關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧城市；安防檢測(cè)系統(tǒng)

0 引言

在當(dāng)前全球范圍內(nèi)，城市化進(jìn)程迅猛推進(jìn)與社會(huì)變遷驅(qū)動(dòng)下，智慧城市已成為破解現(xiàn)代城市困境的關(guān)鍵策略。在城市化進(jìn)程不斷深化的背景下，交通堵塞、環(huán)境惡化、能源消耗及公共安全等問(wèn)題接踵而至，迫切需要?jiǎng)?chuàng)新性解決方案。智慧城市構(gòu)想即是在此情況下應(yīng)運(yùn)而生，其充分運(yùn)用尖端的信息與通信技術(shù)，以深度整合和共享城市數(shù)據(jù)資源，推動(dòng)各領(lǐng)域的智能化轉(zhuǎn)型為目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升城市治理效能和服務(wù)質(zhì)量[1-2]。其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市藍(lán)圖中扮演核心角色。其實(shí)際應(yīng)用中可為各類設(shè)備、傳感器和網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接提供渠道支持，有效實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的即時(shí)溝通與協(xié)作，極大地增強(qiáng)數(shù)據(jù)流動(dòng)性和效率[3]。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的力量，管理者在實(shí)際工作中可運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和智能決策引擎，高效收集并傳輸海量信息，同時(shí)為決策過(guò)程提供實(shí)時(shí)、精確的信息支持，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用有助于提出針對(duì)性的優(yōu)化策略[4]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市中具備廣闊的應(yīng)用前景，其不僅顯著提升安防監(jiān)控系統(tǒng)的效能，同時(shí)可作為城市安全防護(hù)體系中不可或缺的重要組成部分，有力保障市民生活的安寧。

1 智慧城市及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 智慧城市特點(diǎn)

智慧城市的核心理念在于巧妙融合信息技術(shù)和通信科技，以創(chuàng)新方式提升城市治理和公共服務(wù)的效能，進(jìn)而形成全新的發(fā)展路徑[5]。在智慧城市建設(shè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，關(guān)鍵在于整合并共享各類城市多元化數(shù)據(jù)資產(chǎn)，從而推動(dòng)城市智能化進(jìn)程與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。智慧城市的核心特征表現(xiàn)為高度的數(shù)字化、智能化、生態(tài)友好以及公眾參與。首先，數(shù)字化體現(xiàn)在將城市各層面轉(zhuǎn)化為可數(shù)據(jù)化的信息，并在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下形成一張無(wú)縫的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和高效管理；其次，智能化依托于人工智能、大數(shù)據(jù)分析及智能決策支持系統(tǒng)等技術(shù)，通過(guò)智能化手段對(duì)城市管理進(jìn)行優(yōu)化，切實(shí)提升決策效率；再次，智慧城市的綠色可持續(xù)特性強(qiáng)調(diào)在建設(shè)過(guò)程中，必須將環(huán)保意識(shí)作為工作導(dǎo)向，優(yōu)先考慮資源的高效利用和環(huán)境保護(hù)，最大限度地保障城市的長(zhǎng)期繁榮；最后，參與性原則倡導(dǎo)市民深度參與城市規(guī)劃和決策，共同塑造宜人且充滿活力的生活空間。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心在于其能依托傳感器設(shè)備對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行深入探查，并通過(guò)精密的通信網(wǎng)絡(luò)將收集的數(shù)據(jù)無(wú)縫傳輸至云端或中心處理平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體世界的實(shí)時(shí)監(jiān)控、管控和優(yōu)化目標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的架構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，具體分為4個(gè)層次：物理層主要負(fù)責(zé)設(shè)備部署和原始數(shù)據(jù)采集，為整個(gè)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入；感知層在獲取原始數(shù)據(jù)后，進(jìn)行初步處理和格式化，為數(shù)據(jù)進(jìn)一步傳輸提供便利支持；網(wǎng)絡(luò)層作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵模捎糜芯€和無(wú)線等多種通信方式，為數(shù)據(jù)交流提供高效穩(wěn)定的通道；應(yīng)用層則是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的主要體現(xiàn)，為不同智能應(yīng)用和服務(wù)提供必要的支持。

