WF—IoT技術在無人值守點位中的應用研究

文海 田酌溪

摘 要：建設無人值守點位是場區釋放人力資源壓力的需要。從人、活動體、自然和設備四個方面，分析影響點位安全的因素，得出集成、可靠、可控和智慧的防范需求。研究對比現有物聯網技術，認為WF-IoT是最佳選擇，并給出具體的實現思路和主要策略。結果表明，用WF-IoT改造安防設備，不改動原有結構，工程量小、布線減少，結構更簡潔，后續維修更方便，同時融合了多種安防功能，誤報警率顯著降低，點位自身的智慧管控能力明顯提升。

關鍵詞：中高速廣域融合物聯網技術；無人值守點位；安防；一體化集成

中圖分類號：TP39；C931.6；TN923；TJ06 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）07-00-03

0 引 言

近年來，靶場試驗任務要求越來越高，散布在場區的測控點位越來越多。這些點位大多部署了高精密測控設備，且距生活區較遠。任務期間進駐測量操作人員，其余時間安排專人值守，極大地占用了場區有限的人力資源。

目前，不少變電站、通信基站、氣象監測站、環境監測站、熱力站、水泵站、水文監測站等采用監控及數據采集系統，結合定期巡視實現“無人值守”[1-3]。從安全防范角度看，此類系統以視頻監控、周界防護、出入口控制等為防護手段，但沒有統一的智能管理系統，其安全防范的系統化、整體性不強。

近年來，運用物聯網技術整合各類安防設備，并與業務管理集成，推出了無人化貨倉、便利店、超市等[4]，取得了良好的應用效果。這表明，基于物聯網技術建設無人值守點位可行，既滿足了“以人為本”的管理需要，同時還優化了人力配置，提高了安全管理水平。

1 安防需求的分析

“安防”是“安全”和“防范”的簡稱。從廣義上講，有兩層涵義：

一是指自然屬性的安防，是一種整體狀態或宏觀表征，是管理者的期望；

二是指人為屬性的安防，通過管理者和被管理者能動性的參與，達到一種相對穩定的狀態。

安防是一個實現過程，即通過采取準備和保護措施來應對攻擊和規避風險，免受侵害，從而達到一個相對穩定的整體狀態。

顯而易見，安全是目的，防范是手段，通過防范的手段達到和實現安全是安防的基本內容。

對點位值守，以確保高精密測控設備安全存放，不被影響或破壞。為此，點位安防主要考慮四方面因素：

（1）人：非正常進出點位的人員可能會進行盜竊、破壞行為。

（2）活動體：動物、車輛等活動體可能會誤闖點位。

（3）自然：火、雨水、雷擊、靜電、地震等對點位安全有極大影響。鑒于竣工后點位的防雷、防靜電和抗震符合有關標準，而火、雨水的不可預見性需在安防中重點考慮。

（4）設備：不適宜的環境溫度、濕度及供電品質可能會損壞點位存放設備。

表1為點位安防需求統計表。為確保點位安全，一般需要運用十多種防范手段，因此，無人值守點位的建設要充分考慮管理者的要求與期望，在滿足安全保密要求的同時，還應滿足以下四點需求：

（1）集成。按照周邊封閉、聯絡暢通、報警靈敏、照明配套、監控有效的要求，需要對點位多種安防技術手段進行一體化集成，形成一個統一的智能管理系統，做到設施完善、配套齊全；

（2）可靠。對多種感知監測手段進行融合處理，實現本地決策，降低誤報警（或虛警）率；

（3）可控。監控中心需對點位具備遠程監控管理能力，可在線監控安防設備設施的運行狀態，彌補人防的不足，減少物防的盲區，實現聯防共享；

（4）智慧。集成后的所有安防單元（包括監測感知、融合處理和控制執行等）要具有不依賴監控中心的智慧管控能力。

2 技術路線的選擇

物聯網作為新一代信息技術，早已被國家列為五大新興戰略性產業之一。近年來，隨著政府的有力推動，尤其是無線通信技術的快速發展，物聯網已經從以“星型拓撲、集中數據分析、APP控制、單向采集獲取數據”為特征的類互聯網技術，發展為以“網格拓撲、云/霾/霧融合計算、分布式智能、可軟件定義、全自動控制、應用即服務”等為特征的2.0時代[5]，使萬物直接互聯成為可能。

目前，物聯網以無線通信為主，主要分為兩類[6，7]。以ZigBee，WiFi，BlueTooth，Spider，6LowPan，Z-wave等為代表的局域網技術，傳輸距離較短，功耗較大，一般承載小規模業務；是以LoRa，SigFox，NB-IoT，GPRS/2G/3G/4G等為代表的廣域網技術，傳輸距離較遠，除GPRS/2G/3G/4G外，其他均為低功耗技術，一般用于承載大規模業務。

無人值守點位僅防范技術手段就有十多種，需要感知或控制的節點數量較多，部分節點距離較遠，大多時候需要快速響應。雖然有線通信具有較強的保密性，但復雜的布線會導致成本和故障率攀升。為此，建設無人值守點位主要采用無線通信的物聯網技術。

在廣域網技術中，NB-IoT和GPRS/2G/3G/4G均為運營商網絡，在使用中需定期繳費；LoRa和SigFox均工作在免授權頻段，無需付費，但其通信速率較低，不足40 kbit/s，在節點較多時難以快速響應。所以現有的物聯網技術都不是好的選擇。

