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  • 深受追捧的智能摄像头,探索之路还很长

    作者:李弯弯 文章来源:电子发烧友网 近几年,智能摄像头深受市场追捧。在公共安防方面,摄像头根据需求融入各种智能元素,在家用监控方面,智能摄像头被实时掌握家里老人和小孩的动态,同时业界还不停探索新的功能需求和应用场景。 现在视频监控领域用得较多的是网络摄像头,占比约为60%,高清模拟摄像头占比约为18%,网络摄像机在传统摄像机上结合了网络技术,比如通过蜂窝网络或WIFI、蓝牙等联网,而智能摄像机又在网络摄像机上,嵌入人脸识别、移动侦测、夜视切换、语音识别交互等功能。 除了安全监控,还可用于支持购物自动支付 日前人民日报海外版发布一篇文章中写道,最近,家住北京朝阳区的王女士在家安装了一款智能摄像头,出门在外,打开APP连接,可以将住宅全景尽收眼底;点击通话键,就能和家人实时通话,方便她随时关照家中情况。 “再也不用担心老人孩子单独居家了。” 因为对于家中有老人、小孩的家庭,安装这种智能化的摄像头非常便利,可以随时掌握老人、小孩在家的情况,如有异常情况,可以随时发送通知消息,也因此,近年来这种家用的智能摄像头的出货量快速上升。 这种摄像头可以精准识别人形异动、进行哭声检测、异响监控,可以实时监测摄像机画面中的人物,如果发现异常,便可立即向手机推送安防报警消息,及时保障人身安全。 目前市面上有非常多这种智能摄像机品牌,包括小米米家之智能摄像机、360智能摄像机、小蚁智能摄像机、华为安居智能摄像机、萤石智能摄像机等。 就比如,华为的智能摄像机就具有AI人形检测、宝宝哭声检测、一键直呼功能等功能;360智能摄像机具备人脸识别功能,识别家人和访客,用于家庭防盗,查看到陌生人可以及时报警,还可以应用于工厂、商店等大监控角度的场所。 公共安防监控行业的应用场景也非常多,比如,公安可以在关键监控点位置安装人脸抓拍摄像机,通过后端人脸识别服务器对抓拍到的人脸进行比对识别,确定人员身份。 另外还可以应用于重点区域防范、重点物品监视等领域,可以通过行为分析系统对人员的异常进行分析,对异常行为进行报警,提升视频监控的应用效率等。 除此之外,除了安全监控等方面的应用,智能摄像头还被发掘出一些新型的应用场景,比如今年2月份,安森美半导体推出了一款智能拍摄相机平台RSL10,据介绍,该平台的典型应用包括可添加智能摄像机到可穿戴安全设备,如安全帽中。 在商业环境中,可以使用智能摄像机监控购物车的内容,以支持自动结帐; 在车辆中,智能摄像机将用于监控乘员,如后座的小孩,以预警任何安全问题; 在家中,智能摄像机可扫描橱柜中的物品以建立购物清单。 智能摄像头如何实现智能化 如上文所言,智能摄像机是网络摄像机智能化的产物,可以通过蜂窝网络或WIFI、蓝牙等无线通信技术进行联网,并提供视频信息的采集、编码、传输和存储功能,同时具有人脸识别、移动侦测、夜视切换、语音识别交互等功能。 智能网络摄像机是通过在前端摄像头和后端系统中加入AI功能来实现上述提到的人脸识别、移动侦测等功能,整个系统对数据的分析和处理又分为几种,有些是将抓拍的数据传送至云端进行处理,有些方案也尝试将部分数据在本地进行分析处理。 在云端处理和在终端或边缘端处理,两者的适用场景不一样,安森美半导体亚太方案中心市场营销工程师贾鹏对电子发烧友表示,相比交给云端作识别处理,本地AI计算会带来较大的功耗和成本,不能够满足消费市场的基本要求。 安森美半导体推出的RSL10 智能拍摄相机平台,是在监控摄像头中添加基于AI的图像识别功能,配套智能手机应用程序为该平台提供用户接口,并作为基于云的、AI赋能的物体识别服务的网关,从而实现摄像头的智能化,这是典型的云端处理的方式。 实时AI处理或者说边缘人工智能是新的发展方向,贾鹏表示,把数据处理分析过程从云端搬回本地,可以避免网络传输延迟和潜在的隐私安全问题,同时可以大大减少成本。对于一些高要求的应用,比如工业高精度识别,在稳定的供电下,高端图像处理器和本地AI计算的方案会更加合适。 这个方案可能也有很多种,比如之前索尼等CIS厂商试图在图像传感器中融入AI功能也是为了实现边缘处理,索尼在2020年5月推出了两款自带AI处理功能的图像传感器,可以实现高速边缘AI处理的同时,只提取必要数据,可以减少使用云端服务时的数据传输延迟,保证隐私安全,降低通信成本。 安森美半导体之前也推出过在图像传感器中融入AI功能的产品,即堆栈架构,将人工智能的一些算法放在第三层,实现图像传感器智能化,目标是应用在工业机器视觉领域,贾鹏透露,其此种类型的CMOS图像传感器方案新产品也在研发中。 不同应用场景,需要细化智能摄像头的特性和功能 现在智能化已经成为了一个很普遍的概念,因此也要避免摄像头等产品被过度设置智能化的情况,事实上,厂商是可以根据特定场景需求选择开发相应的功能,而不需要在所有摄像头上都放入同样的智能化功能。 事实上很多厂商也在尝试针对不同的需求,放入不同的功能,比如,小米米家智能摄像机就添加了智能图像深度学习技术报警功能,可以自动过滤细微变化和宠物乱跑等引起误报警得情况;华为智能摄像机针对需要专业拆分镜头的用户添加了可以切换成4个镜头得功能等。 对于一些消费类场景,比如安全帽以及用于监控购物车支持自动结账等,这些场合无法实时充电,对功耗要求严格,超低功耗就是一个极其重要的功能特性,安森美半导体的RSL10智能拍摄相机平台就特别强调超低功耗。 其采用的RSL10 SiP是业界最低功耗的蓝牙低功耗(BLE)系统单芯片(SoC),ARX3A0图像传感器同样具有超低功耗,启动时功耗最大不超过3.2 mW,以及由SunplusIT提供的低功耗图像处理器SPC1100A。 另外还加入了多传感器,其中加速度传感器、被动红外动作传感器和温湿度传感器允许用户为相机设置一个启动事件、阈值,相机仅仅在需要的时候启动,从而大幅度减少功耗。 小结 当前智能摄像头已经在很多场景中使用,同时厂商也还在不断发掘更新的应用场景,探索更有意义的技术和功能,例如RSL10智能拍摄相机,开发人员还可以创建当由时间或环境变化如移动、湿度或温度等各种元素触发时自动捕获图像的成像应用。 同时智能摄像头如何合规合法的使用也是业界需要重视的问题,前不久315期间就爆出不少商家为了促进销售,在大量门店安装人脸识别摄像头,在用户不知情的情况下抓取用户的人脸信息,并对其进行性别、年龄等信息分析。 未来智能摄像头在技术和应用场景方面还有不少探索空间,同时它可以给人们的生活带来很多便利,也需要警惕不法商家违规滥用侵犯用户隐私安全。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-04-22 关键词: 智能摄像头 安全监控