在智慧城市構(gòu)建過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)扮演著不可替代的角色。憑借其技術(shù)特性，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備間的無(wú)縫連接，實(shí)時(shí)收集和分析城市的全方位數(shù)據(jù)，為城市管理者做出正確決策提供技術(shù)支持。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用自身的智能化優(yōu)勢(shì)，對(duì)城市設(shè)施與資源進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)節(jié)，推動(dòng)城市運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量不斷提升。此外，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，城市各部門和行業(yè)的協(xié)同合作能力得到顯著提升，有效促進(jìn)信息開(kāi)放和整合，實(shí)現(xiàn)推動(dòng)城市治理現(xiàn)代化水平增長(zhǎng)目標(biāo)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市公共安全方面的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用于視頻監(jiān)控

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在視頻監(jiān)控體系中展現(xiàn)出強(qiáng)大的潛力，其革新了公共安全監(jiān)控方式，顯著提升了監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效能和精確度。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中通過(guò)集成高性能攝像頭和感應(yīng)器，構(gòu)建了全面的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)公園、街道交叉口等城市關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，所有監(jiān)控資料可即時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行深度剖析和管理。通過(guò)融合人工智能和先進(jìn)的圖像解析技術(shù)，該系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別并即時(shí)報(bào)告任何潛在的異常行為或安全隱患，幫助管理者迅速響應(yīng)和處理，從而提升整體公共安全水平。

2.2 應(yīng)用于安全預(yù)警系統(tǒng)中

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在安防預(yù)警領(lǐng)域中同樣發(fā)揮關(guān)鍵作用，能構(gòu)建出全天候的安全監(jiān)控網(wǎng)。通過(guò)將傳感器和監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行無(wú)縫連接，有效確保城市內(nèi)安全相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集和深入分析。預(yù)警系統(tǒng)能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的策略和算法，在識(shí)別出危險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警。例如，集成火災(zāi)探測(cè)器、煙霧感應(yīng)器和溫度監(jiān)控設(shè)備，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控建筑內(nèi)部的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，一旦風(fēng)險(xiǎn)升級(jí)，即提前啟動(dòng)警報(bào)，顯著增強(qiáng)城市對(duì)潛在危機(jī)的防御力，減少事故發(fā)生概率。

2.3 應(yīng)用于緊急救援中

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在緊急救援中發(fā)揮重要的價(jià)值作用，能顯著提升應(yīng)急響應(yīng)的敏捷性和效果。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)急救援系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中整合了緊急呼叫、追蹤和通信等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市整體的實(shí)時(shí)監(jiān)控。它能即時(shí)捕捉突發(fā)事故或危急事件的發(fā)生地點(diǎn)及關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并迅速將相關(guān)信息傳輸至救援指揮中心。這種系統(tǒng)有效地提高了救援隊(duì)伍的定位速度，使其能夠在最短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確評(píng)估并滿足現(xiàn)場(chǎng)的救援需求。

同時(shí)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于公共安全管理領(lǐng)域同樣具有重要意義。它通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控公共場(chǎng)所，預(yù)警潛在風(fēng)險(xiǎn)，并能迅速響應(yīng)任何緊急救援需求，顯著強(qiáng)化了城市的安全防線，為城市居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全提供了強(qiáng)大的保障。更重要的是，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融入推動(dòng)了安全服務(wù)向智能化和便捷化方向發(fā)展，極大地提升了居民的生活安全感和舒適度，為構(gòu)建宜居、安全的城市環(huán)境奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1 安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建在多元智能架構(gòu)之上，包括物聯(lián)網(wǎng)云端運(yùn)算平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、移動(dòng)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)交換節(jié)點(diǎn)、交通監(jiān)控設(shè)施、氣候檢測(cè)系統(tǒng)以及火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)等關(guān)鍵組件。整體架構(gòu)如圖1所示。

