AIoT技术在校园110指挥中心平台整合中的应用研究

郭 芸 徐 凯

AIoT技术在校园110指挥中心平台整合中的应用研究

郭 芸 徐 凯

[浙江大学]

本文通过分析AIoT在当前校园110指挥中心平台整合中的必要性，对现有的AIoT建设设计细节和整合途径进行了解和研究，结合高校推进利用AI进行物联所需要的环境和条件，希望为校园110指挥中心平台管理带来新的思路。

AI;AIoT；物联网；校园110指挥中心；平台整合；应用研究

一、概述

近些年来，随着AI（人工智能技术）的不断发展，传统安防已经逐渐不能满足当前安防需要，不断向智慧、智能化的安防趋势转变，人工智能技术作为发展趋势，不断融入到当前的安防应用系统中，人脸、车辆、车牌识别已成为现代安防系统的标配。AIoT属于物联网+人工智能技术，在校园智慧安防业务服务管理过程中，通常利用5G通信技术，将多种物联网设备全部连接至一个网络。在校园智慧安防系统中，包含融合了智能门禁、校园人车卡口等设备，其内部主要有人脸识别传感器、RFID无线射频识别传感器、车牌识别传感器等，可以对人脸三维信息、二维码等进行感知和采集，或通过校园内安置的视频监控摄像头，对校园内外出入人流、车流进行管理和布控，能够实现街道巡视、物业管理、学生出行、车辆精准管控的需求。但由于当前的智慧安防总体规划尚有一定缺失，并且在部分领域的技术不够成熟，造成智慧安防的部分应用系统在实际安防系统建设投入并落实使用过程中出现了一些问题。

二、AIoT技术分析

（一）AIoT基本概念

智能物联网（AIoT）属于融合性、创新性名词，学术界和应用界尚未对其明确定义。其实“AIoT”这一概念诞生之初，即是将AI（智能技术）与IoT（物联网技术）两种不同的技术进行简单合并与利用，公式即是“AIoT=AI+IoT”，AI是人工智能部分，负责基于大数据进行数据分析；IoT作为前端，直接进行数据采集，是数据来源。通过两者之间的结合，能够直接实现对所有事物的数据化，同时还能够利用两者的功能实现智联化。中国智能物联网（AIoT）白皮书（2020年版）中指出：“AIoT是人工智能与物联网的协同应用，它通过IoT系统的传感器实现实时信息采集，而在终端、边缘或云进行数据智能分析，最终形成一个智能化生态体系。”[1]白皮书中观点主要对AIoT应用和价值在技术和商业层面的体现做出了前瞻的思考和理性的分析。

本文认为，AIoT是一种基于人工智能与物联网相互融合的研究，属于一种新型的，具有创新性角度的，深入开展的对IoT的理论和应用形态研究。其中，IoT是实现AIoT的基础条件，通过分布密集的传感器和各种类型的智能终端应用从而进一步实现“人—机—物”的相互连接，实时获取数据，是运行的基础条件；AI是AIoT的智能化分析后台，AI帮助IoT物联网实现智能化的连接，提升连接时的广度和深度，实现对大数据的智能化分析和处理。[2]

AIoT应用由于融合了AI技术，在建设过程中需要物联网具备一定的运算能力。这就实现了对现有的技术，如云计算、边缘计算等平台进行的再融合。IoT通过AI技术，提高了IoT的智能化，对IoT的使用层次进行了再提升，因此通常按照智慧化级别对AIoT进行分级。[3]其中，智慧级别分成从低到高5个层次，包括传播智慧化、聚合智慧化、处理智慧化、识别智慧化和决策智慧化。[4]

（二）AIoT技术架构

通过分析可以发现，基础数据是整个功能实现的基石，因此，要考虑AIoT的技术架构，除了需要考虑原有的传统技术的物联网模型，还要考虑对将AI融入技术后，怎样及时实现数据批量化处理的问题，同时还要考虑如何进行语义理解、人机交互和智能化控制等问题[5]，是一套具有统筹逻辑思维的互联网生态系统。通过此项技术，可以促进新的混合计算服务技术。虽然，人工智能更适合放在云端处理，但是云的客观延时性可能会制约其发展，不同的智能模式对延时也有不同的要求。因此，为了应对校园110指挥平台对于实时性和精确性的需求，进一步平衡AI在各级网络的关系和规划，本文提出一种云边端融合AIoT架构，可以实际应用到校园110指挥中心平台。[6]简而言之，当主要需求较低，延时响应不高时，可以用户端计算为主框架；当主要需求精准，批量处理要求高时，可以实行云服务器为主的计算框架。通过AI的智能化，实现在复杂的混合计算框架中布局，平衡需求之间的矛盾。[7]