  • 眼球辨识锁定安全监控 系统能力尚待破局

    眼球辨识锁定安全监控 系统能力尚待破局

      大多数人对于安全监控的概念,仍然是停留在公共安全、防盗、道路偏移或是人脸及车牌辨识等应用,此系统的组合不外乎是高效能的摄影镜头、优异的后端处理器系统与演算法配合而成。举例来说,过往的智慧辨识功能只能判断人脸的部份,只要演算法写得够好与处理器的运算能力够强,系统就能判断你是男是女或是你的年纪有多大,届时系统便能进一步提供对应的服务资讯,像是服装与饮食等。   当系统能判断你是否已经睡着的时候,表示我们的辨识系统性能又迈进了一大步。   然而,在这类系统尚不是相当普及的情况下,也有业者将这类监控技术慢慢发酵在眼球运动的领域上。   以门禁系统来说,过往可能是利用脸部辨识来作为通关的条件,有趣的是,依照系统所提供的数字,眼球再依序注视号码,系统便能将门打开。尽管现场仍有部份观众在操作上不甚方便,但至少让眼球运动的辨识应用上,有了不错的开始。   另一种应用则是在车用安全领域,该应用是侦测驾驶者的眼睛闭上的时间以及眼球注视非前方道路方向的时间,一旦过长,表示驾驶的精神状况与状态相对危险,系统必须提出警示,以让驾驶者能够注意安全。   不管是哪类的终端应用,就系统架构而言,其实都是大同小异没有太大的差别,差别只在于系统性能的展现,能到什么样的水准。从应用来看,系统必须要在瞬间就能正确判断出眼球的注视方向,光是这样的动作,演算法与处理器的性能就必须十分强大才能作到。若考量到车用安全上,其系统的判断更是不能出错。不过,随着技术不断演进,不论是处理器或是演算法的性能也会与时俱进,在可预见的未来,这些中兴保全所展示的应用,都会进入你我的生活之中。  

    时间:2020-09-03 关键词: 处理器 门禁 安全监控

  • 主动式安全监控助力 智能影像分析后市快速攀升

    主动式安全监控助力 智能影像分析后市快速攀升

      智能影像分析(Intelligent Video AnalyTIcs, IVA)市场商机看俏。可进行车牌、人脸辨识和各种监控管理的智慧影像分析将成为实现智慧城市的关键技术。目前各国政府机关、商办大楼与零售业市场已开始导入此一技术,不仅扩大智慧监控应用市场,更加速安全监控从被动式管理迈向主动式管理。   在网路环境、电脑效能与储存容量大幅改善,以及摄影机画质日益清晰等助力下,智慧影像分析应用已获得市场高度关注,并促使各家网路摄影机(IP Camera)设备商纷纷开始与智慧影像分析软体业者进行技术合作,希冀藉此打造差异化产品,抢占智慧安全监控市场商机。   目前网路摄影机业者旗下产品大多已具备基本的人流与车牌辨识系统,不过各家产品智慧影像分析的辨识率与可靠度差异则相当大,且针对不同应用市场,智慧影像分析的效益也有所不同。整体而言,拜网路摄影机出货量倍增所赐,智慧影像分析的市场渗透率正逐年快速攀升。   根据Reportlinker最新资料,2012年全球智慧影像分析产值约135亿美元,预估至2020年时,智慧影像分析产值将攀升至390亿美元;其中,企业用户与政府机关将会是推升智慧影像分析市场产值扩大的关键动能。   尽管硬体设备与网路环境已不再是阻碍智慧影像分析市场发展的绊脚石,但目前仍有比对、辨识率与规模应用等技术挑战待克服。若以人脸辨识为例,比对是指智慧影像分析如何辨识人类五官的特徵,这通常需要相当大量的样本;辨识率则是指影像分析在经过对比后的结果,其正确率高低与否;而规模应用係用户判断智慧影像分析稳定度与可靠度的关键指标。   虽然智慧影像分析市场潜力无穷,且利润也相当不错,但其同时位于智慧安全监控产业最顶层,意味着技术门槛也最高,因此台湾安控业者大多透过与其他智慧分析演算法供应商合作,以节省培养大量软体工程师与建立智慧分析资料库的投资成本。

