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1视频监控技术发展
很多用户对视频监控系统的发展提出了24小时全天候实时监控、在终端实时看到流畅监控画面等更高的要求,这就使得视频监控系统需要做到真正的信息数字化、编码压缩化和协议开放化,以此为视频监控技术发展的目标方向,大力推进视频数字化和视频智能化的发展进度,保证智能视频监控技术的创新。
1.1视频数字化
视频数字化的发展模式本质上改变了视频监控系统的信息采集、数据处理、系统控制等方面的结构,最重要的是在视频流编解码与其数字传输方面的优势,新发展的视频压缩标准视频图像编码与传输技术,相对之前的MPEG4/AVC标准,除了显著增强了网络的适应能力外,还大幅提升了压缩编码的工作效率。具有自主知识产权的AVS编码格式也在这个时代大力发展,在码率相同的情况下,AVS编码格式可以获得更高的主客观质量。质量高的视频压缩技术为现代智能视频监控技术提供了压缩比更高的视频和监控文件,同时也降低了对视频传输效率和存储空间的需求,逐渐适应了现代人的工作需求。
1.2监控智能化
视频监控技术的智能化表现是计算机视觉在视频分析中的一种使用,在传统意义上与监控系统具有显著区别,主要是变被动监控为主动监控,自动检测和识别潜在威胁并及时做出响应。监控智能化的系统结构通常有两种:一种是主动视频监控系统,这种系统的主动摄像机不仅可以明确场景活动,还可以选择性的对特定事件进行关注,根据不同事件与不同主题,对监控对象进行实时选择。另一种是分布式智能视频监控系统,通过这种系统将通信信号的各网络进行中心连接,不仅可以生成图像分析视频,还能够确定存储资源和传送高质量视频给终端客户,减少系统结构的成本支出,提升工作效率。
2系统构成智能视频
监控系统是在行为判别技术和视频系统应用的结合基础上发展而成,是一种先进的监控管理系统,也是将现场各个相对独立的前端摄像头进行统一整合,进而施行一致性管理的完整系统。智能视频监控系统将各部分内容统一整合,组成一个完整的摄像头传感系统进行智能视频监控。以此为基础搜集现场实时数据,通过分析技术将图像智能转向事故地,联动系统相关分析和决策能力,对现场事件有效遏制。再加上智能视频监控系统操作简单,帮助决策者根据现场环境进行决策指挥,保证工作环境健康、安全。
3存在问题与发展趋势
目前,智能视频监控的技术与算法众多,但目标分割与实时跟踪始终是制约整个系统性能的弱点,同时遮挡也是对系统性能影响较大的问题之一,尤其是特定目标与遮挡之间的复杂问题,目前的技术与算法还不能有效解决。由此,随着智能视频监控系统和其他相关技术的不断发展进步,抗干扰性成为了当前智能视频监控技术急需解决的重要问题。当下智能视频监控技术的行为理解还处于初级阶段,研究仅限于简单的定义、分类和简单运动模式的分析。对复杂行为的定义和现有运动模式的推广,到复杂场景下自然语言的描述,这样的智能化发展趋势将成为未来视频监控系统重要的研究方向,也是未来监控系统发展的必然趋势,势必为视频监控系统的发展带来更为全面的突破。
4结论
智能视频监控技术作为新一代的视频监控发展趋势,具有广阔的发展前景,但规模较大的监控中心核心关键还处于初级发展阶段,还需要更多的技术和信息添加其间。而物联网的大力发展,以及数据时代的进步为这一技术的创新带来了更大的生机与挑战。一项关于“大数据研发”的计划中就包含了有关智能视频监控技术的研究项目,该类项目与传统利用广泛选取对象的单一场景研究有显著区别,旨在通过直觉认知行为和知识推理来增加场景的理解,该计划被认为能够建立广泛的智能视频监控系统,得到一个更加完整的视觉智能监控效果。
参考文献
[1]袁国武.智能视频监控中的运动目标检测和跟踪算法研究[D].昆明:云南大学,2012.
关键词:微控制器;无线通信;上位机;智能输液;液晶显示器
静脉输液是临床医学中常用的辅助医疗手段。目前,对静脉输液的监控普遍采用人工方式,都是由护士陪护,如无陪护或医护人员及时换药或拔针头,将会出现空气进入血管内形空气塞、凝血堵针头等情况。轻则延误治疗,重则发生严重医疗事故。目前,临床上使用的国内外生产的自动输液器大多是蠕动泵式单立输液器,一般只有堵液报警和总量完成报警等功能,不具有集中监控单位输液量的功能;部分医院采用以病人求救线作为CAN总线实现分布式输液监控系统设计取得了一定的成效,但绝大多数中小医院特别是社区医院缺少此类设备。因此,本文针对这些问题,基于单片机技术、无线网络传输技术和上位机技术,研究设计了一套分布式智能输液监控系统,系统能够实现现场按键或上位PC机对点滴输液余量的自动检测控制,利用单片机实时调整液滴速度和LCD显示屏实时显示药液余量,实时监测储液瓶药的余量,当液位超过警戒值r,本地和医护办公室同时报警并显示床位号。
1系统的总体设计方案
根据设计要求分析,每个子节点系统大致分为:主控模块、按键模块、电源模块、数据采集模块、显示模块、无线模块、控制模块。系统结构图如图1.1 所示。
本系统通过电阻应变片传感器完成点滴瓶内液体重量的采集,由单片机MK60DN512Z为核心组成的现场监控完成对采集数据的分析与处理。可按照设定值要求实时控制步进电机以保证滴液速度,若瓶内液位低于设定值时,自动启动报警,提示医护人员换药或拔针。各监控现场控制器通过无线传输芯片NRF24L01实现与控制总站的数据通信,控制总站核心控制器MK60DN512Z与上位机通过USB接口连接。上位机采用普通PC机,通过USB通信适配器与工作总站相连,进行信息交换,负责进行整个系统的监视管理。工作总站控制器接收上位PC机的各种操作控制命令和设定参数;各现场控制器实时采集各模拟量输入通道值,控制信号。上位PC机实时监视各点滴吊瓶内药液余量,并可进行现场余量的实时监控。系统以MK60DN512Z单片机为监控节点控制器,将其与现场滴液余量检测、报警电路、显示电路、按键电路等相连,构成监控网络中的一个智能节点;并控制由NRF24L01无线收发芯片及电路构成的无线通信系统进行数据传输,将控制总站与各现场监控节点相联,实时监控各设备状态,并可实现监控方案下载更新,无需另外布线,整个系统结构简单,大大节省了传统网络控制系统建设带来的人力物力的消耗。
2 设计原理
系统现场点滴余量检测采用电阻应变片传感器技术实现。将电阻应变片构成全桥电路置于点滴杆上,通过采集全桥电路的输出电压值的大小。电压值大小的变化即代表点滴重量的变化。因此,通过检测输出电压的变化,即可探测出点滴的药液余量;若系统检测到的药液余量小于设定余量时,则通过现场单片机控制器产生报警信号驱动蜂鸣器报警。同时在本设计中,还利用蠕动泵来改变点滴速度,并通过按键设定点滴速度的大小,LCD显示器显示药液余量、报警时间等参数。
3 硬件方案设计
