一種高校安防聯(lián)動控制系統(tǒng)研究與設計

毛乾任，王朝斌

（1.西華師范大學計算機學院，四川南充637000；2.西華師范大學網(wǎng)絡中心四川南充637000）

一種高校安防聯(lián)動控制系統(tǒng)研究與設計

毛乾任1，王朝斌2

（1.西華師范大學計算機學院，四川南充637000；2.西華師范大學網(wǎng)絡中心四川南充637000）

針對校園安防系統(tǒng)集成化程度低和聯(lián)動控制的不足，提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能安防集成體系結構，設計了針對高校安防各個子系統(tǒng)之間聯(lián)動響應，協(xié)同處理方案。該方案使用經(jīng)典Apriori算法挖掘警情關聯(lián)規(guī)則，通過關聯(lián)判決模塊實現(xiàn)安防子系統(tǒng)之間警情信息的關聯(lián)識別與決策。實際應用表明，該方案在高校安防的系統(tǒng)部署、智能處理以及聯(lián)動控制方面具有良好的靈活性和可行性。

高校安防；關聯(lián)規(guī)則；聯(lián)動控制；警情分析

目前，高校安防系統(tǒng)在智能監(jiān)控能力上存在在線監(jiān)測、報警聯(lián)動、指揮調度等功能上的不足。這樣安防系統(tǒng)在實現(xiàn)探測、監(jiān)控校園內異常事件時，不能很及時做出報警、預警處理。為此，本文設計了一種在原有模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)下接入的物聯(lián)網(wǎng)智能安防監(jiān)控管理平臺。提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術的聯(lián)動控制方案，實現(xiàn)集中監(jiān)測，各個安防子系統(tǒng)報警聯(lián)動響應的軟硬件結合的高校智能安防集成系統(tǒng)。

1　高校安防系統(tǒng)集成

文中提出的安防系統(tǒng)，橫向可以由前端設備、數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控中心3部分組成。縱向采用分層設計的思想，將安防系統(tǒng)集成框架劃分為5個層次，依次為：感知層、信息匯聚層、傳輸層、智能處理層、應用決策層［1］。具體的系統(tǒng)集成連接圖如圖1所示。

感知層，作為安防系統(tǒng)的前端，通過紅外探測設備、煙霧感應器、視頻智能監(jiān)控設備等對校園出入口，主要通道，樓層，室內等重要場所進行對信息的采集、轉換和預處理。

信息匯聚層，這一層主要是將異構的各個子系統(tǒng)的控制主機按照不同的接口標準接入局域網(wǎng)和Internet網(wǎng)絡，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向透明傳輸。各個控制主機均提供統(tǒng)一的接口RS232（或RS485/RS422）連接到串口服務器，串口服務器里邊嵌入WIZ100SR串口轉以太網(wǎng)模塊，能將串口信號穩(wěn)定高效地接入以太網(wǎng)。在這一層，部分子系統(tǒng)還提供無線傳感接口如ZigBee接口將感知層信息發(fā)給主控節(jié)點［2］。

傳輸層完成探測數(shù)據(jù)和控制信息的傳輸。主要由交換設備之間的中繼線路和用戶終端設備到交換設備的用戶線路組成。

智能處理層是整個高校安防集成系統(tǒng)的核心。硬件部分由一個處理核心業(yè)務的智能安防服務器、基于RS232向TCP/ IP協(xié)議的串口轉換器，串口服務器，數(shù)據(jù)存儲管理設備，交換機，以及物聯(lián)網(wǎng)安防集成中間件組成。軟件部分為部署在處理核心業(yè)務的智能安防服務器安防管理系統(tǒng)，完成網(wǎng)絡連接和數(shù)據(jù)的存儲協(xié)同分析功能。

應用決策層實現(xiàn)了系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和管理，通過智能手機、PC終端，遙控器，安防外設來實現(xiàn)遠程終端的監(jiān)控和管理，保證異常事件決策處理的及時性［3］。