    时间:2020-09-03 关键词: 网络摄影机 智能影像分析 主动式监控 安全监控

  • 物联智慧新一代云端影像方案 受亚马逊和阿里云青睐

    物联智慧新一代云端影像方案 受亚马逊和阿里云青睐

      迎接AIoT时代来临,传统安全监控也逐渐发展云端应用模式,台湾云端平台服务商物联智慧(ThroughTek)年中释出全新升级云端影像监控方案-Kalay VSaaS 3.0,推出至今已受到全球许多知名品牌青睐采用。透过专业的智能联机技术,提供实时影像观看和云端全时或事件录像服务,以强化监控功能,并协助企业节省建置和维护成本。   为加速普及消费型监控产品,该方案更简化摄影机网络设定,全面支持跨浏览器监控管理,让终端用户随时随地都能利用自己熟悉的平台操作系统观看所有监控场域,藉此降低监控装置使用门槛,并强化使用者体验。   物联智慧总经理郭启铭表示,虽然家用监控市场规模逐年扩大,但实际从中获利的厂商却是少数,原因在于随著设备使用量增加,用来储存影像的转发(Relay)服务器也需要同步扩充,但居高不下的硬件建置成本将严重侵蚀获利。   Kalay VSaaS 3.0已获得许多制造商及品牌商支持认可,客户不约而同表示透过结合点对点联机技术和云端储存服务,可同时兼顾实时影像传输效率,又大幅降低服务器建置成本,对厂商而言可有效解决眼前面临的痛点。   以香港商Vtech为例,其搭载Kalay VSaaS方案之IP Camera上月于北美地区开卖,销售业绩持续稳定成长,终端用户可以透过手机App或浏览器,实时掌握家中动态。   此外,消费者更可依自身需求,加购云端事件录像服务,以随时确保空间安全无疑,当有异常事件发生时,摄影机的录像功能将自动开启,并同步发送警告讯息通知使用者,即使用户错过在第一时间确认现场情形,事后也可观看回放影像,作为求证之依据。   为使影像监控服务的效率提升,新一代VSaaS同时部署于亚马逊AWS和阿里云,让全球客户可依产品需求或终端销售区域选用,并提供完整Turnkey服务,由简易直觉操作的使用者接口到集成金流服务皆包含于方案内,藉此协助客户缩短产品开发时程,有效降低运营成本。伴随著客户需求持续增加,物联智慧也预见2018年市场上采用Kalay VSaaS 3.0方案的设备将大幅成长。

    时间:2020-08-03 关键词: 物联网 亚马逊 阿里云 安全监控

  • NTT携手拉斯维加斯加强城市安全监控

    NTT携手拉斯维加斯加强城市安全监控

    日本NTT积极发展人工智能(AI)与物联网(IoT)技术应用事业,其中一个路线在智慧城市应用,而美国赌城拉斯维加斯犯罪问题日益严重,找上NTT合作,将在2018年9月起进行人群监视的维安服务,若测试成功,将从2018年冬季起正式事业化。 NTT指出该实验重点有三:一,实时事件应对;二,事件预测;三,实时分析回报。目前实验计划是在拉斯维加斯挑选三个场所,安装共计30台的监视器与麦克风,透过NTT的云端技术CogniTIve FoundaTIon以及人工智能Corevo,从边缘及云端同步进行资料分析,内容包含群众数量、交通状况、背景音量、天气现象、活动事件以及社群网站流量等资料,判断是否有事件发生以及严重性。 据报导,此处事件不只是枪击或治安事件,还有其它各类事件,比方街头聚会或是突然发生的暴雨,只要透过监视器与麦克风收集到的资料,或从社群网站得到的资料流量,判断可能需要警方或其它单位出面处理,就会在市民通报前先行派人解决,避免事态恶化到上新闻。 拉斯维加斯不久前才发生枪击事件,很容易让人联想到这是针对枪击案进行的实验,但其实如暴雨带来的大塞车,车站有人闯入轨道等都是要官方出面协助,并常造成人力调度困难,这都是NTT意图透过智慧城市科技处理的问题。而这些事件中,不可能事前预测的火灾或者是事前迹象不明显而较难预测的大规模枪击案,强调的就是实时分析回报及应对技术应用。 参与该实验计划的企业,有NTT集团的NTT、NTT Data、NTT CommunicaTIons、Dimension Data,以及戴尔(Dell)集团的Dell、Dell EMC、VMWare等,各自负责系统架构及软硬件平台供应,在其它案件上会否由相同团队合作,则仍未确定。

    时间:2020-07-26 关键词: ntt 安全监控

  • 升级煤矿安全监测监控系统的原因是什么

    升级煤矿安全监测监控系统的原因是什么

    (文章来源:福深科技) 随着国家对安全生产要求的提高和煤矿企业自身发展的需要,越来越多的矿山装备了安全监测系统。该系统的应用不仅大大提高了矿山的安全生产水平和管理效率,在防灾方面也发挥了非常重要的作用。 但是,目前很多矿山应用的监测系统存着很多问题,很难满足现代化矿井的发展需要,亟待改进。例如,传感器性能差,传感器是数据监测的关键设备。以往传感器技术落后,普遍存在稳定性差、灵敏度低、寿命短、故障率高等问题,严重制约了监测数据的准确性。 诊断功能欠缺,设备维护困难,设备报警和记录功能不强,系统不能进行在线故障诊断,不能详细判断故障性质、故障位置和故障设备;增加维修人员的故障处理时间。 系统管理和维护水平不高,大多数煤矿都安装了监控系统,但由于缺乏专业技术人员,系统管理系统不健全,传感器等设备没有调校等原因,使越来越多的设备无法正常使用,系统难以保持正常运行。济南福深科技研发的煤矿安全监测监控系统现已进行升级,可以很好地解决现代化矿井监测的问题。 煤矿安全监测监控系统采用计算机技术、通信技术、控制技术及电子技术进行设计,主要用于井下环境参数和工况参数的监测与控制,实现井下信息的远程采集和设备的自动化管理,能够提高生产的监控水平,实现数据和信息的有效集成,从根本上杜绝安全隐患和事故的发生。