智能输液监控系统设计主要包括现场监控子站、控制总站以及上位PC机三部分组成。其中,监控子站检测电路等设计是本设计中的重点。故下面仅对系统想常监控子站部分功能模块进行分析设计。
3.1无线模块的设计
该无线模块是系统和单片机与上位机(计算机应用软件)之间数据交换的桥梁,是系统正常工作必不可少的部分。
3.2电源模块的设计
系统电源是系统工作必要的一个部分。为了保证控制系统与电子称模块的稳定运行,避免模块之间的互相干扰,在该系统中使用了LM2940-5.0V 稳压芯片和三个AMS1117-3.3V稳压芯片对整个系统供电。对于该电源芯片的使用非常简单,只需要在输入端输入大于5V 小于10V 的电压,输出端就可以得到5V和3.3V电压。
3.3显示模块的设计
为了让输液端也能实时的看到输液进度,因此采用具有体积小巧,功耗低,操作简单等特点的TFT显示屏来显示输液进度的相关信息。
3.4按键模块的设计
为了便于护士调整输液端的零点,以及控制输液的开始,以及控制病人呼叫医生等等。
3.5 A/D模块的设计
为了实现实时监测输液进度的功能,本设计采用电子称称重量的方式来模拟确定输液进度。电子称模块是使用四个应变片构成电桥将电桥的四个连接线接HX711 带运放的24 位高精度ADC 构成。
3.6 12V升压模块设计
电机驱动芯片采用COMS管组成的H桥电路,需要用到12V电源,采用集成芯片升压,完成电机正反转驱动。
3.7 上位机方案设计
开发工具基于windows平台进行开发,开发语言C#(C Sharp),开发环境VS2015,运行与.NET平台,使用MFC、windows API和自己创建控件进行界面设计,界面主体包括一个主窗体和大量子窗体,功能上主要实现接收显示NRF24L01模块获得的输液信息。
4 软件方案设计
系统设计使用到的东西都需要程序来控制,因此需要对各个模块编写驱动程序,当需要操作这些模块只需要调用函数库里面的函数即可。首先需要进行各个模块的初始化,如TFT液晶显示模块、I/O 口、定时器等。在初始化完成后输液端就开始检测是否存在网路节点,有的话则加入,加入之后检测当前的输液状态,如果检测到正在输液则检查输液进度,然后发送数据到监控端,输液完成后回到检测是否正在输液。而在监控端则查询是否有网络加入,如果有网络加入,则检测是否正在输液,如果正在输液则显示对应病床号的输液进度,输液即将结束就提前报警告知护士人员,输液完成回到检测是否正在输液。
5 系统总结
系统通过采用电阻应变片测量药液余量的方案:利用电阻应变片采集药液的重量,从而显示药液余量。经过多次实验验证。由测试实验结果可看出,当药液余量不足2%时则自动报警的时间较为精确。另外,若能将传感器采值得精确度提高,则系统的调整时间还可能缩短。
智能输液监控系统可方便地实现多点输液注射过程中的集中监控与管理,改善了医护人员的工作条件,减少了医护人员工作量及监护不当造成的医疗事故,把医护人员彻底从烦琐的劳动中解放出来,具有性能稳定、响应速度快、成本低廉、操作简便等优点,滴速及储液瓶内液位监视报警输出信号可靠、准确,具有较高的实用价值和经济效益,在医疗卫生领域具有广泛的应用前景。
参考文献:
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【关键词】监控系统;传感器;分站;自动识别
1.引言
随着数字化矿山的建设,煤炭生产企业对安全监控系统的要求也越来越高,同时目前矿用监控系统存在着诸多问题[1],主要有:
(1)异地断电时间长
安全监控系统最基本的也是最重要的两个功能就是监测与控制。目前,国内监控系统的主要厂家的系统架构大都采用主从式结构,地面计算机作为主控机,通过传输接口设备依次向井下的监控分站发送巡检命令,井下监控分站收到地面主机巡检命令后,将分站所采集到的数据通过数据传输接口设备传给地面主控机,从而实现了井下环境的监测。对井下设备异地断电控制经历的环节较繁琐,具体过程为,井下监控分站采集到某传感器数据超限后,在地面主机巡检该分站时,将传感器的超限数据上传到地面主机,地面主机再将传感器的超限断电信息发给另外目的分站,另外目的分站收到断电信息后实施断电。
由于采用主从结构、井下分站级设备与地面主机通讯采用的是低速串行接口,采用上述的方式实现环境监测以及断电控制,系统不可回避的一个指标就是巡检周期,因为巡检周期的长短决定着环境数据采集实时性的好坏,同时也决定着系统异地断电控制时间的长短。
(2)系统数据传输效率低
为了能够更好的监测煤矿井下现场的环境,监控系统的传感器会对井下的环境参数进行实时采集,分站将传感器的所有实时数据,传送至地面主机。在一台分站上挂接的传感器较多时,所有传感器的实时数据在未做相关的处理,原封不动的上传实时数据量相对较大。但是通过分析某一段时间内所有的监测数据后,发现所有的数据表达的井下环境为:某一地点瓦斯3个小时内的浓度均为0%CH4、某一地点一氧化碳24小时内的浓度均为0ppm、某一地点30天以来氧气浓度均为19.7%。分站上传到地面的数据中几乎大于80%的数据都是这种重复的无效数据,系统的数据总线上传输的实时数据中只有20%的有效内容,过多的无效数据使得系统数据传输的效率极低、系统的实时性受到影响。
(3)系统数据利用率低
目前多数监测监控系统[2]的软件,功能大都停留在对被监测环境参数的实时采集、存储、超限报警及断电、图形和报表形式输出的水平,实现了对数据的最基本处理,没有对系统数据的充分利用,没有开发专家诊断、专家决策系统软件。在事故情况下,通过系统数据不能指示出最佳救灾和避灾路线,不能为为抢救和疏散人员、设备提供决策。
为了解决监控系统存在的问题,更好的提高监控系统的运行效率,促进煤矿系统智能矿山和数字化矿山[3]的建设,我们研究新的智能监控系统,新监控系统提高了系统数据的利用率、提高了传输效率,更具备自识别功能,使监控系统更具有自动化和智能化。
2.智能监控系统主要功能特点
(1)高效的实时上传功能
分站对所接测点的传感器实时采集,为了提高传输效率[4],新监控系统采用事件方式上传,对所上传事件进行阈值设定,当超过阈值范围定义为事件发生。当事件发生时,数据方能上传。例如:设定某一地点瓦斯浓度变化超过0.02%、超过报警点、超过断电点为事件阈值,当事件发生时,数据上传,当事件不发生时,数据不上传。由经验数据可得,分站采集的数据中几乎大于80%的数据都是重复的达不到阈值的数据,真正有变化超过阈值的数据仅占20%,过多的无效数据使得系统数据传输的效率极低、系统的实时性受到影响,采用事件上传方式,提高了数据上传效率,缩短了系统的巡检周期。
(2)故障诊断功能
新监控系统增加了故障自诊断功能。分站具备故障存储功能,分站的工作状态、复位状态、端口状态等能够表示出分站故障的信息都存储到寄存器中,如分站发生故障,上位机可通过读分站寄存器来读取分站的故障信息。
