物联网技术在智能建筑安防中的应用

杨伊浩，熊文康

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

物联网作为信息产业的代表性技术，已经被广泛地应用到各个行业当中，该技术涉及的技术层面较多且综合性较强。在建筑领域中，物联网技术常被应用在智能建筑的安全防护方面，避免建筑物及相关财产遭受人为或自然因素的影响。本文首先论述了智能建筑和物联网技术的原理，分析了当前智能建筑的安防系统存在的相关问题和短板，介绍了物联网技术对于解决上述问题的优势以及在建筑安防系统中的实际应用，对物联网技术在智能建筑领域的深化应用以及相关技术研究提供了一些参照和建议。

随着各种先进科学技术不断进入到人们生活的各个领域，促进了人们生活方式和生活水平的不断提高，人们对于建筑居住要求也在提高，智能建筑逐渐成为了现阶段的建筑科学研究的主攻方向。智能建筑的根基首先是建筑物的建设，然后结合各种自动化装置、通信技术和自动控制技术，构建起智能建筑体系。由于智能建筑不仅在自身建筑方面进行了优化，而且还结合各种科学技术，改变了传统建筑的单一使用功能，因此智能建筑将成为以后建筑领域的趋势。物联网技术在智能建筑的应用结合了网络通信、嵌入式运算、传感装置和自动化技术等，提高了建筑安防系统的智能防护效率，作为智能建筑的一种全新模式具有广阔的应用前景[1-5]。

2 物联网技术和智能建筑的概述

2.1 物联网技术

物联网技术就是将各种传感设备和装置，通过网络通信布线系统和各种规约协议构建成智能化构架，通过应用场所智能设备的数据采集、定位、识别和转化，经由网络系统进行数据和信息的互相交换，最终达到对智能设备的程序化、自动化控制。物联网的构架连接系统主要有传感器控制协议和网络通信协议两种主流方式，网络通信协议以互联网技术为基础，经过进一步的扩展应用进行各个智能设备数据传输。智能建筑领域的物联网主要由三大技术层面构成，感知层、数据层和应用层，相对应的硬件设备为传感设备、控制网络、执行设备等，通过上述的技术和智能设备实现智能建筑的智能网络构架的搭建。

2.2 智能建筑

智能建筑于上个世纪末在美国兴起，随后智能建筑在建筑技术、自动化技术、通信技术、计算机芯片等科学技术的不断推动下，智能化水平不断提高和改善，并成为建筑行业的一个发展方向。据相关资料显示，美国有近万栋智能建筑、日本的智能建筑也占整个建筑数量的65%。我国智能建筑的发展也是近几年随着经济水平的提高逐步起步和发展，随着人们对于居住要求的提高，智能建筑具有很广阔的市场空间。尤其是近几年物联网技术的不断发展和深入，在智能建筑领域具有很好的适用空间，一是物联网技术的发展为智能建筑的发展提供坚强的技术支撑；二是智能建筑的相关标准、控制系统构架和数据，将会促进物联网技术的落地实施，为物联网技术的发展提供良好的用武之地。物联网技术与智能建筑的发展将会相互促进与完善。

3 传统安防系统的不足以及物联网技术的应用优势

3.1 布线优势

在智能建筑中布线系统是最基本的智能应用技术，是实现智能建筑控制系统的基础。智能建筑的安防系统的布线方式有很多，大致分为电话线、专线和总线技术，总线技术具有集成度高、容量大、纵横隔离等特点，经常应用于智能家居系统中，在保证家庭内部使用时又与其他家庭之间隔离。电话线布线方式虽然不需要额外布线，但是其带宽较窄，传输图形和视频等信号技术较弱，容易发生数据堵塞和失真。专线技术的传输性能较好，但是对于安防系统，子设备系统较多且布线方式复杂，采用专线布置方式技术复杂且成本较高。物联网技术可以有效解决上述问题，在智能安防系统中采用物联网技术，将物联网技术的无线传感器技术接入到智能建筑中，主要是在传感器中植入RFID装置，实现各智能设备识别、定位和无线传输，相较于传统布线施工方式，降低了布线施工的工程量和成本预算，尤其适合空间危险和比较复杂的区域。

