本书是“安防新技术及系统系列精品丛书”之二，作者从物联网与智能安防技术的融合入手，在全面详尽地论述物联网技术的各个方面后，创新地介绍银行等典型单位以及一个智能城市全方位立体化的物联网智能安防系统实现方案；并且创新地提出物联网智能安防监控技术及其系统中的智能摄像机有多少个智能功能就有多少个智能传感器的新概念。 本书具体内容分为11章：安防＆物联网概述，物联网的感知层技术，物联网的信息汇聚层技术，物联网的传输层技术，物联网的运营层技术，物联网的应用层技术，物联网的支撑技术及无标签识别技术，物联网的软件及中间件技术，物联网的信息安全技术，银行等典型单位的物联网智能安防系统实现方案，智能城市物联网全方位立体智能安防大系统实现方案。

前 言 随着信息社会光电信息技术、通信技术、微电子、微计算机及数字视频技术的发展，安防技术已由数字化、网络化、高清化向着智能化的方向发展。但近几年来，由于物联网技术的发展与应用，目前已走向与智能安防融合而成为物联网智能安防技术，从而使安防界跨入了一个新的阶段和起点，向着物联网智能安防技术真正智能化（智慧化）的方向发展。目前，安防技术已从应用各学科技术的经典模式向安防技术本身真正所需要的现代信息社会物联网智能安防的智能（智慧）模式的转变。安全防范技术学科已由光电、电子、计算机、网络、通信等其他学科的应用技术，而发展成为一门物联网智能安防的独立学科技术。 由于安防目前还不是一个独立的技术门类，再加上不是主流技术，大专院校或科研机构也没有专门的安防技术专业或研究机构，因而安防行业的研发人才多由电子、计算机或通信等专业转行而来，尤其缺乏光电信息技术知识，因此在发表的文章、产品说明书与出版的安防书籍中，都出现这样那样的安防技术基本知识概念混淆不清与错误。为此，作者发表在安防杂志上的文章与出版的安防书籍中，均不同程度地做了一些纠正，尤其在《安防视频监控实用技术》一书中，直接列出了105条安防技术基本知识概念混淆不清与错误的问题。但在参考近期出版的安防书籍与资料时，又发现了15条概念混淆不清与错误。目前，这120条问题，并未引起安防界领导部门与“技术专家”们的重视，只是发现有的专家在后来再写的文章与报告中已做了改正。最为奇怪的是，公安部上海3所某技术人员写的一篇摄像机分辨力的测试文章，经我审阅后，确定是文章整个立论的错误，文中对分辨力与分辨率混淆得自己都不能自圆其说，但文中提到了某国标，经查实证明了该国标确实有错（不应该），可要文章改错等于重写文章，因而我批出不能刊登，并发表了“论成像系统易混淆的分辨力与分辨率”一文。可是该杂志还是刊出了那篇错误文章，其原因：一是它是作者要升职称的文章，要求刊登；二是又送另一“专家”看，说这个问题存在争议，国标上也有这种提法因而可刊登（不知后来国标有否改错）。实际上，这都是由于学电子与计算机的专家不懂光电造成的，但只要翻阅一下手册或辞典或光电的基本教科书就可知错在何处。 目前，由于安防与物联网是个朝阳行业，其发展前景广阔无限。因此，笔者再次呼吁：为推动物联网智能安防技术的发展，为使我国尽快赶上并超过国际先进水平，必须在大专院校尽快培养安防监控技术、物联网智能安防监控技术专业的人才，并且，物联网智能安防监控技术专业、安防监控技术及其相关专业等，都必须设在光电信息工程学院，因为这些专业都要以光电信息技术课为其专业基础课，这样就不会出现这种120条安防技术基本知识概念混淆不清与错误的问题。 物联网智能安防监控技术或物联网智能安防技术，是一门多学科交叉的前沿学科的综合性的应用科学技术，具有良好的发展空间和广阔的应用前景。随着光电等高新科学技术的不断进步和更新，所有的前沿新技术迟早都会被移植或应用到物联网智能安防监控技术中，传统的学科界限和专业界限将越来越淡化，各种高新技术的交叉渗透和融合将是物联网智能安防监控技术未来发展的总趋势。