分站所接测点传感器也具备故障信息存储功能。上位机通过读子设备寄存器命令,读取子设备的故障信息。如:瓦斯传感器在发生催化元件脱落、撞击、进水等故障的时候,其表现在探头短路、断路,内部比例系数不正常,采集数字量超出正常范围水平等,出现这种情况,传感器会将故障信息存入到传感器的寄存器中,上位机可通过读子设备寄存器,读取子设备的故障信息。
(3)异地控制功能
新监控系统的异地断电控制不再单单依靠上位机和巡检周期,当异地断电事件发生时,分站即可将该事件通过特殊命令帧转发到总线上,异地断电的受控分站接收到该特殊命令帧,即可执行异地断电命令。新监控系统可实现异地断电能够即时完成,优于目前市场上监控系统的异地断电时间要求不大于两个巡检周期。
(4)即插即用功能
1)传感器的即插即用
上位机无需对频率型传感器和总线型传感器设置测点类型,可根据接入的传感器自动判断识别传感器的类型。井下安装人员将传感器接入到分站的端口上,分站根据传感器发来的信息自动识别传感器的类型,并根据类型自动生成其量程范围、频率范围、报警点、断电点等配置信息,分站将识别的类型信息通过总线的形式发送给上位机,上位机接收到信息后,会在监控软件界面上弹出新传感器接入的对话框,对话框的内容包括测点的类型信息、接入到分站的信息。监控人员确认接入后,上位机会根据接入传感器的类型,自动将传感器分配到该分站的该端口下。
2)分站的即插即用
分站接入监控系统后,上位机会弹出新分站接入的对话框,对话框的内容包括分站类别信息、地址信息。监控人员确认接入后,上位机会显示分站及分站所带测点的信息。
3.系能监控系统各部分功能模块详细设计
(1)矿用传感器的设计
智能安全监控系统的传感器具备即插即用和自识别功能。频率型传感器或总线式传感器接入分站或上位机系统,传感器即发送自己的特征ID信号,分站或上位机接收到特征ID信号,即可识别出接入的传感器类型,从而读取传感器的属性、参数,不需人为参与即可实现传感器的自动识别和自动配置功能。传感器软件设计流程如图1所示。
(2)矿用分站的设计
智能安全监控系统分站[5][6]可对接入的数字型传感器和总线型传感器进行自动识别,既可接收上位机对分站及测点的配置信息,也可自己实现测点信息的识别和配置。分站接收传感器的信息,按照传感器的固有配置,根据其设定的阈值,按照事件发生的方式将信息上传至上位机系统。
分站即可作为从机接收上位机的巡检令,也可作为主机,当事件发生时,抢占总线将数据通过事件发生的方式上传给上位机。分站遵循“不变不传”的原则,当分站或分站所接子设备没有事件发生时,分站接收上位机的巡检令,只回送“心跳”命令,同时也不会主动上传数据给上位机系统。智能监控系统监控分站软件设计流程如图2所示。
(3)矿用电源设计
智能监控系统的矿用电源具备多路电源输出,按照现场设备的用电要求,设计电源不同等级的电压输出,优化电源的利用效率。本安输出的接口方式灵活,可使用多芯航空插头与分站或其他用电设备连接,也可以选择通用型插头,方便与各厂家本安设备的连接;电源具备继电器输出,实现馈电开关的断电控制,同时具有馈电状态检测功能。电源具备UART总线通讯接口,按照事件阈值发生的方式,支持信息的总线上传,方便远程监测及控制。图3所示为智能监控系统电源设计框图。
(4)上位机软件的设计
上位机软件通过巡检令巡检系统中的总线型子设备,当子设备有事件发生,例如:新接入子设备或子设备采集的数值大于定义的阈值,检测监控系统会接收到子设备的信息,并自动配置子设备的固有属性。图4所示为智能监控系统上位机软件设计流程。
4.总结与展望
对目前国内煤矿安全监控系统的现状与问题,本文提出了一种智能监控系统研究的新思路,并设计研究出一套智能煤矿安全监控系统和配套分站、传感器、电源,该系统的应用,能够改善目前煤矿安全监控系统的诸多问题,极大的提高煤矿安全监控系统的生产效率,为数字化矿山和智能化矿山的建设起到积极的促进作用。
参考文献
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【关键词】监控系统 智能视频 监控技术
智能视频应用范围极为广泛,主要包括军事、交通、银行以及商业等部门。视频监控技术在21世纪得到迅猛发展,这与硬件技术、计算机技术以及通讯技术的发展有密切的联系。运动目标检测与跟踪是智能视频监控系统中令人印象最为深刻的部分。其有利于对监控视频中的内容进行数据分析,分析结果可靠性更高。
1 视频监控系统的基本应用概述
随着社会发展的提速,传统的监控技术已经无法满足人们对监控的严格需求。所以在目前我国的视频监控技术发展进程中,视频监控系统的应用也开始朝着高科技化进军。利用远程监控技术,可以更为便捷地进行信息的攫取,更有利于公共场所的监管,提升公共场所监管的安全性。比如在日常生活中,我们常常可以看见一些重要的交通枢纽如:机场、火车站、汽车站等人流多的区域进行监控设置,这些监控设备的配置是为了更好的对公共场所进行监控管理,通过视频监控的模式进行社会公共秩序的维护。
2 智能视频监控技术研究现状
2.1 视频监控由传统向现代转变
传统的视频监控基本上是模数与模拟交叉使用进行监控的,支持D1、CIF格式的图像分辨率,而现在正在普及的现代化视频监控大都是智能化、全数字化的,分辨率正在向数字电视中的高分辨率格式发展。我们现在社会出现了越来越多的高清视频监控,这一趋势是不可阻挡的。视频监控原本是警方在案件发生后用作取证的,而现在更多的具有预警功能。目前越来越多高速上的移动、无线传输方式也被智能监控应用。综合观之,安防行业视频监控系统融合无线、高清、智能以及IP等技术已经成为一种趋势。
2.2 视频监控技术的发展经历了几个阶段
目前视频技术的发展已经进入到以pc端多媒体监控时代,也就是我们常说的嵌入式视频服务器监控时代,又被称为是智能视频监控。在这一代的监控技术发展的进程中,主要是借助一些电缆、光缆以及摄像头、摄像机等技术来进行视频的录制。这种监控主要适用于短时间、小范围内的视频监控开展。随着社会的进步和发展,监控技术的发展进入到硬盘录像机时代。这一阶段的视频监控将计算机技术融入其中,从而促使监控技术增加了人性化的特色。而今我们所使用的监控技术也就是前面所提到的智能化监控技术。这种技术不受时间、地点、空间的限制,是通过数字信号技术进行视频监控的智能化监控技术。
3 智能视频监控技术新发展
3.1 向网络化、数字化、智能化发展
随着科学技术的发展视频监控在短短的几年内也得到迅猛发展,目前发生质的飞跃,向着网络化、数字化、智能化方向发展。监控系统功能日趋得到完善,结构也变得庞大而复杂。系统复杂,表面上看似功能已经得到满足,实际上在实践中存在许多问题。即使各种数字、模拟、视频、服务器、信令以及非标的异构的子系统已经实现了重叠、堆积,各个必备软件已经齐全,但有关图像调用、保存、维护等需求仍不能得到好的满足,这与建立监控系统的原始目的是相悖的。系统规模越大,问题就会越突出,最终有可能导致整个系统不受控制。监督系统的网络化、数字化、智能化发展能够恰当的解决此类问题,监控系统智能化有利于结合其他传感器、安防手段,促进联合多方位监控。互联网已经渗透到生活的各个部门,监控系统也是如此,监控系统的网络化、数字化已经成为时展的要求。
