一种校园智能综合入侵防范周界系统的设计与实现

高 晓 东，顾 东 岳

（1.江苏工程职业技术学院，南通 226006；2.南通文体会展管理有限公司，南通 226010）

校园周边围墙是校园安全的第一道防线，是防范校园入侵的重点部位。公安部门明确要求各级各类学校在“校园围墙处要加装电子围栏、周界报警装置，进一步增强安全防范能力”。江苏省高质量平安校园建设也将“周界防范建设”列为重要考核指标之一。

目前，周界入侵防范系统在很多行业得到研究和应用。张佑春等[1]在智能建筑行业针对传统视频监控系统线路庞杂、功能单一、实时性差等缺陷，提出了一种采用RS-485 总线的智能建筑视频监控与周界防范系统设计方案，实现声光与云台摄像机联动报警功能。李婷玉等[2]在油田作业现场设置基于SOLOv2算法（实时实例分割算法）和CenterNet（一种anchor-free 的目标检测网络）的近海区域作业人员入侵侦测模型，对作业人员的位置与危险区域位置进行计算，从而实现近海周界区域入侵侦测，加强安全作业监管。孙恒斌等[3]在核电站厂区通过配置智慧墙等探测措施，实现厂区安保防护优化，解决了敏感区域周界防范薄弱的问题。从技术载体来看，目前主流周界入侵防范系统可分为两类：一是“有形”的周界，如张力电子围栏、脉冲电子围栏；一是“无形”的周界，如智能视觉周界、红外周界等。这些入侵防范系统在一定程度上满足了安全防范的要求，但也存在各自的弊端。例如，以张力围栏为代表的物理周界虽能有效降低入侵事件的概率，但误报率较高，安保人员不能精准辨别信息真伪，不能实时掌握现场情况，无法在第一时间准确处置警情。鉴于以上情况，本文拟应用智能视觉周界系统和张力围栏周界系统，结合两者优势设计并实现一种综合入侵防范智能周界系统，既能大概率地阻止入侵事件发生，又能在入侵事件发生的第一时间给出及时、准确的报警信息，以便快速处置，从而解决单一周界入侵防范技术的痛点。

1 周界相关技术分析

1.1 主流周界技术对比

当前主流的周界防范系统包括智能视觉周界、张力电子围栏周界、脉冲电子围栏周界、红外周界、微波墙周界等。不同周界系统的相关技术[4]对比如表1 所示。从表1 来看，“无形”周界与“有形”周界在技术特点上具有互补性。[5]为进一步提升校园安防的综合水平，可将二者进行综合应用，探索一种校园智能综合周界防范系统，以实现周界防范的物理阻拦功能和入侵识别分析功能。

表1 主流周界防范系统技术对比

1.2 智能综合入侵防范周界系统优势分析

通过张力电子围栏与智能视觉识别系统的有机结合形成具有统一管理、联动报警、综合治理功能的智能综合入侵防范周界系统，有着任何一种单一周界防范系统所不具备的优势，体现在主动防御、强适应性、双向通信、多系统无缝联动等方面。智能综合入侵防范周界系统实现了威慑入侵者（消除作案动机）、阻挡入侵事件发生（设置入侵障碍）、进行报警管理（声光报警与视频监控联动）三重功能，具有物理阻拦和智能识别的双重防范能效。基于人工智能的入侵识别算法能有效避免温度、天气、树木、小动物等因素的干扰。此外，系统支持多系统无缝联动，前端设备与管理中心双向通信，具有警情上报、复核、处置等一体化管理功能。

2 系统设计

2.1 系统架构

智能综合入侵防范周界系统由前端设备、传输网络、报警控制中心组成。前端设备包括张力控制杆（含张力探测、控制模块）、受力杆、转向受力杆、支撑杆、钢丝围栏线、弹簧、紧固件等。张力控制杆带有标准的报警开关量信号接口，兼容任何总线制、分线制报警主机。报警主机通过识别防区的编码进行报警定位，这种架构的优点在于系统可根据实际情况进行灵活调整，在复杂的地段可以合理增加防区。智能警戒摄像机交叉对射部署，并通过各防区交换机汇聚接入报警控制中心主交换机。智能警戒摄像机除了具备普通摄像机现场视频采集和数字编码的功能，还具备智能识别和视频联动功能，能够对目标进行跟踪和活动轨迹绘制。报警控制中心设备包括报警主机、平台服务器、解码器、硬盘录像机、电视墙、管理计算机等，这些设备分别通过RJ45 网络接口与主交换机连接。系统架构如图1 所示。

图1 智能综合入侵防范周界系统架构图

2.2 入侵事件侦测流程

前端入侵事件侦测有两种方式：①由前端智能警戒摄像机触发的入侵事件报警。[6]该方法通过视频管理软件在摄像机可视防区划分警戒区实现布防，一旦侦测到人体闯入警戒防区即向安防管理平台发送报警信息，并将实时画面以弹窗方式展示在监控屏幕，为安保人员第一时间处置警情提供参考。智能警戒摄像机采用智能识别算法，能有效过滤小动物、树叶等误报信息，报警信息准确率高。[7]②由张力围栏触发的入侵事件报警。该方法是通过张力控制杆侦测不锈钢围栏线的伸缩性变化，并将超出阈值的张力报警信息发送给报警主机。报警主机触发前端声光报警器，对入侵者进行震慑的同时联动该区域智能警戒摄像机，并将现场实时画面传送至管理中心监控屏幕，实现张力围栏报警与视频报警双向复核。入侵事件侦测业务逻辑如图2 所示。