（三）校园110指挥中心平台概念

作为校园110指挥平台通常有如下联动形式：[8]一是“双向对讲，校园110指挥中心可与学校内各单位的无线对讲设备随时发起对讲，同时，无线对讲设备也可以直接对指挥中心发起呼叫”；[9]二是视频联动，对讲终端绑定摄像头后，当校园指挥中心发起对讲终端呼叫或者对讲终端呼叫110指挥中心时，可自动触发，弹出视频屏幕；三是分区广播，校园110指挥中心可以对选中校区的所有语音对讲设备终端进行控制，并能够实时无线对讲；四是全校广播，校园110指挥中心可发起系统内的所有语音对讲终端进行广播；五是录音功能，实现目前安防系统中内的对讲语音自动录音，并能够存储、上传到服务器上，同时实现查询、播放、存储的功能；六是可视化调度平台，通过控制台，可以直接查看当前安防的组织架构、各项设备的在线状态、对讲机等语音通话系统的呼叫状态等。

三、AIoT技术在校园110指挥中心平台整合中的应用研究

（一）校园110指挥中心数字化控制系统的组成架构

当前依托AIoT的校园智慧网络系统，通常利用云计算技术、大数据、物联网技术等，构建数字化云计算控制支撑平台，分为IAAS基础设施即服务、PAAS平台即服务、SAAS软件即服务等多层架构，不同层级包含有物理硬件模块、业务数据模块、云计算管理模块的组成部分，不同模块分别负责对系统隔离、网络信息交换、数据访问控制、应用服务响应与管理等活动。

首先，IAAS基础设施即服务层级中[10]，存在网络设备、云服务器、存储器、数据库等物理支撑设备，通常负责对物理服务器、业务系统模块进行虚拟化操作，以及对网络资源池、数据资源池、CPU计算池、存储资源池等单元的数据信息，进行虚拟化的分布式计算、并行计算。之后PAAS平台即服务层为业务数据的执行层，包括Hadoop、大数据服务、AI服务等组成模块，其中Hadoop负责海量数据资源、数据明细的汇总；大数据服务负责用户访问许可，以及大数据流、批量数据信息的处理；AI服务则是对现有数据资源，作出推理训练、特征检索。然后由算法仓使用人脸识别算法、深度学习算法，对监测到的人体数据资源进行处理，为用户提供多样化的业务服务、管理服务。[11]最后，SAAS软件即服务层为云计算管理层级，主要借助于TCP/IP协议、通用网关接口等通信协议以及云计算操作系统、云运营平台等软件，进行基础视图分析和处理、应急指挥预案和综合管理，进行多样化的业务管理服务、对外业务对接服务，促进校园、教室、校园人员之间的智慧互联。

（二）校园110指挥中心平台数据关联业务服务的实现

1.校园人员信息感知的进出控制

当前校园的进出口控制区域，一般都设置有包括人脸图像[12]、温度控制、烟雾感应、车牌录像等传感器，利用5G/GPRS通信技术、TCP/IP通信协议，进行多种类型的数据资源采集、整合，经由统一接口汇总到地图上完成分类显示。通常在校园不同出入点，安装门禁、电表、电弧、消火栓等检测装置，针对现有基础数据信息、位置告警信息进行搜集统计，将数据上传至云平台的AI服务端口，作出特征检索与比对。

2.校园教室、人员数据关联处理

校园教室、人员数据信息的统计处理，主要基于GIS/GPRS[13]地图识别技术，在地图中搜集有关校园所涉及楼栋，以及楼栋内入住的户数、人口数等。一般由校园管理人员根据用户门禁卡的姓名、性别、证件号码、联系方式，使用树形列表统计不同学生点的住户身份信息，人员属性列表、数据项配置为关联的系统画面。其中对校园管理人员，采取分级授权访问管理系统，不同人员拥有不同的数据项访问权限、功能菜单权限。

3.校园多种业务事件管理

校园内部停车、巡更、可视对讲、电梯控制及安防等的管理，主要由校园大数据物联网平台完成，利用红外光人脸信息采集，装置以及蓝牙、二维码等用户身份鉴别技术，将校园停车、进门等的权限，自动授权给访客，并设置有效时间和次数，在发生非法入侵或危险时触发报警。

如在校园内传感设备感知到危险时，系统会利用深度学习算法进行数据处理，自动生成数据日志，如服务、管理、安全等事件日志，然后将数据推送至综合管理、校园办公室等责任部门，结合不同上报事件的数据内容、性质严重程度，分发未处理事件到不同部门进行处理。而校园人员日常活动的开展，主要由应用软件APP、微信小程序等进入端口，采集用户的个人身份信息、活动信息，上传至智慧校园系统进行自动处理，然后系统将处理结果显示在前端面板上，方便用户实时进行感知和调阅，提高多元业务服务端口的联动效率。