3.2 高端控制工作台与显示大屏投入应用
大型监控网络的监控点多,其必须保证使用者能够随时查看想要提取的录像,保障图像高清,实现重点监控。因此监控网络所支持的收敛比要高,就是将多个监控点的录像在一个或者多个屏幕上层叠放映。传统的监控网络所提供的实时监控码流是基于UDP 的,这种情况下在高收敛比的影响下实时流被反复利用,图片清晰度会严重下降,同时也可能会出现延迟,实时性差,不能满足现实需要。所以在实时性与高质量高收敛比之间很难达成平衡,所以最好能够在让监控终端实现只需一次编码便可实现全网使用的实时流,并且其图像质量并不会受到高收敛的影响而有所降低。高端先进的大屏显示对于应急指挥系统以及大型监控中心来讲是必不可少的,同时也需要高端的控制工作台。
4 智能视频监控技术
4.1 监控视频压缩技术
通常认为,监控视频档的数据信息十分庞大。所以这就需要监控人员要定期的对监控系统的视频信息进行整理和保存。但是由于视频信息本身的数据量十分巨大,在进行传输的过程中势必要浪费大量的人力、物力资源。为更好的缩减开支,在进行监控的过程中实现视频压缩,推出了JVT视频压缩技术标准。该标准是由ISO/IEC MPEG和ITU-TVCEG共同组建的联合视频工作组,其主要职责就是更好的进行视频数字压缩技术标准的制定。该标准具有高效的压缩性,能够更好的降低视频监控录像的比特性。同时在延时约束方面,该标准也有着很强的韧性。此外不同一般的压缩技术,该技术标准有可以伸缩的编码,对视频可以进行全部细节的译码。所以该技术标准无论是从容错能力、还是应用效果方面都十分可靠。
4.2 监控视频网络传导技术
任何事物都存在不足的地方。对视频监控技术来说也是一样。目前的视频传导过程中,必不可免的会存在一些问题:比如在进行传导时视频信息的保密性,以及传导过程中可能出现的延迟性以及视频数据的数据包排序、传导视频的音视频同步等等。此外为保证视频传导的高效快捷,还需要引入其他的技术使用。所以在进行整个视频监控的过程中,监控视频网络传导技术占据十分重要的位置。其也是决定整个视频监控效果的关键环节。
4.3 监控视频保存和搜索技术
视频监控的目的是为了更好的留取信息。所以在进行视频监控的过程中,如何更好的进行大量视频监控数据的保存就显得十分必要了。在进行视频监控的过程中,要想实现更好的监控视频保存,就必须依赖于强大的数据平台进行监控数据的汇总和保存。同时还应该有自动搜索的功能,以满足用户对不同时期视频进行搜索查阅的需求。
4.4 空间运动检测技术
监控空间的整体形象被监控系统记忆,但是监控的焦点并非监控区域的整体空间,而是其中出现的一些陌生的信息。所以运用空间运动检测技术的目的在于更好的对陌生信息进行识别和记录,以更好实现视频监控的目的达成。
4.5 空间中物体的识别与跟踪技术
在进行监控的过程中,对既定空间中增加的陌生物体和事物进行仔细的甄别也十分重要。通过空间物体识别与跟踪技术,能够让视频监控自动锁定陌生事物,并对其信息进行全面细致的记录。其中人脸识别技术就是该技术应用最典范的代表。
5 智能视频监控技术发展前景
虽然我国在视频监控技术发展方面已经取得了一些成绩。但事实上,整个视频监控技术未来的发展空间仍然十分巨大。本文的研究仅仅是对当前视频监控的一些基本问题进行了阐述,在未来的技术研究过程中,视频监控方面仍然还有许多的课题需要我们去解决与突破:
首先是对空间运动物体测算方面的技术延伸。比如算法的深入研究,空间物体细节的辨识技术研发等。
其次是视频监控技术的空间性。视频监控技术的使用不应该被局限在某个空间内,移动监控是未来监控技术发展的重要方向之一。
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网络视频监控系统适用于任何支持TCP/IP的10/100 Base-T以太网。系统实现的各种监控功能有:语音报警、抓图录像、轮巡监控、目标人物跟踪等。系统主要由网络视频前端监控设备(Video Forward Supervisedevice,VFSD)、视频服务器(videoserver,VS)和网络客户终端(NetworkGuest Unit,NGT)三部分组成。
硬件平台总体结构如图1所示。客户可以在不同的网络终端控制网络中的监控设备。在整个监控网络中,每个监控设备拥有自己独立的IP地址。终端只需要访问监控设备的Ip就可以调看相应视频并进行监控操作。单个终端独立控制单个监控设备可以使用点对点控制。监控网络就是由这些点对点控制模块组成的。
网络视频前端监控设备
系统目前多采用DS-8000系列作为前端监控设备,采用球形或枪形高清晰网络摄像机,Linux嵌入式操作系统以及专用视频处理芯片,支持多客户同时访问和全部的主流压缩格式(如MJPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.264格式等)。内置高速云台、监控摄像机。Ds,8000通过LAIN接入客户网络,实现前端监控数据的数字化与网络传输。网络视频前端监控设备采用网络摄像机,选择H.264格式,720×576的最高分辨率,FullDl视频解析度。
视频服务器
视频服务器主要负责监控网络的数据信息管理和网络客户授权等。视频服务器是由一个或多个模拟视频输入口、图像数字处理器、压缩芯片和一个具有网络连接功能的视频数字处理器所构成。视频服务器将输入的模拟视频信号数字化处理后,以数字信号的模式传送至网络上,从而实现远程实时监控的目的。
视频服务器从核心功能上可以分为视频编码器和视频解码器两大类。视频编码器用于实现前端信号(视频、音频及其它信号)的数字化压缩和网络化。具体功能包括监控点模拟视音频信息和报警信息的接入、编,码/压缩、传输以及设备(如摄像机、云镜、矩阵等)的控制。并将反回数据放置在约定的返回数据存储区相应单元内、上述信息经视频编码器处理后通过IP网络上传至中心管理平台,通过改变分频比改变接收的频点。再由中心管理平台分发至客户端、视频解码器以及录像存储设备。能够生产更高能效的产品也是整个行业的共同目标一一为了可持续性、成本可控和客户满意。
网络客户终端
在整个监控系统中,视频信息处理均集中在客户终端。客户在终端进行各种监控操作,控制整个系统的运行。网络客户端是在视频远程监控中,通过登录视频集中管理服务中心平台(服务端),浏览前端视频图像、控制摄像机云台旋转、镜头调焦变倍、录像查询回放等远程终端显示控制系统。
