文海 田酌溪

摘 要：建設(shè)無人值守點位是場區(qū)釋放人力資源壓力的需要。從人、活動體、自然和設(shè)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(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，認為WF-IoT是最佳選擇，并給出具體的實現(xiàn)思路和主要策略。結(jié)果表明，用WF-IoT改造安防設(shè)備，不改動原有結(jié)構(gòu)，工程量小、布線減少，結(jié)構(gòu)更簡潔，后續(xù)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(guān)鍵詞：中高速廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；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(wù)要求越來越高，散布在場區(qū)的測控點位越來越多。這些點位大多部署了高精密測控設(shè)備，且距生活區(qū)較遠。任務(wù)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(qū)有限的人力資源。

目前，不少變電站、通信基站、氣象監(jiān)測站、環(huán)境監(jiān)測站、熱力站、水泵站、水文監(jiān)測站等采用監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，結(jié)合定期巡視實現(xiàn)“無人值守”[1-3]。從安全防范角度看，此類系統(tǒng)以視頻監(jiān)控、周界防護、出入口控制等為防護手段，但沒有統(tǒng)一的智能管理系統(tǒng)，其安全防范的系統(tǒng)化、整體性不強。

近年來，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整合各類安防設(shè)備，并與業(yè)務(wù)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(yīng)用效果。這表明，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)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(yōu)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(tài)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(wěn)定的狀態(tài)。

安防是一個實現(xiàn)過程，即通過采取準備和保護措施來應(yīng)對攻擊和規(guī)避風險，免受侵害，從而達到一個相對穩(wěn)定的整體狀態(tài)。

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(xiàn)安全是安防的基本內(nèi)容。

對點位值守，以確保高精密測控設(shè)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(guān)標準，而火、雨水的不可預見性需在安防中重點考慮。

（4）設(shè)備：不適宜的環(huán)境溫度、濕度及供電品質(zhì)可能會損壞點位存放設(shè)備。

表1為點位安防需求統(tǒng)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(shè)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(yīng)滿足以下四點需求：

（1）集成。按照周邊封閉、聯(lián)絡(luò)暢通、報警靈敏、照明配套、監(jiān)控有效的要求，需要對點位多種安防技術(shù)手段進行一體化集成，形成一個統(tǒng)一的智能管理系統(tǒng)，做到設(shè)施完善、配套齊全；

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

（3）可控。監(jiān)控中心需對點位具備遠程監(jiān)控管理能力，可在線監(jiān)控安防設(shè)備設(shè)施的運行狀態(tài)，彌補人防的不足，減少物防的盲區(qū)，實現(xiàn)聯(lián)防共享；

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

2 技術(shù)路線的選擇

物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)，早已被國家列為五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。近年來，隨著政府的有力推動，尤其是無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)從以“星型拓撲、集中數(shù)據(jù)分析、APP控制、單向采集獲取數(shù)據(jù)”為特征的類互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，發(fā)展為以“網(wǎng)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(yīng)用即服務(wù)”等為特征的2.0時代[5]，使萬物直接互聯(lián)成為可能。

目前，物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)技術(shù)，傳輸距離較短，功耗較大，一般承載小規(guī)模業(yè)務(wù)；是以LoRa，SigFox，NB-IoT，GPRS/2G/3G/4G等為代表的廣域網(wǎng)技術(shù)，傳輸距離較遠，除GPRS/2G/3G/4G外，其他均為低功耗技術(shù)，一般用于承載大規(guī)模業(yè)務(wù)。

無人值守點位僅防范技術(shù)手段就有十多種，需要感知或控制的節(jié)點數(shù)量較多，部分節(jié)點距離較遠，大多時候需要快速響應(yīng)。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(shè)無人值守點位主要采用無線通信的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

在廣域網(wǎng)技術(shù)中，NB-IoT和GPRS/2G/3G/4G均為運營商網(wǎng)絡(luò)，在使用中需定期繳費；LoRa和SigFox均工作在免授權(quán)頻段，無需付費，但其通信速率較低，不足40 kbit/s，在節(jié)點較多時難以快速響應(yīng)。所以現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都不是好的選擇。

