基于物聯網的公共安全監測系統方案
來源：作者：日期：2018-01-19 16:17:31點擊：7210次
物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發展階段。其英文名稱是：“Internet of things（IoT）”。顧名思義，物聯網就是物物相連的互聯網。這有兩層意思：其一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信，也就是物物相息。物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，廣泛應用于網絡的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。物聯網是互聯網的應用拓展，與其說物聯網是網絡，不如說物聯網是業務和應用。因此，應用創新是物聯網發展的核心，以用戶體驗為核心的創新2.0是物聯網發展的靈魂。
目錄
1、安全物聯網的背景及其內涵
2、安全物聯網在物聯網發展中的地位
3、安全物聯網的體系結構及關鍵技術
4、安全物聯網的應用現狀
安全物聯網的背景及其內涵：
當前，中國正處于工業化、城鎮化快速發展時期，各種傳統的和非傳統的、自然的和社會的風險及矛盾交織并存，公共安全和應急管理工作面臨的形勢更加嚴峻。主要有以下三個方面的問題：1）自然災害處于多發頻發期，近年來，極端氣候事件頻發，中強地震呈活躍態勢，自然災害及其衍生、次生災害的突發性和危害性進一步加重加大；2）安全生產形勢嚴峻，我國安全生產基礎薄弱，一些地方和企業責任不落實、監管不到位，生產安全事故總量居高不下，重特大事故時有發生，預防事故發生和實施有效救援的任務繁重而艱巨；3）社會安全面臨新的挑戰，我國改革發展進入關鍵階段，各種利益關系錯綜復雜，維護社會穩定的任務艱巨。
面對頻發的造成大量人員傷亡和財產損失的公共安全事故，亟需構建公共安全監測物聯網來感知公共安全隱患，以及解決突發事件發生后各部門之間如何互聯互通等問題。
公共安全監測物聯網是針對公共安全監測領域覆蓋范圍廣、監測指標多、連續性要求高、所處環境不適合人工監測、感知的信息內容與人民群眾的生活密切相關等特點，應用物聯網技術尤其是傳感器網絡技術，構建的一個由感知層、網絡層、應用層共同構成的信息系統工程。對公共安全的監測主要包含保障各類生產場景安全的監測、對生產者安全的監測、對特定物品安全的監測、對人員密集場所監控、對重要設備設施監控以及事故應急處理時對場景、人員、物品的信息搜集等。
安全物聯網在物聯網發展中的地位：
公共安全是國家安全和社會穩定的基石。為有效抵御各類人為或自然災害的威脅，中國將加強公共安全保障措施作為政府工作的重點。公共安全監測物聯網為解決我國面臨的公共安全問題提供了一種新的思路，符合我國促進科技創新、走創新型國家發展道路的戰略要求。
建立完善的公共安全監測物聯網將為我國現在面臨的橋梁隧道坍塌、危險物泄漏等安全問題提供切實有效的預防機制，全國范圍內的公共安全監測物聯網的互聯更使得重大安全事件得以及時、有力、透明的解決。因此公共安全監測物聯網作為與日常生活聯系最密切、國家和人民最關注的公共安全領域的物聯網應用，應該得到整個社會的重視和優先發展，堅持“政府主導、企業參與、社會支持、群眾受益”的方針，通過公共安全監測物聯網的發展來帶動物聯網在技術、應用、產業、標準方面的進步，使整個社會切身感受到公共安全監測物聯網帶來的公共安全隱患可靠預防和突發事件應急處理的優勢，加強人們對物聯網價值的認知程度。
安全物聯網的體系結構及關鍵技術：
公共安全監測物聯網的網絡架構，它的整體架構與物聯網的整體架構相似，由感知層、網絡層、應用層三部分組成。但由于公共安全監測物聯網應用場景的特殊性，它具有一些其它物聯網應用不具備的技術特點，總結如下：
1）在感知層，被感知信息的類型多樣，實時性要求高，大多數信息的感知（如橋梁建筑物的安全狀況，危險物品的監測等）要求精度高且很難通過人工手段檢測。由于安全隱患的信息類型不確定性很高，在人員密集場所或高危生產場所應長時間部署大量不同類型的傳感器，對感知層的組網策略、能源管理、傳輸效率、QoS、傳感器的編碼、地址、頻率與電磁干擾等問題提出了更高的要求，這些問題也是公共安全監測物聯網能否成熟應用的關鍵。
2）在網絡層，由于公共安全監測物聯網感知到的信息的涉及國家重點行業以及群眾的日常生活，這些信息一旦泄漏或不正當使用都有可能危及國家安全、社會穩定以及人民群眾的隱私；因此，公共安全監測物聯網的信息內容有必要通過專用網絡或者對3G移動網絡采取安全防范措施后進行傳輸，保證信息的安全性、真實性和完整性。
