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文档简介
监狱物联网应用示范工程
实施方案
目录
一.项目目标1
二.建设任务3
三.需求分析4
3.1社会因素分析4
3.2政务目标分析5
3.3业务目标分析6
3.4系统功能需求分析8
四.系统总体框架9
4.1开发平台技术选型9
4.1.1J2EE简介10
4.1.2.NET简介11
4.1.3J2EE与.NET比较12
4.2总体构架21
4.2.1设计思路21
4.2.2技术支撑24
五.“感知监狱”平台:30
5.1感知监狱云平台30
5.1.1系统概述30
5.1.2需求分析31
5.1.3项目建设方案33
5.1.4系统设计方案36
5.1.5系统特点39
5.2进监车辆轨迹跟踪系统41
5.2.1系统概述41
5.2.2需求分析41
523项目建设方案42
5.2.4系统设计方案43
5.3蛇腹网振动传感系统53
5.3.1系统概述53
5.3.2需求分析53
5.3.3项目建设方案54
5.3.4系统设计方案56
5.4智能视频分析系统70
5.4.1系统概述70
5.4.2系统架构图70
5.4.3系统设计方案71
5.4.4系统功能实现73
六.物联网技术设计应用75
6.1网络传输层方案设计75
6.2视频监控与智能分析系统设计77
6.2.1组网方式77
6.2.2前端监测点78
6.2.3监控中心78
6.2.4系统功能设计79
6.3数据可视化与决策仿真可视化服务系统设计81
6.3.1功能与性能81
6.3.2框架结构82
6.3.3技术实现83
6.4数据存储管理服务系统设计88
6.4.1功能与性能88
6.4.2框架结构89
6.4.3技术实现90
一.项目目标
本方案将在监狱现有信息化系统的基础上,充分利用物联网等新
一代信息技术,以监狱监管区域内的人、车、物等管理对象为主体,
以感知为先、传输为基、计算为要、管理为本,构建全新的智慧型感
知监狱物联网应用示范工程,推动“信息技术应用向监狱管理过程延
伸,向管理者延伸",实现监狱安全管理及应急处置新模式。
1、监狱安全防范能力显著提升。充分利用物联网技术将现有安
防系统进行统一整合、深化智能联动应用,建成具有国际先进水平的
物联网感知监狱云平台,全面提升监狱安全防范的智能化水平;加快
网络化教育和新兴矫治技术的应用,实现罪犯改造工作从传统经验型
向现代矫正型转变,全面贯彻“首要标准”,降低重新犯罪率,监狱
安全基础更加扎实。
2、数据资源整合和业务融合更加完善。借助信息技术,完善基
础网络、基础信息资源库,实现各业务子系统间的无缝互联,信息全
面集成,监狱信息化水平不断提升;优化组织结构和工作流程。提升
监狱业务融合和信息协同能力,深入数据挖掘,为监狱工作的持续改
进提供科学依据。
3、物联网系统及运维管理机制基本确立。建设覆盖全监狱的传
感网络和智能分析系统,对监管区域内空间、人、车、物等三维时空
监测,分析轨迹和行为特征,自动对违法、违禁、可疑、危险行为进
行预警,实现对罪犯的全过程、全方位的行为监控。通过对关键系统、
设备的巡检、运维、决策与评估,实现监狱运维网络的高效传递、有
效共享和快速响应。
4、监狱物联网技术应用的标准化初步实现。立足于监狱安全以
及业务的规范和创新,全部采购国产软硬件,监狱物联网应用示范工
程全面实现监狱安防自主智能预警、安全防范、及时响应处置等一整
套流程,并符合监狱建设安全等级防护要求,努力为全国监狱系统物
联网建设应用提供示范工程样板。
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二.建设任务
感知监狱主要是在监狱搭建智能安防、智能运维、网络教育、感
知监狱云平台组成的一体化感知体系,提高监狱安全水平和应急处置
能力,主要建设内容如下:
1、感知监狱云平台。基于云计算架构,研制可视化的监测和预
警系统、丰富的智能数据挖掘和模型分析工具、高效的综合调度和指
挥平台,全面提升信息采集、管理和智能分析能力,为监管科学决策
提供平台支持。
2、智能安防。充分利用监控和智能感知等技术,部署和升级传
感器、车辆跟踪、视频监控、智能周界、智能视频分析、巡更及报警、
警员保护、门禁通道等设备,建立起完善的监狱安防系统,为有效落
实监狱日常管理制度提供技术支撑,大幅度提高监管安全、执法水平。
3、智能运维。通过大范围协同组网感知的手段,通信网、互联
网、传感网以及智能分析系统、专家决策系统等,实现对全省监狱关
键设备的巡检、运维、决策与评估,实现监狱信息的高效传递、有效
共享和快速响应。
3
三.需求分析
3.1社会因素分析
从监狱工作角度透视社会问题,集中表现在“社会安全”这一重
大问题。与监狱相关的社会安全问题主要表现为两个方面。
一是“监狱安全”问题。监狱安全包括:判决入狱的罪犯从监
狱脱逃后的再犯罪,对社会安全和人民群众的切身利益构成严重威
胁;入狱后的罪犯抗拒改造,不认罪服法,在狱内制造或参与各种重
大恶性案件。
二是“重新犯罪”问题。刑满释放人员由于各种复杂的主客观