图2 入侵事件侦测业务逻辑

2.3 系统功能设计

校园智能综合入侵防范周界系统以物理围栏和视频人工智能识别技术为基础，将张力围栏报警信号以及视频报警信号统一接入安防综合管理平台，实现张力检测与视频识别联动报警，满足校园周界综合入侵防范需求，具体功能包括：

1) 阻挡入侵事件发生，威慑入侵者。在原有围墙上安装实体围栏，对原有围墙加高，增加入侵者和围墙内人员的翻越难度，从而起到物理防范的目的。威慑功能主要通过夜光警示牌和前端声光报警设备实现，主要是从心理上对入侵者进行警告和震慑。

2) 实时监控。实时调阅智能分析监控点图像，支持多种分屏显示预览画面。智能分析结果预览内容包括警戒规则、目标框、报警信息等。报警信息列表包括报警时间、事件类型、发生地点等字段，用户可以在报警列表中点击查看报警抓拍图片并回放报警录像。

3) 周界去误报。传统周界防范系统误报率高，智能综合入侵防范周界系统具有人工智能识别功能，能够有效过滤绝大部分非人体触发的报警，提高周界防范报警准确率，解决在实际使用中报警不准确、误报率高、防范效果不理想等问题。

4) 视频联动。视频联动主要包括预置点联动、报警上墙、警情还原与视频存储等功能。①预置点联动。电子围栏区域配置相机的预置点，在常规模式下，摄像机根据实际需求展示周界实景，若触发报警，则联动到指定的预置点，直播报警画面实况。②报警图像实时上墙显示。通过系统配置，将联动报警图像上墙显示。报警图像自动在显示屏上的指定位置进行实时显示，监控中心工作人员可实时掌握报警点的视频图像信息或报警点周围的环境信息。③警情还原与视频存储。警情发生时，视频自动进行视频存储，为后期警情还原提供回放视频。

5) 报警管理。综合安防平台具有方便、快捷的报警管理界面，为用户提供便捷的报警信息和用户操作记录的查询、统计、编辑等功能。报警受理状态以明显标识区分未处理、已处理、处理中3 种状态。

3 系统实现

3.1 报警主机配置

报警主机提供了丰富的接线端口，[7]接线面板左侧为报警及电源接线端口，报警1、报警2 分别为一、二防区开关信号输出；辅助电源输出电压DC11V～14.5V，为外接地址模块供电；POWER_IN 为电源输入端口，电压为DC15-36V 或AC15-36V；BELL 为外接警号端口。右侧为一、二防区对应的四道张力线信号接入。S1 为复位开关，按1 下，可以使张力控制器复位，清除报警信息，重新记忆当前张力值；按住S1 的时长在3 s 以上即可进入调试模式。S2 为拨键开关，1 挡、2 挡、3 挡、4 挡位依次为灵敏度选择（AUX）、防拆开关选择（FCKG）、级联开关选择（Cascade）、防区选择（Mode）。报警主机接线如图3 所示。

图3 报警主机接线示意图

报警主机调试步骤如下：①检查各端口接线是否正确；②依次接通左1 至左4、右1 至右4 共计8 个端口指示灯电源；③调节张力线紧线器，灯常亮表示张力线比较松弛，需要调紧“紧线器”至灯灭；灯慢闪表示张力线过紧，需要调松“紧线器”至灯灭；灯灭表示正常。

3.2 入侵侦测设置

入侵侦测包括普通事件和Smart（智能）事件两种类型，普通事件在视频画面发生变化时即触发报警事件，而Smart 事件具有智能识别功能，通过平台提供的AI 识别模型可以有效识别人体、车辆、小动物等多种目标对象。[8]入侵事件侦测规则分别为：①越界侦测。当目标越过用户设置的警戒面时，系统自动报警。根据穿越警戒面的方向，分为单向报警(从左往右、从右往左）和双向报警。②区域入侵侦测。当目标在用户设置的侦测区域范围内停留（包括静止和移动）超过设定时间时，系统自动报警。③进入区域侦测。当目标从用户设置的侦测区域外进入检测区域内时，系统自动报警。④离开区域侦测。当目标从用户设置的侦测区域内离开检测区域时，系统自动报警。以上4 种侦测区的绘制方法如图4 所示。

图4 入侵事件侦测区绘制

侦测区绘制完成后通过图形化选择界面设置布防时间及联动报警方式。联动报警方式包括常规联动，如声音联动、邮件联动、监控中心联动、监视器上警告等。联动报警与报警所在点位声光设备、摄像机强关联也是事件轨迹生成的前提条件。

3.3 实时视频报警联动

在入侵事件发生的同时，报警信息以弹窗方式出现在电视墙或者计算机端，事件报警弹窗界面示例如图5 所示。事件报警弹窗页面包括实时联动预览、联动回放和越界图片等内容，详细展示入侵事件所发生的地点、时间、来源、类型以及事件等级等信息。事件报警弹窗需要工作人员手工确认，以便复核和处置报警信息。

图5 电视墙报警联动弹窗示例界面

4 结语

通过综合应用张力围栏系统和智能视觉周界系统，实现了一种具有独特优势的综合入侵防范周界系统，一方面解决了传统单一周界系统不能完全满足入侵防范需求的不足，另一方面充分利用综合安防管理平台强大的管理能力，综合管理两种报警信号，协调联动，进一步提高了校园警情处置能力。实地部署和应用表明，系统能够有效满足24 h 周界防范需求，在过滤误报信息、处置及还原警情等方面均具有较好的性能，为进一步提高校园安全管理水平提供了有力保障。