物联网智能安防监控技术，最重要的传感器就是智能摄像机，它嵌入的智能化功能，就取决于智能视频分析技术，即智能软件算法模块的好坏。并且，每一个嵌入的智能化功能，即每一个智能软件算法模块，就是一个智能传感器，它是无线传感器网络中的一个节点。一个摄像机嵌入的智能化功能越多，即智能软件算法模块越多，则其智能传感器节点越多。因此，物联网智能安防监控技术中的一个智能摄像机，不像智能安防监控技术中的一个智能摄像机那样代表的仅是一个智能图像传感器，而是它能实现的智能化功能（实际也包含平台赋予它的智能化功能）有多少，就代表它有多少个智能传感器，或多少个无线传感器网络节点。因此，物联网智能安防监控技术比传统的智能安防监控技术具有更大的优越性，如在本书最后1节中指出的，具有布线优势、轻松实现远程监控优势、传感器智能化优势，网络可靠性优势，信息共享互连互通的优势等。 物联网的价值在于有一个庞大的网络体系，如果不能进行管理和整合，那这个网络就没有意义。因此，建立一个综合性的物联网智能安防监控管理平台，把各种传感信息进行汇总和分门别类，进行有指向性的传输，已成为非常重要的问题。有了这个综合性的管理平台，就可以整合资源、相互融合，取代那种效率低、成本高的各自为政的局面，从而为物联网的发展、腾飞助力。显然，物联网智能安防监控技术的提出，体现了大融合的理念，其综合管理平台，突破了将物理基础设施和信息基础设施分开的传统思维，具有很大的战略意义。 雷教授从事光电信息技术科研与教学30多年，最早参与编写出版了专著《航测仪器自动化》；在大学编写了《光电技术》、《光电技术实验》、《光电仪器及系统设计》、《光纤及其传感技术》、《图像测量技术》5部教材；出版了《光电检测技术》，重印10次后更新出版了第2版及其配套书《光电检测技术习题与实验》；出版了《光电信息技术》与《光电信息实用技术》；由于有从1994年参与安防的实践体验，出版了《安全＆光电》（论文集）与《安防视频监控实用技术》；现承担编写一套“安防新技术及系统系列精品丛书”：即2013年1月出版的《安防＆智能化——视频监控系统智能化实现方案》，2014年2月出版的《安防＆物联网——物联网智能安防系统实现方案》，以及计划2014年以后连续出版的《安防＆云计算——物联网智能云安防系统实现方案》、《安防＆虚拟化》、《安防＆光电传感》等。 为推动物联网智能安防技术的发展，为在这一领域领先于国际社会，本书从物联网与智能安防技术的融合入手，在全面详尽地论述物联网技术的各个方面后，创新地介绍了银行等典型单位以及一个智能城市全方位立体化的物联网智能安防系统实现方案。并且，创新地提出了物联网智能安防监控技术，以及有多少个智能功能就有多少个智能传感器的新概念。本书具体内容分为11章：安防＆物联网概述；物联网的感知层技术；物联网的信息汇聚层技术；物联网的传输层技术；物联网的运营层技术；物联网的应用层技术；物联网的支撑技术及无标签识别技术；物联网的软件及中间件技术；物联网的信息安全技术；银行等典型单位的物联网智能安防系统实现方案；智能城市物联网全方位立体智能安防大系统实现方案。 本书融合了创新成果和新技术，理论实践并重，内容系统全面、层次分明。可作为公安院校、安防院校及一些理工院校与一些职业技术学院的安防技术、视频监控、智能建筑、智能交通、应用电视、应用电子、光电工程、质量工程、网络工程等专业的教材与教学参考书，也可供从事上述专业的科研人员、工程技术人员、管理人员参考。 本书是雷教授同其学生及有关公司负责人共同完成的。