原因重新犯罪,对社会安全和人民群众的切身利益构成严重威胁。
其中罪犯脱逃和狱内发案的外在原因主要集中在对罪犯行为的
失控和监狱存有漏洞的失控。内在原因主要集中在罪犯认罪服法的态
度、侥幸心理、行为习惯,以及心理缺陷等。
对罪犯行为的失控是指罪犯行为全过程中难以随时随地实现准
确定位,在特殊情况下会出现“脱管”的空白和监控的盲区。监狱存
有漏洞的失控主要是指监狱的环境、监管关节客观上存在可利用的漏
洞。
根据全国监狱系统2007年到2011年脱逃案件和狱内重大恶性案
件的统计分析,由于罪犯行为未被监测导致“脱管”,而实施脱逃与
狱内发案的约占80%。由于监狱存有漏洞失控的约占20%。
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刑满释放人员重新犯罪的外因包括:生存条件缺失,就业没有保
障,家庭关系破裂,缺乏社会保障;内因包括:原发性的精神疾患的
原因,也有继发性的内在品质缺陷。
监狱面临的两大社会安全问题的量化指标是三个指标,即重新犯
罪率、脱逃率、狱内发案率。与这三个指标呈强相关逻辑关系的根源
性指标是“改好率”,“脱管时间”和“监狱漏洞消除率”,其中“改
好率”与“重新犯罪率”、“脱逃率”、“狱内发案率”呈负强相关关系。
“脱逃率”、“狱内发案率”与罪犯“脱管时间”呈正强相关关系,与
“监狱漏洞消除率”呈负强相关关系。
因此,要解决两大社会安全问题,必须要最大限度的缩短罪犯“脱
管时间”,提高罪犯“改好率”和“监狱漏洞消除率二
3.2政务目标分析
建设本系统的目的就是要解决罪犯在监狱服刑期间存在的“监
狱安全”问题和刑满释放后存在的“重新犯罪”问题,真正确保社会
安全和人民群众的切身利益。
面对当前形势,监狱认为:首先,为防止判决入狱的罪犯从监狱
脱逃后,对社会安全和人民群众的切身利益构成严重威胁,为防止入
狱后的罪犯抗拒改造,不认罪服法,在狱内制造或参与各种重大恶性
案件,采取一切管理和技术手段,确保罪犯“零脱逃”和“零发案”,
是维护监狱安全的第一需要,也是监狱的第一责任。其次,刑满释放
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人员重新犯罪的原因十分复杂,但其在监狱中能否改造为守法公民,
能否从文化知识、劳动技能、行为习惯和心理素质等各个方面具备顺
利回归社会的条件,是直接影响其是否重新犯罪的重要原因。因此在
监狱的监管改造、劳动改造和教育改造的职能活动中,有针对性地利
用相关资源、方法,提高罪犯的“改好率”,从而有效降低重新犯罪
率,是监狱的首要目标。
具体政务目标是:
1、全力保障监狱安全,对罪犯行为轨迹和监狱环境空间进行最
严格的监视和控制,一旦发现可疑的罪犯行为,便立即终止,从而让
罪犯无法实施影响监狱安全的恶意犯罪活动,确保监狱持续安全稳
定。
2、罪犯在监狱服刑期间,要尽可能提高其自身的内在品质,强
化其法律道德意识、培养其回归社会后生存适应能力、提升其文化思
想水平、矫正其不良行为习惯和矫治其心理缺陷,最大限度地将其改
造为能顺利回归社会并能够生存发展的守法公民,从总体上减少刑满
释放人员重新犯罪,有效保障社会安全和人民群众利益。
3.3业务目标分析
业务目标要求最大限度解决监狱安全的问题。目前,监狱的安全
防范手段,除“人防”之外,还有“物防”和“技防监狱已建立
了完备的视频监控、音频监听、围墙电网、红外周界、声音和灯光警
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报系统,并对重要通道建立了门禁系统,基本建成了对监狱环境空间
进行全面监控的“技防”手段,大幅降低了“监狱漏洞率然而,
监狱仍然没有能够有效监测罪犯行为全过程,以防止其“脱管”的“技
防”手段。因此,问题症结在于对罪犯行为的全过程缺乏严格监控,
无法有效缩短“脱管时间”,因此必须把对罪犯行为的严格监控,提
高应急处置反应速度作为保障监狱安全的主要业务。
业务目标还要求最大限度地解决重新犯罪的问题,提升罪犯的内
在品质,罪犯内在品质的不断完善,也能够有助于减少脱逃率和狱内
发案率,有效地支持监狱安全的保障任务。因此,为了实现“保障监
狱安全”和“提升罪犯内在品质”两大政务目标,保证监狱的持续安
全稳定,确保罪犯的改好率超过95%,从而实现重新犯罪率的下降,
监狱必需做到:
1、全面加强对罪犯行为的监控,调动各种管理和技术手段对罪
犯活动轨迹进行最严格的监视和控制,主动发现可疑的罪犯行为并立
即由民警介入确认,发现异常立即报警;加强对民警监管过程进行审
计,辅助民警对罪犯行为进行严密的监控。
2、提高应急处置反应速度,完善应急预案,对罪犯行为和监狱
空间环境进行严格监控,监控中心接到报警信号,立即根据预案对现
有安防设施进行联动,迅速调用警力到达预定位置,快速制定、执行
正确应对措施,立即制止罪犯实施影响监狱安全的行为。
3、强化对罪犯的个别化教育改造,大规模收集全国监狱系统以
及市场上的优质教育资源,利用远程教育手段,为监狱每个罪犯提供
