基于物联网技术的校园智慧监控系统设计与研究——以云南司法警官职业学院为例

◆周逸璇 李志强

(云南司法警官职业学院 云南 650211)

基于物联网技术的校园智慧监控系统设计与研究
——以云南司法警官职业学院为例

◆周逸璇 李志强

(云南司法警官职业学院 云南 650211)

随着校园建设的需要，现代化的监控系统不仅是校园安防的要求，也是智慧校园的重要组成部分。本文针对传统校园视频监控系统存在的监控不到位、带宽资源不足、数据存储量有限、跟踪和报警能力不足等问题，提出了基于物联网技术的智慧监控系统。并以云南司法警官职业学院为例，为构建智慧校园提出新的思路。

物联网技术，智慧监控，校园安防

0 引言

校园是国家人才培养的重要场所和机构，随着校园建设步伐的加快，校园面积的逐步扩大，流动人员也在不断增加，各种不确定的因素也校园的安全管理带来了很大难度。占地广、管理人员少、人员密集、防范意识差等诸多因素的限制，让高校安防与其他领域相比更具有特殊性。除了加强值守人员安全防范意识，增加人力、加固门窗外，通过监控、报警、在线电子巡查等技防设施的建设和应用也开始为高校安防发挥作用。物联网技术充分利用其自身优势并结合互联网，以促进高等职业教育创新发展为驱动，科学配置、有效利用各方面的资源，使学校教学和管理变得更具人性化和智能化。因此，如何有效地应用物联网技术来推动数字化校园向智慧校园的发展是亟待研究和实践的重要课题，也是是推动云南省高等职业技术教育未来发展的必然趋势。

1 概述

1.1 物联网

物联网，其实就是物物相连的互联网络，其核心和基础仍然是互联网，它的终端可以包括任何物体，以实现物体和物体之间的通信和数据交换[1]。物联网依托计算机关键技术、感知关键技术、互联网关键技术等[2]，获取信息，结合网络进行信息的传送与交换，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制[3]。设备化和连通性是物联网的基本特性[4]。在任意时间任意地点，通过物联网连接的物体都可以寻址、通信和控制。借助物联网，高等职业院校可以实现校园的互联互通，使校园管理更加流畅和高效。

1.2 视频监控系统

视频监控系统，是通过图像监控的方式对高校的各个区域或者主要进出口作一个实时、远程的视频监控的安防系统[5]。在经历了模拟视频监控、数字视频监控阶段后，网络视频监控系统具备了以往两种视频系统没有的优势。系统由前端摄像机、中心控制系统和存储系统等组成。前端主要设计在教学区及生活区出入口、室外主要道路口、各楼栋的出入口、实验室、图书馆、体育场馆等重要区域。中心设计一套视频综合管理平台及录像集中存储系统，系统借助 IP网络将系统前后端设备连接起来，实现对视频的切换浏览、录像和查看功能。高校因其占地面积广、建筑分散、人员密度高、教学科研仪器众多等因素使其对安全防范系统有不同于其他行业的特殊要求，加之视频监控的局限性和监控的死角，往往使之成为盗窃和犯罪经常出现的地方，威胁着校园安全。

2 基于物联网技术的智慧监控系统

云南司法警官职业学院校本部在昆明东郊大板桥镇，另外还有北市区校区，两地分散，距离较远不方便管理，通过建设智慧监控系统来提高校园安全防范与管理，采用网络视频监控管理系统，将Internet技术、物联网技术、视频音频技术、数据库等整合在一起，在现有校园网络的基础上，通过高速图像传送，在校本部保卫处监控室对两个校区的重点区域进行实时监控，实现校园的和谐平安。

2.1 智慧监控系统的层次框架

按照物联网感知层、网络层和应用层的三层划分模式[6]，智慧监控系统可以划分为：智慧监控感知层、智慧监控网络层和智慧监控应用层，如图1所示。其中智慧监控感知层通过网络摄像机实现对信息的采集，由镜头、声音传感器、图像传感器等搜集视频和音频信号。智能传感器利用无线传感技术对覆盖区域内重点物品的标签或者二维码进行信息跟踪，根据标签所在的位置，确定是否属于安全状态，有效地实现监控目的。智慧监控网络层基于以太网和无线传感网络的结构设计，利用以太网将压缩后的视音频信号传输至网络视频服务器及节点服务器，在存储视频数据的同时将数据提交至云服务器。利用无线传感网进行节点布置时，实现了对监控对象信息的采集、处理、传输工作，根据这些数据信息，进行控制和操纵[7]。智慧监控应用层是智慧监控系统和用户的接口，主要部署在监控中心，利用云端提供的数据存储服务实现对于对象的实时监控，并且通过移动物体检测算法判断所监控的范围内是否有物体移动，并对移动物体进行监控。系统管理员不仅可以直接操作系统实现所需功能，还可以通过互联网访问各节点数据，并且该应用层还兼容多种访问终端，比如手机、平板电脑以及笔记本电脑等设备。