其中，武汉乐通光电公司总经理罗辉编写了1.2.1与1.2.4节；武汉昱升光器件公司总经理明志文编写了4.1节；深圳群安杰电子公司总经理冯净编写了1.2.2与1.2.5节；广州天网安防科技公司总经理邱亮南编写了8.5节；中山杨格锁业公司总经理杨官贵编写了2.3.1～2.3.3节；公安部第3研究所郑国刚副研究员编写了5.4节；美国HP新加坡公司高工、武汉乐通光电深圳高新技术研究所特约研究员雷军与黄晓曦博士分别编写了5.1节与5.2节；乐通光电深圳高新技术研究所的杨中东博士编写了8.1节，周宇翔工程师编写了6.3节，其余为雷教授编写与统稿完成。 本书的编写与出版，首先要感谢我夫人及孩子们与武汉乐通光电公司高新技术研究所的同志们的关心与帮助；其次要感谢电子工业出版社策划编辑田宏峰及有关领导与同志们的支持。 本书在编写过程中参考了国内外的相关书籍及技术资料，并根据本书体系的需要，在有的章节内采用了其中的部分内容，这些都将在书末以参考文献形式给出，本人在此向同行作者们表示最衷心的感谢！但需说明的是，还有的部分内容来源于互联网，由于未能准确查明原创作者及出处，因而未能在参考文献中列出，敬请谅解。欢迎与本人联系，以便更正。 由于物联网安防监控技术发展迅速，涉及的学科范围很宽，加上作者的知识局限与时间紧迫，难免出现错误与不足，敬请专家学者、技术工作者、教师与学生们提出批评指正。 编著者 2014年2月

目 录 第1章 安防＆物联网概述 1 1.1 物联网技术概述 1 1.1.1 物联网技术的正确含义 1 1.1.2 物联网与物连网及互联网的区别 4 1.1.3 物联网技术的体系架构 5 1.1.4 物联网的四大运行和部署方式及十大基本功能特征 7 1.1.5 物联网的四大技术形态与十大支撑使能技术 8 1.1.6 物联网的七大关键技术 9 1.2 智能安防技术概述 12 1.2.1 安防技术及其发展 12 1.2.2 智能视频监控技术 13 1.2.3 防盗防火探测报警技术 15 1.2.4 出入口控制技术 38 1.2.5 智能安防监控系统及其发展趋势 52 1.3 物联网智能安防技术概述 54 1.3.1 物联网与安防及智能化的关系 54 1.3.2 物联网智能安防技术及其在物联网发展中的地位 56 1.3.3 物联网智能安防技术的体系架构及特点 57 1.3.4 物联网智能安防的服务平台及关键技术 58 1.3.5 物联网智能安防技术的应用现状及发展方向 60 第2章 物联网的感知层技术 63 2.1 传感器技术 63 2.1.1 传感器的类型 64 2.1.2 光电探测（含红外感应）传感器 66 2.1.3 热电探测（含红外、温度）传感器 72 2.1.4 光纤传感器 77 2.1.5 激光传感器 87 2.1.6 图像传感器 92 2.1.7 生物传感器 94 2.1.8 智能传感器 101 2.2 条形码技术 103 2.2.1 一维条形码技术 103 2.2.2 二维条形码技术 106 2.2.3 条形码的信息传感及识读系统 108 2.2.4 一维条码与二维条码的比较 110 2.2.5 条形码的应用 111 2.3 射频识别（RFID）技术 115 2.3.1 RFID系统的组成及工作原理 116 2.3.2 RFID的类型 118 2.3.3 RFID技术与条形码技术的比较 120 2.3.4 RFID技术在设计与使用过程中应注意的问题 122 2.3.5 RFID技术的应用和发展前景 124 2.4 微机电系统（MEMS） 125 2.4.1 微机电系统的含义及其研究内容 125 2.4.2 微机电系统的分类及其相关技术 127 2.4.3 微机电系统的特点及其发展趋势 130 2.4.4 微机电系统的应用及其前景 132 2.5 GPS技术 136 2.5.1 GPS系统的组成与原理 137 2.5.2 DGPS技术及我国GPS技术的应用和发展 139 2.5.3 GPS的特点与性能指标 141 2.5.4 GPS的定位方式及AGPS等定位技术 