3 WF-IoT技術(shù)

WF-IoT（Wide Area Fusion Internet of Things，WF-IoT）是中高速廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(wǎng)通信技術(shù)，是一種能實現(xiàn)遠距離、大容量、中高速、免付費、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)[8]。2017年，被西安市列為“硬科技”，具有物聯(lián)網(wǎng)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(jié)點間通信距離在80～300 m之間，采用網(wǎng)格拓撲，單個網(wǎng)關(guān)可接入64 k個節(jié)點，可同時滿足大規(guī)模部署、多業(yè)務(wù)融合、低成本剛需、高時效反應(yīng)、低功耗等應(yīng)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(wǎng)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(yè)務(wù)應(yīng)用集成。

WF-IoT網(wǎng)關(guān)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(jié)合，可以極大地壓縮通信量。

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

從節(jié)點、網(wǎng)關(guān)到云端管控，WF-IoT都有符合國家軍用標準的[9]成熟產(chǎn)品，是建設(shè)無人值守點位的最佳選擇。

4 無人值守的實現(xiàn)

4.1 實現(xiàn)思路

基于WF-IoT技術(shù)建設(shè)無人值守點位，必須堅持技防與人防結(jié)合、技術(shù)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(xiàn)思路如下：

（1）用WF-IoT節(jié)點改造點位內(nèi)所有的安防設(shè)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(diào)、消防、門禁以及網(wǎng)絡(luò)攝象機等）；

（2）WF-IoT網(wǎng)關(guān)與上述節(jié)點組成一個網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)的WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)，用網(wǎng)線接入場區(qū)光纖網(wǎng)，用電話線接入場區(qū)電話網(wǎng)；

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

（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(lián)網(wǎng)供電，確保WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)正常工作；

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

（6）應(yīng)急分隊在應(yīng)急響應(yīng)預案的規(guī)范下工作，以應(yīng)對無人值守點位出現(xiàn)的意外事件。

4.2 實現(xiàn)策略與效果

根據(jù)建設(shè)需求，實現(xiàn)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(fā)出錯誤報警。

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

（2）改善設(shè)備的工作與存放環(huán)境。高精密測控設(shè)備對工作和存放環(huán)境有較高的要求，要求點位內(nèi)的溫度、濕度適宜，供電品質(zhì)良好，不能漏雨，振動幅度不能過大。節(jié)點自動采集溫度、濕度、振動、雨水、電壓、頻率、諧波等參數(shù)，其中，一旦溫度和濕度參數(shù)超出閾值就啟動空調(diào)系統(tǒng)；只要在預設(shè)時間范圍內(nèi)沒有回到閾值范圍內(nèi)，就自動向監(jiān)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(jīng)過授權(quán)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(jiān)控中心進行語音對講，監(jiān)控中心可遠程開門或關(guān)門；其他任何未獲授權(quán)但想進出的人員擅自闖入，報警裝置自動發(fā)出聲光報警，同時向監(jiān)控中心上報報警信息和視頻抓拍結(jié)果。

（4）開發(fā)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(shù)手段支撐。為此，開發(fā)運維管理工具，在線監(jiān)測點位安防設(shè)備的運行狀態(tài)、點位的通信狀態(tài)，自動統(tǒng)計報警事件管理情況、人員進出情況、日常巡查計劃執(zhí)行情況、運維計劃執(zhí)行情況，評估安防設(shè)備的故障狀態(tài)、點位的通信質(zhì)量等，必然會更加有力地促進無人值守點位的管理。

5 結(jié) 語

通過分析場區(qū)點位的安防需求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀，得出WF-IoT技術(shù)是建設(shè)無人值守點位最好選擇的結(jié)論。用WF-IoT技術(shù)改造安防設(shè)備，不改動原有結(jié)構(gòu)，工程量小、布線減少，結(jié)構(gòu)更簡潔，后續(xù)維修更方便，同時融合多種安防技術(shù)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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