随着社会的发展与时代的进步，校园安全事件也频繁发生，当前学校的安全保障工作较为薄弱， 在中小学中经常出现学生的打架斗殴事件，而学校一般都没有及时发现并制止，很有可能造成重大伤害。 还有一些如校内车辆超速或不按规定行驶等问题尤为严重，但是由于学校中人员众多， 无法细致监控，经常造成问题。其中大部分都是由于发现不及时与处理不当才导致发生重大安全事件， 包括实验室爆炸，校园命案等事件。这如今已经成为我们关注的热点， 但是这些实时发生的情况没有办法及时的传送给相关人员，有时候会造成很大的伤害。所以我们就 校园安全问题提出了基于态势感知的校园安全系统的解决方案：
本课题就是研究利用态势感知的相关知识来进行校园安全的系统设计，综合考虑学校的道路，车速，车流量，人流量，天气，风力，紫外线等各种因素来察觉校园内的安全问题，例如，当在进行大型活动时，如果人员的密度过高，系统就给出安全警报，并通过调整入场的规则，限制人员进场，以及提示明确的疏散路线来避免踩踏等安全事故的发生。本课题将通过调查分析现有的安全态势感知系统以及校园安全问题处理机制，从多个角度进行对比分析，以给出一个更加高效、准确的校园安全感知系统。
系统功能需求分析
为了更加高效且合适的解决校园安全问题（例如实验室小火苗产生，因为没人或是发现不及时造成严重火灾的情况），我们将校园安全与态势感知相结合，从校园交通安全、校园网络安全、校园物理环境安全等多个维度建模和分析校园安全，实现对校园的多维度的安全态势感知。系统在融合各种校园安全要素的基础上从数据、信息、知识的角度实时觉察、理解、评估校园的安全态势。进一步地，实现在一定条件下对交通、网络、物理环境等安全态势的发展趋势的预测，并在校园的任一维度的安全受到威胁时，自动启动报警系统提醒相关人员，并及时的根据结果采取相关有效措施。因此本实验方案需要实现以下的一些基本功能：
（1）设备管理
本系统通过使用摄像头与传感器进行数据采集，所以需要进行一系列的设备维护，另外，系统通过与交通信号灯，喷水器等连接来响应应急方案，进行安全事故的紧急处理，这些设备都需要管理员进行维护，满足管理员定期检查各种设备的运行状况与可用性，并给出检查汇报。
（2）用户管理
本系统分为管理员与系统用户两种用户，针对不同的使用者，给出不同的操作权限，便于系统的管理，同时满足多种用户的使用需求。并提供安全保障，防止非法用户登入系统。
（3）系统日志管理
系统将用户登入登出以及其他敏感操作记入操作日志，并将系统的不安全状态和安全警报以及处理方案等信息存入系统日志，具有相应权限的用户可以对系统日志进行操作。
（4）应急方案管理
系统管理员可以对系统的应急处理方案进行管理，增加、删除和修改系统不同模块的应急方案，来应对实际运行状况变化等问题。
（5）交通安全管理
系统通过计算给用户提供当前的交通状况评级，让用户了解当前的交通状况，如果存在危险，则通过安全警报来提醒用户并给出最佳的解决方案。具有权限的用户可以对交通安全的安全阈值进行更改。
（6）网络安全管理
系统通过计算给用户提供当前的网络状况评级，让用户了解当前的网络状况，如果存在危险，则通过安全警报来提醒用户并给出最佳的解决方案。具有权限的用户可以对网络安全的安全阈值进行更改。
（7）物理环境管理
系统通过计算给用户提供当前的物理环境状况评级，如果存在危险，则通过安全警报来提醒用户并给出最佳的解决方案。具有权限的用户可以对物理环境安全的安全阈值进行更改。
（8）安全警报管理
系统发现威胁时对系统用户以安全警报提示，让其了解当前安全状况并采取措施解决安全问题。
系统管理员具有管理系统的各种权限，能够对系统以及相关设备进行管理，还能够对系统的各用户的权限进行管理，如图所示，设备管理是对系统的相关设备进行管理。用户管理对所有用户信息进行筛选管理。系统日志管理是对系统的操作记录进行查询，了解系统的运行状况。应急方案管理是管理员对系统的各部分的应急方案进行修改与删除。