在感知層方面，主要由基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，包括交通、氣候和火災(zāi)警報(bào)系統(tǒng)。作為感知層的核心，其在實(shí)際運(yùn)行中主要利用先進(jìn)的傳感技術(shù)實(shí)時(shí)采集并生成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流，為網(wǎng)絡(luò)通信提供必要的數(shù)據(jù)信息。該層次可以靈活應(yīng)對(duì)各類場(chǎng)所的獨(dú)特安全需求，所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)迅速輸送到云端運(yùn)算平臺(tái)。在平臺(tái)中，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)初步篩選和深度分析，隨后轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，并按照預(yù)設(shè)邏輯進(jìn)一步處理。

在網(wǎng)絡(luò)層級(jí)上，物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)協(xié)同工作，主要通過(guò)有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地傳輸數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)交通監(jiān)控系統(tǒng)與中央處理單元的無(wú)縫對(duì)接，主要采用無(wú)線模塊進(jìn)行連接。氣候監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則通過(guò)微處理器接口進(jìn)行連接。另外，火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)主要基于2.4GHz無(wú)線收發(fā)技術(shù)，確保與主控制器之間的即時(shí)通信。

在應(yīng)用層方面，主要以移動(dòng)終端設(shè)備為載體，通過(guò)定制化的應(yīng)用程序（App） 或微信小程序在用戶移動(dòng)設(shè)備上構(gòu)建高效的安全反饋平臺(tái)。該設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)在于提升公眾對(duì)安全問(wèn)題的即時(shí)響應(yīng)速度。App 可以提供設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障預(yù)警以及緊急情況的即時(shí)推送服務(wù)。新生成的數(shù)據(jù)資料將被同步存儲(chǔ)在云端數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)和終端設(shè)備可以方便地從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取所需信息。

利用App和微信小程序的社交特性，可以有效構(gòu)建協(xié)作式安全反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)子系統(tǒng)檢測(cè)到警報(bào)信號(hào)時(shí)，會(huì)立即通過(guò)云端信息傳遞系統(tǒng)，將信息推送給關(guān)聯(lián)的應(yīng)用程序和小程序，等待用戶確認(rèn)并采取行動(dòng)。為進(jìn)一步優(yōu)化響應(yīng)流程，如果用戶在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未做出反應(yīng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)智能轉(zhuǎn)發(fā)功能，將警報(bào)信息傳遞給附近其他設(shè)備用戶，進(jìn)而形成基于互助的安全反饋鏈路。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵協(xié)議應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位，各層級(jí)實(shí)際運(yùn)行中為實(shí)現(xiàn)通信傳輸格式統(tǒng)一化以及規(guī)范化要求，需要通信協(xié)議提供必要支持，消除層級(jí)間差異性，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享目標(biāo)?；谏衔乃鲋腔鄢鞘邪卜辣O(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其各層級(jí)所需關(guān)鍵協(xié)議如圖2所示。

第一，感知層關(guān)鍵協(xié)議。感知層中的關(guān)鍵協(xié)議設(shè)計(jì)主要圍繞近距離通信網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程蜂窩網(wǎng)絡(luò)兩種架構(gòu)展開(kāi)，以滿足不同的數(shù)據(jù)傳輸需求。在智慧城市安全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)中，近距離通信網(wǎng)絡(luò)主要依賴于RFID和ZigBee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。RFID協(xié)議作為其核心通信規(guī)則，專為RFID設(shè)備之間的短程交互設(shè)計(jì)，通信范圍限于幾米之內(nèi)。該協(xié)議詳細(xì)規(guī)定了RFID讀取器與標(biāo)簽之間的頻率配置、編碼結(jié)構(gòu)、信號(hào)處理流程，以及標(biāo)準(zhǔn)化的命令接口操作，以確保各種RFID設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫連接。而ZigBee協(xié)議則專注于構(gòu)建Zig?Bee網(wǎng)絡(luò)，包括協(xié)調(diào)器的自動(dòng)組網(wǎng)、終端設(shè)備的接入管理、網(wǎng)絡(luò)通信效率和數(shù)據(jù)安全等內(nèi)容，從而構(gòu)建完整的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議框架。