系统软件设计
本软件结合JY2000p智能图像监控系统管理服务端软件,联接视频服务器和不同现场监控设备,可以在多种使用环境下灵活组建实用的网络视频监控系统。JY2000P智能图像监控系统Web客户端软件,在IE浏览器窗口中实现了多画面预览、摄像机控制、宴时录像、电子地图导航、报警处理、权限控制等功能。相比以往的单机版监控软件,本系统主要有以下方面的改进:
(1)统一集中管理系统数据,保证数据完整性:
(2)有利于进行有效的权限控制,保证数据安全性;
(3)真正实现瘦客户端,降低运行主机性能要求,节省系统资源;
(4)分发部署灵活简单,方便升级维护:
(5)更强大的网络资源共享能力,例如多客户机录像共享浏览;
(6)模块清晰,扩充性好,例如可支持多种型号的视频服务器设备。
系统设计为可支持多种数据库,支持大型数据库如:Oracle 9i、MSsQLServer 2000等。小型数据库如:MySQL、Interbase、Access等。根据现场实际使用情况可以灵活选择。
考虑到目前实际情况需要,默认采用Access数据库,用户一般无需安装任何数据库支持驱动。系统的总体设计框图如图2所示。
系统功能实现
视频图像预览
系统登录后默认为显示视频窗口。单击“视频图像”标签,如果“视频预览区”当前显示的是电子地图,电子地图上显示了安装摄像机的位置和坐标。选中某个摄像机,可以切换到“视频窗口”状态,同时打开或切换’到该摄像机对应的视频窗口,对该区域进行视频监控。
画面分割器
画面分割器基本功能有:单路视频输入切换:多路视频输入组合切换,实现四画面、九画面、十六画面等多画面显示效果:实现画中画显示效果。在“摄像机列表”树视图中选中一个摄像机,如果该摄像机确已启动关联了一个画面分割器设备,那么就可以对该画面分割器进行控制了。单击“画面分割器”按钮,弹出“画面分割器控制”界面,如图3所示。
矩阵切换器
矩阵切换器是用于对多个型号视频矩阵进行设置,包括:输入通道与输出通道设置、锁定/解锁当前通道、自动切换设定等。操作界面如图4所示。如果在服务端软件“基本设置”页面启用了视频矩阵设备,那么该项功能有效。如果单击该按钮前,未选中任何摄像机,那么缺省选中首个现场首个摄像机节点。在“摄像机列表”树视图中选中一个摄像机,如果该摄像机确已启动关联了一个视频矩阵设备,那么就可以对该视频矩阵进行控制。
报警日志
报警日志主要提供对监控现场中报警器状态设置、报警事件记录及模拟量数据记录的管理。 “报警器列表”树视图中列举所有监控现场中已添加的报警器,包括布防状态、报警状态和报警器名称。报警器处于布防状态,报警器关联的报警设备一旦发生报警,报警器将立即处于报警状态,同时触发报警联动。通常情况下,报警器处于普通状态,一旦对应的报警设备发生报警,同时该报警器正处于布防状态,那么该报警器将转为报警状态,直到报警解除后,报警器才会恢复为普通状态。
系统控制
系统控制区用于控制摄像机、多画面切换、录像、拍照等。所有可控摄像机都可以在打开窗口画面上按下鼠标右键进行控制,也可选择右侧的按钮进行控制。具体有灯光开关、镜头变倍近变倍远、聚焦近聚焦远、雨刷开关、打开/关闭双向语音对讲、方向控制等功能。
1.1传输部分
传输无非就是信号的传输工作,监控系统中的视频电信号的传输主要是通过同轴电缆,也就是说传输的重要组成就是同轴电缆。信号的传输对整个监控系统各环节连接具有重要意义,它可以将摄像头拍摄下来的视频信号进行传输,其传输效果也直接影响显示效果,因此传输过程中的损耗需要受到重视,只有保证传输信号的质量才能使图像清晰的显示出来。
1.2控制部分
控制是整个监控系统的核心部分,是整个监控系统中进行报警及记录视频的重要部分。控制系统具有自己的核心单元,包括采集、压缩单元。利用控制部分完成信号的数字采集、视频压缩、硬盘录像及监控数据的记录和检索等工作,控制系统的处理能力及检索能力等都关系着整个监控系统的有效实施。
1.3显示部分
监控录像的呈现主要是通过电视墙进行的,它将整个监控过程中所拍摄的录像显示出来,具有回放及检索功能,整个显示系统可以将多个画面进行回放,它的监控能力超越了以往的电视监视墙,帮助工作人员完成监督工作,并且提高了监督效率。除此之外,其终端显示部分发挥着更重要的作用,它可以通过鼠标操作来控制云台、镜头、报警等内容,方便了监控工作的进行。除此之外,监控系统还包括防盗报警部分、供电部分等,它们共同组成了整个监控系统,发挥着重要的作用,帮助监控系统出色的完成监督工作。
2安防监控在智能建筑中的地位
随着科技的不断发展,智能建筑日益增长,智能建筑根据人们的需要,将建筑物的结构、设备、服务等方面进行了最优化的结合,使之形成了一个更加舒适、便捷的建筑环境,让人们充分的享受到了高科技成果。智能化建筑是采用智能控制,比起传统的自动控制具有更大的优势,它们的研究对象有所不同,智能控制解决了传统控制中信息交换的困难,使监督工作实施起来更加方便,而且智能控制的任务较复杂并且能够解决非线性问题。总之,智能建筑比起传统的自动控制化建筑有更卓越的成就,更具有人性化,更受人们的喜爱。在如此优越的智能建筑中,自然少不了完善的安防体系,安防系统在整个智能建筑投资中占有很大的比重,安防系统的重要地位体现在安防自动化系统的重要性、安全防护对智能化建筑的意义两大方面,下面对这两方面进行详细说明。
2.1安防自动化系统的重要性
智能化系统包括楼宇自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统、消防自动化系统、安防自动化系统五大部分,其中,安防自动化系统在整个系统中占有重要的地位。智能化建筑对安防系统的需求较大,在一般的商业办公大厦中,安防体系包括电视监控、防盗报警等方面,所包含的安防产品较多,使安防系统的投资在智能化建筑的整个投资中占有较大的比例。安防系统为智能化建筑的管理体系提供了良好的集成环境,直接决定着智能化管理体系集成的成败,与智能化体系密不可分,对智能建筑有着重要的意义。
2.2安全防护对智能化建筑的意义
安防体系以维护社会安全及预防事故为目的,对智能化建筑来说,安防体系的完善有利于解决安全问题,防止入侵、偷盗、爆炸等各种行为事故。以往的安全问题中,往往是等到事故发生后才发现,给企业造成了不必要的经济损失甚至导致人员伤亡,安防体系本着预防为主、防治结合的原则,不仅能够对事故的发生起到预防作用,还为犯罪事实提供证据,留下了可靠的视频资料,方便了警方破案。如果智能建筑少了完善的安防体系,一些盗窃、破坏文物、爆炸等事故得不到很好的预防,对这种破坏显得束手无策,给智能建筑造成了不必要的损失,甚至造成建筑物功能瘫痪。从某种程度上降低了用户对智能建筑的信任,智能化建筑的科学化水平也难以突显,因此安防体系在智能建筑中必须完善起来,利用高科技手段来解决安全问题变得越来越重要。安防体系实现了人们生活中“安全第一”的原则,在智能化建筑中发挥着重要作用,安防监控有着强有力的安全防范措施,通过一系列的科技化手段给智能建筑提供安全保障,从而使智能建筑给人们带来了安全、舒适的居住环境,更好的为人们提供服务。