（三）校园110指挥中心平台的远程控制与实现

校园指挥系统，通常由5G模块、无线路由器[14]、协议协调器等移动通信硬件设备组成，用于连接门禁监控、网络计算机、智能电视、智能腕表、读写器，以及多种校园电器装置。该智能家居远程控制系统中，网络传输层为系统最底层，主要负责移动通信网络连接、发送数据信息至用户层。网络传输层为数据获取层级，其可以利用多种网络传输节点，展开校园电灯、风扇、空调等的设备控制，一般通过电磁继电器的连接/断开，实现网络信号发送、命令执行的远程控制操作。而用户应用层为整个系统最上层，包括智能手机、平板电脑、PC等网络设备，通过利用5G/无线通信模块，接收控制指令，将命令信息解析后发送给PAN协调器，再由PAN协调器将命令传输至网络设备的节点。

移动通信网络技术的快速发展，使海量网络设备接入、高效率低时延数据传输成为可能。如AIoT技术在智慧校园[15]、智能交通管理系统中的应用，可以接入数亿、十亿甚至百亿台设备，对校园空间环境的数据资源进行搜集、处理与共享，数据传输时延最快达到毫秒级、传输速率最高达到20Gbit/s。目前我国很多校园已经完成5G基站，以及其他5G配套服务设施的商用部署，这以后只需接入相应的AIoT物联网设备，就可以完成多种业务体验、功能服务的响应和提供。如新型校园智慧校园系统中，包含人脸识别、指别虹膜识别、环境声音识别等传感设备。在现有5G移动通信网络、无线网络支持下，构建智能路灯、出入门禁、可视化对讲、停车管理、电子巡更、入侵报警等系统，借助于网络云服务平台，对传感设备搜集到的校园数据资源进行分类、处理与整合，再通过物联网多设备终端之间的绑定，将其传输至移动手机终端、智能穿戴设备端口，用户只需登录到网络客户端或浏览器页面，就能够享受校园信息查询、业务办理、远程医护与在线购物等服务。这些现有条件，方便推动校园安防、业务功能服务的智能化转变。

四、结论

AIoT为校园智慧安防的发展带来机遇，借助于大数据、云计算技术、网络云服务平台，以及多种环境传感器件，对进出校园的人员、车辆进行管理，从而更加灵活、高效提供多方面的安保功能服务。通过利用地图识别（GIS）、通信协议技术（TCP/IP），利用云平台提供的数据信息批量处理、数据流处理模块等，能够优化校园内停车、电子巡更、对讲管理及消防安全等的管理效率，以实现校园管理、校园服务与校园安全业务的再造。根据市场调查，国内国家安防公司在研发过程中，不断提高了AI技术的基础运用，在国内高校的产品迭代中，也进行了探索性的尝试。但对于此项技术的建设落地成本较高，还需与当前校园的安防需求、建设基础、安保发展方向、领导策略有较大关联，在实践中的应用还需要进一步探讨。

[1]Carlini N,Wagner D.Towards Evaluating the Robustness of Neural Networks[J]. IEEE, 2017.

[2]Rozsa A , Rudd E M , Boult T E. Adversarial Diversity and Hard Positive Generation[J]. IEEE, 2016:410-417.

[3]Szegedy C, Vanhoucke V, Ioffe S, et al. Rethinking the Inception Architecture for Computer Vision[J]. IEEE, 2016:2818-2826.

[4]Grimes T, Mai K . Digital rights management: WO, US7036011 B2[P]. 2006.

[5]Milagros,D C.Copyright in the Digital Environment[J]. International Information & Library Review,1997,29（2）:201-204.

[6]Dolev,D.Yao,A.On the security of public key protocols [J].InformationTheory,1983,29（2）:198-208.

[7]李金叶, 沈晓敏. 境外园区对中国对外直接投资的影响研究——基于"一带一路"沿线国家面板数据的分析[J]. 华东经济管理, 2019, 33（12）:8.

[8]马学广, 鹿宇. 中国海外园区发展的动因,实践与模式——以青岛市为例[J].青岛科技大学学报:社会科学版, 2019（04）:20-26.

[9]梁芳, 孙亮, 郭中梅. 新型5G智慧园区建设的探索与研究[J].邮电设计技术, 2020（02）:4.

[10]石建莹, 舒洁, 张舵. 双创产业园区的构建要素及软硬件环境建设[J]. 陕西行政学院学报, 2020, 34（2）:7.

[11]骆晓霞. 5G时代的智慧园区端到端设计方案[J].信息与电脑,2020, 32（10）:3.

[12]陈尚义.透明文件加解密技术及其应用[J].信息安全与通信保密, 2007（11）:3.

[13]朱乐骏,李明禄,盛焕烨.基于WebServices技术的商业智能系统复用模型[A].2002全国软件与应用学术会议（NASAC）论文集[C].2002.124-129.

[14]张维明.语义信息模型及应用[M].北京:电子工业出版社,2002.

[15]祝翠玲,王强,蒋志方.基于XML和Java的WebGIS体系结构[A].2003全国软件与应用学术会议（NASAC）论文集[C].2003.172-177.

（责任编辑：胡新龙）