    时间:2020-05-18 关键词: 计算机技术 安全监控

  • FLIR热像仪助力工程温度安全监控

    21ic讯 世界一流的红外热像仪生产企业FLIR SYSTEMS热像仪产品自从进入中国,便得到了国内外有温度监控需求企业的密切关注,FLIR T420bx热像仪拥有经济的价格和优异的性能。符合人体工程学的出色设计和便捷的通信,使得FLIR T420/T420bx成为一款真正便于用户使用的红外热像仪,既适用于初次使用的用户,也适用于经验丰富的高级用户。它支持多种通信方式,包括Wi-Fi和MeterLink(蓝牙)等。此款红外热像仪采用最新技术,能够快速处理和存储图像,有效降低企业热监控成本,是工厂、工程以及智能建筑等行业的温度监控利器。 每年由于火灾引发的安全事故不计其数,保证安全生产是每个企业的头等大事,一旦发生事故,数以亿计的损失与人员伤亡都会将过往的努力付之一炬,简单高效的对厂房、设备进行温度监控,了解当前工作状态预防火灾发生是企业安全生产的一大重点。FLIR热成像仪采用锂电续航,便携十足,方便易用,FLIR T420bx产品拥有310万像素热感分辨率,可换镜头,最高可测量达+1200°C的温度。测量精度< 0.045˚C,能有效获取监控区域的各项温度指标。 某冷冻设备公司研发部孙晓伟先生在接受记者采访时提到,我司采用FLIR SYSTEM公司的T420bx热像仪产品进行对建筑围护进行热缺陷检测,该产品对于建筑热工缺陷的诊断十分方便和直观,应该说在相关行业的应用中很有指导作用,该产品测量精度高,功能强大,相对于其它热像仪产品,FLIR SYSTEM的品牌价值以及行业地位值得我们信任。 长久以来,FLIR SYSTEM公司在热像仪领域保持业界领先,在保证测试精度的同时,FLIR热像仪产品增长更多便利的新功能以保持产品功能性的领先地位,如T420bx热像仪产品,内置指南针与GPS传感器,将位置信息加入监控信息之中,以便进行更多的位置记录。FLIR新款多波段动态成像功能可将可见光图像实时添加至红外图像,FLIR T420bx以优化细节和即时定位,品质优越,报告时无需另外的照片。可更换镜头使采集图像更为精准清晰,所有FLIR T系列型号均可手动控制或用按钮实现手动、自动与连续自动对焦,实时捕获到每个监控细节。 近几年来,红外热像仪已经逐渐进入安防监控领域,FLIR SYSTEM作为行业领先企业,为工程温度监控带来专业热像仪产品,随着红外成像技术不断进步及前端设备市场的快速成熟,红外热像仪将会在安防监控中发挥它的重要作用。

    时间:2014-07-22 关键词: 热像仪 flir 安全监控

  • 大联大世平集团联合多家IDH 推出广义安全监控整合方案

    大联大世平集团联合多家IDH 推出广义安全监控整合方案

    21ic讯 大联大控股宣布,其旗下世平集团联合多家IDH,推出广义安全监控整合方案。该广义安全方案具体包含TI AM335X 中控显示人机交互平台、TI BLE 无线传感网络低功耗蓝牙传输平台、Spreadtrum GPRS + GPS 位置监控与无线数据传输平台以及NXP DALI 新一代 LED照明中控平台。 TI AM335X 中控显示人机交互平台 安全监控系统中,中控显示人机交互是最重要的部分,大联大旗下世平代理的 TI Sitara Cortex-A8 MPU AM335X 支持 Linux、Android、WinCE,以及第三方 RTOS,包含 SGX530 3D 图形加速器,集成型 24 位 LCD 控制器和触摸屏控制器,使产品能够支持丰富的 3D 互动触摸图形用户界面,并集成 USB OTG/千兆以太网 MAC/UART/CAN 等高灵活关键外设,方便与其他系统集成进行功能扩展。 Spreadtrum GPRS + GPS位置监控及无线数据传输平台 GPS 安全监控在物流管理,车辆运营管理,校车安全方面日渐成为硬性指标,GPS + GPRS 可实现远程实时定位、监控、调度管理等,可直接拨打电话,上网,发短信,或接收监控中心发来的短信,并可帮客户定制特殊服务功能。 无线采传方案 大联大旗下世平推出的该方案基于展讯平台进行开发,通过GPRS网络进行数据传输。有效把数据通过GPRS网络快速传输,减少了布线成本以及布线的工程量。为客户提供更优质的数据传输优化方案。 NXP DALI 新一代 LED 照明中控平台 DALI(Digital Addressable Lighting Interface)即数字可寻址照明接口技术。是一个数据传输协议,它定义了照明电器与系统设备控制器(如感应器、网关等)之间的数字通信方式。DALI 为照明能耗监控系统,可对单灯或任意的灯组进行精确的调光及开关控制,同时获取照明能耗数据,是一个智能型的灯光控制系统。DALI 做为一个照明控制子系统,通过网关(gateway)接口集成于大楼管理系统(BMS),接受 BMS 的控制命令,并反馈子系统的运行状态参数。 NXP DALI LED 照明中控平台具体特征: 1.作为 IEC 60929 标准的一部分,为照明设备提供通信规则 2.1 个主机(Master) 控制 ≤ 64 个从机 (Slave)(独立地址) 3.最多16个照明分组(灯组地址) 4.最多16个场照明场景(场景预设) 5.双线差分驱动方式,总线长度 < 300 米,不分极性 6.信号电流 < 250 mA,电压约 16 V 7.波特率 1200 bps,采用曼切斯特编码方式收发数据 TI BLE 无线传感网络低功耗蓝牙传输平台 BLE(Bluetooth Low Energy)即蓝牙低功耗技术,是蓝牙 V4.0 技术的一部分,可实现超低功耗短距离无线连接,使用一颗纽扣电池可连续工作超过一年,有利于电池供电设备所需的低耗能需求。搭载蓝牙 V4.0 的智能手机,平板电脑,个人电脑已大量出现在市场上,趋向普及,并可望蔓延到便携医疗电子,白色家电,智能家居,自动控制,物联网,电力监控等。其中蓝牙低功耗技术对蓝牙市场出现如此变革的贡献最大,加剧了蓝牙技术在无线感应网络市场的渗透。 TI BLE CC2540/2541具体特性: ·One-chip integrated solution with controller ·6mm × 6mm封装 ·RF Transceiver + 8051 MCU ·128/256 kB Flash ·8 kB SRAM ·数字外围设计 ·21 GPIOs ·2 USART (UART or SPI) ·USB 2.0(CC2540) / I2C(CC2541) ·2x 16 bit, 2x 8 bit timers ·Dedicated Link Layer timer for Bluetooth LE protocol timing ·AES-128 encryption/decryption in HW ·先进的模拟外围设计 ·8-channel 8-12 bit delta-sigma ADC ·Ultra-low-power analog comparator ·40-pin 6x6x0.85mm QFN package ·Pin 兼容