142 2.5.5 GPS的应用及发展前景 145 第3章 物联网的信息汇聚层技术 150 3.1 无线传感器网络（WSN）技术 150 3.1.1 无线传感器网络及与传统无线网络的区别 150 3.1.2 无线传感器网络的组成、原理及特点 152 3.1.3 无线传感器网络的节点结构与网络架构 156 3.1.4 无线传感器网络中的自组织方式及关键技术 158 3.1.5 无线传感器网络的节能及其低功耗优化 162 3.1.6 无线传感器网络的安全需求及其安全威胁的解决方法 165 3.1.7 无线传感器网络的应用及面临的挑战 168 3.2 无线局域网及Wi-Fi技术 172 3.2.1 无线局域网（WLAN）技术 172 3.2.2 Wi-Fi技术的特点与组建方案 177 3.2.3 Wi-Fi技术的安防应用及几种连接失败的解决方法 179 3.2.4 Wi-Fi技术的发展现状及方向 180 3.2.5 内置Wi-Fi的嵌入式移动终端的低功耗设计 182 3.3 无线广域网及GPRS技术 184 3.3.1 窄带与宽带无线广域网技术 184 3.3.2 GPRS技术及其无线POS联网方案 186 3.3.3 GPRS无线数据应用解决方案 190 3.3.4 融合GPRS与ZigBee的无线数据传输网络 193 3.4 无线城域网（WMAN）及WiMAX技术 196 3.4.1 无线城域网（WMAN）技术 196 3.4.2 WiMAX技术及其特点 199 3.4.3 WiMAX组网技术 201 3.4.4 WMAN存在的问题及发展方向 203 第4章 物联网的传输层技术 206 4.1 通信网 206 4.1.1 通信的发展及其分类 206 4.1.2 通信网的发展及其分类 208 4.1.3 通信网的网路结构及方案 209 4.1.4 量子通信及其通信网的建立 211 4.2 3G与4G移动通信网络技术 215 4.2.1 3G的技术标准及网络架构 215 4.2.2 4G的技术标准及网络架构 219 4.2.3 4G移动通信系统的特点及关键技术 223 4.2.4 4G与3G的关系及其性能比较 229 4.2.5 4G移动通信系统目前面临的问题及其发展展望 231 4.3 广电网络 234 4.3.1 广电网络及HFC技术 234 4.3.2 EPON技术及其与HFC和ADSL的比较 238 4.3.3 EPON网络结构与上下行技术 246 4.3.4 EPON技术在广电网络的组网应用及最新发展 248 4.4 NGB广域网络 253 4.4.1 NGB的含义及其网络架构与目标 253 4.4.2 NGB的特点与相关技术 258 4.4.3 NGB下的视联网 259 第5章 物联网的运营层技术 267 5.1 企业资源计划（ERP） 267 5.1.1 ERP的基本概念 267 5.1.2 ERP系统的构成及其特点 270 5.1.3 ERP软件的功能模块及软件选型 272 5.1.4 ERP的实施运行及其发展趋势 276 5.2 专家系统 279 5.2.1 专家系统的特点与类型 279 5.2.2 专家系统的组成结构和建造步骤 281 5.2.3 基于不同技术建立的专家系统 282 5.2.4 新型专家系统 284 5.2.5 专家系统的设计 286 5.3 云计算 288 5.3.1 云计算的含义及其计算形式 288 5.3.2 云计算的核心技术 290 5.3.3 云计算的应用 291 5.4 API接口 293 5.4.1 API接口的含义及类型 293 5.4.2 开放API的优势及其文档资源 294 5.4.3 Windows API与API支付接口程序 295 5.5 GIS技术 298 5.5.1 