智能建筑安防中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代建筑安防系統(tǒng)的智能化逐漸受到人們的關(guān)注。為了更好地保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，很多相關(guān)企業(yè)都提出了智能安防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決方案，并且在實(shí)踐中取得了很好的效果。本文闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能安防的基礎(chǔ)理論，并結(jié)合實(shí)際案例，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)室智能安防監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)室的智能化、精準(zhǔn)化監(jiān)控，有效提高建筑整體安防水平。

關(guān)鍵詞：智能建筑；安防系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；傳感器

引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是在建筑安防系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得安防系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化水平得到了質(zhì)的提升。很多智能監(jiān)控產(chǎn)品本身就是建立在信息技術(shù)的基礎(chǔ)上。提升安防技術(shù)實(shí)際上是體現(xiàn)了當(dāng)前國(guó)家的信息采集和傳遞技術(shù)。智能安全系統(tǒng)是一種用于維護(hù)和管理安全的系統(tǒng)[1]。智能安全系統(tǒng)是由安全產(chǎn)品等相關(guān)產(chǎn)品組成的設(shè)備集成系統(tǒng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑安防系統(tǒng)應(yīng)用越來越成熟，建筑物的智能安防水平將更加有保障，為居民工作和學(xué)習(xí)生活提供更加可靠的安全管理服務(wù)。

1. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)是借助互聯(lián)網(wǎng)，利用電子信息、無線通信技術(shù)等構(gòu)造的一個(gè)覆蓋一定區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，被連接的各種物之間能夠?qū)崿F(xiàn)信息互通和共享。在當(dāng)前大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的快速發(fā)展背景下，海量數(shù)據(jù)信息的傳輸和存儲(chǔ)分析問題得到解決，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用日益深入，已經(jīng)在很大程度上改變了傳統(tǒng)的模式。當(dāng)前，傳統(tǒng)人防已經(jīng)無法滿足人們的需求，將安防系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域入侵檢測(cè)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控及錄像取證，從而解決傳統(tǒng)人防帶來的弊端[2]。對(duì)于很多企業(yè)來說，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升識(shí)別結(jié)果、效率，加裝現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)安防管理系統(tǒng)，已經(jīng)成為建筑樓宇硬件設(shè)施的必備要求。盡管從成本上考慮，前期投入的成本較高，但是這種智能安防系統(tǒng)節(jié)約了人力成本，因而從長(zhǎng)期來說在成本方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

2. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能安防功能特點(diǎn)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安防設(shè)施功能特征主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

2.1 集成化

智能安全系統(tǒng)具有集成化的特征，將影像、門禁、語音、警報(bào)等功能融合在同一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺(tái)中，可以提供智能小區(qū)安全監(jiān)控的整體解決方案，諸如自動(dòng)報(bào)警、消防安全、緊急按鈕和能源科技監(jiān)控等。

2.2 數(shù)字化

信息化與數(shù)字化的發(fā)展，極大地提高了智能安防系統(tǒng)的數(shù)字化水平。安防系統(tǒng)中以模擬信號(hào)為基礎(chǔ)的視頻監(jiān)控防范系統(tǒng)向全數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展，系統(tǒng)功能向智能化、數(shù)字化、模塊化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

2.3 智能化

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在安防領(lǐng)域的應(yīng)用，提高了安防系統(tǒng)功能的智能化水平。物聯(lián)網(wǎng)通過前端的感知系統(tǒng)的系統(tǒng)采集，經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯總，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)海量感知數(shù)據(jù)的智能化分析。安防系統(tǒng)逐步從單純的安防監(jiān)控向安全和智能化管理方面進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

3. 智能建筑安防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 項(xiàng)目背景

實(shí)驗(yàn)室是高校、科研機(jī)構(gòu)等非常重要的資產(chǎn)，同時(shí)也是容易發(fā)生危險(xiǎn)事故的場(chǎng)所。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)高校實(shí)驗(yàn)室安全、管理、運(yùn)營(yíng)的具體需求場(chǎng)景，將智能監(jiān)控、能源消耗、門禁管理等系統(tǒng)整合為統(tǒng)一管理平臺(tái)，各系統(tǒng)可以統(tǒng)一協(xié)調(diào)互動(dòng)。同時(shí)后端數(shù)據(jù)中臺(tái)接入第三方系統(tǒng)。該系統(tǒng)還增加了對(duì)AI數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)。通過大數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并將分析后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果通過監(jiān)視大屏與數(shù)字孿生三維可視化界面完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警信息的展示，為管理者提供直觀、全面的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)效果。通過SIM7600CE模塊與用戶實(shí)現(xiàn)雙向短信通信，實(shí)現(xiàn)用戶能夠通過手機(jī)觀測(cè)室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高了人機(jī)交互的功能。

