基于物聯網技術的校園智慧監控系統設計與研究
——以云南司法警官職業學院為例

◆周逸璇 李志強

(云南司法警官職業學院 云南 650211)

基于物聯網技術的校園智慧監控系統設計與研究
——以云南司法警官職業學院為例

◆周逸璇 李志強

(云南司法警官職業學院 云南 650211)

隨著校園建設的需要，現代化的監控系統不僅是校園安防的要求，也是智慧校園的重要組成部分。本文針對傳統校園視頻監控系統存在的監控不到位、帶寬資源不足、數據存儲量有限、跟蹤和報警能力不足等問題，提出了基于物聯網技術的智慧監控系統。并以云南司法警官職業學院為例，為構建智慧校園提出新的思路。

物聯網技術，智慧監控，校園安防

0 引言

校園是國家人才培養的重要場所和機構，隨著校園建設步伐的加快，校園面積的逐步擴大，流動人員也在不斷增加，各種不確定的因素也校園的安全管理帶來了很大難度。占地廣、管理人員少、人員密集、防范意識差等諸多因素的限制，讓高校安防與其他領域相比更具有特殊性。除了加強值守人員安全防范意識，增加人力、加固門窗外，通過監控、報警、在線電子巡查等技防設施的建設和應用也開始為高校安防發揮作用。物聯網技術充分利用其自身優勢并結合互聯網，以促進高等職業教育創新發展為驅動，科學配置、有效利用各方面的資源，使學校教學和管理變得更具人性化和智能化。因此，如何有效地應用物聯網技術來推動數字化校園向智慧校園的發展是亟待研究和實踐的重要課題，也是是推動云南省高等職業技術教育未來發展的必然趨勢。

1 概述

1.1 物聯網

物聯網，其實就是物物相連的互聯網絡，其核心和基礎仍然是互聯網，它的終端可以包括任何物體，以實現物體和物體之間的通信和數據交換[1]。物聯網依托計算機關鍵技術、感知關鍵技術、互聯網關鍵技術等[2]，獲取信息，結合網絡進行信息的傳送與交換，采用智能計算技術對信息進行分析處理，從而提高物質世界的感知能力，實現智能化的決策和控制[3]。設備化和連通性是物聯網的基本特性[4]。在任意時間任意地點，通過物聯網連接的物體都可以尋址、通信和控制。借助物聯網，高等職業院校可以實現校園的互聯互通，使校園管理更加流暢和高效。

1.2 視頻監控系統

視頻監控系統，是通過圖像監控的方式對高校的各個區域或者主要進出口作一個實時、遠程的視頻監控的安防系統[5]。在經歷了模擬視頻監控、數字視頻監控階段后，網絡視頻監控系統具備了以往兩種視頻系統沒有的優勢。系統由前端攝像機、中心控制系統和存儲系統等組成。前端主要設計在教學區及生活區出入口、室外主要道路口、各樓棟的出入口、實驗室、圖書館、體育場館等重要區域。中心設計一套視頻綜合管理平臺及錄像集中存儲系統，系統借助 IP網絡將系統前后端設備連接起來，實現對視頻的切換瀏覽、錄像和查看功能。高校因其占地面積廣、建筑分散、人員密度高、教學科研儀器眾多等因素使其對安全防范系統有不同于其他行業的特殊要求，加之視頻監控的局限性和監控的死角，往往使之成為盜竊和犯罪經常出現的地方，威脅著校園安全。

2 基于物聯網技術的智慧監控系統

云南司法警官職業學院校本部在昆明東郊大板橋鎮，另外還有北市區校區，兩地分散，距離較遠不方便管理，通過建設智慧監控系統來提高校園安全防范與管理，采用網絡視頻監控管理系統，將Internet技術、物聯網技術、視頻音頻技術、數據庫等整合在一起，在現有校園網絡的基礎上，通過高速圖像傳送，在校本部保衛處監控室對兩個校區的重點區域進行實時監控，實現校園的和諧平安。

2.1 智慧監控系統的層次框架

按照物聯網感知層、網絡層和應用層的三層劃分模式[6]，智慧監控系統可以劃分為：智慧監控感知層、智慧監控網絡層和智慧監控應用層，如圖1所示。其中智慧監控感知層通過網絡攝像機實現對信息的采集，由鏡頭、聲音傳感器、圖像傳感器等搜集視頻和音頻信號。智能傳感器利用無線傳感技術對覆蓋區域內重點物品的標簽或者二維碼進行信息跟蹤，根據標簽所在的位置，確定是否屬于安全狀態，有效地實現監控目的。智慧監控網絡層基于以太網和無線傳感網絡的結構設計，利用以太網將壓縮后的視音頻信號傳輸至網絡視頻服務器及節點服務器，在存儲視頻數據的同時將數據提交至云服務器。利用無線傳感網進行節點布置時，實現了對監控對象信息的采集、處理、傳輸工作，根據這些數據信息，進行控制和操縱[7]。智慧監控應用層是智慧監控系統和用戶的接口，主要部署在監控中心，利用云端提供的數據存儲服務實現對于對象的實時監控，并且通過移動物體檢測算法判斷所監控的范圍內是否有物體移動，并對移動物體進行監控。系統管理員不僅可以直接操作系統實現所需功能，還可以通過互聯網訪問各節點數據，并且該應用層還兼容多種訪問終端，比如手機、平板電腦以及筆記本電腦等設備。