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优质、高效、低成本、个性化的法律、文化、技能教育和心理矫治辅
导资源;转变教授、学习、考评和评价方式,实现主动学习、科学考
评,健全教育质量评价机制,提高教育改造质量和效率。
3.4系统功能需求分析
本系统要建设多个子系统,每个子系统的功能需求包括:基于面
向服务的体系架构,需要分析信息系统对请求响应、会话处理、计算
执行、实体交易、数据交易、数据存储、通信传输等七种能力的具体
需求,根据国际上通行的有关规范,选用SpecWeb2005作为请求响应
能力的分析指标,选用SpecjAppSserver2004作为会话处理和实体交
易能力的分析指标,选用LinPack作业计算执行能力的分析指标,选
用TPCC作为数据交易能力的分析指标,用存储字节量和通信带宽作
为数据存储能力和通信传输能力的分析指标。
系统能力需求分析在作业类和作业子系统两个层次上进行,分别
用于支持作业平台服务器选型,制定作业子系统在平台上的部署策
略,并为分析系统框架结构奠定基础。
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四.系统总体框架
4.1开发平台技术选型
“感知监狱智慧应用"监狱物联网应用示范工程软件平台的开
发平台的选择,充分的考虑了监狱的现状和需求以及软件平台的体系
要求,我们最终选用了J2EE技术来建设“感知监狱智慧应用”监
狱物联网应用示范工程软件平台。
在业界,.NET与J2EE平台是目前构建电子政务系统的两大主流
应用平台,国内外大部分的系统应用平台都基于这两个技术平台来建
设。两者都在针对分布式多层应用的设计、集成、性能、安全性和可
靠性等诸多方面,为用户提供了总体的指南和规范。基于这些指南和
规范,技术提供商提供了相应的平台、工具和编程环境。在具体的应
用框架中,包括了针对应用的表现层服务、服务器端进程、会话管理、
商业逻辑框架、应用数据缓存、应用逻辑、事务、安全和日志服务等
内容。应用框架的目标是提供一个统一的软件框架,以减少对企业软
件产品的支持、维护和集成的代价。考虑到我们所选择的技术平台应
该是一个技术上成熟的,可持续发展的平台,我们的技术选型主要在
这两大平台之间进行。
为了保证应用平台的一致性和各子系统的互联互通,我们需
在.NET平台和J2EE平台之间进行一个比较,进而选择其中一个作为
我们应用平台的基础架构。
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4.1.1J2EE简介
J2EE是一套针对于企业级分布式应用的计算环境,其结构体系
如图1所示。它定义了动杰Web页面功能(Servlet和Jsp)、商业组
件(EJB)、异步消息传输机制(JMS)、名称和目录定位服务(JNDI)、
数据库访问(JDBC)、与子系统的连接器(JCA)和安全服务等。
需要注意的是,J2EE本身是一个标准,而不是一个现成的产品
(虽然现在有很多符合J2EE标准的产品),它由以下几个部分组成:
(1)J2EE规范该规范定义了J2EE平台的体系结构、平台角
色及J2EE中每种服务和核心API的实现要求。它是J2EE应用服务器
开发商的大纲。
(2)J2EE兼容性测试站点Sun公司提供的一个测试J2EE应用
服务器是否符合J2EE规范的站点,对通过该站点测试的产品,Sun
公司将发放兼容性证书。
(3)J2EE参考实现即J2EESDK,它既是Sun公司自己对J2EE
规范的一个非商业性实现,又是为开发基于J2EE企业级应用系统原
型提供的一个免费的底层开发环境。
(4)J2EE实施指南即BluePrints文档,该文档通过实例来
指导开发人员如何去开发一个基于J2EE的多层企业应用系统。
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J2EE体系结构
客户层J2EE应用服务器
表示层
Web容器
Web浏览器业务逻辑层
JSP(EJB容器)
实体日
ServletIB|
AppletJavaBeanI会话EJB|
I消息驱动Be^l
应用客户端
4.1.2.NET简介
.NET来自于微软,是一套全能的框架平台,支持C++、C#、J++、
VB、ASP等语言,能够解决C/S、B/S和单机等结构的软件开发需
求。.NET平台将这些语言编译成CLR语言,使它们可以无差别的运
行在.NETFramework±,是2000年以后微软最为重要的软件开发套
件产品。
.NET的绝大部分是微软WindowsDNA(DistributedNetwork
Architecture)的重写,DNA是微软以前开发企业应用程序的平台。
WindowsDNA中包括了许多已经被证实的技术,新的.NET框架取代了
这些技术,并包含了Web服务层和改良的语言支持。图2是.NET开发
平台的体系结构。
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VBC++C#JScript...