2　警情聯(lián)動響應系統(tǒng)設計

聯(lián)動響應即各個安防系統(tǒng)相互配合完成安防系統(tǒng)對警情信息的智能處理過程。高校安防主要涉及智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防火子系統(tǒng)，周遭防范子系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)中兩兩之間甚至三者之間的警情關聯(lián)分析。

圖1　系統(tǒng)集成連接圖

2.1關聯(lián)規(guī)則挖掘

用經(jīng)典的Apriori算法作為關聯(lián)規(guī)則挖掘算法，通過設定最小支持度（min_Support），來發(fā)現(xiàn)大于最小支持度的頻繁項目集，再從項目集中挖掘出置信度大于最小置信度（min_Confidence）的關聯(lián)規(guī)則。Support（X）表示支持度，在警情模擬數(shù)據(jù)庫中計為S（X），數(shù)據(jù)集D中包含項集X的事務數(shù)稱為項集X的支持數(shù)，記為s，|D|表示數(shù)據(jù)集中D的事務數(shù)目。關聯(lián)規(guī)則X→Y的置信度記作Conf（X→Y）。

關聯(lián)規(guī)則挖掘涉及兩個函數(shù)，支持度函數(shù)表示為：

置信度函數(shù)為：

1）設TX為案發(fā)時間，時間不是名詞性屬性，不便進行關聯(lián)分析，在預處理階段先將數(shù)值屬性做離散化處理，將24小時離散為4個時間段：T1：12：00_18：00，T2：18：00_00：00，T3：00：00_6：00，T4：6：00_12：00。

2）引入權值參數(shù)λX，衡量案件類型重要程度，并挖掘重大案件的發(fā)生規(guī)律，設λT1=λT2=λT3=λT4=2。

3）設AX為地點A1，A2，且λA1=λA2=2。設IX為案件類型I1，I2，且λI1=2，假設I2案件發(fā)生可能性小，則設λI2=4。

警情數(shù)據(jù)庫剪枝和連接模擬如圖2、圖3所示。

取最小支持度S（X0）為40%，經(jīng)過兩次剪枝，兩次連接產(chǎn)生頻繁二項集B2，和頻繁三項集C2，其中的各個項集均滿足最小支持度。加入權值參數(shù)的重要性在于，使得發(fā)生頻率不算高的重大案件（如刑事犯罪案件）在第一次剪枝之后保留了下來，如果沒有權值的加入，刑事案件的支持度達不到最小支持度，就會在第一次剪枝被丟棄，最后關聯(lián)分析的結果失去了不重大案件的發(fā)生規(guī)則。

根據(jù)這個B1，B2，C2這三個項集，以及最小支持度產(chǎn)生了4條潛在規(guī)則，用公式2算出了每一條潛在規(guī)則的置信度。以T3I1這條規(guī)則為例，表示在00：00_6：00這個階段，案件I1一般發(fā)生在A2地區(qū)。如果最小置信度設為100%，則選出這條關聯(lián)規(guī)則，表示I1時間在T3時間，A2地點發(fā)生的可能性。

圖2　數(shù)據(jù)庫剪枝和連接模擬圖

圖3　警情數(shù)據(jù)的關聯(lián)規(guī)則

2.2警情關聯(lián)判決

一種案情的發(fā)生伴隨多種類型的案件，譬如盜竊案可能涉及非法入侵，甚至是故意、意外傷害等犯罪行為。定義每個警情事件的屬性值后，在數(shù)據(jù)庫中，關聯(lián)分析主要用于發(fā)現(xiàn)這些不同警情案件在時間和空間上發(fā)生的關聯(lián)性，即對警情數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中各個項集的屬性值之間潛在關系的規(guī)則的挖掘。功能實現(xiàn)部分代碼如下：

/*初始化消息*/

Observer obj=new Observer（1）j

//Observer obj=new Observer（2）j

/*初始化警情消息接收隊列*/

C1ass A1arm Priority extends java.uti1.PriorityQueue＜Object＞｛

1）警情判決子系統(tǒng)首先對警情采集設備傳送過來的警情消息進行預處理和消息過濾［4］。預處理即按照案件的屬性值加以拆分和轉換，將一次事務中發(fā)生的案件拆分成幾個同一時間，同一地點發(fā)生的案件，便于分析。消息過濾是只接受設備報警和設備故障消息放入警情消息接收隊列中，剔除重復、無效、誤報的警情消息。

