物聯網技術在高校安全管理中的應用研究

張君楓

摘要： 隨著高等教育的普及，大學生的數量不斷增加，校園安全問題越來越引起人們的重視。高校大多采用開放式管理，社會人員很容易進入校園，這將給學生的財產以及生命安全帶來威脅。因此，校園的安全問題是當下高校首要考慮的重要議題。物聯網技術能夠為高校的安全管理帶來可靠保障。本文介紹了物聯網技術在高校安全管理中的實際應用，并對其具體實施方法進行了分析和闡述。

關鍵詞： 物聯網技術； 校園監(jiān)控系統； 安全管理

中圖分類號：TP277

文獻標志碼：A

文章編號：2095-2163（2017）04-0070-03

0引言

隨著高等教育的大眾化，校園的規(guī)模也日趨擴大。目前，各大高校的校園網已經逐漸成熟，為物聯網的應用創(chuàng)造了良好的基礎條件，為高校安全管理開辟了全新的途徑。應用物聯網技術可實現監(jiān)控管理的一體化，全方位推進高科技的管理方式，從而有效提高當代校園的安全管理水平。

1物聯網的概念及工作原理

物聯網屬于新一代信息技術，以其令人矚目的優(yōu)勢越來越廣泛地應用于生產、工作以及生活等各個方面，究其本質就是在互聯網的基礎上實現物物相連的網絡。互聯網是物聯網得以創(chuàng)建的前提與基礎，在物聯網的應用系統中居于核心地位，物聯網也是互聯網的延伸和擴展；物聯網在用戶端可以設計部署物品之間的信息交換以及通信。物聯網通過智能感知、模式識別與普適計算等技術，廣泛應用于各類研究活動中，被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。早在2000年美國即已提出物聯網的概念，當時稱為傳感網。其定義為通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協議，將物品通過網絡域名相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化定位、識別、監(jiān)控、跟蹤和管理的一種網絡。

物聯網也可以概括為將無處不在的末端設備和設施，如具備“內在智能”的傳感器、移動終端、家庭智能設施、工業(yè)系統、視頻監(jiān)控系統等，以及具備“外在使能”的貼上射頻識別標簽的各種資產、攜帶無線終端的人與車輛等“智能化物件或動物”，通過無線或有線的通訊網絡實現互聯互通。應用大集成以及基于云計算的營運模式，在內網、專網或互聯網的環(huán)境下，采用適當的信息安全保障機制，對“萬物”提供安全可控、一體化以及個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯動、預案管理、安全防范、遠程控制、調度指揮、遠程維保、在線升級等管理和服務。

簡單來說，物聯網的工作原理就是管控“萬物”的巨型網絡。網絡中的所有物品通過采用射頻識別與無線數據通信等技術，在互聯網的基礎上設計得到真正的互聯、共享、交流和管理。物聯網一般具有3個顯著特征，具體描述如下：

1）借助傳感器、二維碼、射頻識別等手段切實保障對物體感知的實時性與全面性；

2）借助良好的移動通信網絡與互聯網路徑，保證物體信息傳遞的安全性與準確性；

3）借助云計算、模糊識別等技術，實現對信息的識別分析、對數據的海量處理以及對于物體的智能控制與處理。

2物聯網體系架構

物聯網根據信息的生成、傳輸、處理與應用的控制流程，自下至上可分為3個層次。其中，底層是用來獲取數據的感知層，中間是支持數據傳輸的網絡層，最上面則是應用層。本次研發(fā)的系統架構如圖1所示。系統中，各層設計功能可闡釋解析如下。

2.1感知層

感知層是物聯網的核心，是信息采集的關鍵部分，主要通過傳感器等設備獲取數據。感知層用于識別外界物體以及采集信息。具體來說，就是用來解決人類世界與物理世界之間的數據獲取問題，首先通過傳感器、數碼相機以及攝像頭等設備，采集外部物理世界的數據；然后通過射頻識別、條形碼、紅外線、藍牙等傳輸技術傳遞數據。

2.2網絡層

網絡層的設計著重于物聯網的信息傳輸，把感知到的信息安全可靠地傳送給上層服務。網絡層建立在現有的移動通信網絡和互聯網基礎上，實現數據的傳輸、存儲、查詢、分析等。云計算平臺可以有效整合并處理海量數據的感知、存儲、分析，這也是物聯網網絡層的重要組成部分與應用基礎。

2.3應用層

應用層是與行業(yè)需求緊密結合的成果表征，是最終實現各種智能的應用，也是用戶使用和操作物聯網的接口，主要用于執(zhí)行信息存儲、數據挖掘和設計決策。物聯網的應用離不開軟件開發(fā)、智能控制等技術的發(fā)展，其應用領域廣泛，包括智能交通、智能家居、物流監(jiān)控、智能醫(yī)療、服務收費、環(huán)境監(jiān)測、電能控制等領域。物聯網的應用層既可以提供對用戶的個性化服務，又能通過對感知數據的關聯操作，進一步提高用戶的服務質量與效果，促進社會生產力以及人民生活水平的提高。