GIS的含义、发展与应用现状 298 5.5.2 GIS系统的组成与结构 299 5.5.3 GIS的软件系统及其功能模块 302 5.5.4 GIS技术存在的问题及其未来发展趋势 304 第6章 物联网的应用层技术 308 6.1 垂直行业应用 308 6.1.1 智能电网技术及其系统解决方案 308 6.1.2 智能交通技术及其系统解决方案 316 6.1.3 智能物流技术及其系统解决方案 322 6.2 系统集成技术 330 6.2.1 系统集成的含义、特点及分类 330 6.2.2 信息系统集成 332 6.2.3 安防监控系统集成 333 6.3 资源打包技术 335 6.3.1 资源打包技术的含义及资源编辑器的特性 335 6.3.2 资源打包的关键技术和资源编辑器功能 337 6.3.3 用C++实现文件资源的打包与解包 339 第7章 物联网的支撑技术及无标签识别技术 341 7.1 两化融合技术及其物联网应用和架构 341 7.1.1 两化融合技术的含义及内容 341 7.1.2 物联网与两化融合的关系 344 7.1.3 两化融合的物联网应用架构及其发展模式 346 7.1.4 物联网在促进两化融合中存在的问题及解决方法 348 7.2 M2M技术及其物联网应用和架构 351 7.2.1 M2M技术的含义及组成 351 7.2.2 M2M系统结构及功能 353 7.2.3 M2M协议及应用模式 354 7.2.4 基于M2M的物联网应用和架构 355 7.2.5 M2M面临的问题及其产品的发展趋势 357 7.3 目标物体的特征识别技术 358 7.3.1 图像特征的类型、选择原则及其提取与匹配 359 7.3.2 四种图像特征的特点及其提取与匹配的方法 361 7.3.3 目标物体形状识别的技术与方法 365 7.4 视觉等计算识别技术 370 7.4.1 视觉计算识别技术 371 7.4.2 听觉计算识别技术 376 7.4.3 触觉、味觉、嗅觉计算识别技术 379 第8章 物联网的软件及中间件技术 381 8.1 物联网的软件 381 8.1.1 软件是物联网的灵魂 381 8.1.2 物联网之服务器端软件 382 8.1.3 物联网之嵌入式软件 383 8.2 物联网的中间件 384 8.2.1 中间件的体系结构与核心模块 385 8.2.2 中间件是物联网软件的核心 387 8.2.3 中间件的应用需求及发展趋势 388 8.3 物联网应用服务器中间件与安防集成中间件 389 8.3.1 物联网应用服务器中间件 389 8.3.2 安防集成中间件 390 8.4 数据挖掘技术 396 8.4.1 数据挖掘的含义及类型 396 8.4.2 数据挖掘的任务及步骤 400 8.4.3 数据挖掘的方法及应用 402 8.5 物联网的数据标准 404 8.5.1 物联网的标准体系 404 8.5.2 HTML/HTTP数据交换标准 407 8.5.3 数据交换标准是物联网大集成应用的关键 408 8.5.4 基于数据交换标准的物联网应用框架 411 第9章 物联网的信息安全技术 412 9.1 物联网的信息安全概述 412 9.1.1 物联网的信息安全体现与技术手段 413 9.1.2 物联网的信息安全标准及架构 417 9.1.3 物联网产品的信息安全认证、检测与下一步发展 418 9.2 感知层的信息安全 419 9.2.1 感知层的信息安全威胁、挑战与需求 420 9.2.2 感知层的信息安全架构与防护 421 9.2.3 无线传感器网络的信息安全技术 423 9.3 网络层的信息安全 426 9.3.1 网络层的信息安全威胁、挑战与需求 426 9.3.2 网络层的信息安全架构与防护 427 9.4 处理层的信息安全 435 