3.2 設(shè)計(jì)方案

3.2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室智能安防報(bào)警系統(tǒng)主要包括安防檢測(cè)、通信報(bào)警和火災(zāi)檢測(cè)三個(gè)子系統(tǒng)。在通信報(bào)警模塊設(shè)計(jì)中，以STM32F429IGT6芯片作為智能安防整體系統(tǒng)架構(gòu)的主控制器。在通信方面，系統(tǒng)中通過嵌入Wi-Fi無線通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)主控制器與其他傳感器、人工控制系統(tǒng)的通信傳輸，而且系統(tǒng)內(nèi)置的無線通信模塊能夠?qū)⑵渖蟼髦恋谌皆拼鎯?chǔ)平臺(tái)，可以供用戶利用手機(jī)進(jìn)行自主查看。

3.2.2 云平臺(tái)應(yīng)用設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)控制的實(shí)現(xiàn)，需要借助云平臺(tái)的應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)模塊。通過在云平臺(tái)上設(shè)計(jì)相關(guān)的應(yīng)用功能模塊，并且與物聯(lián)網(wǎng)終端傳感器、控制系統(tǒng)等進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息在云平臺(tái)和終端物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備直接的高效傳輸。在實(shí)踐中開發(fā)云平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)，需要借助專業(yè)的服務(wù)器平臺(tái)。本文選取了機(jī)智云服務(wù)器平臺(tái)。在具體設(shè)計(jì)相關(guān)的應(yīng)用時(shí)，一般需要經(jīng)過以下幾個(gè)方面的流程，包括產(chǎn)品的注冊(cè)、模塊創(chuàng)建、開發(fā)調(diào)試，以及將物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備進(jìn)行接入等，具體如圖1所示。

機(jī)智云平臺(tái)的云端服務(wù)是開放式的，便于開發(fā)者使用。設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)器平臺(tái)，用戶通過智能手機(jī)、PC終端等設(shè)備就能夠與服務(wù)器進(jìn)行連接，傳輸系統(tǒng)設(shè)備中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。然后再由服務(wù)器平臺(tái)將終端設(shè)備傳輸過來的數(shù)據(jù)信息發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)智能安防報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化安防報(bào)警控制。

3.2.3 云平臺(tái)程序設(shè)計(jì)

采用ESP8266模塊在設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)之間進(jìn)行通信，需要提前燒寫機(jī)智云官方固件GAgent。通過在官網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)配置后，使用機(jī)智云手機(jī)端APP對(duì)ESP8266模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置。在成功連接互聯(lián)網(wǎng)后，通過該模塊將本地?cái)?shù)據(jù)上傳至機(jī)智云服務(wù)器，再由服務(wù)器下發(fā)數(shù)據(jù)到手機(jī) APP，方便用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)觀測(cè)，具體的程序流程圖如圖2所示。

用戶使用智能手機(jī)下載APP，完成與智能安防系統(tǒng)的配網(wǎng)連接，單片機(jī)對(duì)傳感器等終端系統(tǒng)設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，然后將數(shù)據(jù)信息再發(fā)送至服務(wù)器，之后用戶通過手機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)、遠(yuǎn)程查看。

3.2.4 Wi-Fi無線通信模塊

主控制器通過Wi-Fi無線通信模塊與互聯(lián)網(wǎng)相連接，將各個(gè)傳感器采集到的數(shù)據(jù)上傳至互聯(lián)網(wǎng)。以機(jī)智云平臺(tái)作為第三方平臺(tái)，用戶可以下載機(jī)智云手機(jī)APP，通過手機(jī)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)狀況。在使用機(jī)智云APP時(shí)，需要先連接室內(nèi)的Wi-Fi。而系統(tǒng)內(nèi)置的無線通信模塊，為系統(tǒng)進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)傳輸提供了有效支持。在連接好Wi-Fi時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)提前創(chuàng)建好的設(shè)備名稱。在該模塊下，自連AI智能邊緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，部署簡(jiǎn)單且靈活，適用于傳統(tǒng)非智能網(wǎng)絡(luò)攝像頭的本地智能化系統(tǒng)升級(jí)[4]。私有云部署令數(shù)據(jù)安全性得到保障，且基于云端的各類應(yīng)用，如移動(dòng)端小程序預(yù)警、web端告警、大屏顯示、連接環(huán)境中的擴(kuò)音設(shè)備進(jìn)行語音告警等，可令安全監(jiān)控人員無論身處何地、何時(shí)都可實(shí)時(shí)掌握安全信息。

3.3 系統(tǒng)功能

3.3.1 監(jiān)測(cè)預(yù)警

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)感知體系，建立了實(shí)驗(yàn)室安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過監(jiān)控?cái)z像頭、氣體傳感器、人臉識(shí)別門禁等硬件設(shè)備，能夠?qū)?shí)驗(yàn)室環(huán)境中的各類信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)化數(shù)據(jù)采集，并按照程序設(shè)計(jì)的分析處理模式進(jìn)行科學(xué)分析。一旦分析發(fā)現(xiàn)相關(guān)信息超過了規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)，則系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信息。另外，鑒于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各類化學(xué)試劑存放數(shù)量較大，容易發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)，系統(tǒng)在功能設(shè)計(jì)上，還應(yīng)加大對(duì)火災(zāi)事故的監(jiān)控信息搜集，并借助先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)終端探測(cè)分析設(shè)備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)信息，保持與主控制系統(tǒng)的通信暢通，讓管理人員能夠隨時(shí)隨地觀察實(shí)驗(yàn)室的安全情況。