    时间:2013-11-07 关键词: 大联大 led照明 电源新品 安全监控

  • GIS助力智慧城市长治安全监控智能化

    进入信息时代后,电子地图和位置服务的综合运用作用凸显。日前,在全国首批国家智慧城市试点的长治市,安监部门通过与相关技术企业合作,以先进的GIS引擎以及服务,构建起一套更科学的安全生产监管GIS保障系统,实现了可将辖区危险源数据批量导入导出,同时这些危险源信息将全部在地图上呈现出来,进而可以进行区域统计、分类统计等管理手段。 GIS 是地理信息系统的英文缩写,它是一种特定的空间信息系统。能够通过对整个或部分空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析,并且适时提供多种空间和动态的地理信息,包括位置、地物属性等重要信息。对于长治市安监部门而言,区域内所有企业需要按照危险源类别、安全生产等级进行管理,其中包括危险源管理、安全事故应急调度、统计分析、安全生产企业管理查询等内容。以往这些数据通过传统数据库软件进行维护,既不直观,也缺少管理调度上的科学性和统筹性,进行管理也非常不便。 也正是基于这样的需求,他们与国内相关研发企业从构建安全城市的高度出发,采取本地部署的方式,通过先进的 GIS引擎以及服务,将所有安全生产信息智能化地呈现在地图上,一目了然。比如对于安监管理最为重要的 “危险源管理”,通过这样一套系统,长治市安监局可以将危险源数据批量导入导出,并进行诸如新增、删除、修改等维护操作。同时这些危险源信息全部在地图上呈现出来,进而可以进行区域统计、分类统计等管理手段。并且一旦出现安全生产事故,系统还能够完成诸如应急资源查询、救援路线规划等智能的应急调度操作,极大地提高了安全监管工作的管理水平和智能程度。 同时,这套 “长治市本质安全型城市安监地理信息系统”的管理,还可以灵活实现录入、审核、管理、变更等工作,并且都能以图形化的界面呈现出来。对于城市生产运行的重要内容,也可通过可视化、科学化的地理信息系统,一切安全生产信息尽在眼前。  