3.2 传感器的智能化

传统的智能建筑系统中，安防子系统都是独立运行，不具备与其他系统的实时联动功能，例如，消防系统、安防系统、视频监控等各自系统的传感器都是单一运行，不能互相进行数据交流和联动控制，无法实现真正的智能化应用。当智能建筑中引入物联网技术后可以实现整个系统的智能化运营，以安防系统的红外探测为例，当非法入侵触发红外报警时，会发出报警信号并上传至中控单元，并与其他传感设备进行数据联动，共同定位入侵位置、时间等实现安全防护作用。传感器是安防系统的一个节点，可以实现数据的采集与传输，并与其他传感器设备和子系统实施联动，共同构成安防处理系统，实现安防系统的精准定位和报警，避免误报警的情况发生（见图1）。

图1 智能传感器的构成

3.3 网络的可靠性

传统智能建筑的布线系统，由于传输效率较低，尤其是对于智能建筑范围较大、网络层级复杂情况下故障率较高且系统容易死机。采用物联网技术，各节点设备地位和权限相等，采用分布式计算机算法可以实现系统的自动组网。消除物联网布线系统的中心节点可以增强系统的抗毁性提高其稳定性，但是当网络系统较复杂时利用中间节点进行无线传感器的转发数据，实现无线路由设备的功能，形成网路跳路。因此当某个网络节点故障时并不影响整个网络系统的数据传输，其他网络节点可以继续进行数据传输，提高了数据网路的可靠性。

4 智能建筑安防系统中物联网技术的应用

4.1 在家庭安防中的应用

智能建筑的安防系统主要担负建筑的进出口权限核验、视频监控、非法入侵、家庭安防等功能。物联网技术的应用可以使得安防系统的运行更加准确、有效、全面。智能建筑中家庭安防是主要内容之一，在家庭安防系统中主要有玻璃碎裂传感器、燃气泄漏、门磁、窗户红外射频等，当系统监测到非法入侵或者特定信号时，及时采取关闭燃气等措施避免扩大事故范围。并且可以将报警信号经数据通信模块发送至业主手机，提醒业主对家庭的安防信号采取措施。家庭安防作为智能建筑的子系统，通过在室内安装相关传感设备，实现对家庭内部进行实时监测，当系统监测到安全隐患时及时发出报警并采取相关措施，实现对家庭财产的安全保卫功能。

4.2 在公共安防中的应用

基于物联网技术的传感设备在安防子系统中具有至关重要作用，安防子系统采用无线网络或者光纤光栅传感进行系统的数据传输。光纤光栅传感网络是一项新的传输技术，系统检测感知能力强，且可以实现对细微参数的检测。电力系统可以为安防系统的工作提供能源保障，在公共安防系统施工时，一定要对光栅传感器进行合理优化布置，实现系统的最大化利用，避免影响传感器的工作效率甚至烧坏电路。基于物联网技术的无线传感器所设节点不多，但是其智能化程度很高，广泛地应用到消防安全监测中。此外，物联网技术还可以实现对工程内部的质量进行分析和监测，确保建筑物的安全。

4.3 智能安防体系中的应用

物联网技术的应用提高了安防系统的功能和效率，安防系统中最常用的一个技术就是门禁卡的使用，门禁卡技术主要是在出入口安装RFID（无线射频识别）装置以及卡片的辐射技术，常用于居民小区和集体公寓中。当住户进入建筑物内时，RFID装置会检测到门禁卡片，并自动发出允许进入信号，当遇到无权限进入时自动发出报警。门禁系统就是将红外传感装置、后台数据库与门禁卡片结合起来，通过将卡片身份与后台数据库进行比对和运算处理并根据判断结果开启常闭门起到安防作用，确保了建筑物内的安全。如图2所示为某建筑安防门禁系统的接口和控制电路图。

图2 控制和接口电路图

5 结语

综上所述，物联网技术的发展提高了各个行业的自动化控制水平，尤其是提高了智能建筑领域的智慧程度。本文通过论述物联网技术在安防系统的应用，提高了智能建筑的人性化和智能化，使得安防系统的各个子系统得到完善。智能建筑在我国的起步和发展较晚，但是在近几年得到了快速发展，并且基于信息技术的快速发展和智能建筑的较大需求空间，未来一段时间内将迎来发展的黄金机遇。本文对于智能建筑中物联网技术的应用研究，将为物联网技术在智能建筑应用提供参考和方向。