安防物理攔阻設施拓展應用物聯網傳輸技術初探

那音太

0 引言

當下，物聯網技術已經被廣泛應用，人們通過嵌入各類傳感設備的方式，將各種日常物品、設施、設備、車輛和其他物品接入網絡，從而實現人、流程和物之間的交互通信。5G、云計算、大數據、衛星定位等各類技術手段的不斷豐富，又為萬物收集和共享數據提供可能。基于物聯網的數字系統可以記錄、監視和調整接入網絡中物之間的每一次交互，物理世界與數字世界就此融合交匯，互相協作。

安防是“安全防范”的簡稱。在安防領域，隔離網欄等物理阻攔設施在森林、草原、道路、能源、旅游、司法和各類重點防護單位被廣泛應用，其在安全防護方面有著不可替代的特殊作用。在萬物互聯的時代，將隔離網欄等物理阻攔設施納入物聯網體系，依托物聯網、大數據體系，進行有效、有序、穩定的物理阻攔設施日常維護和管理，全面提高綜合防衛管控能力，通過智能高效管控、數據融合共享、體制機制配套上的探索和突破，探索設計基于物聯網技術的物理阻攔設施智能管理方案。

1 物聯網有關傳輸技術概述和標準選擇

1.1 物聯網傳輸技術概述

當前，物聯網技術飛快演進，網絡空間與物理空間正在高度重疊。作為信息科技產業的第三次革命的物聯網，通過信息傳感設備，按約定的協議，將各類物體節點與網絡互聯互通，物體節點通過信息傳播媒介進行信息交互和通信，實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能已經成為現實。隨著5G相關應用的大范圍落地，物聯網領域的應用場景也大為豐富。

按照傳輸距離劃分，物聯網傳輸技術分為短距離無線通信技術和低功耗廣域網無線通信技術（LPWAN）。短距離無線通信技術大家較為熟知，如Wi-Fi、藍牙等。而基于安防物理阻攔設施的特點和安防單位所處地區的地理人文，短距離無線通信技術很難適用，最優的選擇應當是低功耗廣域網無線通信技術。

1.2 低功耗廣域網無線通信技術概述

低功耗廣域網技術最為顯著的特點在于“小”“低”“遠”“靈”。“小”是指個頭更小、設備投資更少；“低”是指功耗更低；而“遠”是指其傳輸距離更遠；而“靈”是指其接收靈敏度更優。以當下較為流行的低功耗廣域網技術之一的NB-IoT技術為例，其技術特性既可以保持頻移鍵控調制相同的低功耗特性，又可以顯著增加通信距離，在提高數據傳輸效率的同時消除了相互干擾。例如，某智能管道NB-IoT模塊，靠1節5號電池可以支撐該模塊10年以上的能耗需求，接收靈敏度可達-130 dBm（分貝毫瓦，接收靈敏度單位，是指接收機能夠識別到的最低的電磁波能量。接收靈敏度是以負值為單位，負數值越小，信號強度就越低，靈敏度也就越高，傳輸距離也就越遠），而其最大傳輸距離可達50 km。

1.3 物理阻攔設施低功耗廣域網標準選擇

當前，特別是在安防需求技術要求高的偏遠地區，基礎無線通信網絡2G/3G/4G/5G等多種制式并存，5種通信模式13種頻率或者更多種頻率并存，低功耗廣域網就必須要滿足這種多制式、復雜無線網絡的有效穩定接入。低功耗廣域網技術特點是，可以非常友好地嵌入多種物理阻攔設施，使重點安防部門的隔離網欄等各類物理阻攔設施全面接入物聯網，進而使實現安防領域人防、物防、技防相融合的綜合智能防護體系成為可能。

目前，國內應用較為廣泛的低功耗廣域網標準主要是授權頻譜下的NB-IoT和未授權頻譜下的LoRa技術兩種。具體應當選擇NB-IoT和LoRa哪一個標準，或是其他技術標準，應基于自主可控、地理氣候條件、運營商通信支撐、投資預算、智能化實現等諸多方面，進行科學綜合考慮后審慎確定。

因低功耗廣域網的核心技術絕大多數掌握在國外企業手中，考慮到自主可控因素、2G/3G/4G/5G多制式協同組網模式下的兼容和國內通信運營商對NB-IoT技術的推崇，綜合其他相關因素，本文中將以華為主導的NB-IoT標準為例初探安防物理阻攔設施智能化管理。

2 物理阻攔設施智能化管理系統初設

采用物理信息采集+NB-IoT物聯網管理平臺的管理方式，以NB-IoT物聯網管理平臺為指揮中心，以巡邏、告警、管護的作業流程為基礎，融合物聯網技術和大數據技術，實現對流程、人員、設備的全方位管理。