CommonLanguageSpecification
ASP.NETWindowsForms
ADO.NETandXMLg
BaseClassLibrary
CommonLanguageRuntime
WindowsCOM+Services
4.1.3J2EE与.NET比较
体系架构的比较
作为彼此竞争的应用平台,J2EE和.NET开发平台在目标和体系
结构上极其相似,但在实现上又完全不同。
(1)类似的平台基础构造
J2EE和.NET两个平台在底层的执行引擎都源于托管的虚拟机概
念,但.NET的CLR沿着Java虚拟机(JVM)走得更远,CLR在借鉴了JVM
的自动垃圾收集、异常处理等机制的同时,又为.NET平台添加了多
语言支持、组件自描述等新的特性。
在.NET和J2EE平台上,程序的编译都经过两个类似的过程。首
先,特定高级语言编译器将C#(及其他.NET语言)和Java源代码分
别翻译成中间语言(IL)和字节代码(ByteCode)。.NET在中间语言设
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计时通盘考虑了多个主流高级语言,在这一层面实现了.NET平台的
跨语言承诺;J2EE的基石是Java语言,它最典型的特征是:一次编
写,多次运行。跨平台是J2EE一直引以为豪的关键,这是通过JVM
来实现的。
其次,在执行时,中间语言被即时编译器(JIT)编译成特定平台
的二进制代码,字节代码则通过JVM解释执行,完成各自语言的指令
功能。鉴于微软在“Wintel平台”上的代码优化功底,.NET代码的
执行速度较之于Java有明显的优势是不争的事实。但在Unix/Linux
平台上,由于.NET迟迟未能实现其跨平台的承诺,J2EE几乎成了惟
一的选择,执行效率的比较也就无所谓。在代码执行的同时,通用语
言运行时和Java虚拟机也都提出了异常捕捉、类型安全、内存分配
和垃圾收集等自动化内存管理工作,大大减轻少了现代软件的内存泄
漏问题,减轻了程序员的繁重负担。
面向对象程序设计在J2EE和.NET平台中都获得了直接的支持,
单根继承加多接口实现是它们共有的特征。但在面向对象之外,.NET
对现代组件编程提供了直接支持。当然,当下很多企业中间件都是基
于J2EE平台,只是.NET从设计、编码、配置到运行都给予了组件编
程更多、更直接的支持。
在基础的和企业级的服务上两个平台很难一决高低。从基础的集
合、字符串操作到企业级的API接口,如JMS、JDBC、JAX和JNDI等,
J2EE在这方面有着非常坚实的结构。微软.NET框架类库也不示弱,
提供了从图画、网络、线程到ADO.NET.ADSI.Windows表单和ASP.NET
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等一系列的API。
除去API类库的无缝的功能复用外,对本地平台的调用操作也是
值得关注的。CLR和Java虚拟机都支持本地方法的调用。在异构平
台方面,J2EE更钟情于HOP(InternetInterORBProtocol),而.NET
则使用SOAPo
(2)相同的三层/多层体系
基于三层/多层分布式计算结构已毋庸置疑地成为当今企业应用
的主流模式,也是两个平台较量的着力点。
在客户端,表示层负责用户与系统的交互。对于不同的处理要
求,.NET和J2EE都提出了基于桌面的应用程序和基于浏览器的Web
应用的开发组件:JavaApplication与Windows表单、Java
Servlet/JSP与ASP.NET双双形成椅角之势。但Windows表单依赖微
软桌面系统的天然优势,无论在交互速度还是在界面的表现性能上都
较JavaApplication稍胜一筹。Servlet/JSP与ASP.NET是目前企
业在''瘦客户端”应用的重点,两者都基于HTTP请求/响应模型,通
过HTML浏览器页面完成用户交互。虽然ASP.NET声称在底层通过编
译执行获得了相当高的处理速度和服务器方控件的浏览器自适应能
力,但目前并没有这方面的硬性数据,很难据此而论高低。在缓存、
状态优化等方面两者可谓是旗鼓相当。另一个与客户端应用相关的技
术是ActiveX与Applet,从目前的趋势来看,它们在两个平台上的
地位逐渐边缘化,也不为大多数企业所接受。
在中间层,分布式业务组件负责企业应用的商业逻辑部署。由于
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这些业务组件经常负责处理数据库连接、网络资源和线程等高昂的资
源,所以一直是三层/多层架构的关键和企业应用的核心。J2EE的EJB
是一个成熟的、得到业界广泛支持的大型企业级组件框架,而.NET
组件则是建立在新型的COM+服务之上,两者在组件与操作系统的交
互、客户端资源共享等方面都有很好的支持。.NET则通过元数据支
持自描述性的组件开发、XCOPY部署以及多版本共存,无需注册表和
描述文件,对企业客户有一定的吸引力。
在后端数据层,两个平台都为数据库连接量身定做了一套数据存
取模型:J2EE的JDBC和.NET的ADO.NET,它们在支持传统SQL数据
源的同时,也支持新型的XML数据源。这方面由于更多地涉及到具体
的数据库产品,很难说那种数据模型更有优势。
两种架构的简单对照如表所示
架构
比较J2EE.NET
RemoteMethodInvocationoverXML
通信协议InternetInterOrbProtocol
(RMI/IIOP)
JavaC#,VB.NET,COBOL
编程语言
等
JavaVirtualMachine(JVM)CommonLanguage
运行时环境
Runtime(CLR)
胖客户端JavaSwingWindowsForms