3总结
光伏电站将太阳能转变成直流电能,经逆变器逆变后,将直流转变为交流,经箱变升压后,接入中压或高压电网。光伏电站系统图如图1所示。
通过上图可以看出,自动化监控系统在光伏电站中起着重要的作用,它通过数据采集维护,实现发电设备的运行控制,从而实现光伏发电设备的远程管理和自动化监控,以达到“无人值班,少人值守”的运行管理方式。随着光伏电站技术的成熟,监控系统也逐渐向高集成化发展。
2、传统的自动化监控系统
传统的光伏电站的自动化监控系统由通讯管理机柜、光缆、交换机、操作员站和工程师站等组成, 可对太阳能光伏电站里的电池阵列、汇流箱、逆变器、交直流配电柜、太阳跟踪控制系统等设备进行实时监测和控制,通过各种样式的图表及数据快速掌握电站的运行情况。电站内的汇流箱、逆变器、开关柜、箱变等设备的运行信息传输给通讯管理机,然后通讯管理机经光纤收发器上传到自动化监控系统。由于光伏电站内的设备比较分散,需要就地布置较多的通讯管理机柜,增加了设备投资。另外设备多使得整个系统的接线过于繁多,增加了故障发生的机率,不利于以后系统故障的排查。
3、智能监控装置
智能监控装置具备光伏电站箱变的模拟量采集、非电量保护、远方控制和通讯功能,同时还可融合传统自动化监控系统的通信管理机、光纤交换机功能,负责接入、传输发电单元内逆变器、智能汇流箱等设备的数据通信,实现光伏发电单元内智能设备通讯信息的集中和传输,并通过光纤以太网接入自动化监控系统,进而实现光伏电站就地设备的远程管理和自动化监控,满足光伏电站全面智能化、无人值守的运行管理方式。
该智能监控装置安装在光伏电站的箱变的低压开关柜内,它除了具有通讯管理机的功能外,还为箱变提供完善的测控和保护。箱变智能监控装置的应用减少了自动化监控系统内的通讯管理机和光纤交换机的数量,提高了设备的集成度,简化了监控系统的设备配置,从而降低了光伏电站的造价和运行、维护的成本。
3.1智能监控装置的功能选配
智能监控装置的具体配置要根据光伏电站的配置确定,其典型的功能配置如下:
a)用于箱变的保护功能:至少具有3路直流量输入,热电阻或4~20mA可任意组合,采集变压器油温及箱变内环境温度,防止变压器温升过高而损坏。该装置还具有变压器的非电量保护功能,包括重瓦斯动作跳闸、轻瓦斯动作告警、SF6气压异常报警、变压器高温报警、变压器超高温跳闸、变压器油位低、压力异常告警等,当变压器发生故障,瓦斯或油位发出信号,该装置就会发出跳闸指令,及时停止变压器的运行,切断故障点。除了非电量保护,装置还带有复合电压闭锁的三段式电流保护、零序电流、过压、欠压、CT断线、PT断线等电气量的保护,对穿越性故障该装置还具有防范措施,以保证变压器运行安全。
b)用于箱变的测控功能:光伏电站的箱变采用双分裂变压器时,两路低压侧接入逆变器转换的低压交流电源,变压器高压侧升压为一路35kV电源接入升压站。为了适应双分裂变压器,智能测控装置可具备双功率点。同时还具有交流采样功能,可测量I、U、P、Q、F、COSφ、有功电度、无功电度等遥测量。装置还可以采集熔断器熔断、箱变门打开等信号,以及开关状态信号,如35kV负荷开关位置信号、低压侧断路器位置信号、高压侧接地开关位置信号、高低压近远控切换信号、小空开位置信号、熔断器熔断信号、断路器跳闸信号等。c)通讯和传动功能:装置至少具有30路遥信开入、6路继电器输出并可扩展、8路RS485通讯,通讯协议满足电站监控系统要求,采用标准的IEC103/104、IEC61850和Modbus通讯规约,并可完成规约转换,方便接入自动化监控系统,以及引接逆变器、汇流箱等其它智能装置。箱变智能测控装置配置的光纤环网交换机可实现光纤环网的组网,将汇流箱、逆变器、开关柜等测控数据通过智能测控装置的光纤交换机和通讯管理机的功能进行接收和传输,与主控室中的后台监控设备形成一套完整的电站自动化监控系统。d)遥控和故障录波功能:装置对有电操控功能的开关可实现远程分、合闸操作,方便运行人员操作。同时该装置还具有完善的事件报告处理功能和操作记录功能,可至少保存最新25次SOE变位记录、最新25次用户操作记录。
3.2智能监控装置的硬件选取
装置采用32位高性能嵌入式微机处理器,大容量的内存和存储器,可高速、可靠的进行数据处理、逻辑运算和信息存储。为了提高测量精度和计量准确性,采用高精度测量芯片。装置的电源、CPU、IO板、通讯板在内的装置全部元器件可在宽温-40℃~+70℃条件下正常工作,能承受GB/T14598.13-1998规定的频率为1MHz及100kHz衰减振荡波(第一半波电压幅值共模为2.5kV,差模为1kV)脉冲群干扰试验。各带电的导电电路分别对地(即外壳或外露的非带电金属零件)之间,交流回路和直流回路之间,交流电流回路和交流电压回路之间,绝缘电阻值均不小于100MΩ(用开路电压为500V的测试仪器测试)。
4、智能测控装置的组网
光伏电站的设备分布比较分散,就地设备距离主控室有几十米或几百,因此箱变智能测控装置的组网就要考虑实际情况选择最经济、最合适的组网方案。根据箱变和汇流箱、逆变器等电气设备的具置,将箱变就近的电气设备均接入箱变智能监控装置,组成一个星形拓扑结构网络,再将一定数量的箱变智能监控装置进行串接形成一个光纤环网,该光纤环网引出两路光纤至自动化监控系统的主控设备层,从而构成完整的光伏电站自动化监控系统。采用光纤环网提高了系统运行的可靠性,当网络上的某个设备出现故障时,环网上的其他设备可以通过另一侧网络继续进行通讯,保证其他设备的正常运行。箱变智能监控装置组成的自动化监控系统网络结构示意如图2。
由自动化监控系统网络结构示意图可以看出,自动化监控系统除了箱变智能监控系统组成的光纤环网外,还包括后台计算机、音响报警、网络设备、时钟同步和打印机等主控级设备。箱变智能监控装置对各就近电气设备的模拟信号和开关信号进行采集和控制,并上传到自动化监控系统的后台主机中,能够迅速、准确有效地完成对各被控对象的安全监控。箱变带有保护功能的智能测控单元通过光纤环网组成多个子网络,再通过光纤将各个子网络和自动化监控系统的主控层设备组成主干环网。自动化监控系统通过采集各个设备的数据信息,进行实时处理,准确有效的完成光伏电站的实时监视、控制和调节,并根据运行需要进行参数设定、事件记录、运行参数计算、报表、通信控制、系统诊断、软件开发和画面生成、系统扩充(包括硬件、软件)、运行管理和操作指导等。箱变智能测控装置还可以选配两个光纤通讯模块,利用CPLD(Complex Programmable Logic Device)数字控制技术实现自愈式光纤环网。CPLD为控制环网自愈接口单元,具有速度快、集成度高、可靠性强、可重复编程或动态重构等特点。其控制电路由分频器、中心状态机、发送数据选择器、接收数据选择器组成。CPLD芯片和数字控制技术可大幅提高光纤通道切换速度至毫秒级,且性能稳定,提高了系统通讯的准确率。箱变智能测控装置的两块光纤通讯模块通过CPLD技术进行数据切换和控制。当两个光纤通讯模块均正常工作时,CPU接收到数据并进行分析处理,然后再分别将接受到的数据通过两个光纤口发送到下一个光纤通讯模块的接收单元。同样,下一个光纤数据接收单元会把收到的数据再分别转发出去。因此两个光纤通讯模块传输的数据是相同的,两个通道间的数据传送是同步的,两个通道互为热备用。当其中一个通道发生数据中断时,CPLD立即切换数据通道,保证光线数据沿另一通道继续准确的传输,实现光纤环网的自愈。