系统用户能够有限的使用系统进行安全状况的监测与管理。如图所示，系统用户可以对自己的用户信息与状态进行管理，交通安全模块，网络安全模块和物理环境安全模块给用户各种不同的安全状况的评级信息，并给用户以明确的图表显示，如果存在安全威胁便通过安全警报提示用户并给出最佳应急方案。
系统设计
系统功能结构图
通过项目组其他成员对本系统进行的详细设计和可行性论证，我们已经有了比较完备的系统模块图与 系统的实现方案，系统的功能结构图如图所示：
通过对系统的详细了解，本系统需要重点关注的问题主要有：
1.系统对实时性要求较高，各项设计应该充分考虑系统的高效性问题，
不应该采用过于复杂的算法或者架构，这样容易导致系统的实时性达不到要求。
2.系统的设计应该考虑到数据输入的变化问题，部分数据是从传感器和网络上获取的，
伴随设备的更换等原因可能导致采集到的数据格式变化，进行架构设计的时候必须考虑到数据的格式转换和系统的核心算法的分离，
这样在采集数据的格式变化时可以仅改变数据的格式转换类。
系统架构
通过研究与了解相关知识，为了能够完美解决以上问题，我决定使用层次架构来实现本系统， 其中从下到上分别是：数据访问层，业务逻辑层，用户界面层。在数据访问层对数据库和传感器的数据进行读取以及计算数据进行存入，将核心计算部分与数据库部分分割开来；在业务逻辑层，主要进行对数据的处理，计算出各种衡量指标，并给出当前安全状况信息，给出处理方案选择，并未用户界面层提供数据显示的接口。如图2所示：
使用这个层次架构的优点有：1.开发的时候可以只关注整个架构中的某一层。
2.可以很容易的使用新的实现来代替原有层次实现。
3.降低了层与层之间的依赖。
4.相比一些复杂的架构，层次架构具有较好的性能。
5.大大降低了后期的维护时间和成本。
系统功能模块设计
本系统通过对交通安全，网络安全与物理环境安全三个方面的数据采集，监测与预测来达到对校园安全事件的预警与处理。所以本系统可以分为交通安全模块，网络安全模块和物理环境安全模块三个模块。通过研究与比较各种态势感知的评估方法，最终选择了使用基于数学模型的权重分析法，其评定函数通常为指数表达式，由态势因子及其重要性权值共同确定。1.交通安全模块
通过采集摄像头传感器等设备传输的数据，到该模块，经过模块处理，给出当前交通状况评级，并结合环境因素与事态感知相关算法对交通状况进行预测，若存在安全问题，则选取最佳的应急措施来提示用户解决问题。
(1)业务流程分析
交通安全态势感知系统的模块部分，主要有数据采集，各分项指标计算，综合指标计算，评估结果计算和选取最佳的应急措施五个流程组成，其中最重要的部分就是指标的计算，通过采集到数据之后，应用到通过基于高效的权重分析模型或者基于模式识别的模型计算出相应的指标，最后通过计算所得指标来计算评估结果并给出最佳应急方案,具体业务流程图如下图所示。
(2)数据流程分析系统的数据流程为：系统通过采集安全态势所需数据，如：天气状况，车速，交通灯，路面状况等信息。然后进行带入模型计算得出各项指标，包括交通环境指标，交通特性指标，道路条件指标和交通灯指标，再使用其计算总指标，之后用分项指标和总指标来计算安全态势评估的结果，并给出最佳的应急措施，具体数据流程图如下图所示。
(3)实现方法对于交通安全模块，我们必须要解决的问题是采集到的数据，我们要能够知道当前路口的交通总体状况，给出一个状况的评级，从而给系统的使用者一个明确的判断。 首先，在摄像头能够得到路口的路面信息，交通灯信息，以及车辆速度信息，然后再通过网络获取当前的天气信息，每隔一段时间将这些信息保存到数据库中。为此我们必须解决摄像头和网络上获取的信息的格式问题，让其能够匹配到数据库系统的数据格式，可以使用Adapter模式将数据的格式统一转换为数据库中要求的格式，这样在更换不同采集设备时，只需要改变数据采集这个类就可以了。 