JavaNamingandDirectoryActiveDirectoryServices
目录服务
Interface(JNDI)Interface(ADSI)
JavaDatabaseConnection(JDBC)JavaConnectors
数据访问
ADO.NET
异步消息处理JavaMessageService(JMS)MicrosoftMessageQueue
表示层技术Servlets,JavaServerPage(JSP)ASP.NET
中间层组件模型EJB,JavaBeanC0M+,COM
JAASC0M+SecurityCall
安全访问
Context
事物处理JavaTransactionServer(JTS)MicrosoftDistributed
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TransactionCoordinator
(MS-DTC)
BorlandJBuilder,IBMVisualAgeVisualStudio.NET
开发工具
等
4.L3.2移植性比较
在移植性方面,.NET支持跨语言,J2EE支持跨平台。
微软通过.NET通用语言运行时来消除编程语言的差别,“选
择.NET平台就意味着选择Windows”,这句话至少在可预见的一段时
间里仍然是一个基本事实。J2EE则通过Java虚拟机来消除平台差别,
跨平台是它的一大卖点,也是在选择企业应用开发平台时的一个重要
参考因素,几乎所有的主流操作系统都提供了对J2EE的支持;实际
上如果要搭建跨Unix、Windows等多个操作系统平台,J2EE平台几
乎是惟一的选择,J2EE更关注跨平台而不是跨语言。但微软认为,
如果企业的应用都能通过标准协议以Web服务的方式发布,那么平台
都是中立的。为了吸引更多的开发者和鼓励广大企业厂商转到.NET
平台,微软提出了多语言支持,希望用跨语言的交互性来平衡跨平台
的互操作。
性能比较
性能是J2EE和.NET喋喋不休的话题。二者之间著名的论战是一
个关于宠物店的范例应用。宠物店是Sun一度以来作为J2EE典型应
用的展示范例,而.NET“自告奋勇”地在自己的平台上实现了该宠物
店应用,且声称代码行是J2EE的1/3,效率却是J2EE的30倍。但
Sun的理由是这个范例根本不适合用来做性能比较,该范例实现也没
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有做针对性能的优化,而且指责微软通过后端数据库优化和缓存虚抬
T.NET平台的效率。这样的争吵当然不能作为判断的依据,目前也
没有见到更客观的第三方评测报告。在“Wintel平台”上也许没有
理由怀疑.NET的性能;至于非Windows平台,.NET和J2EE也不再具
有可比性。
4.134安全性、稳定性比较
WINDOWS本身的安全漏洞,使得.NET的安全性不如J2EE。同时,
在应用服务器的选择上,.NET只能用IIS,安全性、稳定性难以保证;
而J2EE有更多的选择,可以在诸多遵循标准的厂商所提供的应用程
序服务器中,选择最符合需要、成本最低、而且又被认为是最佳的平
台。
可扩展性比较
.NET平台的扩展思想是基于软件的横向扩展,而J2EE平台的扩
展思想则是基于硬件的纵向扩展。
Windows系统一般只能扩展到不超过8个处理器,而Sun的系统
却可以扩展到100个甚至更多处理器。
基于J2EE平台的应用程序可被部署到各种操作系统上,例如可
被部署到高端UNIX与大型机系统,这种系统单机可支持64至256个
处理器,这是NT服务器所望尘莫及的。J2EE领域的供应商提供了更
为广泛的负载平衡策略,能消除系统中的瓶颈,允许多台服务器集成
部署。这种部署可达数千个处理器,实现可高度伸缩的系统,满足未
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来商业应用的需要。
4.136成熟度比较
在平台的成熟度方面,两者也有一比。J2EE在1999年形成了成
熟的架构,发展至今已经具有相当成熟的、经过检验的企业应用系统。
而.NET究其渊源是源自微软以前开发企业应用程序的平台DNA
(DistributedNetworkArchitecture),其中包括了许多已经被证
实的技术,并且这些技术已经在产品中得到实现,包括微软的事务服
务器、C0M+、消息队列和SQLServer数据库等。
第三方厂商的支持
J2EE作为一种开放的规范,从一开始就得到了众多厂商的支持,
IBM、BEA、HP、Oracle等在J2EE的实施上都有较大的投入。目前市
场上最好的J2EE应用服务器并不是Sun与Netscape合资的iPlanet,
而是BEA的WebLogic和IBM的Webshpere0开发工具有Borland的
JBuilder、Sun的ForteforJava、BEA的WebLogicWorkshop,Oracle
的JDeveloper、IBM的VisualAgeforJava等。
而.NET在设计之初就紧紧地把平台规范与产品胶合在一起。虽
然,NET架构的一小部分具有开放性(如C#语言、通用语言基础构造
CLI和Web服务标准),但至少目前很难想象会有一个非微软的.NET
实现。VisualStdio.NET是其唯一的开发工具。
对WEB服务支持的比较
从.NET和J2EE这两个平台的发展历程来看,.NET从一开始就深
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深打上了Web服务技术的烙印,在它的市场推广活动中,无时无刻不
凸显其作为Web服务的开发和部署平台的特征,可以说,.NET天生