    时间:2013-07-05 关键词: 助力 智慧城市 gis 安全监控

  • 一种基于RFID技术嵌入式矿山安全监控系统设计

    摘要:针对矿山的安全管理,设计一种基于RFID技术的矿山安全智能监控系统。系统采用MF RC500专用读写芯片,以嵌入式处理器作为信号控制平台,实现了矿山温湿度、瓦斯检测和定位监测功能。 关键词:RFID;STM32F103RBT6;ARM;nRF24L01;智能监控 0 引言     目前在大部分的中小型矿山中还不能全面的使用高端电子产品,效益好的矿山里用上了GPRS定位系统,但因成本过高不能应用到每一个工人的身上。由此设计了这套基于射频技术的矿山安全监控系统,这套设备具有比GPRS更高的发射频率为2.4 GHz,具有更强的穿透能力。一个总台可同时监控125个分点的温度、湿度和瓦斯浓度值以及所在区域矿工的具体身份、位置信息,可根据实际的环境设定各项检测数据的报警值。 1 硬件设计     整个系统采用模块化设计,硬件结构由微处理器、传感器、A/D转换(STM32F103RBT6内部A/D转换器)、键盘控制、显示电路、备用电源组成,硬件电路框图如图1所示。系统中分点微控制器和总台微控制器均采用STM32F103RBT6。分点微控制器主要采集传感器所收集的环境数据;通过射频模块收集各分点在监控区域内的矿工具体位置、身份数据;控制射频模块将收集的各项信息传送给控制总台。总台微控制器主要控制射频收发总台收集各分点的具体数据;出现危机情况时启动报警系统;通过键盘接收人为信息调整系统控制数据;将总台的运转信息如实的显示在显示器上。在各个模块中还添加了UPS电源模块,防止出现特殊情况断电使各个模块不能正常工作。 1.1 传感检测电路     温度采集模块采用美国DALLAS公司生产的一线数字温度传感器DS18B20,测温范围是-55~125℃,与单片机交换信息仅需要一根I/O线,其读/写及温度转换的功率也可来源于数据总线,而无需额外电源,节省I/O口且成本不高。     线性电压式集成湿度传感器HM1500LF湿度测量范围为5%~99%RH,HM1500采用恒压供电,内置放大电路,能输出与相对湿度呈线性关系的电压值。通过A/D转换后可得到非常精确的湿度值。     瓦斯浓度传感器KGS-20是以二氧化锡为基本敏感材料,专门用于可燃气浓度检测的一种半导体型气体传感器。有极高灵敏度和极快的响应速度且功耗低。用于对瓦斯等可燃气浓度的检测。工作温度为-22~50℃;工作湿度范围为0%~95%RH;采用直流电源供电,电压范围为3~5 V,非常适用于对瓦斯等可燃气浓度的检测。负载电阻RL上的电压变化可以反映出传感器敏感组件的电阻RS的变化。传感器内部电路如图2所示。KGS-20输出的模拟信号经A/D转换后可得到非常精确的浓度值。 1.2 键盘和显示电路     为操作方便需要较多的控制按钮,而总台微控制器STC89C52RC有多余的I/O口,这里采用4x4的矩阵键盘接总台微控制器P1口;设0~9十个数字键和6个功能键(开机、关机、选频、调节、显示、复位)。这样操作起来简单又直观。     中文字库的128x64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为128×64,内置8 192个16×16点汉字,128个16×8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8x4行,16×16点阵的汉字,也可完成图形显示。这样就可以直观的一次性显示一个分点的所有信息。     如图3所示的显示电路,可以根据当时天气或用户的习惯调节液晶显示器的亮度。 1.3 读写和控制模块     系统的关键部件是读写器,它由微处理器、外围扩展器件、读写芯片、射频天线、串行通信接口等几部分组成。接上串行口和+5 V电源之后不仅可以读卡而且可以与计算机进行通信。读写器是由STM32F103RBT6型ARM控制专用读写芯片(MF RC500)组成,其系统原理图如图4所示。 1.4 数据收发控制     无线射频模块收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种,nRF24L01收发模式由器件配置字决定,具体配置将在器件配置部分详细介绍。在Shock-BurstTM收发模式下,nRF24L01自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时,自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时,自动加上字头和CRC校验码,这样数据就非常的准确。本系统采用ShockBurstTM收发模式。 2 程序设计     系统采用C语言编程,在编写程序时采用模块化编程方法,将程序分为主程序、通信、键盘中断、模/数转换、温度数字信号的采集和转换、键盘5个模块。这样增加了程序的可读性、可移植性,使软件的功能扩展更灵活。程序设计流程图如图5所示。 3 结语     本系统可以根据实际的环境手动设置各项检测数据的上下限报警值。射频技术具有很强的抗干扰能力,在各种恶劣的环境下可进行无线监控。一旦出现危机情况可在第一时间发出警报,人员抢救过程中可清楚的知道每位矿工的具体位置。在这套设备的监控下将减少更多不必的损失,给更多的矿山工作人员带来更大的安全指数。

