高 曉 東，顧 東 岳

（1.江蘇工程職業(yè)技術學院，南通 226006；2.南通文體會展管理有限公司，南通 226010）

校園周邊圍墻是校園安全的第一道防線，是防范校園入侵的重點部位。公安部門明確要求各級各類學校在“校園圍墻處要加裝電子圍欄、周界報警裝置，進一步增強安全防范能力”。江蘇省高質量平安校園建設也將“周界防范建設”列為重要考核指標之一。

目前，周界入侵防范系統(tǒng)在很多行業(yè)得到研究和應用。張佑春等[1]在智能建筑行業(yè)針對傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)線路龐雜、功能單一、實時性差等缺陷，提出了一種采用RS-485 總線的智能建筑視頻監(jiān)控與周界防范系統(tǒng)設計方案，實現(xiàn)聲光與云臺攝像機聯(lián)動報警功能。李婷玉等[2]在油田作業(yè)現(xiàn)場設置基于SOLOv2算法（實時實例分割算法）和CenterNet（一種anchor-free 的目標檢測網(wǎng)絡）的近海區(qū)域作業(yè)人員入侵偵測模型，對作業(yè)人員的位置與危險區(qū)域位置進行計算，從而實現(xiàn)近海周界區(qū)域入侵偵測，加強安全作業(yè)監(jiān)管。孫恒斌等[3]在核電站廠區(qū)通過配置智慧墻等探測措施，實現(xiàn)廠區(qū)安保防護優(yōu)化，解決了敏感區(qū)域周界防范薄弱的問題。從技術載體來看，目前主流周界入侵防范系統(tǒng)可分為兩類：一是“有形”的周界，如張力電子圍欄、脈沖電子圍欄；一是“無形”的周界，如智能視覺周界、紅外周界等。這些入侵防范系統(tǒng)在一定程度上滿足了安全防范的要求，但也存在各自的弊端。例如，以張力圍欄為代表的物理周界雖能有效降低入侵事件的概率，但誤報率較高，安保人員不能精準辨別信息真?zhèn)?，不能實時掌握現(xiàn)場情況，無法在第一時間準確處置警情。鑒于以上情況，本文擬應用智能視覺周界系統(tǒng)和張力圍欄周界系統(tǒng)，結合兩者優(yōu)勢設計并實現(xiàn)一種綜合入侵防范智能周界系統(tǒng)，既能大概率地阻止入侵事件發(fā)生，又能在入侵事件發(fā)生的第一時間給出及時、準確的報警信息，以便快速處置，從而解決單一周界入侵防范技術的痛點。

1 周界相關技術分析

1.1 主流周界技術對比

當前主流的周界防范系統(tǒng)包括智能視覺周界、張力電子圍欄周界、脈沖電子圍欄周界、紅外周界、微波墻周界等。不同周界系統(tǒng)的相關技術[4]對比如表1 所示。從表1 來看，“無形”周界與“有形”周界在技術特點上具有互補性。[5]為進一步提升校園安防的綜合水平，可將二者進行綜合應用，探索一種校園智能綜合周界防范系統(tǒng)，以實現(xiàn)周界防范的物理阻攔功能和入侵識別分析功能。

表1 主流周界防范系統(tǒng)技術對比

1.2 智能綜合入侵防范周界系統(tǒng)優(yōu)勢分析

通過張力電子圍欄與智能視覺識別系統(tǒng)的有機結合形成具有統(tǒng)一管理、聯(lián)動報警、綜合治理功能的智能綜合入侵防范周界系統(tǒng)，有著任何一種單一周界防范系統(tǒng)所不具備的優(yōu)勢，體現(xiàn)在主動防御、強適應性、雙向通信、多系統(tǒng)無縫聯(lián)動等方面。智能綜合入侵防范周界系統(tǒng)實現(xiàn)了威懾入侵者（消除作案動機）、阻擋入侵事件發(fā)生（設置入侵障礙）、進行報警管理（聲光報警與視頻監(jiān)控聯(lián)動）三重功能，具有物理阻攔和智能識別的雙重防范能效。基于人工智能的入侵識別算法能有效避免溫度、天氣、樹木、小動物等因素的干擾。此外，系統(tǒng)支持多系統(tǒng)無縫聯(lián)動，前端設備與管理中心雙向通信，具有警情上報、復核、處置等一體化管理功能。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)架構