2.1 物理阻攔設施物聯網系統設計應遵循的原則

（1）準確性。準確性是系統開發需要遵循的基本原則，當突發事件觸發時，系統必須準確發出響應。傳輸網絡的可用度，往往會導致數據傳輸的誤碼率，以至于發生系統誤判。

（2）穩定性。重點安防地區的地理氣候路況等條件大多較為復雜，維護檢修難度大，穩定性的要求應該是重要指標。

（3）及時性。系統應該對突發事件做出快速響應。

（4）友好性。友好的交互界面有助于操作者對狀態的快速識別。

2.2 智能安防物理阻攔設施物聯網體系技術要求

目前，安防管理在法律法規等制度層面已經非常健全，所以在智能化管理上應當將關注重點放在制度推導所延伸出的日常和應急流程上。這就要求智能安防物理阻攔設施物聯網體系對安防視頻前端、各類物理阻攔設施，甚至是人力資源進行資源最優配置。該系統的運行必須可靠且靈活機動，對于自然環境的適應性強，日常管控指揮等流程信息流和物理阻攔設施信息流要求高度融合。智能安防物理阻攔設施物聯網應滿足以下技術要求和特點。一是具有堅強的安防基礎管控體系和各項關管控技術體系，能夠抵御各種人為攻擊破壞和自然干擾，能夠適應多變的環境，使安防綜合管控體系的堅固性得到進一步鞏固和顯著提升；二是信息技術、觸發技術、傳感器技術、自動控制技術和安防基礎設施有效融合，可以全面獲取安防物理阻攔設施的全景全時段信息，第一時間發現并預判可能發生的安全隱患；三是現代化通信信息技術結合管控管理技術的綜合應用，將極大提高物理阻攔設施使用養護效率，節約安防管控人力、物力、財力；四是實現全時段信息的高度集成、共享和利用，為安防綜合指揮展示全面、完整和精確的安防物理阻攔設施防護狀態，實現畫面捕捉、動態追溯、觸碰感知等功能，提供必要的輔助決策支撐、情況調度和初步應對預案；五是建立實時互動的信息交互模式，授權相關方可以實時了解視頻前端、各類物理阻攔設施的運行情況和狀態，合理安排人力物力部署等。

另外，該系統需要通過傳感器、網關、傳輸系統、中心軟硬件構成一個局域網。為了保證上述基本性能，系統設計還應當確保戶外設備穩定性和可靠性，保證良好的溫度特性、防水密封等性能；要確保傳輸系統的良好可用度和帶寬冗余，必要時考慮多方式、多路由的備份；要充分考慮網絡安全，通過數據加密、北斗定位、身份認證、防火墻等技術手段防范入侵、竊聽、破壞；通過信道糾錯編碼、ARQ重發協議等提升網絡服務質量（QoS）。

2.3 基本架構及功能設想

一個平臺型綜合物聯網管理系統的設計，少不了用戶管理、產品設備管理、數據流模板、觸發器、外部接口、智能分析、規劃引擎等各種功能模塊的設計。本文著重討論以設備管理、數據流模塊管理和觸發器管理為核心的在線監測系統設計。

基于物聯網的安防物理阻攔設施在線監測系統，是安防各類防護設施進行“萬物互聯”的核心系統，其基礎信息、運行信息、災害預警信息和環境監視信息等狀態信息必須要符合智慧安防的目標要求。如表1所示。

表1 安防物理阻攔設施在線監測系統狀態信息表

2.3.1 監測系統的基本結構

監測系統的基本結構如圖1所示，其結構可分為應用系統、數據中心和數據應用三個層次。

圖1 監測系統的基本結構

應用系統層由多個獨立的系統構成，每一個應用系統反映某一類型設施運行狀況，如視頻監測系統、氣象風險系統、設施狀態系統、紅外監測系統等。這些應用系統雖集成在一個綜合的平臺系統中，但彼此獨立運行，這樣可以有效保障各類型設備的有效穩定運行和數據流的有序。數據中心層將各個獨立系統的數據集成匯總梳理，進行統一管理、統一處理、統一綜合分析，實現各類數據有效融合。數據應用層則基于全時段監測數據建立安防綜合管理虛擬現實模型，可以利用更為先進的技術構建各個關鍵防護點位虛擬現實圖像，實現監測系統可視化。數據應用系統采取B/S架構（瀏覽器/服務器架構），用戶機端可以用瀏覽器查詢各類數據信息，同時進行自主分析，實現對綜合管理的決策支撐。當然，C/S（客戶機/服務器）架構也可以實現這些功能，其安全性、可靠性、交互性、自主性可能更優，但成本也較高。