就是为Web服务准备的开发和部署平台。相对.NET而言,J2EE是一
个比较“老”的东西,最初它是为了将Java平台拓展到企业级应用
领域而制订的一个平台框架规范,随着Web服务技术的兴起和发展,
J2EE平台作为一个企业级应用的开发和部署平台,无法回避业界的
重大技术革命——Web服务,J2EE也不断地引入了对Web服务的支持。
从服务描述、服务实现和服务的发布、发现与绑定,以及服务的
调用和执行这些不同的角度看,J2EE和.NET的支持基本不相上下,
惟一的区别可能是.NET的开发工具更为方便一些、集成度更高一些。
在Web服务规范的控制方面,微软与IBM共同主推了大量的Web
服务规范,在一段时间内,两家公司Web服务技术的市场推广活动都
是联合举行的,不难看出这两家公司在这个领域背后的战略合作关
系。最初的Web服务核心技术SOAP、WSDL主要由这两家公司制订,
后来的UDDI是由这两家为首的多家核心企业共同制订,再后来的一
些不是核心的Web服务规范,如WS-Inspection>WSFL、WS-Security、
WS-Routing,WS-License和WS-Referral等,则完全是由这两家来
制订的。不难看出:IBM和微软对于Web服务的贡献以及它们对Web
服务规范的控制。
尽管由于某种原因,Sun公司曾经在很长的一段时间里被排除在
WS-I(由IBM,微软和BEA发起成立的促进WEB服务互操作的一个组
织)的门外,但这并没有影响Sun公司继续在WEB服务方面坚持开放
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的战略。Sun公司是Java语言的发明者,而作为一个开放的跨平台
的技术体系,Java在WEB服务的开发方面也起着非常重要的作用。
双方妥协后,Sun最终被接纳为WS-I的董事成员。
Sun公司积极地参与了制订Web服务规范的过程,像XML和
ebXML0并已经在Java中支持WEB服务中最重要的规范,例如SOAP
(JAX-RPC、JAXM、SAAJ和JMS),WSDL(JavaAPIforWSDD,UDDI/ebXML
(JAXR)和XML(JAXP,JAXB)等等。Sun公司除了积极地参与Web
服务领域里的标准化工作,更是努力地为客户提供全面的软件产品,
为用户开发和部署Web服务提供平台。Sun公司的SunONEWeb服务
平台开发版,是业界第一个用于基于Java技术的Web服务和Web应
用开发的全方位的集成平台。该平台集成了多种SunONE服务器软件、
Java开发工具,支持业界的WEB服务标准,而且是面向开发人员设
计,安装和使用都非常简单。
总结
综合以上分析,在平台技术层面,采用J2EE技术构建“感知监
狱智慧应用"物联网应用示范工程软件平台更符合我们实际的业务
需求及整体物联网平台的规划需求,并且在技术上也是可行的。
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4.2总体构架
4.2.1设计思路
针对传统监狱信息化建设模式的不足,为监狱提供一种基于云计
算和物联网技术的综合解决方案,该方案通过云计算、物联网、运营
支撑等三大支撑平台提供监狱服务和监狱管理两大应用平台,在为监
狱提供云主机、云桌面、云存储、融合通信、协同办公、等云服务的
同时,为监狱提供监狱车辆管理、节能管理、安防管理、日常管理等
管理服务。这一方案的核心竞争力就在于,为监狱行政管理和行业应
用提供综合一体化的解决方案。
1)建设监狱物联网应用平台,建设各个子系统,实现统一的信息
化接口
2)通过信息化接口,将监狱现有系统接入到物联网应用平台
3)实现在平台之上的现有系统的综合、统一管理
4)综合现有子系统,配置子系统与支持业务之间的逻辑关系
5)实现对应业务支持的全方面统一管理与服务
21
监狱物联网解决方案总体架构
智智能安防系统楼宇自控系统廿能环保系统公共服务系统安标
慧
空调控制[能效管理信息股务
应1应用指挥系统]
应
用给排水控制I空气净化1公共广播却能中间件系统业务整合
用智慧决策
风机控制F环境监测'j有线电视1人取则位]
服
智
电气控制।危废处理宽带网络业务解义唱
务
慧全准
层
园
物
联
区
网海量计算
平
系智慧分析
台
统
总
网
体
络
架
传
输
构
层
系统体系架构
针对物联网应用领域广、涉及行业多的特性,采用下图所示的“平
台+产品(应用)+特定项目”开发模型,设计和实现了支撑多种物联
网行业应用的基础平台。
平台
口
口口
项目
“平台”独立于具体的项目和行业应用背景,能够对多种异构物
联设备及其产生的数据进行统一标识和处理;”产品(应用)”针对特
22
定的行业特点,有针对性地扩展核心信息模型、业务服务和业务组件;
针对具体应用项目如监狱示范项目,提供参数化定义、组态、脚本、
策略等来综合满足具体工程项目对物联网设备管理、数据处理和展示
等要求。
物联网应用平台的体系架构如下图所示。由综合设备接入层、服
务层、业务处理逻辑层、综合展示界面层组成。
界面层
逻辑层
服务层
接入层
综合接入层完成底层设备的组网和组态控制,屏蔽各类底层设备
的差异,对上层提供一致的管理接口;服务层从各类应用中抽取的共
性业务服务组件例如事件服务、通知服务、拓扑服务等,提供面向服
务的通用化处理,支持模块化组件设计;业务处理逻辑层根据行业应
用和特定行业应用,提供特定的业务流程、业务规则与调度策略等可
灵活加卸载的组件;展现层提供拓扑图、事件列表、趋势分析、统计
报表等多种人机交互手段,并通过多种信息发布方式实时展现给用
23
户。
4.2.2技术支撑
监狱物联网应用平台的核心技术包括:
a)层次型体系结构,涵盖底层设备、现场控制、接入层、服务
层、业务处理与展现。底层设备主要实现信号的采集、转换和传输,