2）從警情消息接收隊列中提取出消息隊列頭的警情消息的IP地址與來源標簽，然后依次判斷此警情向量的狀態(tài)信息，從屬的防區(qū)信息，防區(qū)的布防時間間隔信息。

3）警情判決子系統(tǒng)的警情關聯(lián)判決模塊開啟警情消息接收隊列Array_List。

4）警情判決子系統(tǒng)收到一條新的警情信息后，查詢狀態(tài)信息表中所有信息源在設定時間間隔內是否存在警情消息A1arm_Mes［5］。

5）接收到的該警情消息的當前信息與最近狀態(tài)信息表中的歷史警情信息按照規(guī)則表中的警情規(guī)則與規(guī)則優(yōu)先級進行關聯(lián)匹配。

6）若匹配成功，則產(chǎn)生警情事件A1ert_Event。

7）依次匹配狀態(tài)消息中所有安防監(jiān)測點的信息屬性值，得到全部匹配成功的警情規(guī)則，則剩下的警情規(guī)則就為最終的關聯(lián)判決結果。

8）將關聯(lián)判決結果的警情事件傳遞給警情分級模塊，完成警情案件的分級處理，處理信息保存在警情數(shù)據(jù)庫中。

3　聯(lián)動控制的實現(xiàn)與應用

安全聯(lián)動響應系統(tǒng)的實際網(wǎng)絡部署如圖4，為了讓智能安防系統(tǒng)具有很高的安全性，部署時給系統(tǒng)組建局域網(wǎng)，不通過路由器連接到外網(wǎng)，保證系統(tǒng)網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡的絕對隔離。由圖可以看到，這個安全聯(lián)動響應系統(tǒng)聯(lián)動流程為警情采集、警情判決、監(jiān)控顯示與主控管理［6］。

3.1聯(lián)動控制實現(xiàn)

聯(lián)動實現(xiàn)體現(xiàn)在控制器與控制器間互控上，如當系統(tǒng)內其中一個控制器探測到有火災報警信號或者防盜報警信號時，則可聯(lián)動其他控制器強行進行報警、布防、撤防等措施。

圖4　安防聯(lián)動響應體系結構

前端報警采用VISTA_120防盜報警控制器，采用擴充式防區(qū)設計，有9個基本防區(qū)，3個鍵盤緊急防區(qū)，可直接從控制主機鍵盤上查看事件記錄，主機內有鍵盤控制門禁功能。前端的防火報警采用JB_QB_GST200（或FC18_FC1840）聯(lián)動型火災報警控制器，內嵌多線制控制卡，可在不配街切換模塊的條件下實現(xiàn)對輸出線斷路，短路檢測操作。并且具備了自己的RS_232串口輸出功能，能自動驅動消防滅火設備。重點地點的采用具備集成聯(lián)動的報警控制器，可外接火災報警顯示盤及彩色CRT顯示系統(tǒng)，與視頻監(jiān)控子系統(tǒng)進行視頻復核的聯(lián)動功能［7］。

子系統(tǒng)的報警主機通過串口轉以太網(wǎng)口模塊連接帶PoE的網(wǎng)絡交換機，警情的聯(lián)動控制在關聯(lián)判決服務器進行智能處理，各個子系統(tǒng)的視頻監(jiān)視通過繼電器輸出板直連DVR中的視頻采集卡，能實現(xiàn)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的DVR報警輸入模塊的關聯(lián)。一旦有警情，立刻聯(lián)動視頻，當聯(lián)動視頻復核無誤后，聯(lián)動警鈴和主控中心。

