文海 田酌溪

摘 要：建设无人值守点位是场区释放人力资源压力的需要。从人、活动体、自然和设备四个方面，分析影响点位安全的因素，得出集成、可靠、可控和智慧的防范需求。研究对比现有物联网技术，认为WF-IoT是最佳选择，并给出具体的实现思路和主要策略。结果表明，用WF-IoT改造安防设备，不改动原有结构，工程量小、布线减少，结构更简洁，后续维修更方便，同时融合了多种安防功能，误报警率显著降低，点位自身的智慧管控能力明显提升。

关键词：中高速广域融合物联网技术；无人值守点位；安防；一体化集成

中图分类号：TP39；C931.6；TN923；TJ06 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）07-00-03

0 引 言

近年来，靶场试验任务要求越来越高，散布在场区的测控点位越来越多。这些点位大多部署了高精密测控设备，且距生活区较远。任务期间进驻测量操作人员，其余时间安排专人值守，极大地占用了场区有限的人力资源。

目前，不少变电站、通信基站、气象监测站、环境监测站、热力站、水泵站、水文监测站等采用监控及数据采集系统，结合定期巡视实现“无人值守”[1-3]。从安全防范角度看，此类系统以视频监控、周界防护、出入口控制等为防护手段，但没有统一的智能管理系统，其安全防范的系统化、整体性不强。

近年来，运用物聯网技术整合各类安防设备，并与业务管理集成，推出了无人化货仓、便利店、超市等[4]，取得了良好的应用效果。这表明，基于物联网技术建设无人值守点位可行，既满足了“以人为本”的管理需要，同时还优化了人力配置，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”的简称。从广义上讲，有两层涵义：

一是指自然属性的安防，是一种整体状态或宏观表征，是管理者的期望；

二是指人为属性的安防，通过管理者和被管理者能动性的参与，达到一种相对稳定的状态。

安防是一个实现过程，即通过采取准备和保护措施来应对攻击和规避风险，免受侵害，从而达到一个相对稳定的整体状态。

显而易见，安全是目的，防范是手段，通过防范的手段达到和实现安全是安防的基本内容。

对点位值守，以确保高精密测控设备安全存放，不被影响或破坏。为此，点位安防主要考虑四方面因素：

（1）人：非正常进出点位的人员可能会进行盗窃、破坏行为。

（2）活动体：动物、车辆等活动体可能会误闯点位。

（3）自然：火、雨水、雷击、静电、地震等对点位安全有极大影响。鉴于竣工后点位的防雷、防静电和抗震符合有关标准，而火、雨水的不可预见性需在安防中重点考虑。

（4）设备：不适宜的环境温度、湿度及供电品质可能会损坏点位存放设备。

表1为点位安防需求统计表。为确保点位安全，一般需要运用十多种防范手段，因此，无人值守点位的建设要充分考虑管理者的要求与期望，在满足安全保密要求的同时，还应满足以下四点需求：

（1）集成。按照周边封闭、联络畅通、报警灵敏、照明配套、监控有效的要求，需要对点位多种安防技术手段进行一体化集成，形成一个统一的智能管理系统，做到设施完善、配套齐全；

（2）可靠。对多种感知监测手段进行融合处理，实现本地决策，降低误报警（或虚警）率；

（3）可控。监控中心需对点位具备远程监控管理能力，可在线监控安防设备设施的运行状态，弥补人防的不足，减少物防的盲区，实现联防共享；

（4）智慧。集成后的所有安防单元（包括监测感知、融合处理和控制执行等）要具有不依赖监控中心的智慧管控能力。

2 技术路线的选择

物联网作为新一代信息技术，早已被国家列为五大新兴战略性产业之一。近年来，随着政府的有力推动，尤其是无线通信技术的快速发展，物联网已经从以“星型拓扑、集中数据分析、APP控制、单向采集获取数据”为特征的类互联网技术，发展为以“网格拓扑、云/霾/雾融合计算、分布式智能、可软件定义、全自动控制、应用即服务”等为特征的2.0时代[5]，使万物直接互联成为可能。

目前，物联网以无线通信为主，主要分为两类[6，7]。以ZigBee，WiFi，BlueTooth，Spider，6LowPan，Z-wave等为代表的局域网技术，传输距离较短，功耗较大，一般承载小规模业务；是以LoRa，SigFox，NB-IoT，GPRS/2G/3G/4G等为代表的广域网技术，传输距离较远，除GPRS/2G/3G/4G外，其他均为低功耗技术，一般用于承载大规模业务。

无人值守点位仅防范技术手段就有十多种，需要感知或控制的节点数量较多，部分节点距离较远，大多时候需要快速响应。虽然有线通信具有较强的保密性，但复杂的布线会导致成本和故障率攀升。为此，建设无人值守点位主要采用无线通信的物联网技术。

在广域网技术中，NB-IoT和GPRS/2G/3G/4G均为运营商网络，在使用中需定期缴费；LoRa和SigFox均工作在免授权频段，无需付费，但其通信速率较低，不足40 kbit/s，在节点较多时难以快速响应。所以现有的物联网技术都不是好的选择。

3 WF-IoT技术

WF-IoT（Wide Area Fusion Internet of Things，WF-IoT）是中高速广域融合物联网技术的英文缩写，是我国完全自主的一种基于RFID的低功耗广域网通信技术，是一种能实现远距离、大容量、中高速、免付费、低功耗的物联网系统[8]。2017年，被西安市列为“硬科技”，具有物联网2.0的显著特征。其核心指标为工作在780 MHz或2.45 GHz射频识别频段，通信速率在250 kbit/s～2 Mbit/s之间，节点间通信距离在80～300 m之间，采用网格拓扑，单个网关可接入64 k个节点，可同时满足大规模部署、多业务融合、低成本刚需、高时效反应、低功耗等应用需求。其典型拓扑如图1所示。