2.3.2 監測系統所互聯的“物”的信息

監測系統中所互聯的“物”，有水泥樁、金屬樁、鐵絲網等多種。安防物理阻攔設施，如鐵絲網應達到樁正線直、基礎牢固、間隔均勻、網面平順，加固措施完善，整體抗力強的特點，而以上特點恰是物聯網模塊監測的重點物理指標。在具體實施中，應對現有水泥樁構件進行改造，對于水泥構件中的金屬斷裂、彎曲進行監測；對金屬樁斷裂、彎曲進行監測；對鐵絲網結構進行升級改造，針對常用材質，如對12號熱鍍鋅鐵絲主掛件處進行改造加裝物聯網模塊，對網狀結構的松弛度等物理指標進行監測。對以上設施設備進行改造后，物聯網設備可對斷裂、松弛、異動進行實時監測。系統則通過觸發器來監控數據，實現特定條件的事件告警，按照事先設定的監測事件觸發條件、數據流，以設定的形式發出告警信息并推送到綜合指揮調度中心和特定人員移動端設備。

2.3.3 設備定期自檢+巡邏隨檢+定期維護檢查

對物理阻攔設施物聯網模塊定期進行系統同步自檢，并將狀態信息報送至后臺，如設備傾斜角度、松弛度、異動信號、電量等信息，進而確保物理阻攔設施物聯網模塊和系統是否正常。另結合巡邏隨檢和維護單位定期維護檢查，切實保護智能物理阻攔設施智能化功能和物理功能的正常運行。

2.3.4 特定區域模塊加強

在安防區域邊緣的沖溝、水溝、涵洞等易毀處和易鉆越通道處，除應按現行物理阻攔實施加強防護外，也應有針對性開發水浸漫、流速、測距等特殊物聯網模塊，以智能化方式補足現有短板。

2.3.5 其他方面

比照常規巡檢系統，該系統還需具備權限管理、日志管理、數據分析、綜合定位等諸多功能，特別是要加強與北斗衛星定位系統融合的探索。

2.4 物理阻攔設施智能化管理系統架構初設

使用NB-IoT技術組建的廣域無線物聯網稱為NB-IoTWAN，基于其應用筆者初設了如圖2所示的安防物理阻攔設施智能化管理架構。

圖2 基于NB-IoT技術的安防物理阻攔設施智能化管理架構

物理阻攔設施的狀態信息（人為毀壞、動物毀壞、水毀、風毀等各類信息）通過觸發系統NBIoTWAN依次接入聯通物聯網平臺、NB-IoT物理阻攔設施智能管理系統，最后至綜合指揮調度中心。綜合指揮調度中心通過決策機制或應急機制將指令通過軟件系統和移動端設備下達至人防體系和技防體系，人防體系和技防體系通過調用相關人員或設備進行物理阻攔設施現場巡檢完成智能閉環管理，進而實現智能物理阻攔設施終端信息接入、存儲、分析，將各類物理阻攔設施的即時狀態、日常維護、檢修、告警等信息在NB-IoT物理阻攔設施智能管理系統展示，并同步推送至相關決策管理人員移動端App或北斗終端設備。

3 未來進行深入設計的著力點

一是打破體質機制壁壘，建立長效科學的管理機制；二是組建跨部門、跨行業，負責審核、授權等各項管理事項，調度有序的高效管理部門；三是加強多領域人才技術資源融合共享，特別是視頻前段技術的熱成像、生物識別、智能防護技術的融合共享。

4 結束語

安防物理阻攔設施既是物理屏障也是技術屏障，切實加強安防領域物聯網管控水平，提高防衛管控能力，是各類安全防護單位的重要工作內容。推進物理阻攔設施物聯網技術的應用，是加快智慧安防工作可以探索的一個方向。物理攔阻、執勤巡邏、視頻前段等信息化管控設施的不斷智能化演進，可以有效改善安全防衛警戒、查驗監管的工作條件，將為維護相關單位安全管控水平，甚至是社會安全奠定堅實的基礎。

依托信息化技術的不斷演進，將可視化監控系統、監控站、夜視儀眼鏡、北斗衛星電話、望遠鏡、對講機、手持各類終端、各類物理設施的各類設施設備通過物聯網、云計算等技術實現安防“萬物互聯”，將各類人防、物防、技防信息納入安防大數據體系，全面形成構建“各類設施設備貫通，體制機制銜接有序”的現代化智慧安防管控指揮體系，讓安防工作借助科技力量實現新的飛躍。■