然后，系统定时的从数据库中读取数据，通过设定的算法进行计算各种指标，其中算法的设计是使用基于数学模型的权重分析法来完成，完成分析以后再将各种指标存回数据库，并给处理显示图表的类传递需要使用的数据。如果根据数据判断知当前处于不安全状态，系统会给用户显示警示标志，并给出最佳处理方案。 为了能够达到系统的实时性要求，应该使用多个线程去分别进行数据的计算，存取和显示，不过在使用多线程进行实现的时候需要注意数据的同步问题，需要经过详细的设计来完成系统的各线程的协作问题。系统的架构设计方面，应该充分的考虑到实时性的要求，采用能够满足延时要求的架构。
2.物理安全模块
通过采集的数据，传输到该模块，经过模块处理，给出当前物理环境安全状况评级，并结合环境因素与事态感知相关算法对安全状况进行预测，若存在安全问题，则选取最佳的应急措施来提示用户解决问题。
(1)业务流程分析
物理环境安全态势感知系统的模块部分，主要有数据采集，获取天气影响因数，周围环境影响因数，人流量，当前灾害情况，计算评估结果计算和选取最佳的应急措施等流程组成，物理环境模块考虑到的因素众多，需要高效的处理数据，必须应用到通过基于高效的权重分析模型或者基于模式识别的模型计算出相应的指标，最后通过计算所得指标来计算评估结果并给出最佳应急方案,具体业务流程图如下图所示。
(2)数据流程分析物理环境模块的数据流程为：系统通过采集安全态势所需数据，如：风力，降雨量，危险物品，火势，生命特征等信息。然后进行带入模型计算得出各项指标，包括天气影响因数，人流量，环境影响因数，当前灾害状况，再使用其计算安全态势评估的结果，并给出最佳的应急措施，具体数据流程图如下图所示。
(3)实现方法对于物理环境模块，其中比较复杂的就是对物理环境的监测，由于这个模块需要处理的数据量很大，本系统主要是监测火灾的发生，首先，系统会把通过各种传感器采集到的与火灾有关的数据（如降雨量，危险品信息，火势大小等）放到数据库中，这里仍然使用接口模式把采集到的数据转换成数据库所需要的格式，以达到传感器等更换时仅需要更改该类即可。 然后定时的从数据库读取数据，通过使用设定的算法来计算各项指标，这里的算法还是使用基于数学模型的权重分析法来完成，计算出各项指标之后，再保存到数据库中，并给显示类传送相应的数据来实现可视化。如果计算出来的指标超过一定的阈值就给以用户明确的提示，并通过系统调用紧急处理程序，辅助使用者来完成对紧急火灾的处理（如直接打开相应位置的灭火装置和火灾警报等）。
界面设计
基于系统的功能分析与初步设计，使用画图软件对系统的界面进行了设计。系统的界面主要部分是一个显示地图来展示当前的交通，网络和物理环境安全的状况，通过地图上增加一些标志来表示安全状况， 右半部分显示是以统计图的形式显示总体状况，给出总体指标的变换状况，给以人直观的安全状况反应。 通过左下角详细视图按钮可以切换显示当前的详细指标状况。正下方的更新时间，是显示多久后会进行更新， 设计是大约3-5s（可设置）计算并更新数据。
系统实现
交通安全模块实现
交通安全模块对于读取得的与交通相关的各种状况数据，经过计算给出当前被监控区域的总体交通状况，并给出可视化的状况变化曲线，并在安全状况危险时给我警报提示，通过应急响应模块来给出应急方案，如下图所示。
（2）实现可视化，对于一些数据需要以图像形式体现更加生动形象，易于比较和观察（例如校园交通问题，可以通过交通拥塞度形成图像，拥塞度最高的地方用深的颜色表示，并且结合所在位置，然后制定疏通方案）。
（3）安全性：该方案应该尽最大可能保证校园安全，使得所受伤害降到最低。
（4）高效性：尽量在最短时间制定出合适的最优解决方案。
（5）易维修性：在该实验中涉及到的各种采集系统（传感器）以及过程中需要解决安全问题遇到的无人机，都需要经常维修检查，以保证制定该决策方案的系统可以正常运行。
（6）精确性：尽量从各个角度考虑问题，使得得到的方案性价比更高。