基于物联网的校园安防系统设计与实现

孙运亭 湖北工业大学经济与管理学院

引言：近些年来，随着教育水平的提高，进入高校的人数也越来越多，因此，高校需要不断扩大自身的规模，这在一方面解决了学生资源大的问题，另一方面也将学校和外界的界限变得不是很清晰。由于变化速度过快，学校在校园安防上没有充足的准备，导致校园安全问题频出，也潜在着巨大的风险。因此，完善校园安防系统就显得尤为必要。目前许多高校普遍存在的问题主要包括校园预警机制不够完善、问题出现没有合理的解决渠道、解决时间不及时等情况。在实际调查过程中，发现目前校园主要采取的预防措施依靠的是传统的物防和值班管理，没有依靠当今发达的科学技术，构建一套联动管理的校园安防管理系统。因此，学校应该将校园安保人员、安保物资以及技术三者进行有机结合，实现真正的科学化管理、技术化管理，在现在，使用最多的就是物联网技术，不管是在工厂中的工业生产管理，还是在建筑行业技能操控都有着重要的作用，因此，选择物联网技术对校园安防系统进行开发设计可以起到非常重要的屏障保护作用。

文章在物联网的基础上设计并开发实现了高校校园安全防范管理系统，为校园安全管理提供了重要帮助，设计的功能主要包括出入口系统、火灾预警系统、全方位视频监控系统、自动巡更系统等方面，通过设计的子系统能够在校园安全管理上实现全方位的管理。

1 物联网技术

“物联网技术”的定义为：利用互联网将采集收集到的信息进行传输，这其中需要一些特定的通信协议才能够实现，最终达到的结果是实现物物交互，并在系统集成和控制上形成一体化方便管理。物联网是方便物与物交换的，它是对互联网的深化和具体化，它的核心依旧是互联网技术，主要由三部分组成，分别是应用层、网络层以及感知层，层次化是其设计的重要原则。

（1）感知层。由射频识别技术、二维码标签、车辆号牌、指纹记忆以及采集单元等信息组成，形成一套完整的设备，感知层主要功能了解学校内的报警装置的信号，并将感知的信息进行及时的传输，便于第一时间做出应对措施。

（2）网络层。将校园内部的各计算机，管理设备进行连接，形成一个局域网络以及和外部链接的骨干网络，完整的网络可以方便数据的传输。

（3）应用层。应用层是指校园网络安全管理系统的终端，主要包括手机、平板电脑以及PC机等，这些设备都可以帮助校园安全管理人及时了解校园安全状况，还能够对了解到的信息进行一个详细的处理，包括数据分析、信息处理等。通过数据分析，可以了解安全管理存在的薄弱环节进行加强。物联网三层体系结构如下图。

图1 物联网三层体系结构

2 校园安防需求分析

物联网技术的引用可以为校园安全的管理提供巨大的帮助，可以实现对校园监控的智能化、全面化，为师生安全提供一份安全保障，也为学生的学校生活提供了稳定的生活学习环境，除了这些，校园安防系统还需要满足一下几点：

（1）设置的监控点多，保证由点到面，全方位监控学校地区，校园人口比较集中，因此，需要全方位的进行监控管理。

（2）在学校显眼地区设置紧急报警按钮。当校内出现危险情况，可以及时报警，方便校内保安和执勤人员第一时间知晓并进行处理。

（3）校园信号的收集采用多种布线方式。能够实现信号的及时传输，数据之间交互也更加容易便捷，有利于信息的及时传输。

（4）信息查询。校园内设有许多的摄像监控头，会将校园内的情况进行详细的记录和存储，方便信息的调取查询。

（5）远程报警。安防地区没有执勤人员时，一旦出现危险情况，设置的安防点检测装置会自动报警，并肩发生危险的场所和目标定位进行实时传输。方便第一时间及时处理。

（6）功能扩展。安防系统涉及到互联网系统，因此，在和校园的日常管理工作时可以实现有机结合。

3 基于物联网的高校校园安防系统

高校校园安防系统是拟在物联网的基础之上的，它的核心是校园网，她与智能系统相结合，是通过视频识别设备、传感器设备、红外感应器设备、摄像头设备等完成的，不仅包括视频监控系统，而且包括周界入侵报警系统，还包括消防报警系统以及出入口系统。校园安防系统总体架构图如图2所示。

图2 基于物联网技术的校园安防系统总体架构

3.1 出入口控制系统

管理权限是出入口控制系统的主要工功能，系统会及时将出入门口人员的信息记录下来，还会对出现的异常情况进行分析，监测并根据设置情况报警。所以，出入口控制系统这种功能分别是入侵报警功能，记录历史数据功能，拒绝进入功能，准许进入功能。校园出入口控制系统数通过通信转换器与校园一卡通读卡器来实现对，它与计算机的连接是通过RS-232 /485总线实现的，与此同时，与各分支机构局域网之间联网是通过TCP/IP实现的，它包括数据打印功能，统计功能，查询功能以及汇总功能。校园出入口控制系统不仅可以对消防信号的输出进行收集，而且可以在接收到报警后将所有门禁打开，不仅有利于人员快速逃生，而且有利于事后管理人员查询相关情况。校园出入口控制系统图如下图图3所示。