智能綜合入侵防范周界系統(tǒng)由前端設備、傳輸網(wǎng)絡、報警控制中心組成。前端設備包括張力控制桿（含張力探測、控制模塊）、受力桿、轉向受力桿、支撐桿、鋼絲圍欄線、彈簧、緊固件等。張力控制桿帶有標準的報警開關量信號接口，兼容任何總線制、分線制報警主機。報警主機通過識別防區(qū)的編碼進行報警定位，這種架構的優(yōu)點在于系統(tǒng)可根據(jù)實際情況進行靈活調整，在復雜的地段可以合理增加防區(qū)。智能警戒攝像機交叉對射部署，并通過各防區(qū)交換機匯聚接入報警控制中心主交換機。智能警戒攝像機除了具備普通攝像機現(xiàn)場視頻采集和數(shù)字編碼的功能，還具備智能識別和視頻聯(lián)動功能，能夠對目標進行跟蹤和活動軌跡繪制。報警控制中心設備包括報警主機、平臺服務器、解碼器、硬盤錄像機、電視墻、管理計算機等，這些設備分別通過RJ45 網(wǎng)絡接口與主交換機連接。系統(tǒng)架構如圖1 所示。

圖1 智能綜合入侵防范周界系統(tǒng)架構圖

2.2 入侵事件偵測流程

前端入侵事件偵測有兩種方式：①由前端智能警戒攝像機觸發(fā)的入侵事件報警。[6]該方法通過視頻管理軟件在攝像機可視防區(qū)劃分警戒區(qū)實現(xiàn)布防，一旦偵測到人體闖入警戒防區(qū)即向安防管理平臺發(fā)送報警信息，并將實時畫面以彈窗方式展示在監(jiān)控屏幕，為安保人員第一時間處置警情提供參考。智能警戒攝像機采用智能識別算法，能有效過濾小動物、樹葉等誤報信息，報警信息準確率高。[7]②由張力圍欄觸發(fā)的入侵事件報警。該方法是通過張力控制桿偵測不銹鋼圍欄線的伸縮性變化，并將超出閾值的張力報警信息發(fā)送給報警主機。報警主機觸發(fā)前端聲光報警器，對入侵者進行震懾的同時聯(lián)動該區(qū)域智能警戒攝像機，并將現(xiàn)場實時畫面?zhèn)魉椭凉芾碇行谋O(jiān)控屏幕，實現(xiàn)張力圍欄報警與視頻報警雙向復核。入侵事件偵測業(yè)務邏輯如圖2 所示。

圖2 入侵事件偵測業(yè)務邏輯

2.3 系統(tǒng)功能設計

校園智能綜合入侵防范周界系統(tǒng)以物理圍欄和視頻人工智能識別技術為基礎，將張力圍欄報警信號以及視頻報警信號統(tǒng)一接入安防綜合管理平臺，實現(xiàn)張力檢測與視頻識別聯(lián)動報警，滿足校園周界綜合入侵防范需求，具體功能包括：

1) 阻擋入侵事件發(fā)生，威懾入侵者。在原有圍墻上安裝實體圍欄，對原有圍墻加高，增加入侵者和圍墻內(nèi)人員的翻越難度，從而起到物理防范的目的。威懾功能主要通過夜光警示牌和前端聲光報警設備實現(xiàn)，主要是從心理上對入侵者進行警告和震懾。

2) 實時監(jiān)控。實時調閱智能分析監(jiān)控點圖像，支持多種分屏顯示預覽畫面。智能分析結果預覽內(nèi)容包括警戒規(guī)則、目標框、報警信息等。報警信息列表包括報警時間、事件類型、發(fā)生地點等字段，用戶可以在報警列表中點擊查看報警抓拍圖片并回放報警錄像。

3) 周界去誤報。傳統(tǒng)周界防范系統(tǒng)誤報率高，智能綜合入侵防范周界系統(tǒng)具有人工智能識別功能，能夠有效過濾絕大部分非人體觸發(fā)的報警，提高周界防范報警準確率，解決在實際使用中報警不準確、誤報率高、防范效果不理想等問題。

4) 視頻聯(lián)動。視頻聯(lián)動主要包括預置點聯(lián)動、報警上墻、警情還原與視頻存儲等功能。①預置點聯(lián)動。電子圍欄區(qū)域配置相機的預置點，在常規(guī)模式下，攝像機根據(jù)實際需求展示周界實景，若觸發(fā)報警，則聯(lián)動到指定的預置點，直播報警畫面實況。②報警圖像實時上墻顯示。通過系統(tǒng)配置，將聯(lián)動報警圖像上墻顯示。報警圖像自動在顯示屏上的指定位置進行實時顯示，監(jiān)控中心工作人員可實時掌握報警點的視頻圖像信息或報警點周圍的環(huán)境信息。③警情還原與視頻存儲。警情發(fā)生時，視頻自動進行視頻存儲，為后期警情還原提供回放視頻。