5、结语
关键词:温度监控;无线通信;模糊PID
中图分类号:TP302 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2011)07-0051-02
目前我国就温泉水温控制的研究还相当少,在最近兴起的温泉疗养池中,在给定了各种功效疗养池的水温范围时,基本上是依据工作人员的个人经验,手动或是半自动地对温泉池的水温进行被动的控制,无法做出较为精确的判断,当然就无法主动创造出适宜某种疗效的最适宜水温环境,本课题主要是利用温泉泉眼热水作为热源,设计一套以单片机为核心的一主多从,主站与多从站采用无线双向传输的多点温度监控系统,实现温度自动监控,该系统从站能够将从泉眼中抽出的温度较高的地热水与冷水进行热交换,通过控制冷水的流量大小,从而自动控制温泉池的温度达到设定的值范围内,同时主站可以通过设定温度等控制指令,完成监控系统的工作。
一、系统组成及工作原理
系统的工艺过程是以江垭温泉为参考,从泉眼出来的地热水常年温度基本恒定、流量基本恒定,由于地热水不便储存这一特点,所以把从泉眼流出的热水全部引入各温泉疗养池,通过电磁阀开关控制使流入每个温泉疗养池的热水流量基本恒定,控制器根据各池设定温度与实际温度的偏差,采用智能控制方式主要调节冷水注入量,不断循环从而达到温泉疗养池水温的动态平衡。
本课题所研究的监控系统结构上可以分为两层,由主站(上位机)构成用户监控层,从站(下位机)构成分机测控层。主站与从站采用主从式分布结构,通过无线通信方式进行通信。本系统硬件设计的总体框架如图1所示,核心控制芯片采用89s51单片机,控制数字温度传感器DS18820组成温度采集网络完成数据的采集,同时通过液晶屏LED1602显示实际温度和设定温度,控制无线收发模块NRF401发送给主站接收端,主站接收端通过无线收发模块NRF401接收从站发送的温度数据并显示,主站亦可通过无线收发模块NRF401发送控制命令,各从站通过无线收发模块NRF401接收主站的控制命令修改温度设定值,同时对执行机构做相应的调整,实现多点温度的显示和控制。
二、系统软件流程设计
本监控系统主站和从站实现的功能不同,主站主要实现监视并可设置各从站温度值,从站主要实现温度采集与控制,因此在软件设计部分,主站部分和从站部分的软件程序显然不同,将分别设计。
(一)水温监控系统主站主程序
主站程序流程框图如图2所示,首先进行系统初始化,完成对外部可编程模块如无线收发模块NRF401、液晶显示模块的初始化,打开中断、打开串行中断并设置串行通信参数、打开定时中断并设置串行通信参数。没有中断的时候,系统等待并执行显示程序、当有中断需要响应的时候,单片机进入对于的中断服务子程序,向从站发送温度设定参数、等从站接收到完数据后、将主站置为接收方式、接收从站发送回来的温度数据,中断返回以后系统等待并执行显示程序直到响应新的中断。
(二)水温监控系统从站主程序
从站程序流程框图如图3所示,本系统从站主要实现温度采集与控制、同时还需将所测温度值发送给主站。从站主程序首先进行系统初始化,完成对DS18820、液晶模块LCD1602的初始化,打开中断、打开串行中断并设置串行通信参数。然后执行主要功能如读取数字温度传感器DS18820进行温度采集、计算温度偏差值对系统进行模糊PID调制,接收主站命令并将采集温度值发送给主站实时显示。
(三)无线串行通信协议
由于本监控系统采用一主多从无线双向传输通信方式,为了增加监测距离,每个从站节点增加信息的转发功能,从站转发功能的示意图如图4所示,从站节点B的温度监测数据,能够自动通过从站节点A转发,以增加主站与从站B之间的探测距离d+d1,转发功能能够自动识别完成,无需手动设置,且监控节点A、B之间可以互换位置,因此程序设计过程中必须设置合理的通信协议才能准确地实现主站与某一从机站进行数据通信。
本监控系统通信协议如下:
第一,主站向某一从站发温度设定值同时要求从站返回测量值。主站传送数据共6个字节,其数据格式为:FF AA XX SS WW kk
其中,FF AA为同步信号,从站接收到此数据后才对后续数据进行处理,否则,从站不对后续数据进行处理;xx为从站编号与该编号对应的从站进行后续数据处理,编号不对则不进行后续数据处理;ss为从站发送数据给主站和接收主站温度设定值选项,SS=0,表示从站只需把温度测量值发送给主站,无需对设定值进行修改;SS=1,表示从站需修改温度设定值(ww),同时还需将温度测量值发送给主站;ww为主站发送给从站的温度设定值;Kk为奇偶校验位。
第二,从站向主站发送温度测量值。从站传送数据共6个数据,其数据格式为:FF AA xx ss MM LL kk。
其中,FF AA为同步信号;xx为从站编号;ss为小数点位数,SS=0表示没有小数点,1表示一位小数点;MMLL表示温度测量数据的高位和低位字节;Kk为奇偶校验位。
Abstract:There are three stages about the development of video monitoring system, simulative video surveillance system, digital video monitoring system and digital control system, and the intelligent video surveillance system is the future and hope of video monitoring system. Intelligent video analysis technology is the key technology of intelligent video surveillance, the core of changing passive surveillance into active identification.