9.4.1 处理层的安全威胁、挑战与需求 435 9.4.2 处理层的安全架构与防护 436 9.5 应用层的信息安全 440 9.5.1 应用层的信息安全威胁、挑战与需求 441 9.5.2 应用层的信息安全架构与防护 442 9.6 物联网信息安全的影响因素 447 9.6.1 非技术因素影响的信息安全 447 9.6.2 云计算的安全 449 第10章 银行等典型单位的物联网智能安防系统实现方案 452 10.1 银行物联网智能安防监控系统的实现方案 452 10.1.1 银行营业网点物联网智能安防监控系统实现方案 453 10.1.2 自助银行ATM机物联网智能安防监控系统实现方案 457 10.1.3 金库与运钞车物联网智能安防监控系统实现方案 460 10.1.4 银行分行物联网智能安防监控系统实现方案 462 10.2 学校物联网智能安防监控系统实现方案 468 10.2.1 幼儿园物联网智能安防监控系统实现方案 468 10.2.2 中小学物联网智能安防监控系统实现方案 471 10.2.3 大学校园物联网智能安防监控系统实现方案 474 10.3 医院物联网智能安防系统的实现方案 478 10.3.1 物联网智能医疗技术 479 10.3.2 物联网智能远程健康监护与医疗 482 10.3.3 物联网智能移动医疗实现方案 485 10.3.4 医院物联网智能安防监控系统的实现方案 487 10.4 监狱物联网智能安防系统的实现方案 490 10.4.1 监狱安防的问题及对物联网智能安防系统的需求 490 10.4.2 基于物联网的智能监狱管理系统实现方案 494 10.4.3 监狱物联网智能安防系统的实现方案 498 10.5 机场物联网智能安防系统的实现方案 502 10.5.1 机场物联网智能安防中的安保追踪系统实现方案 502 10.5.2 机场物联网智能安防系统中的防入侵系统实现方案 503 10.5.3 机场物联网智能安防系统的实现方案 506 10.6 住宅小区物联网智能安防系统的实现方案 508 10.6.1 如何使“智能”住宅小区真正智能化 508 10.6.2 住宅小区的家居物联网智能安防系统实现方案 514 10.6.3 住宅小区物联网智能安防系统的实现方案 519 第11章 智能城市物联网全方位立体智能安防大系统实现方案 524 11.1 城市环境安全物联网智能安防系统实现方案 525 11.1.1 城市污染源物联网智能安防无线监控实现方案 526 11.1.2 城市空气环境的物联网智能安防监控系统实现方案 529 11.1.3 城市水环境的物联网智能安防监控系统实现方案 538 11.1.4 城市放射源环境物联网智能安防管理系统实现方案 542 11.2 城市食品安全的物联网智能安防系统实现方案 546 11.2.1 粮食安全的物联网智能安防监控系统实现方案 547 11.2.2 物联网智能安防监控打造食品安全溯源系统 549 11.2.3 食品安全物联网智能安防监控系统实现方案 555 11.3 城市药品安全的物联网智能安防系统实现方案 557 11.3.1 智能医疗药品安全的电子监管系统实现方案 558 11.3.2 药品（含食品）监管信息系统实现方案 562 11.3.3 药品（含食品）冷库环境物联网远程视频监控管理系统实现方案 566 11.3.4 药品全程冷链物联网安全监控管理系统实现方案 571 11.4 平安城市物联网全方位立体智能安防大系统的实现方案 573 11.4.1 城市物联网全方位立体智能安防大系统的含义及作用 573 11.4.2 城市地下管线物联网智能安全管理系统的实现方案 575 11.4.3 智能城市物联网全方位立体智能安防大系统实现方案 578 参考文献 591