遠(yuǎn)程蜂窩通信主要是通過(guò)網(wǎng)格狀無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端遠(yuǎn)程連接目標(biāo)，對(duì)于GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊具有關(guān)鍵作用，在智慧城市安全系統(tǒng)中，其主要功能是提供定位服務(wù)和視頻監(jiān)控等信息傳輸。窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NBIoT）是蜂窩網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分，其協(xié)議明確了在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用窄帶技術(shù)的方式，支持穩(wěn)定的連接、廣泛的地理覆蓋、低能耗和經(jīng)濟(jì)的成本效益，可直接部署在已有的GSM系統(tǒng)上。

第二，網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層的核心職責(zé)在于管理核心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸流程和靈活路由策略，專注于智慧城市安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需求，通過(guò)巧妙結(jié)合TCP和RTP兩種協(xié)議實(shí)現(xiàn)。TCP作為基礎(chǔ)協(xié)議，主要功能是確保非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，通過(guò)建立可靠的連接通道和嚴(yán)格的數(shù)據(jù)包驗(yàn)證機(jī)制，最大限度地保障數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。而RTP則專注于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，如音頻和視頻流，定義特定的封裝格式，并添加時(shí)間戳、序列號(hào)和負(fù)載格式等關(guān)鍵信息，其中時(shí)間戳用于同步節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交換頻率，序列號(hào)則可避免數(shù)據(jù)包丟失和亂序，負(fù)載格式則指示數(shù)據(jù)的解碼規(guī)則。

在動(dòng)態(tài)路由控制方面，網(wǎng)絡(luò)層主要利用IPv4和IPv6兩種協(xié)議。IPv4作為路由協(xié)議的重要基礎(chǔ)，通過(guò)32位地址構(gòu)建共享的路由表，并利用調(diào)度算法動(dòng)態(tài)更新，以實(shí)現(xiàn)對(duì)路由策略的靈活調(diào)整。IPv6作為IPv4的升級(jí)版，引入128位地址，提供更大的靈活性和效率。

第三，應(yīng)用層關(guān)鍵協(xié)議。在應(yīng)用層通信架構(gòu)中，關(guān)鍵協(xié)議包括HTTP和MQTT（消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議）。HTTP作為互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議之一，主要負(fù)責(zé)應(yīng)用層端到端的數(shù)據(jù)交換和控制，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，需要具備設(shè)備類型識(shí)別功能，以確保能夠正確解讀數(shù)據(jù)格式。HTTP通過(guò)狀態(tài)碼隱藏相關(guān)特征信息在報(bào)頭中，接收方首先解析報(bào)頭，然后請(qǐng)求服務(wù)器處理具體內(nèi)容。然而需要注意的是，HTTP基于TCP協(xié)議，采用請(qǐng)求-響應(yīng)模式，每次數(shù)據(jù)傳輸都需要建立新連接，頻繁通信可能導(dǎo)致資源浪費(fèi)，不利于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的高效傳輸。

相比之下，MQTT是專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，功能與HTTP類似，但采用發(fā)布-訂閱模式，將消息發(fā)送者和接收者分為發(fā)布者和訂閱者，通過(guò)MQTTBroker實(shí)現(xiàn)多對(duì)多或一對(duì)一的信息傳遞，具體如圖3 所示。MQTT Broker作為核心組件，為所有MQTT Cli?ent（包括移動(dòng)設(shè)備、傳感器、遙感終端等）提供消息分發(fā)服務(wù)，并保持與訂閱者的持久連接。當(dāng)有消息發(fā)布時(shí)，Broker會(huì)立即將其分發(fā)給相關(guān)的訂閱者。MQTT 的簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)格式使其在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸中帶寬占用較少，可為異步和離線通信提供必要支持，即使設(shè)備離線，消息仍能有效傳遞，因此該協(xié)議在可靠性和效率方面更具優(yōu)勢(shì)。

4 總結(jié)

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中可發(fā)揮重要作用。技術(shù)人員在實(shí)際工作中應(yīng)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行充分優(yōu)化，并合理利用相關(guān)關(guān)鍵協(xié)議，切實(shí)保障數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，為推?dòng)城市生活的便利性和安全性提升提供必要保障。