3.2在高校安防中的應用

將關聯(lián)判決模塊應用在高校安防中，具體的網(wǎng)絡架構圖如圖4所示。

系統(tǒng)前端采用紅外模擬攝像機、混合式高清智能硬盤錄像機DVR和高清智能網(wǎng)絡攝像機進行視頻智能感知采集，利用校園網(wǎng)絡信息點位，實現(xiàn)模擬信號編碼成網(wǎng)絡信號，通過無線或網(wǎng)線的形式實現(xiàn)警情信息的實時傳輸與控制。

關聯(lián)判決服務器使用XML語言把各個安全終端的報警事件都轉換成統(tǒng)一的XML格式再上報給信息融合服務器。關聯(lián)判決服務器接受連接到信息采集子系統(tǒng)前端的控制主機發(fā)來的報警事件，通過主控中心的信息融合服務器實現(xiàn)警情數(shù)據(jù)的可視化和警情預警和報警控制與響應。作為安防聯(lián)動響應系統(tǒng)的核心部分，關聯(lián)判決服務器完成如匹配響應策略，創(chuàng)建關聯(lián)規(guī)則，關聯(lián)變更管理，保存響應事件記錄，警情日志統(tǒng)計分析，安全設備管理，響應策略配置等輔助功能。

主控中心配置一套物聯(lián)網(wǎng)智能安防監(jiān)控綜合管理平臺，進行對全校安防的統(tǒng)一管理，監(jiān)控，控制，錄像存儲。并可逆向解碼到電視屏幕墻。主控中心數(shù)據(jù)庫服務器采用ISPAN磁盤陣列實現(xiàn)集中式存儲，對錄像資料進行雙機熱備份。

4　結束語

文中首先提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術的高校智能安防系統(tǒng)集成方案。系統(tǒng)集成了視頻監(jiān)控、防火、防盜3個子系統(tǒng)。以視頻監(jiān)控系統(tǒng)為中樞實現(xiàn)子系統(tǒng)兩兩之間，三者之間的警情關聯(lián)協(xié)同分析。該系統(tǒng)的實施有助于各類高校進行“平安、智能校園”的建設。但系統(tǒng)也有不足，涉及到多信息源的警情處理，需要強大的硬件性能支持。

［1］劉薇.基于物聯(lián)網(wǎng)技術校園智能安防系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］.成都：電子科技大學，2013.

［2］雷玉堂.安防&物聯(lián)網(wǎng)_物聯(lián)網(wǎng)智能安防系統(tǒng)實現(xiàn)方案［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［3］尹欣.基于多信息源的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］.武漢：華中科技大學，2012.

［4］孫興中.警情數(shù)據(jù)的關聯(lián)規(guī)則與序列模式發(fā)現(xiàn)［D］.北京：北京交通大學，2009.

［5］劉寶禮，張文東，莊威，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能安防系統(tǒng)［J］.探測與控制學報，2013（4）：79_83.

［6］雷玉堂.安防&智能化_視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能化實現(xiàn)方案［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［7］李彤.智能視頻監(jiān)控下的多目標跟蹤技術研究［D］.合肥：中國科學技術大學，2013.

Deslgn and research on camPus lntelllgent securlty llnkage control system

MAO Qian_ren1，WANG Chao_bin2
（1.College of Computer，China West Normal University，Nanchong 637009，China；2.The Network Center Department of China West Normal University，Nanchong 637000，China）

According to a 1ow degree of integration and processing power shortage of co11aboration，a 1inkage response integration so1ution of Campus inte11igence security system has been designed based on the internet of things.The scheme uses the c1assic Apriori a1gorithm to mining association ru1es of A1ert_situation and imp1ements the a1ert information recognition and decision making among security subsystems through corre1ation decision modu1e.An actua1 app1ication shows that the scheme has good f1exibi1ity and feasibi1ity in the security system dep1oyment，1inkage contro1 and inte11igent processing.

security system in co11egesjassociation ru1esj1inkage contro1ja1ert_situation inte11igence ana1ysis

TP393

A

1674_6236（2016）10_0064_04

2015_06_10稿件編號：201506106

毛乾任（1990—），男，四川儀隴人，碩士研究生。研究方向：基于網(wǎng)絡信息安全的計算機應用。