5) 報警管理。綜合安防平臺具有方便、快捷的報警管理界面，為用戶提供便捷的報警信息和用戶操作記錄的查詢、統(tǒng)計、編輯等功能。報警受理狀態(tài)以明顯標識區(qū)分未處理、已處理、處理中3 種狀態(tài)。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 報警主機配置

報警主機提供了豐富的接線端口，[7]接線面板左側為報警及電源接線端口，報警1、報警2 分別為一、二防區(qū)開關信號輸出；輔助電源輸出電壓DC11V～14.5V，為外接地址模塊供電；POWER_IN 為電源輸入端口，電壓為DC15-36V 或AC15-36V；BELL 為外接警號端口。右側為一、二防區(qū)對應的四道張力線信號接入。S1 為復位開關，按1 下，可以使張力控制器復位，清除報警信息，重新記憶當前張力值；按住S1 的時長在3 s 以上即可進入調試模式。S2 為撥鍵開關，1 擋、2 擋、3 擋、4 擋位依次為靈敏度選擇（AUX）、防拆開關選擇（FCKG）、級聯(lián)開關選擇（Cascade）、防區(qū)選擇（Mode）。報警主機接線如圖3 所示。

圖3 報警主機接線示意圖

報警主機調試步驟如下：①檢查各端口接線是否正確；②依次接通左1 至左4、右1 至右4 共計8 個端口指示燈電源；③調節(jié)張力線緊線器，燈常亮表示張力線比較松弛，需要調緊“緊線器”至燈滅；燈慢閃表示張力線過緊，需要調松“緊線器”至燈滅；燈滅表示正常。

3.2 入侵偵測設置

入侵偵測包括普通事件和Smart（智能）事件兩種類型，普通事件在視頻畫面發(fā)生變化時即觸發(fā)報警事件，而Smart 事件具有智能識別功能，通過平臺提供的AI 識別模型可以有效識別人體、車輛、小動物等多種目標對象。[8]入侵事件偵測規(guī)則分別為：①越界偵測。當目標越過用戶設置的警戒面時，系統(tǒng)自動報警。根據(jù)穿越警戒面的方向，分為單向報警(從左往右、從右往左）和雙向報警。②區(qū)域入侵偵測。當目標在用戶設置的偵測區(qū)域范圍內(nèi)停留（包括靜止和移動）超過設定時間時，系統(tǒng)自動報警。③進入?yún)^(qū)域偵測。當目標從用戶設置的偵測區(qū)域外進入檢測區(qū)域內(nèi)時，系統(tǒng)自動報警。④離開區(qū)域偵測。當目標從用戶設置的偵測區(qū)域內(nèi)離開檢測區(qū)域時，系統(tǒng)自動報警。以上4 種偵測區(qū)的繪制方法如圖4 所示。

圖4 入侵事件偵測區(qū)繪制

偵測區(qū)繪制完成后通過圖形化選擇界面設置布防時間及聯(lián)動報警方式。聯(lián)動報警方式包括常規(guī)聯(lián)動，如聲音聯(lián)動、郵件聯(lián)動、監(jiān)控中心聯(lián)動、監(jiān)視器上警告等。聯(lián)動報警與報警所在點位聲光設備、攝像機強關聯(lián)也是事件軌跡生成的前提條件。

3.3 實時視頻報警聯(lián)動

在入侵事件發(fā)生的同時，報警信息以彈窗方式出現(xiàn)在電視墻或者計算機端，事件報警彈窗界面示例如圖5 所示。事件報警彈窗頁面包括實時聯(lián)動預覽、聯(lián)動回放和越界圖片等內(nèi)容，詳細展示入侵事件所發(fā)生的地點、時間、來源、類型以及事件等級等信息。事件報警彈窗需要工作人員手工確認，以便復核和處置報警信息。

圖5 電視墻報警聯(lián)動彈窗示例界面

4 結語

通過綜合應用張力圍欄系統(tǒng)和智能視覺周界系統(tǒng)，實現(xiàn)了一種具有獨特優(yōu)勢的綜合入侵防范周界系統(tǒng)，一方面解決了傳統(tǒng)單一周界系統(tǒng)不能完全滿足入侵防范需求的不足，另一方面充分利用綜合安防管理平臺強大的管理能力，綜合管理兩種報警信號，協(xié)調聯(lián)動，進一步提高了校園警情處置能力。實地部署和應用表明，系統(tǒng)能夠有效滿足24 h 周界防范需求，在過濾誤報信息、處置及還原警情等方面均具有較好的性能，為進一步提高校園安全管理水平提供了有力保障。