3 WF-IoT技術

WF-IoT（Wide Area Fusion Internet of Things，WF-IoT）是中高速廣域融合物聯網技術的英文縮寫，是我國完全自主的一種基于RFID的低功耗廣域網通信技術，是一種能實現遠距離、大容量、中高速、免付費、低功耗的物聯網系統[8]。2017年，被西安市列為“硬科技”，具有物聯網2.0的顯著特征。其核心指標為工作在780 MHz或2.45 GHz射頻識別頻段，通信速率在250 kbit/s～2 Mbit/s之間，節點間通信距離在80～300 m之間，采用網格拓撲，單個網關可接入64 k個節點，可同時滿足大規模部署、多業務融合、低成本剛需、高時效反應、低功耗等應用需求。其典型拓撲如圖1所示。

WF-IoT云端管控平臺具有云計算能力，運維管理人員可通過智能移動終端、計算機終端和網頁終端等進行操作，同時還提供了標準的WebService接口以供其他業務應用集成。

WF-IoT網關具有去中心化、不依賴云端的霾計算能力，與云端管控平臺的云計算結合，可以極大地壓縮通信量。

WF-IoT節點是融合了商用照明網、識別定位網和無線傳感網的單芯片系統，具有語境感知霧計算能力。在同一個子網內，與其他節點之間支持“1=N”的軟定義操作，如圖2所示。

從節點、網關到云端管控，WF-IoT都有符合國家軍用標準的[9]成熟產品，是建設無人值守點位的最佳選擇。

4 無人值守的實現

4.1 實現思路

基于WF-IoT技術建設無人值守點位，必須堅持技防與人防結合、技術與管理并重的原則。無人值守點位的原理組成如圖3所示。

具體實現思路如下：

（1）用WF-IoT節點改造點位內所有的安防設備（人體探測器、溫濕度探測器、照明燈、電子圍欄、振動探測器、雨水探測器、空調、消防、門禁以及網絡攝象機等）；

（2）WF-IoT網關與上述節點組成一個網格拓撲結構的WF-IoT融合物聯網，用網線接入場區光纖網，用電話線接入場區電話網；

（3）鑒于WF-IoT的帶寬不足以承載視頻，因此采用網線或光纖將攝像機、硬盤錄像機和視頻抓拍服務器組成視頻子系統；

（4）點位采用UPS電源和市電兩種方式供電，當市電斷開后，UPS電源為WF-IoT融合物聯網供電，確保WF-IoT融合物聯網正常工作；

（5）監控中心由視頻服務、（臉譜）人臉識別服務、WF-IoT云端管控平臺等軟硬件支撐，具有視頻監控、運行狀態監測、報警事件管理等功能，值班人員和運維人員在制度的規范下正常履行職責；

（6）應急分隊在應急響應預案的規范下工作，以應對無人值守點位出現的意外事件。

4.2 實現策略與效果

根據建設需求，實現點位的無人值守，效果如下：

（1）降低誤報警（或虛警）率。例如，在點位周界，由于動物的穿越或觸碰、樹枝的跨接等，很容易使電子圍欄發出錯誤報警。

當電子圍欄發出報警或攝象機拍攝到有運動目標事件時，向照明系統發出開燈命令，聯動視頻進行抓拍，若兩個安防設備同時有警告輸出，則報警裝置立即發出聲光報警，并向監控中心上報報警信息和抓拍的結果。如圖4所示。

（2）改善設備的工作與存放環境。高精密測控設備對工作和存放環境有較高的要求，要求點位內的溫度、濕度適宜，供電品質良好，不能漏雨，振動幅度不能過大。節點自動采集溫度、濕度、振動、雨水、電壓、頻率、諧波等參數，其中，一旦溫度和濕度參數超出閾值就啟動空調系統；只要在預設時間范圍內沒有回到閾值范圍內，就自動向監控中心上報，以便值班和運維人員處理。

（3）出入口控制更智能。當有人員或活動體到出入口時，燈自動打開，攝像機自動抓拍；經過授權的人員或車輛憑RFID身份識別卡可無障礙進出點位；其他人通過人臉識別后，與監控中心進行語音對講，監控中心可遠程開門或關門；其他任何未獲授權但想進出的人員擅自闖入，報警裝置自動發出聲光報警，同時向監控中心上報報警信息和視頻抓拍結果。

（4）開發有針對性的運維管理工具。無人值守點位的運行離不開管理，而管理需要技術手段支撐。為此，開發運維管理工具，在線監測點位安防設備的運行狀態、點位的通信狀態，自動統計報警事件管理情況、人員進出情況、日常巡查計劃執行情況、運維計劃執行情況，評估安防設備的故障狀態、點位的通信質量等，必然會更加有力地促進無人值守點位的管理。

5 結 語

通過分析場區點位的安防需求，結合物聯網技術現狀，得出WF-IoT技術是建設無人值守點位最好選擇的結論。用WF-IoT技術改造安防設備，不改動原有結構，工程量小、布線減少，結構更簡潔，后續維修更方便，同時融合多種安防技術和功能，誤報警率顯著降低，點位自身的智慧管控能力得到顯著提升。

參考文獻

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