以及单台设备的控制;现场控制层主要完成底层设备的组网和组态;
综合接入层屏蔽各类底层设备的差异,对上层提供一致的管理接口;
服务层管理从各类应用中抽取的共性的业务服务组;业务处理逻辑层
提供特定的业务处理流程;展现层提供多种人机交互手段。
b)统一的信息模型及建模技术,如下图所示。针对物联网应用,
采用面向对象的设计思路,将对象作为一切实体的基础,任何对象都
包含属性、事件和特定的行为,并泛化为容器、设备和变量。通过分
离对象和属性、抽取和定义对象之间的关系、事件和策略驱动等,平
台提供了高度抽象的、可扩展的模型,具体的应用可以在此基础上通
过配置和扩展,具备良好的可扩展性和广泛的适用能力。
24
信息模型
1对一类
C事件可嫩”巴J
对象类、
Cm件操作方丝,
c)分布式逻辑通信总线技术。采用CORBA作为系统通信逻辑总
线,使得系统标准、开放、可靠,提高了开发效率,缩短开发周期。
CORBA组件技术具有面向对象、平台独立等特征,组件是应用逻辑的
离散单元,提供基于消息的、适合通过网络访问的接口,具备接口和
实现分离、自主完备、独立开发与部署等特点。
d)业务策略驱动技术。物联网应用的关键在于完成多种异构传
感探测数据的融合、实现设备层面的数据到业务层面的数据、信息之
间的转换,完成异构设备之间的联动控制。为此,平台采用策略驱动
方式,将策略从应用中抽取出来单独管理,策略作用于业务服务从而
实现灵活的算法和调度。
e)信息展示和发布快速定制技术。针对不同行业应用和项目,
快速构建人机交互界面和多渠道信息发布平台。一方面平台从实际应
用和项目中抽取共性的功能组件,例如拓扑、趋势分析、统计报表等,
简化共性功能的开发工作;另一方面,平台提供脚本、组态等开发环
25
境,允许用户自行定义人际交互界面及适用于不同发布渠道的数据格
式转换接口。
3)网络管理平台
基于物联网应用平台的基础架构,研制了物联网公共网络管理平
台,定义通用、标准、开放的设备管理接口和管理基础信息库,支撑
万节点级物联网网络的设备管理,通过实时监控各个层面的被管对象
的运行状态和运行效率,结合实时控制手段,确保整个网络的安全、
可靠、高效地运行,实现对物联网多种传感探测设备、传输设备和处
理设备的状态查询和参数设置与属性控制。
4)监狱应用示范系统的主要研发任务
物联网应用平台现有的主要功能组件如下表所示。这些组件无需
在监狱应用示范系统中进行重新组织开发,大幅减低了产品研发成
本,提高产品研发速度,提高产品研发质量。
组件名称功能简要说明类型
令根据元数据自动加载资源树(Tab页、树实例数
据)
资源树组件界面组件
。资源树的操作
令与其它组件的联动,包括属性页、视频等
令与资源树协同,展现对象属性。
令属性支持分组组织和展现,不限层级
属性页组件界面组件
令对象属性的编辑
令对象属性变更同步
令与资源树协同,实现拓扑数据的自动加载界面组件
拓扑组件
令拓扑的导航功能
26
令与Table协同展示告警和事件
令Live视频监控,可选择分屏数量
界面组件
视频组件令自动推视频功能
令历史视频回访
趋势图自动加载和展示Live趋势图界面组件
令用户组管理(基本信息、账号/密码管理)
界面组件
令功能点管理
安全管理
。数据范围管理
令安全日志管理
令查询用户行为日志查询
日志管理令查询后台服务日志界面组件
令查询设备原始日志
令数据库、服务器、主机、网络设备、服务等的
系统自身管理界面组件
管理
令配置元数据
配置服务服务组件
。对象实例数据
令关系元数据
关系服务服务组件
令关系实例数据
令对象位置数据
位置服务服务组件
令对象历史轨迹查询
令禁入、禁止离开
移动关系服务令时间表自动签到服务组件
令预定轨迹偏离告警
令告警及事件的CRUD
告警及事件服务服务组件
。告警及事件操作(基本操作和扩展操作)
令联动策略数据的CRUD
联动服务服务组件
令联动策略的加载与执行
27
令登陆身份识别
安全服务。安全行为日志服务组件
令权限管理
令事件脚本的加载、解析、运行
事件脚本引擎服务组件
令下行Adapter生命周期管理
令下行Adapter基础类结构
分布式代理令配置管理与操作维护接入组件
令事件及告警操作
个上行Adapter生命周期管理
适配器Manager接入组件
今上行Adapter基础类结构
事件脚本编辑产品事件脚本的加载、编辑、测试、部署开发工具
GIS编辑工具工程GIS图形编辑开发工具
数据管理数据的导入/导出开发工具
在上述组件基础上,围绕监狱的应用需求,重点开展以下几个方
面的研究工作:
a)根据监狱现有业务流程和管理规范,定制提供参数化定义、
组态、脚本、策略;
b)根据监狱现有信息系统的数据接口格式,扩展开发工具的数
据管理模块的功能和支持的格式,实现与现有信息系统的对接和整
合;
c)基于监狱应用示范项目的前端感知设备种类,对公共网络管
28
理平台的设备种类及其属性进行裁剪和更新;
d)根据监狱应用示范项目的应急联动需求,定义智能化联动策
略以及涉及的设备接入、管理和控制策略,实现面向监狱的智能联动
服务组件;
e)扩展支持对视频集中存储子系统、车辆管理及防逃匿子系统
的管理和状态监测功能。
29
五.“感知监狱”平台:
5.1感知监狱云平台
5.1.1系统概述
目前我国的监狱信息化建设取得了一定的成就,国内一些大中型
监狱已经构建了较为完备的软硬件平台,仅就监狱安全防范和应急指
挥应用系统而言,各地监狱已建设了包括视频监控、报警、巡更、门
禁、语音对讲、公共广播、AB门、高压电网等在内的众多技防与物
防系统,但是仍存在以下较为突出的问题:
一是系统集成度不高。信息系统中的各个子系统的研制和集成商
相对分散,没有相关的技术标准和标准化的数据信息接口,导致业务
流程匹配性差;子系统之间信息共享不畅,管理流程间衔接困难、应