图1 智慧监控系统层次结构

2.2 智慧监控系统的具体设计

2.2.1 总体设计

结合云南司法警官职业学院的校园特点，在每个独立校区内的建筑物上布置高清网络摄像机，特别是校园进出口、行政楼、教学楼、宿舍、运动场、图书馆等重要活动场所，并在建筑物中设立相关服务器，利用已建成的校园网络传输监控视频和音频。除此以外，利用物联网的特性和技术，对重要物品和设施进行重点感知。所有信息通过云计算汇总到后端智能分析服务器来实现视频智能分析的应用。

2.2.2 前端监控点设计

对校园内固定资产以及重要或者涉密的文件和物体贴上二维码，并以 RFID、GPS等技术进行智能标签，用于物体的识别和对象信息的获取，感知和追踪物品位置，确保安全管理。采用高清网络摄像头和拾音器来负责各个监控点现场视音频信号的采集，并将其传输给视频处理设备。为摄像机由UPS集中供电以保证电源洁净，防止串扰。

2.2.3 物联网中间层设计

物联网中间层设计主要是针对网络传输层的设计。在两个独立的校区内，采用无线传输技术，利用智能传感器，组成短距离的无线传感网，经过多个的网络节点的传输网络，可达到几百甚至无限远。采用ZigBee作为无线传输模块，可以自动组网，并具有自动修复功能，同时该协议具有的防碰撞机制能有效的避免发送数据时的竞争和冲突。校区与校区之间以云计算和智能网络为平台，将经数字化的视音频信号通过视频压缩算法（如MPEG-4/H.264）和音频压缩算法（如 G.729/ADPCM）进行压缩编码，采用统一的 TCP/IP协议来进行图像、声音和数据采集传输，通过IP数据包将数据传输至网络视频服务器及节点服务器，再接入以太网，在存储视频数据的同时将数据提交至云服务器，因此可以不受地理区域的限制，实现更广阔区域的监控布局。

2.2.4 智慧监控中心设计

智慧监控中心采用云服务器集成实施数据存储和服务器的部署，同时实现对系统的综合监控管理。功能集视频解码、数字输入、拼接、控制、漫游、智能跟踪分析、警报等于一体。管理员不仅通过管理软件实现综合管理，可以通过互联网基于 Web 实现对各节点服务器数据的访问，获得监控的实时状态。通过智能视频监控技术实现对视频的分析和计算，从视频中提取运动目标信息，根据用户设置的报警规则，自动判断分析报警事件，产生相关报警信息，报警服务器在接收到报警信号后可进行预案设置的联动。还可以实现校园物品的自动盘点和物品遗留检测[8]，感知目标物体的位置，解决在校师生乱堆物品占用消防通道等，有利于提高校园管理工作效率，通过计算机、手机等终端，实现实时监控和报警。

在保证信息安全的基础上，学院各部门的桌面终端均可访问权限范围内的视频资源，支持调看实时视频图像、PTZ控制和回放录像资料[9]。借助智能分析技术，可以对图像质量诊断（解决前端摄像机故障或人为恶意破坏），对人员聚集等异常情况将触发警报，上传监控中心（解决高校人员聚集闹事的问题）、在高校某些禁止入内的区域可以自由灵活的设定时间段启用报警功能，如有人进入该区域立即启动报警功能。在室内重要场合如重要机房等设定警戒区域，24小时不间断实时监控，只要有人进入警戒区域，马上报警并上传监控中心，提醒监控人员注意。在高校消防通道、过道、人文广场等区域设定警戒区域，24小时不间断实时监控，只要有人在警戒区域内堆放物品超过设定时间，马上报警。

3 结论

本文基于物联网技术架构设计了智慧监控系统，并根据不同的部位要求，布置不同的设备，从而达到全方位监控的目的。同时，使用云服务器实现大量数据的存储及多种应用服务器的管理，为校园的安全性提供保障，达到建设智慧校园的目的。随着智慧城市的不断发展，目前教育行业也开始对学校进行智慧式的建设探索，以智慧监控为核心的智慧校园规划逐渐得到实现，相信智慧监控以及其他安防系统可以为“智慧校园”的信息化建设提供新的思路。

[1]朱洪波，杨龙祥，朱琦．物联网技术进展与应用[J]．南京邮电大学学报(自然科学版) ，2011．

[2]石贵舟，余霞．基于“互联网+”的高校产学研协同创新[J]．现代教育管理，2016．

[3]胡梅，马斌．“互联网+高等职业教育”的现实可能与当代变革[J]．现代教育管理，2016．

[4]陈明选，徐旸．基于物联网的智慧校园建设与发展研究[J]．远程教育杂志，2012．

[5]视频监控(海康)高校安全防范系统解决方案［EB/OL］．

[6]邓鹏．基于物联网的校园节能监控系统的研究[D]．湖南工业大学，2013．

[7]王新艳．基于物联网技术的校园监控技术研究[J]．湖北函授大学学报，2015．

[8]蒋映．物联网视频监控系统在智慧校园建设中的应用研究[J]．科技风，2016．

[9]莫伟健，任志健，万智萍．基于物联网的智慧校园无线视频监控系统[J]．实验室研究与探索，2013．