3物聯網的關鍵技術

3.1射頻識別技術

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID），又稱為無線射頻識別，是通信技術的一種，無需在識別系統與目標之間建立機械或光學的接觸，可以通過無線信號來識別特定的目標并進行相關數據的讀寫。這也是一種自動識別技術，可通過射頻信號技術來實現監(jiān)控，主要由3部分構成，包括了標簽、解讀器和天線。其中，標簽就是具有計算和存儲功能的電子編碼，每個標簽只有唯一的電子編碼與之對應，標簽主要由內部芯片和耦合元件兩部分構成。通過技術手段將標簽附著在待測物體上，對待檢測目標及其周圍環(huán)境自主提供鎖定，借助識別技術來最終給出目標的判定，從而獲得信息。解讀器是RFID技術的核心部件，主要用于信息處理和傳遞，通常有手持式和固定式兩種，其主要功能就是讀取設備信息，同時還可以寫入信息。天線將重點針對于接收信號，實現射頻信號之間的傳遞。

至此，針對RFID技術的工作原理可做研究表述如下：

RFID系統由電子標簽、解讀器及應用軟件系統三部分組成，在磁場控制下，基于磁場內部感應電流所產生的能量，標簽以某一固定頻率向外發(fā)送射頻信號的方式將內部芯片中的信息發(fā)送出來。與此同時，解讀器針對這一固定頻率來接收信號，并通過解碼器對接收到的射頻信號進行解碼，再將解碼后的信息發(fā)送到中央信息系統。endprint

3.2傳感器

傳感器是物聯網系統的重要組成部分，是實際感知物質世界的設備，能夠采集周圍環(huán)境的信息及參數等原始數據，如力度、熱度、光照及位移等。傳感器采集的數據客觀且快捷，能夠作為物聯網系統辨識處理研究背景環(huán)境的基礎優(yōu)勢支撐。隨著網絡及電子技術的不斷更新，傳感器的發(fā)展趨向于多元化，體積越來越小而且越來越智能，能夠適應當前網絡與信息化發(fā)展的需求，同時正在向更加前沿的領域推進，嵌入式Web傳感器已成為新型傳感器的典型代表。

3.3無線傳感網

傳感器網絡的搭建必須具備3個基本要素，可重點闡釋如下：

1）要有隨機分布的傳感器；

2）具有實施數據處理的單元；

3）實現單元相互通信的節(jié)點。

在同一傳感器網絡中可以設置有多個傳感器，每個傳感器均可以對其周圍的環(huán)境和設備構建引入連續(xù)監(jiān)測。檢測數據包括：熱度、聲音、雷達波、紅外波、地震波等信號，同時還可以對周邊的濕度、溫度、光照、土壤、壓力、位移等信息進行檢測和收集。通過傳感器集成分布式的數據采集模式，可以在技術上實現基于網絡的信息管理系統。隨著技術的不斷更新與進步，傳感器的發(fā)展也更趨向于微型化、低能耗，在網絡結構布置方面會更加靈活，在各個領域中的應用也會日益普及與廣泛。

4物聯網技術在高校安全管理中的應用

隨著高科技與網絡技術的發(fā)展，高校可以借助物聯網技術的強大監(jiān)控功能，更有效地實現校園的安全管理，下面即詳盡論述并提出了基礎研究中的具體實際應用。

4.1校園門禁系統的應用

在校園門禁系統中主要利用射頻識別技術，對出入學校的人員核查展開身份驗證，禁止社會人員隨意出入校園。在實際應用過程中，學校可以為教師、學生以及學校的工作人員統一發(fā)放RFID卡，事先在卡內錄入個人的真實信息，并對此信息做好存儲與備份，將RFID卡視為有效憑證。通過RFID卡可以智能設計規(guī)范校園的安全監(jiān)控，避免校外人員混進校園，以至于給學生的安全帶來威脅。校園內的其它公共場所，如體育館、圖書館、實驗中心等場所也要憑卡進入，這樣可以為學校的管理帶來便利。

4.2網絡視頻監(jiān)控系統的應用

在高校安全管理中最重要的技術手段就是采用了網絡視頻監(jiān)控系統，將高清攝像頭安裝在校園的各個場所，充分發(fā)揮其實時監(jiān)控作用，隨時記錄校園各個角落的實際狀況，同時輔以安保人員值班監(jiān)控，在第一時間發(fā)現異常現象和突發(fā)事件，并迅速采取可行應對解決措施。此網絡視頻監(jiān)控系統基于物聯網技術，可利用校園網絡進行信號傳輸，通過視頻設備對校園的安全狀況實現切實有效的優(yōu)質監(jiān)控。網絡視頻監(jiān)控系統同時具備對數據的采集、傳輸、存儲、處理等功能。在實施監(jiān)控的過程中，還可以建立完善的預警機制，以便更好地應對突發(fā)事件，在最短時間內做出快速反應，將事件的不良影響降到最低。具體設計方法可以在網絡視頻監(jiān)控系統中增設報警功能，當遇到突發(fā)事件后，系統將自動提示監(jiān)控人員，快速對事件展開分析處理。若遇到嚴重的大型事件，學校將可向公安部門直接發(fā)送報警，網絡視頻監(jiān)控系統則將成為高校安全管理的有利保障。