3）在應用層，針對海量的數據信息和安全隱患可能帶來的嚴重危害，需要建立專有的不同級別的公共安全物聯網服務平臺。服務平臺不僅應具有強大的信息處理及融合能力，還須具有安全隱患的識別以及預警能力，同時當突發公共安全事故時，及時聯動相關的職能部門進行應急處理，爭取將損失和影響減到最小。另外，將不同級別的公共安全物聯網平臺互聯有利于根據安全事故的危害程度最大限度的調配資源，便于公共安全事件的及時、有效、透明解決。
針對公共安全監測物聯網體系結構的特點，其涉及到的關鍵技術主要有：
a 針對公共安全監測領域的專用傳感器的研發，包括增加傳感器的監測信息類型、提高監測精度、減小體積、抗破壞、增強感知信息的抗干擾能力和保密能力等。
b 大規模傳感器節點的自組織網絡、協作感知技術、安全接入技術等感知層網絡技術。
c 大規模傳感器節點的編碼、地址、頻率分配與電磁干擾等問題。
d 網絡層公共安全監測專用網絡的結構、通信協議、異構的網絡接入技術及網絡安全技術等。
e 應用層主要涉及海量信息的智能處理、分析、綜合技術以及統一的公共安全監測物聯網服務平臺的架構等技術。
公共安全監測物聯網服務平臺的總體結構，系統平臺將接收到的海量信息處理分析后由相應的服務模塊進行處理，服務平臺可以根據不同的公共安全監測應用添加不同的服務模塊。公共安全事件應急處理部門聯動系統負責當突發安全事件發生時及時調動資源進行應急管理，以減少損失和影響。
安全物聯網的應用現狀：
在國內外，公共安全監測物聯網已經存在眾多應用案例，在公共安全領域發揮了明顯的作用，例如：
美國Material Technologies公司開發了一套裂縫診斷傳感器系統，已經在賓夕法尼亞州檢查了三座橋梁以及馬薩諸塞州一座橋梁的裂縫，其傳感器能夠檢測以每分鐘幾個分子的速度擴大的裂縫，從而提前幾年發現可能對安全構成危害的裂縫。此外，早期診斷意味著道路修補人員執行的修補更為經濟，因為當裂縫還小的時候，修補起來更加容易。
在韓國，為了保護市民的生命和財產，遏制犯罪、恐怖襲擊、火災，開始在城市內安全隱患區域安裝感應系統，為保障市民安全，建立安全的城市做出很多嘗試。
目前國內全長約2.66公里的玄武湖隧道是我國最大的城市淺埋明挖湖底隧道，其中湖底段長約1.66公里。由于地質條件、應力條件、環境影響復雜，隧道很可能受溫度、荷載、地下水等因素影響，產生不均勻的沉降、橫向開裂、滲水等問題。
南京大學光電傳感工程監測中心將特殊的連續分布式光纖“植入”混凝土層中。從施工開始，直至通車運行至今，這些光纖一直對隧道“健康”進行著實時監測。
| 中文名 | 外文名 | 核心 | 縮寫 |
| 物聯網 | Internet of Things | 物物相聯領域 | IOT |
目錄
1、安全物聯網的背景及其內涵
2、安全物聯網在物聯網發展中的地位
3、安全物聯網的體系結構及關鍵技術
4、安全物聯網的應用現狀
安全物聯網的背景及其內涵：
當前，中國正處于工業化、城鎮化快速發展時期，各種傳統的和非傳統的、自然的和社會的風險及矛盾交織并存，公共安全和應急管理工作面臨的形勢更加嚴峻。主要有以下三個方面的問題：1）自然災害處于多發頻發期，近年來，極端氣候事件頻發，中強地震呈活躍態勢，自然災害及其衍生、次生災害的突發性和危害性進一步加重加大；2）安全生產形勢嚴峻，我國安全生產基礎薄弱，一些地方和企業責任不落實、監管不到位，生產安全事故總量居高不下，重特大事故時有發生，預防事故發生和實施有效救援的任務繁重而艱巨；3）社會安全面臨新的挑戰，我國改革發展進入關鍵階段，各種利益關系錯綜復雜，維護社會穩定的任務艱巨。
面對頻發的造成大量人員傷亡和財產損失的公共安全事故，亟需構建公共安全監測物聯網來感知公共安全隱患，以及解決突發事件發生后各部門之間如何互聯互通等問題。
公共安全監測物聯網是針對公共安全監測領域覆蓋范圍廣、監測指標多、連續性要求高、所處環境不適合人工監測、感知的信息內容與人民群眾的生活密切相關等特點，應用物聯網技術尤其是傳感器網絡技術，構建的一個由感知層、網絡層、應用層共同構成的信息系統工程。對公共安全的監測主要包含保障各類生產場景安全的監測、對生產者安全的監測、對特定物品安全的監測、對人員密集場所監控、對重要設備設施監控以及事故應急處理時對場景、人員、物品的信息搜集等。
安全物聯網在物聯網發展中的地位：