WF-IoT云端管控平台具有云计算能力，运维管理人员可通过智能移动终端、计算机终端和网页终端等进行操作，同时还提供了标准的WebService接口以供其他业务应用集成。

WF-IoT网关具有去中心化、不依赖云端的霾计算能力，与云端管控平台的云计算结合，可以极大地压缩通信量。

WF-IoT节点是融合了商用照明网、识别定位网和无线传感网的单芯片系统，具有语境感知雾计算能力。在同一个子网内，与其他节点之间支持“1=N”的软定义操作，如图2所示。

从节点、网关到云端管控，WF-IoT都有符合国家军用标准的[9]成熟产品，是建设无人值守点位的最佳选择。

4 无人值守的实现

4.1 实现思路

基于WF-IoT技术建设无人值守点位，必须坚持技防与人防结合、技术与管理并重的原则。无人值守点位的原理组成如图3所示。

具体实现思路如下：

（1）用WF-IoT节点改造点位内所有的安防设备（人体探测器、温湿度探测器、照明灯、电子围栏、振动探测器、雨水探测器、空调、消防、门禁以及网络摄象机等）；

（2）WF-IoT网关与上述节点组成一个网格拓扑结构的WF-IoT融合物联网，用网线接入场区光纤网，用电话线接入场区电话网；

（3）鉴于WF-IoT的带宽不足以承载视频，因此采用网线或光纤将摄像机、硬盘录像机和视频抓拍服务器组成视频子系统；

（4）点位采用UPS电源和市电两种方式供电，当市电断开后，UPS电源为WF-IoT融合物联网供电，确保WF-IoT融合物联网正常工作；

（5）监控中心由视频服务、（脸谱）人脸识别服务、WF-IoT云端管控平台等软硬件支撑，具有视频监控、运行状态监测、报警事件管理等功能，值班人员和运维人员在制度的规范下正常履行职责；

（6）应急分队在应急响应预案的规范下工作，以应对无人值守点位出现的意外事件。

4.2 实现策略与效果

根据建设需求，实现点位的无人值守，效果如下：

（1）降低误报警（或虚警）率。例如，在点位周界，由于动物的穿越或触碰、树枝的跨接等，很容易使电子围栏发出错误报警。

当电子围栏发出报警或摄象机拍摄到有运动目标事件时，向照明系统发出开灯命令，联动视频进行抓拍，若两个安防设备同时有警告输出，则报警装置立即发出声光报警，并向监控中心上报报警信息和抓拍的结果。如图4所示。

（2）改善设备的工作与存放环境。高精密测控设备对工作和存放环境有较高的要求，要求点位内的温度、湿度适宜，供电品质良好，不能漏雨，振动幅度不能过大。节点自动采集温度、湿度、振动、雨水、电压、频率、谐波等参数，其中，一旦温度和湿度参数超出阈值就启动空调系统；只要在预设时间范围内没有回到阈值范围内，就自动向监控中心上报，以便值班和运维人员处理。

（3）出入口控制更智能。当有人员或活动体到出入口时，灯自动打开，摄像机自动抓拍；经过授权的人员或车辆凭RFID身份识别卡可无障碍进出点位；其他人通过人脸识别后，与监控中心进行语音对讲，监控中心可远程开门或关门；其他任何未获授权但想进出的人员擅自闯入，报警装置自动发出声光报警，同时向监控中心上报报警信息和视频抓拍结果。

（4）开发有针对性的运维管理工具。无人值守点位的运行离不开管理，而管理需要技术手段支撑。为此，开发运维管理工具，在线监测点位安防设备的运行状态、点位的通信状态，自动统计报警事件管理情况、人员进出情况、日常巡查计划执行情况、运维计划执行情况，评估安防设备的故障状态、点位的通信质量等，必然会更加有力地促进无人值守点位的管理。

5 结 语

通过分析场区点位的安防需求，结合物联网技术现状，得出WF-IoT技术是建设无人值守点位最好选择的结论。用WF-IoT技术改造安防设备，不改动原有结构，工程量小、布线减少，结构更简洁，后续维修更方便，同时融合多种安防技术和功能，误报警率显著降低，点位自身的智慧管控能力得到显著提升。

参考文献

[1]梁坤，司士军，何世珍，等. 基于井下无人值守水泵房的安全预警系统[J].煤矿机电，2017（1）：15-17.

[2]王宇.无人值守变电站安全监控系统的设计与应用[J]. 华东科技（学术版），2012（3）：138.

[3]童陆园，金言，葛俊，等.远方安全监视和图象传输系统[J].计算机工程与应用，1997，33（12）：64-66.

[4]张峥，秦营周.无人化超市构建[J].河南科技（上半月），2013（13）：105.

[5]鲁义轩.两大转变促使物聯网迈向2.0中兴通讯全面推进IoT生态建设[J].通信世界，2017（1）：41.

[6]王若明.物联网技术与应用分析[J].物联网技术，2012，2（5）：82-83.

[7]严琦，张云勇，安岗.基于应用场景的低功耗广域物联网（LPWA）技术对比分析[J].世界电信，2017，30（3）：50-56.

[8]文海，孙长征.中高速广域融合物联网安全技术研究[J]. 物联网技术，2018，8（4）：37-41.

[9] GJB 7377.2-2011军用射频识别空中接口第2部分：2.45 GHz参数[S].2011.