圖1 智慧監控系統層次結構

2.2 智慧監控系統的具體設計

2.2.1 總體設計

結合云南司法警官職業學院的校園特點，在每個獨立校區內的建筑物上布置高清網絡攝像機，特別是校園進出口、行政樓、教學樓、宿舍、運動場、圖書館等重要活動場所，并在建筑物中設立相關服務器，利用已建成的校園網絡傳輸監控視頻和音頻。除此以外，利用物聯網的特性和技術，對重要物品和設施進行重點感知。所有信息通過云計算匯總到后端智能分析服務器來實現視頻智能分析的應用。

2.2.2 前端監控點設計

對校園內固定資產以及重要或者涉密的文件和物體貼上二維碼，并以 RFID、GPS等技術進行智能標簽，用于物體的識別和對象信息的獲取，感知和追蹤物品位置，確保安全管理。采用高清網絡攝像頭和拾音器來負責各個監控點現場視音頻信號的采集，并將其傳輸給視頻處理設備。為攝像機由UPS集中供電以保證電源潔凈，防止串擾。

2.2.3 物聯網中間層設計

物聯網中間層設計主要是針對網絡傳輸層的設計。在兩個獨立的校區內，采用無線傳輸技術，利用智能傳感器，組成短距離的無線傳感網，經過多個的網絡節點的傳輸網絡，可達到幾百甚至無限遠。采用ZigBee作為無線傳輸模塊，可以自動組網，并具有自動修復功能，同時該協議具有的防碰撞機制能有效的避免發送數據時的競爭和沖突。校區與校區之間以云計算和智能網絡為平臺，將經數字化的視音頻信號通過視頻壓縮算法（如MPEG-4/H.264）和音頻壓縮算法（如 G.729/ADPCM）進行壓縮編碼，采用統一的 TCP/IP協議來進行圖像、聲音和數據采集傳輸，通過IP數據包將數據傳輸至網絡視頻服務器及節點服務器，再接入以太網，在存儲視頻數據的同時將數據提交至云服務器，因此可以不受地理區域的限制，實現更廣闊區域的監控布局。

2.2.4 智慧監控中心設計

智慧監控中心采用云服務器集成實施數據存儲和服務器的部署，同時實現對系統的綜合監控管理。功能集視頻解碼、數字輸入、拼接、控制、漫游、智能跟蹤分析、警報等于一體。管理員不僅通過管理軟件實現綜合管理，可以通過互聯網基于 Web 實現對各節點服務器數據的訪問，獲得監控的實時狀態。通過智能視頻監控技術實現對視頻的分析和計算，從視頻中提取運動目標信息，根據用戶設置的報警規則，自動判斷分析報警事件，產生相關報警信息，報警服務器在接收到報警信號后可進行預案設置的聯動。還可以實現校園物品的自動盤點和物品遺留檢測[8]，感知目標物體的位置，解決在校師生亂堆物品占用消防通道等，有利于提高校園管理工作效率，通過計算機、手機等終端，實現實時監控和報警。

在保證信息安全的基礎上，學院各部門的桌面終端均可訪問權限范圍內的視頻資源，支持調看實時視頻圖像、PTZ控制和回放錄像資料[9]。借助智能分析技術，可以對圖像質量診斷（解決前端攝像機故障或人為惡意破壞），對人員聚集等異常情況將觸發警報，上傳監控中心（解決高校人員聚集鬧事的問題）、在高校某些禁止入內的區域可以自由靈活的設定時間段啟用報警功能，如有人進入該區域立即啟動報警功能。在室內重要場合如重要機房等設定警戒區域，24小時不間斷實時監控，只要有人進入警戒區域，馬上報警并上傳監控中心，提醒監控人員注意。在高校消防通道、過道、人文廣場等區域設定警戒區域，24小時不間斷實時監控，只要有人在警戒區域內堆放物品超過設定時間，馬上報警。

3 結論

本文基于物聯網技術架構設計了智慧監控系統，并根據不同的部位要求，布置不同的設備，從而達到全方位監控的目的。同時，使用云服務器實現大量數據的存儲及多種應用服務器的管理，為校園的安全性提供保障，達到建設智慧校園的目的。隨著智慧城市的不斷發展，目前教育行業也開始對學校進行智慧式的建設探索，以智慧監控為核心的智慧校園規劃逐漸得到實現，相信智慧監控以及其他安防系統可以為“智慧校園”的信息化建設提供新的思路。

[1]朱洪波，楊龍祥，朱琦．物聯網技術進展與應用[J]．南京郵電大學學報(自然科學版) ，2011．

[2]石貴舟，余霞．基于“互聯網+”的高校產學研協同創新[J]．現代教育管理，2016．

[3]胡梅，馬斌．“互聯網+高等職業教育”的現實可能與當代變革[J]．現代教育管理，2016．

[4]陳明選，徐旸．基于物聯網的智慧校園建設與發展研究[J]．遠程教育雜志，2012．

[5]視頻監控(海康)高校安全防范系統解決方案［EB/OL］．

[6]鄧鵬．基于物聯網的校園節能監控系統的研究[D]．湖南工業大學，2013．

[7]王新艷．基于物聯網技術的校園監控技術研究[J]．湖北函授大學學報，2015．

[8]蔣映．物聯網視頻監控系統在智慧校園建設中的應用研究[J]．科技風，2016．

[9]莫偉健，任志健，萬智萍．基于物聯網的智慧校園無線視頻監控系統[J]．實驗室研究與探索，2013．