    时间:2013-04-24 关键词: RFID 嵌入式 系统设计 安全监控

  • 基于SoPC的汽车安全监控系统设计

    引 言 基于SoPC的汽车安全监控系统采用Altera公司最新的SoPC(可编程片上系统)解决方案——Nios处理器软核为核心,配合GPS和GSM系统,对汽车的停放和运行状态进行监控。系统监测、记录和储存汽车在行驶过程中的各种数据,一旦出现安全问题,立即采用GSM无线通信方式通知相关人员和单位,并随时发送通过GPS获得的汽车位置等数据,为问题的解决提供及时、准确和可靠的信息,必要时通过GSM对汽车进行远程控制。 基于SoPC的汽车安全监控系统可广泛应用于汽车的防盗、日常维护和交通事故的处理,为车辆故障提供有效的测试手段。 1 系统硬件组成 设计采用Altera公司的SoPC开发工具。系统的开发包括硬件和软件两大部分。使用SoPC Builder生成Nios嵌入式处理器,Nios嵌入式处理器开发工具允许用户配置一个或多个Nios CPU,从标准库中添加外围设备,综合处理自定义系统,与Quartus II设计软件一起编译系统。软件开发的步骤是:利用SoPC Builder生成的软件文件,用文本编辑器编写汇编语言或C/C++源程序,用GNUPro软件开发 工具进行程序设计、连编和调试。GNUPro将源程序连编(包括汇编/编译和连接)成可执行程序,通过下载电缆对可执行程序进行调试和运行。Quartus II设计软件提供全面有效的设计环境,将设计、综合、布局和验证以及第三方EDA工具接口集成在一个无缝的环境中。利用集成在Quartus II 3.0中的SoPCbuilder可以创建自己的Nios CPU系统。Nios是Altera公司开发的16/32位嵌入式处理器软核。* 校科研基金项目“基于SOPC的汽车安全监控系统”资助。 Altera公司推出了新一代多种系列FPGA,本设计选用低成本的Cyclone系列器件EP1C12,其具有12 060个逻辑单元,52个M4K RAM块,239 616个RAM位和2个锁相环,最大用户I/O引脚249。 系统硬件组成框图由Nios系统和外部设备两部分组成,如图1所示。 Nios系统包括CPU(Nios)、存储器(memory)、定时器(timer)、总线和并/串行接口(key_pio、led_pio、lcd_pio、ccs_pio、uart_0和uart_1)等,并/串行接口分别实现与键盘、LED和LCD显示器、汽车中控系统以及GPS和GSM系统等外部设备的连接。Nios系统设计和设计结果分别如图2和图3所示。 Nios系统同键盘、LED和LCD显示器、汽车中控系统以及GPS系统等外部设备的连接比较简单,GSM系统的连接较为复杂,如图4所示。 整个系统的工作过程是:来自汽车中控系统和GPS系统的信息可以显示在LED和LCD显示器上,也可以通过GSM系统进行无线发送。用户可以通过键盘对系统进行控制,也可以通过GSM系统对汽车中控系统进行远程无线控制。 2 系统软件组成 系统软件主要由主程序、GPS管理子程序和GSM管理子程序等部分组成。 主程序完成系统的初始化,以及键盘、LED、LCD显示器和汽车中控系统的操作管理等。 GPS管理子程序主要负责从GPS系统接收时间和位置信息。 请求GPS系统返回ASCII时间位置信息的二进制命令为: @@EqmC 其中,m为0时,输出一次响应信息(查询),m为1~255时,每1~255 s输出一次响应信息(连续); C为校验和(Eqm按字节“异或”); 为回车(十六进制0d); 为换行(十六进制0a); 命令长度为8字节。 命令的响应信息为: @@Eq,mm,dd,yy,hh,mm,ss,dd,mm.mmmm,n,ddd,mm.mmmm,w, shhhhh.h,sss.s,hhh.h,m,t,dd.d,nn,rrrr,aa,CCC 日期:mm是月(01~12),dd是日(01~31),yy是年(99~19)。 世界时间(UTC):hh是时(00~23),mm是分(00~59),ss是秒(00~59)。 纬度:dd是度(00~90),mm.mmmm是分(00~59.9999),n是方向(N是北,S是南)。 经度:ddd是度(000~180),mm.mmmm是分(00~59.9999),w是方向(W是西,E是东)。 信息长度是96字节。 对应的管理子程序为: int eq[8]={'@','@','E','q',1,'C',0x0d,0x0a}; . void gps_txd(int data[], int n) { volatile int m,sum=0; for(m=0;m while(~na_uart_0->np_uartstatus & 0x40); //等待发送准备好 if(m!=n-3) { sum^=data[m];//计算校验和 na_uart_0->np_uarttxdata=data[m];//发送数据 }else na_uart_0->np_uarttxdata=sum; //发送校验和 } } int gps,gps_buf[46];//定义全局变量 void gps_rxd(int context) {//接收中断服务程序 gps_buf[gps]=na_uart_0->np_uartrxdata; //接收数据 if(gps_buf[gps++]=='q') gps="0"; //数据定位 if(gps>46) gps="46";//忽略无用数据 } GSM管理 子程序主要负责GSM系统的数据收发管理。 GSM系统的数据收发以短信形式进行,选择短信格式的AT命令为AT+CMGF,收发短信的AT命令分别为AT+CMGR和AT+CMGS,对应的管理子程序为: cmgf[20]={'A','T','+','C','M','G','F','=','1',0x0d};//短信格式void gsm_txd(int data[], int n) { volatile int m; for(m=0;m while(~na_uart_1->np_uartstatus & 0x40); //等待发送准备好na_uart_1->np_uarttxdata=data[m]; //发送数据 } } int gsm="2",gsm_buf[18]={'A','T'}; void gsm_rxd(int context) { //接收中断服务程序 gsm_buf[gsm]=na_uart_1->np_uartrxdata; //接收数据 if(gsm_buf[gsm]=='T') gsm="1"; //数据定位 if(++gsm==18) gsm="2"; } 3 设计调试方法和设计结果 在Quartus II中使用SignalTapII嵌入式逻辑分析仪可以实时观测系统中节点的信号数据。被观察的信号可以多进制数值显示也可以用波形显示,但它需要占用芯片更多的资源,因此在对某个模块的测试结束后,可以在设置中把SignalTapII嵌入式逻辑分析仪取消,并重新编译生成以减少LE资源占用量。 实际试用结果表明:基于SoPC的汽车安全监控系统运行正常,定位准确,数据传输可靠,操作管理方便。如果再配备上GIS(地理信息系统),整个系统将如虎添翼。