公共安全是國家安全和社會穩定的基石。為有效抵御各類人為或自然災害的威脅，中國將加強公共安全保障措施作為政府工作的重點。公共安全監測物聯網為解決我國面臨的公共安全問題提供了一種新的思路，符合我國促進科技創新、走創新型國家發展道路的戰略要求。
建立完善的公共安全監測物聯網將為我國現在面臨的橋梁隧道坍塌、危險物泄漏等安全問題提供切實有效的預防機制，全國范圍內的公共安全監測物聯網的互聯更使得重大安全事件得以及時、有力、透明的解決。因此公共安全監測物聯網作為與日常生活聯系最密切、國家和人民最關注的公共安全領域的物聯網應用，應該得到整個社會的重視和優先發展，堅持“政府主導、企業參與、社會支持、群眾受益”的方針，通過公共安全監測物聯網的發展來帶動物聯網在技術、應用、產業、標準方面的進步，使整個社會切身感受到公共安全監測物聯網帶來的公共安全隱患可靠預防和突發事件應急處理的優勢，加強人們對物聯網價值的認知程度。
安全物聯網的體系結構及關鍵技術：
公共安全監測物聯網的網絡架構，它的整體架構與物聯網的整體架構相似，由感知層、網絡層、應用層三部分組成。但由于公共安全監測物聯網應用場景的特殊性，它具有一些其它物聯網應用不具備的技術特點，總結如下：
1）在感知層，被感知信息的類型多樣，實時性要求高，大多數信息的感知（如橋梁建筑物的安全狀況，危險物品的監測等）要求精度高且很難通過人工手段檢測。由于安全隱患的信息類型不確定性很高，在人員密集場所或高危生產場所應長時間部署大量不同類型的傳感器，對感知層的組網策略、能源管理、傳輸效率、QoS、傳感器的編碼、地址、頻率與電磁干擾等問題提出了更高的要求，這些問題也是公共安全監測物聯網能否成熟應用的關鍵。
2）在網絡層，由于公共安全監測物聯網感知到的信息的涉及國家重點行業以及群眾的日常生活，這些信息一旦泄漏或不正當使用都有可能危及國家安全、社會穩定以及人民群眾的隱私；因此，公共安全監測物聯網的信息內容有必要通過專用網絡或者對3G移動網絡采取安全防范措施后進行傳輸，保證信息的安全性、真實性和完整性。
3）在應用層，針對海量的數據信息和安全隱患可能帶來的嚴重危害，需要建立專有的不同級別的公共安全物聯網服務平臺。服務平臺不僅應具有強大的信息處理及融合能力，還須具有安全隱患的識別以及預警能力，同時當突發公共安全事故時，及時聯動相關的職能部門進行應急處理，爭取將損失和影響減到最小。另外，將不同級別的公共安全物聯網平臺互聯有利于根據安全事故的危害程度最大限度的調配資源，便于公共安全事件的及時、有效、透明解決。
針對公共安全監測物聯網體系結構的特點，其涉及到的關鍵技術主要有：
a 針對公共安全監測領域的專用傳感器的研發，包括增加傳感器的監測信息類型、提高監測精度、減小體積、抗破壞、增強感知信息的抗干擾能力和保密能力等。
b 大規模傳感器節點的自組織網絡、協作感知技術、安全接入技術等感知層網絡技術。
c 大規模傳感器節點的編碼、地址、頻率分配與電磁干擾等問題。
d 網絡層公共安全監測專用網絡的結構、通信協議、異構的網絡接入技術及網絡安全技術等。
e 應用層主要涉及海量信息的智能處理、分析、綜合技術以及統一的公共安全監測物聯網服務平臺的架構等技術。
公共安全監測物聯網服務平臺的總體結構，系統平臺將接收到的海量信息處理分析后由相應的服務模塊進行處理，服務平臺可以根據不同的公共安全監測應用添加不同的服務模塊。公共安全事件應急處理部門聯動系統負責當突發安全事件發生時及時調動資源進行應急管理，以減少損失和影響。
安全物聯網的應用現狀：
在國內外，公共安全監測物聯網已經存在眾多應用案例，在公共安全領域發揮了明顯的作用，例如：
美國Material Technologies公司開發了一套裂縫診斷傳感器系統，已經在賓夕法尼亞州檢查了三座橋梁以及馬薩諸塞州一座橋梁的裂縫，其傳感器能夠檢測以每分鐘幾個分子的速度擴大的裂縫，從而提前幾年發現可能對安全構成危害的裂縫。此外，早期診斷意味著道路修補人員執行的修補更為經濟，因為當裂縫還小的時候，修補起來更加容易。
在韓國，為了保護市民的生命和財產，遏制犯罪、恐怖襲擊、火災，開始在城市內安全隱患區域安裝感應系統，為保障市民安全，建立安全的城市做出很多嘗試。
目前國內全長約2.66公里的玄武湖隧道是我國最大的城市淺埋明挖湖底隧道，其中湖底段長約1.66公里。由于地質條件、應力條件、環境影響復雜，隧道很可能受溫度、荷載、地下水等因素影響，產生不均勻的沉降、橫向開裂、滲水等問題。
南京大學光電傳感工程監測中心將特殊的連續分布式光纖“植入”混凝土層中。從施工開始，直至通車運行至今，這些光纖一直對隧道“健康”進行著實時監測。