4.3防火報警系統的應用

目前高校的建筑設計多以高層為主，一旦發(fā)生火情不僅涉及面極廣，而且很大可能將造成嚴重后果，因此高校必須密切關注火災隱患，將火災的預防工作視為重要任務。將校園防火報警系統應用于校園監(jiān)控系統之中，可以及時地預防火災發(fā)生。防火報警系統的設計可以采用ZigBee技術，因其具備成本低、效率高的優(yōu)點，使得防火報警系統更加利于校園安全監(jiān)控系統的配置實施。防火報警系統針對性強，通過對容易引發(fā)火災的場所進行實時監(jiān)控，在每層樓道、電梯間、宿舍內安裝氣體濃度、溫度、煙霧等傳感器，如果發(fā)現上述數據超標，立即將位置信息上傳報警系統，同時將報警指令發(fā)送給值班人員，值班人員將根據報警信息，快速處理并通知消防人員趕赴火場救援處置。同時在容易發(fā)生火災的場所安裝自動噴水應急設施以及自動發(fā)出語音警報，提醒學生有序撤離。

4.4物品防盜

利用物聯網技術可以有效解決校園內的盜竊問題。學校可向每個學生發(fā)放一張集成射頻模塊的RFID-SIM卡，學生可以向學校保衛(wèi)處提出申請為貴重物品配備內置RFID卡，RFID卡中錄入并存儲此物品所屬人的相關信息。在宿舍門口放置RFID讀卡器。當物品經過時，讀卡器讀取RFID卡片信息和學生的RFID-SIM卡信息，一并上傳到系統并提供對照分析。若兩者信息匹配，就予以放行。否則預先設置的聲光報警裝置將自動開啟，系統自動向管理人員及保衛(wèi)處發(fā)出報警信息，宿舍出入口攝像頭將自行按規(guī)律統計拍照，記錄時間、地點、物品等相關信息。若物品已離開校園，可以將攝像頭所拍攝的圖像提交給公安部門，協助警方快速破案。若物品未被帶離宿舍樓，物品所有者可以向保衛(wèi)處申請追蹤，保衛(wèi)處管理人員則可利用便攜式RFID閱讀器進行追蹤掃描，根據RFID閱讀器的指示搜尋丟失物品。

4.5宿舍門禁管理

宿舍樓是學生往來頻繁的場所，尤其是上下課時間，很容易發(fā)生其它宿舍樓的學生或外來人員趁機混入宿舍的現象，應用物聯網技術即可獲得這一問題的應用研發(fā)具體方案。在每棟宿舍樓門口加裝紅外感應設備，當有人經過時，宿舍樓內的RFID閱讀器讀取出入人員的RFID-SIM卡信息，倘若沒有讀到信息或者顯示該人員并非本棟樓內人員，立即報警，通知宿舍管理人員提供干預及處理。

4.6智能考勤

學生管理中，夜間的查寢工作非常重要，而采用物聯網技術則可為學生查寢考勤帶來極大方便。此次研發(fā)可通過人臉識別器來獲得設計實現。學生在考勤的時間范圍內，找到就近的人臉識別器直接選用刷臉考勤。當人臉識別器讀取學生人臉信息后跟系統中預先采集的圖像進行對比，如果一致則完成考勤。這樣的考勤結果真實、有效，后臺可同時運行自動統計。考勤結束后，系統將未考勤名單發(fā)送給宿舍管理人員，宿舍管理人員進入宿舍核實，如果學生確實未歸，立即通知該學生的輔導員，及時與學生及家長取得聯系。利用物聯網技術設計展開自動考勤，能夠節(jié)省大量的時間，學生管理人員可以方便地輸出數據的最終統計與分析結果，掌握學生真實的歸寢情況，預防意外事件發(fā)生，進而保障了學生的安全。

5結束語

物聯網技術在高校的安全管理中發(fā)揮著不可替代的作用，呈現出高端技術研發(fā)優(yōu)勢。同時，物聯網技術的應用依然面臨著一定挑戰(zhàn)，比如對物體的感知僅限于從信息標簽來辨認識別，不能防止信息標簽的人為移動；對公共設施的管理尚未能夠監(jiān)視其完整性；對人員的管理大多用于對所持有的智能終端信息的識別，而不能通過人的生理特征進行鑒別，存在著安全管理的不確定性。因此，物聯網技術的后續(xù)研究還應提升智能化等級，使其在校園中的應用更趨完善，從而為師生創(chuàng)造更為安全舒適、且便利的校園生活。

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