图3 校园出入口控制系统

夜间模式与普通模式是校园出入口控制系统的两种控制模式。在夜间模式下如果没有校园一卡通，则不能够进入。在普通模式下，可以通过刷卡自由出入，系统会对出入时间进行记录，与此同时，还会加记录的信息发送到控制中心的服务器。如果强行打开门，或者门在规定的时间内没有关闭，那么系统会其实就是反应，就收到了信息发送到控制中心。出入口控制系统软件设计流程图如下图。

图4 出入口控制系统软件流程设计

上面对出入口控制系统软件流程设计模式可以根据实际情况随机应变，还可以增加一些模式。为了方便人员逃生，出入口控制系统接收到联动消防火灾报警后，应该及时加门禁全部打开。

3.2 无线对讲系统

教学楼与宿舍楼是学生较多的地方，你这要求无线对讲系统能够应对日常突发事件与安全事件，如果有密码和卡的南方就可以直接进入，没有密码和卡的来访者需要通过系统已与室内人员进行沟通，得到许可才能够进入。这不仅有利于防止闲杂人员进入，而且有利于确保学生的人身安全。如果宿舍或者教学楼有突发事件发生，管理人员可以通过无线对讲系统来指导学生逃生。

3.3 网络视频监控系统

校园网络视频监控系统是通过宽带网络。提供各种报警信号和声音图像在校园内安装网络摄像头建立的，视频数据传输采用的是光纤和双绞线，在校园原有的网络传输系统前提下，网络视频监控用户可以在任何地点，任何时间对目标进行监控与监督，除此之外，报警设备连接了网络视频监控系统，如果有异常情况发生系统可以通过短信的方式加异常情况发送到用户的手机上，还会将异常情况拍下来。

3.4 消防报警系统

学校重点防火区域包括实验室与学生宿舍，因为这些地方受到消防意识不强，人员操作不当，电器线路老化等问题容易发生火灾，而且人口密度大，不易于逃生。监控系统与各种火灾探测器属于校园消防报警系统的一部分。校园内安装的传感器包括温度探测器，电气参数检测传感器，烟雾探测器，CO欧探测器等。消防报警系统采用独立的消防报警模块，通过收集感知层的消防数据，然后对数据进行分析后，及时将数据上传到控制中心的服务器，上传到服务器的数据是计算机进行分析的依据，通过分析，即时情况与着火点会实时显示在管理软件上。系统分析数据后，如果判断为着火，管理人员会接收到系统发送的报警短信，根据短信管理人员能够及时了解相关情况并及时做出相关解决措施，以使系统上报的错误率下降，是系统的火灾预警水平更高。校园安防消防报警系统图如下：

图5 校园安防消防报警系统

3.5 校园安防预警机制

校园安防系统是建立在物联网的基础上。多级预警机制是校园安防系统的主要功能。与传统的预警报警机制相比，基于物联网校园安防系统不仅有利于改善传统预警机制在信息传递过程中产生的延误与误差问题，而且有利于从多途径传递信息，使信息传递更快更准。另外，基于物联网的预警报警机制采用的是制动控制的方式，而传统的预警报警机制是采用的人为控制的方式。

（1）初级预警。初级预警机制主要是通过门禁系统来触发，出发的情况，包括视频监控系统发现斗殴或不合法用户进入，设备主要通过提示音和闪烁灯提示有情况发生，与此同时系统迅速与保安系统相关联，采用语音提示的方法通知及时处理相关情况。

（2）中级预警。中级预警机制与初级预警机制不同的是它采用的是电话接通方式，校领导与相关管理部门在中级预警机制中有些重要作用，对初级预警的情况分析直接影响到中极预警的执行。

（3）高级预警。严重伤害事件或者火灾等情况属于高级预警范围，如果发生火灾或者发生严重伤害事件。要报警有两种方式，一为自动，二为人为，报警后联动对象分为医院120、派出所110和消防队119，通过此种方式有利于将损失降到最低。

4 结语

本文为了让校园安防系统更加智能化，在物联网的基础上建立了高校校园安防系统，构建了一系列子系统，例如：电子巡更消防报警，视频监控，出入口控制等子系统。校园安防系统的构建，校园内如果有突发事件发生，学校控制中心、保安室和派出所可以第一时间接到报警信号，为了减少校园事故的发生，应该要求高校校园安防系统反应能力更强，反应速度更快，这就要求建立一个更加安全的体系。