采集命令；第三个线程监控seriall接收到的数据；第四个线程控制LED按一定的频率闪烁，通过LED闪烁情况可以判断系统状态（正常，还是故障）；第五个线程用于监控Web请求消息。软件设计框图如图6所示。

4 系统测试与分析

4.1 测试环境及方法

硬件环境：S5PV210开发板、摄像头、CC2530无线传感器模块、Atmega128单片机以及温度传感器等。endprint

软件环境：Linux 2.6.35内核、mjpg?streamer、BOA服务器等。

安保监控端：安装有浏览器软件的Windows 10系统或安卓2.0以上系统的智能手机。

系统测试方法：由于系统采用模块化设计方法，因此，在每个独立的功能模块测试无误后再进行整个旅游区智能安保系统的测试。

4.2 实时获取温度测试

由于旅游区人流量和景物多且环境复杂，会引起温度变化，而当温度升高时，也易发生火灾，因此对旅游区温度的监测十分重要。

在做获取旅游区温度的测试前，先完成温度传感器等硬件设备电气接线；然后将各协调器模块和上位机相连；最后，配置上位机参数和控制软件。上位机软件参数设置示意图如图7所示。

搭建完成上述实验环境并能正常工作后，对协调器和终端进行设置操作，即网络连接。然后开始检测无线数据传输：首先选择测量时间间隔（2 min），然后点击“查看数据”按钮，监测到的实时温度数据会显示在上位机界面中。传感器测量温度值与点温计测量温度值的对比如表1所示。

由表1可知，本文研发的基于物联网技术的旅游区智能安保系统能够实现对旅游区温度数据的正确采集，不仅能够做到实时传输，而且在传输过程中没有数据丢失，因此可说明该套系统可以连续稳定运行。

5 结 语

物联网时代的到来，大大提高了人们的生活水平，越来越多的智能化安保系统的应用实现了对各大旅游区设备的远程监控和管理。

本文研发的基于物联网技术的旅游区智能安保系统经过实际测试后，不仅能够稳定运行，而且能够准确监控旅游区人员与环境变化，为保护广大游客的生命财产安全提供了现代化的有力保障，具有十分重要的理论和应用价值。

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