3.3.2 能效管理

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室電、（廢）水、（廢）氣、風(fēng)機(jī)等相關(guān)數(shù)據(jù)集中采集與分析，實(shí)現(xiàn)用戶端各類能耗精細(xì)化管理，全方位達(dá)成管理節(jié)能、技能節(jié)能、結(jié)構(gòu)節(jié)能三大節(jié)能管理效應(yīng)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室用料明細(xì)化、廢料排放達(dá)標(biāo)化、實(shí)驗(yàn)過程安全化的目標(biāo)。系統(tǒng)支持與智能柜的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，支持危險(xiǎn)化學(xué)品的精細(xì)化管理，支持危險(xiǎn)化學(xué)品的全流程管控，包括申購(gòu)、采購(gòu)、驗(yàn)收入庫、領(lǐng)用申請(qǐng)、領(lǐng)用出庫、歸還、消耗量跟蹤等；還包括收錄危險(xiǎn)品庫、系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別危險(xiǎn)品、?；妨斜砑皩?duì)應(yīng)MSDS數(shù)據(jù)庫等。

3.3.3 安全管理

采用實(shí)時(shí)采集各類傳感器氣體數(shù)據(jù)的方式。當(dāng)提示有氣體超量報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)緊急聯(lián)動(dòng)房間內(nèi)監(jiān)控?cái)z像頭報(bào)警，并打開實(shí)驗(yàn)室房間內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)控制排風(fēng)，實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)化控制。智能試驗(yàn)室通過采集控制中心對(duì)試驗(yàn)室的各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。各監(jiān)測(cè)終端能夠?qū)υ囼?yàn)室的環(huán)境進(jìn)行24小時(shí)全天候監(jiān)測(cè)，并按照一定的時(shí)間間隔將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控平臺(tái)。實(shí)時(shí)信息通過門禁屏實(shí)時(shí)顯示，若溫濕度超限啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警功能，試驗(yàn)室門禁將臨時(shí)管控，環(huán)境檢測(cè)達(dá)到安全值后，才可進(jìn)入試驗(yàn)室內(nèi)。報(bào)警前后的信息數(shù)據(jù)也會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)在管理中心，方便管理人員后期查找。

3.3.4 門禁管理

特殊實(shí)驗(yàn)室采用封閉式管理，對(duì)進(jìn)出的學(xué)生和老師實(shí)現(xiàn)全方位管控，精準(zhǔn)控制人員流動(dòng)和出入，為實(shí)驗(yàn)室預(yù)約提供基礎(chǔ)信息，同時(shí)也為老師的考勤管理工作提供數(shù)據(jù)?？焖偻ㄐ胁轵?yàn)的時(shí)間為0.5秒，刷臉識(shí)別鑒權(quán)秒速通行，可根據(jù)設(shè)備預(yù)約時(shí)間允許授權(quán)人員進(jìn)入。門禁權(quán)限管控與人臉識(shí)別一體化，可滿足高要求門禁安全級(jí)別的要求。

3.3.5 一圖全覽

結(jié)合“一圖全覽”的設(shè)計(jì)理念，在系統(tǒng)整體架構(gòu)功能設(shè)計(jì)方面，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室智能安防業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，將門禁和人員管理、火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警、安全設(shè)備管理以及應(yīng)急處置等多種功能，集中在實(shí)驗(yàn)室智能安防系統(tǒng)的“一張圖”模塊上，為管理人員提供智能分析和科學(xué)決策提供整體視角，并能夠輔助人工進(jìn)行局部信息的采集和相關(guān)應(yīng)急方案的制定[5]。移動(dòng)應(yīng)急APP助力現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置，覆蓋應(yīng)急處置全過程，提高實(shí)驗(yàn)室管理者的應(yīng)急救援行動(dòng)力。

結(jié)語

智能建筑安防系統(tǒng)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，而且在很多領(lǐng)域都取得了可觀的技術(shù)突破。本文闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展概況，并對(duì)其在智能安防領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際案例，論述了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室智能安防系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐?？偟膩碚f，智能安防報(bào)警系統(tǒng)與傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)相比較，更便攜、更實(shí)用、更智能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境狀況和安防情況，并具備自動(dòng)報(bào)警功能。物聯(lián)網(wǎng)安防是一個(gè)為人們服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，讓人們?nèi)ジ兄锢硎澜绮⒖刂莆锢硎澜纭?/p>

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作者簡(jiǎn)介：張宇，本科，高級(jí)工程師，研究方向：工程建設(shè)領(lǐng)域信息化、數(shù)字化。