关键词:视频监控系统,智能视频分析系统,智能视频分析技术
Key words:video monitoring system; intelligent video analysis system; intelligent video analysis technology
中图分类号:TP27 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)17-0097-02
0引言
俗话说“百闻不如一见”,视觉信息在人类活动所涉及的信息中占据的比重最大,而且由于其空间和结构特性使其不能为任何其他信息所替代。智能视频监控(IVS,Intelligent Video surveillance)技术源于计算机视觉(CV,Computer Vision)技术,作为人工智能(AI,Artificial Intelligent)研究的一个分支,是一项新兴的安防技术,有着广阔的发展前景。智能视频监控技术是指利用计算机视觉的方法,在不需要人为干预的情况下,通过对视频序列进行实时自动分析,实现对目标的定位、识别和跟踪,并在此基础上进行行为分析,以达到完成日常管理和对异常情况预警的目的。基本的智能视频监控系统主要由视频数据采集、视频数据编码、视频数据传输以及视频数据分析处理和异常行为报警等部分组成。进入21世纪以来,国际反恐斗争的形势日趋严峻,智能视频监控作为安防系统的重要组成部分,广泛应用于各种公共场所和大型活动之中。我国的智能视频监控技术也在“平安城市”项目、奥运安防和上海世博会安防等各行业安防项目的强劲刺激和拉动下,进入了蓬勃发展阶段。
1智能视频监控的发展历程及研究现状
近三十年来,视频监控系统的发展经历了模拟视频监控系统、数字视频监控系统、全数字化监控系统(网络摄像机和视频服务器)三个阶段的演变,得到了巨大的发展。
1.1 模拟视频监控系统早期的视频监控是以摄像机、监视器(电视机)组成的纯模拟的视频监控系统,称为闭路监视系统。随后出现了视频切换设备,闭路监视系统加入多路视频切换、摄像机云台/镜头控制和报警联动等数字控制功能,实现了数字控制的模拟视频监控系统,称为第一代视频监控系统。
1.2 数字视频监控系统20世纪90年代中期,以DVR(Digital Video Recorder)为代表的第二代视频监控系统出现在视频监控市场上,大大提高了用户对录像信息的处理能力。DVR使用户可以将模拟的视频信号进行数字化并存储在硬盘而不是盒式录像带上。用户还可以通过DVR控制摄像机的启闭,从而实现移动侦测功能,对于报警事件以及事前/事后报警信息的搜索也变得十分简单。
1.3 网络视频监控系统进入21世纪以后,随着网络带宽、计算机处理能力和存储器容量的迅速提高,以及各种实用视频信息处理技术的出现,视频监控进入了全数字化的网络时代,称为第三代视频监控系统,即全数字视频监控系统或网络数字视频监控系统。然而由于作为监控者的人类自身生理上的弱点和视频监控设备在功能和性能上的局限性,使得各类视频监控系统均不同程度存在精确度差、报警不及时、误报和漏报等现象,以至系统的安全性和实用性得不到保障。因此,能够每天连续24小时实时智能监视,并能够自动分析摄像机捕捉的图像数据,当异常发生时又能向保卫人员准确及时地发出警报的智能视频监控系统应运而生,这样即可以有效预防犯罪发生,同时也减少了雇佣大批监视人员所需要的人力、财力和物力的投入。随着计算机视觉技术的不断发展和计算机处理能力的迅速提高,智能视频监控系统以其快速从海量视频信息中自动分析和抽取关键信息的优势,迅速占领国内外安防市场。
2智能视频监控系统的关键技术及优势
所谓智能视频监控,就是指采用智能视频分析算法,利用计算机视觉技术对视野范围内的目标进行行为的分析和内容提取,当发现符合某种规则的行为(如越界、游荡、滞留等)发生时,自动发出提示信号,采取特定对应措施(如声光报警、移动监测并记录)或通知监控人员进行人工干预等。作为智能视频监控的关键技术,智能视频分析技术可分为动态视频目标检测定位、动态视频目标跟踪、动态视频目标分类识别、行为理解与描述、异常事件分析等部分。
动态视频目标检测技术是智能视频分析的基础,主要是指通过监控画面识别目标区域的图像变化,从监控场景中将目标提取出来。主要方法是背景减除法、时间差分法、光流法、特征检测法等。动态视频目标跟踪是指结合物体的外表和运动特性,实现对不同形状、颜色、不同背景的目标进行识别的技术。常用的方法有基于运动估计的跟踪、基于特征的跟踪、基于主动轮廓的跟踪等。动态视频目标分类识别包含目标的识别、目标行为模式的分析、目标的状态分析等。行为理解与描述是最具挑战的研究方向,因为观察人的最终目标就是分析和理解人的个人行为、人与人之间及人与其它目标的交互行为等。近年来,利用机器学习工具构建人行为的统计模型方面有了一定的进展,但特征选择和机器学习仍然是行为理解的难点。主要方法是状态空间法和模板匹配方法。异常事件分析报警则是智能视频监控的主要目的,是视频监控智能化的必然要求。智能视频监控系统较于以往的视频监控系统有很大的优势,它在很大程度上弥补了普通智能视频监控系统的缺陷,变被动监控为主动识别。智能视频监控系统的优势很明显,如全天候可靠的视频监控,减少了人为因素造成的误报、漏报,将监控人员从"目不转睛"和主观的分析判断模式中解放出来。通过智能视频分析模块对监控画面的自动分析,实现对异常事件的主动编码、报警和保存。提高报警精度和响应速度,前端设备集成强大的数字图像处理功能,并运行高级的智能视频分析算法,使用户可以更加精确的定义安全威胁的特征,识别可疑活动,在安全威胁发生之前提示监控人员提前做好准备,并根据实际情况驱动预案生成和执行。智能视频监控还可以有效的扩展视频资源的用途,将视频资源应用到非安全领域中,如大型活动的人数统计、重要人物身份识别等。
3智能视频监控系统的应用及发展方向
智能视频监控系统的应用主要分为两大类:安全相关类应用和非安全相关类应用。安全相关类应用主要是在安防系统中。伴随重大政治、经济、体育活动的增加,恐怖袭击的频繁发生,市场上对此类应用的需求不断增长。主要包括:高级视频移动侦测(Advanced VMD)、物体追踪(Motion Tracking)、人脸识别(Facial Detection)、车辆识别(Vehicle Identification)、非法滞留(ObjectPersistence)等。目前,智能视频监控系统已经在高端的安防市场有了多年应用,如在机场、监狱、军事基地和其他大型基础设施中。以机场为例,它的周界太过分散,监控人员无法完全监控到所有周界。这时,智能化的监控系统就可以充分展示它的才能了,它能够自动探测在某些特定场所和时间内进入或离开某一区域的可疑物体。除了安全相关类应用之外,智能视频监控系统还可以应用到非安全相关类应用当中。这些应用主要面向服务和零售行业,可以看作管理和服务的辅助工具,有效提高服务水平和营业额。这类应用主要有:人数统计(People Counting)、人群控制(Flow Control)、注意力控制(Attention Control)和交通流量控制(Traffic Flow)等。例如一些宾馆或商场大堂的监控录像可以通过人数统计功能,计算客流量和销售情况;通过人脸识别等功能加强对VIP客户的服务,智能视频监控系统自动识别VIP客户的特征,并通过客服人员及时做好服务工作,有效提高工作效率和工作质量。
目前,大部分智能视频监控系统的核心算法仍然掌握在欧美等先进国家,并迅速形成了相对成熟的产品应用于安防系统中,如美国的Vidient、ObjectVideo,以色列的Mate,日本的NICE等。据IMS Research调查显示,世界范围内IVS(Intelligent Video System)的市场占有率为35%~36%,其中美国的OV(Object Video)就占有了9%左右。在国内,智能视频监控也得到了长足的发展,如中国电信“全球眼”、中国网通“宽世界”、中国铁通“智控眼”等品牌,大多面向行业用户开展,市场收入不菲,竞争越来越激烈。2008年奥运会和2010年上海世博会更是使智能视频监控系统得到了广泛的应用和发展。
4结束语
综上所述,智能化是视频监控发展的必然趋势,智能视频监控系统正受到越来越多的关注,需求量也在不断增加。虽然,目前仍存在许多问题,如:图像质量问题、安全检查问题等。但随着智能视频分析技术的不断发展,各种硬件费用的降低和通信运营商的投资发展,智能视频监控系统将得到更广泛的应用和发展。现在,它已完成了2008奥运安防的重大使命,也将为2010的"平安世博"保驾护航。
参考文献:
[1]郭瑞霞, 吴运新,宋跃辉.智能跟踪视频监视系统研究[J].电视技术, 2006,(2):74-77.