急处突和异常事件响应速度慢,难达实现提升监狱工作效率的目标。
二是技术标准不统一。缺乏统一的技术标准,各子系统的信息分
离收集、维护管理、一致性差,难以形成有效的集成维护机制,子系
统间的信息仍通过人工进行集成,缺乏自动信息汇总和分析处理。由
于技术标准的不足,影响了系统的开发,增加了项目建设风险,并易
造成投资浪费,
三是数据库资源整合开发不够。监狱已建和在建的罪犯信息库、
警察职工信息库、监狱管理信息库和决策支持数据库等四大主题数据
库之间未能实现共享,难以全面获取监狱日常工作中所需的人、物、
30
环境和事件等信息,系统开发难度增大。因些,数据库建库工作尚需
进一步完善。
四是安防平台智能化水平低。监狱整体安防平台智能化水平较
低,人防、物防、技防手段相对孤立,过多依赖于人工干预,运行效
率低下,难以实现超前预警和防范。技术滞后的业务系统,易造成警
力浪费,无法实现监狱的快速应急响应。
借助信息技术的最新发展的物联网技术,物联网安防应急指挥集
成平台从技术层面提升监狱信息化建设的智能化程度,从而实现各个
业务子系统间的无缝互联,配合管理体制和业务流程的改进能够实现
组织结构和工作流程的优化,显著提高监狱执法、安全防范、罪犯改
造等工作效率。
感知监狱云平台是先进可靠、集众多功能于一体、可灵活配置与
扩展、实施简便的大型综合安防指挥平台,集感知、存储、监视、控
制、报警、联动、指挥等众多功能于一体,具有“集中管理、分散控
制、多级联网、全面监控、全网联动”等特点。感知监狱云平台充分
考虑了技术的先进性与扩展性,重在改善现有各类安防应用独立运
行,缺乏有效集成的现状,同时兼顾原有系统的可重用及低成本平滑
移植。
5.1.2需求分析
感知监狱云平台对视频监控、报警系统、门禁系统、蛇腹网振动
31
系统、对讲广播系统、电子巡更系统等进行了整合,通过GIS地理信
息管理子系统的电子地图功能,在监狱地图上直观的呈现出各摄像头
的位置、门禁位置、围墙电网等,并实时显示报警信息,如当门禁系
统有异常报警时,地图上相应位置的门禁就会红灯闪烁,当围墙电网
有异常报警时,地图上相应位置的围墙电网开始闪烁,此时我们可以
点击查看该地点的监控图像,了解事件的具体情况,以便及时作出应
对措施。
感知监狱云平台中,实现了各系统之间的联动,一旦发生突发事
件,可以联动调阅各种想要了解的信息,可以通过应急指挥平台的电
子地图查看突发事件发生地点的视音频资料、警力分布情况、门禁信
息等,都能实时显示在指挥中心的大屏上,如发生罪犯脱逃,我们可
以通过应急指挥系统直接调阅相关的视频和音频信息,该罪犯最近的
会见监听录音、亲情电话录音、体貌等,分析罪犯可能的逃跑线路图,
对关键位置启动紧急预案,以便及时设卡堵截。
感知监狱云平台应具有下述特点:
•对监区操作人员:需要更便捷的工作方式。一台终端上可以掌
控全部子系统,系统界面更加直观,各子系统之间信息共享并实现自
动联动;不需要在不同的子系统、不同的应用画面之间来回往复切换,
降低劳动强度,提高工作效率。
•对指挥中心人员:需要更全面、更及时的现场信息。在指挥中
心内,能够一目了然地看到所有监控场景(地理空间信息+诸音视频
信息),及时获知事件告警及辅助信息,能够将指挥命令下发到现场
32
的每个系统、人员和设备;改变以往指挥中心信息获取和沟通不利的
局面。
•对系统维护人员:需要低成本的维护方式。在一个平台上能够
配置和管理所有的安防设备及系统,避免将过多精力用于适应各个子
系统界面风格、技术路线等方面的差异,无需投入大量人力物力用于
进行系统的升级工作及日常管理。
5.1.3项目建设方案
物联网是近年来蓬勃兴起的一项新技术新变革,其核心思想是人
与物、物与物相连,协同感知和协同作业,涵盖感知、传输和应用三
个层面的内容。将物联网的理念和云计算技术引入安防领域,将彻底
改变安防领域各类应用孤立运行的局面,使视频监控、门禁管理、电
子巡更、对讲广播、周界防入侵、报警管理、人员与车辆定位、等各
类应用能够在一个平台上集中运行,从而实现多层级、立体化、更智
能、更便利、更灵活的安防技术体系。
感知监狱云平台遵循以下设计思想:
①开放性:提供平台集成功能,集成其他系统,能平滑的将其
他系统数据过渡到本系统。做到系统的无缝连接,提供了一个监狱可
以持续发展的软件平台。
②安全性:采用多重安全认证机制,数据库内重要数据,均通过
加密算法加密存储,加密算法,支持多种加密方式。
③稳定性:系统基于稳定、安全、保密的大型数据库,以保证系
33
统运行正常。具有良好的数据共享,实时故障修复,实时备份等完善
的管理体系。
④先进性:在技术上应具有一定的超前性,采用国际或国内通
行的先进技术,以适应现代科学技术的发展。
物联网的基本核心理念是通过各种感知手段实现物与物之间的
互联。将物联网理念和技术引入安防领域,主要体现在以下四个层面:
①.数据集成:按照物联网的理念建立企业级共享信息模型,包
括企业级元数据、实例数据、过程数据,建立共享信息库及数据共享
机制,实现数据层面的集成。
②.感知集成:采用物联网技术例如电子标签、传感器、无线射
频等技术手段改造现有安防设备,使其具备智能化感知能力,实现感
知层面的集成。
③.认识集成:采用模型驱动的脚本化感知数据融合技术,将纷
繁复杂的设备原始信息提炼为有意义的业务信息,实现认知层面的集
④.联动协同集成:采用规则和策略驱动,通过事件联动预案定
义对象的事件响应机制,将复杂的事件处理过程归结为简单的对象及
其关系计算,实现协同层面的集成。
34
•引入感知技术改造认知事件驱动的联动预
现有设备,使之具案,实现全范匿无
•脚本化数据融合计采用姐件、组态、
备感知能力;算,将设备信息提缝集外虚拟现实等技术,
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