    时间:2012-07-25 关键词: 汽车 系统设计 sopc 安全监控

  • 风力发电站周界与设备安全监控解决方案

    风力发电站(WindPower)一般简称风电站,属绿色能源。通过传动轴方式,将耸立于山坡或海边的高空扇叶转动的动能传送至发电机使发电机转动产生电能,再使用升压变压器将电压升高传送到较远处的变电站,再由变电站进行降压送到各用户的方式称为风力发电。 有哪些安全顾虑? 风力发电站通常设置在迎风面的海岸、近岸的浅海区域、内陆无人地带迎风面的平地或丘陵地带上,都是属于人烟稀少环境恶劣的区域,容易因为人迹罕见而轻忽本身的安全警戒与维护,安防解决方案的设计上须考虑以下方面: 1、设备监控与周界的入侵防范; 2、雷击和鸟类干扰; 3、塔柱离岸建置的遥控与电力传输安全; 4、海上船只撞击; 5、风力来源及风向的不稳定及风力有间歇性的问题无法及时调整风机方向使发电更有效率。 这些问题里面最重要的是整个风力机塔站的设备运作及周界安全这二部分。 设备监控解决方案 风力发电站设备部分非常复杂,风机依照结构及运转技术可以有很多种类型。依风机旋转轴的方向可分:与地面平行的水平轴式风机,这是常见的大型的风机,叶轮需随风向变化而调整位置;叶片与地面垂直轴方式风机,设计较简单,叶轮不必随风向改变而调整方向。 此外还有依桨叶受力分成升力或阻力型风机;依叶片数量分为单叶片、双叶片、三叶片或多叶片型。这些由成本、噪音、美学及发电效率、环境、空气动力及设计的复杂因素来决定,因此在总体设备运作上的监控也就有很多的项目,这些监控项目结果及参数都必须通过传输系统送到电力站监控室或发电厂的监控室以作为运作监控使用。 所有风力发电设备都必须要有远程数据收集器:包含风力计、风向计、温湿度计、电压电流计表及油压液位传感器及马达转速计等传感器,以及收集端RTU设备来对现场风机及发电机设备运行情况做准确监控,收集目前运作数据及设备控制状态,再将控制信号及信息通过网络传送到服务器,再服务器产生报表及状态栏以做为操作人员直观的监控参考。 风力发电在主系统通过网络及探测器进行电网参数检测、目前风力及风向状况、现场设备工作温度数据及目前工作电压及电流的稳定情况,并对风力发电机组自动进行连、脱机控制,并监控齿轮箱、发电机的运转温度是否过高,油压液压系统的压力与液位是否正常,同时依照风力风向状况进行转向偏向及桨叶偏向俯仰角度等调整动作,获取最佳风力转动力源,进而提高风力发电机的发电效率与质量。 对于收集所得数据,如出现任何异常,设备监控系统会自动进行告警警报功能,如遇紧急状况系统必须有自动停机的远程控制能力。确保风力发电机组可以完全安全可靠的运行。这些都是通过安装于风力发电机组塔柱底部空间的机柜监控设备来完成这些系统运行状态控制与显示,还有历史数据查询、故障查询等功能。 风力发电设备监控系统解决方案主要组成:网络服务器采用分布式架构数据伺服,在设备监控主服务器上作为发电机组设备监测系统;采用JAVA语言及SQL数据库存储各类数据,集成远程控制、综合数据查询、风机故障分析等功能,支持多种类型通讯规则,并具有可扩展性和跨平台型功能,设备监控系统能支持多种通讯协议,支持通讯协议扩展;采分布式主从结构,支持双Master或Master-slave方案,支持冷备份和热备份,可灵活可靠的用户权限配置,支持本地监控和远程监控。 现场设备监测项目包括风向、风速、温度等风力气候监测,及发电机电压、电流、功率调节机组等监测;风力发电机监测主要包括风力机电力调节机组监测与风场气候环境监测。 风力发电调节机组监测主要是为了确保运转机组在设定的参数范围内进行运转,并维持发电效率;而风力场气候监测则用以监测外在环境气候影响因素,以保全风力发电机运转无外力干扰,确保风力发电机组安全使用。 监控系统要求外形简洁容易操作,具备有IP67及NEMA5以上防水耐腐蚀及抗震性,能应付恶劣环境使用,并且系统稳定低故障率。同时为迎合各种数据的不同探测收集器,RTU的接口必须丰富多元才能完整收集所有类型的数据,这样才能顺利的传输到后端监控盘上,最后要能实现远程管理和控制,如此才是风力发电站完整的设备监控解决方案。监控系统架构图如图所示。     风力发电站周界与设备安全监控解决方案 避雷击解决方案 由于风力发电机组都耸立在广阔地带,且其独特的超高结构、外形、室外环境条件,使得风力发电站经常受到雷击威胁。雷击不但会使扇叶及轮机外毂外壳击穿、表面损坏,还会导致电器设备烧毁。除了部分安装避雷针设备外,目前的解决方案是安装放电的防雷系统在轮毂和塔筒上的环形电极上,让风机的轮毂的电极与扇叶的导雷电缆连接,也让塔筒上的电极与导雷电缆做好连接,并安装在轮毂的底部,环形电极保持一定的间隔距离,这样可避免雷击中轮毂时,对塔筒的电极造成撞击而使转动机组偏转,同时若雷电直接击中扇叶时,雷击电流也会沿扇边缘到叶尖,通过导雷电缆将大电流送到轮毂上的电极,因两个电极间会存在电位差,通过二个电极形成电流通道,将电流通过电极释放到大地,这是目前普遍采用的风力发电站避雷解决方案。 周界与影像监控的布建 不管哪种环境下的风力发电站,所采用的摄像机必须采用具有PTZ功能且必须是防腐蚀抗盐分的SS316不锈钢材质,同时还有红外线夜视照明及远距离监控能力,以防止有人入侵风电站周界范围或塔筒底部机防的入口处;为完整管制整个风力发电站区域四周的周界状况,必须采用抗腐蚀抗盐分的不锈钢围篱加上光纤振动或多光束长距离AIR主动式红外线探测系统,或以影像摄像机加上前端区域动态VCA智能侦测入侵周界行为;利用VCA智慧侦测,可以做到早期预警,事件处理,采证,利用前端摄像机去进行事件侦测,如塔筒机房火警检测、周界入侵检测、徘徊滞留等远程监视监控。 风力发电站通常分为很多区块,因此采用红外线多光束周界侦测会比光纤传输方式经济,也是最适合的方式。在周界部分的保护也可以采用不锈钢拉力式周界阻绝设施,配合保安PTZ摄像机监视系统做默认门位或栅栏开关侦测驱动摄像机画面锁定及连动警报画面锁定,也可以采用巡程(Pattern)监视。塔统底部机房大门区配置门禁系统和监视系统,记录进出机房的每一个脸部录像及作业内容,此外针对进出周界区之人员、车辆执行CCTV跟随画面追踪锁定,确保非授权者进入区域内造成破坏,以达双重安全管制保障。 升压变压器及电力开关厂部分:变压器区及一次电力传输的开关厂,通在会在风力机的塔筒底部机房及塔筒边的区域,与其它类型发电厂同样具有相同的感电、电弧放电及绝缘碍子和变压器高温爆炸等这些安全上的危险,因此变压器的工作温度还有散热风扇运作、升压电压、电流量变化都要纳入风力发电的影像监控范围内;开关厂部分,也属于高压电力危险区域,在此区域架设的PTZ高清监视摄像机须考虑维修时过度接近电力设备时的电磁干扰问题,必须用严格的HD高清影像来管制门禁,以确实掌握进出人员身份。 未来安全监控发展 由于大部分风电站都位处偏僻区域,监控必须符合无人化、远程化、高清化及网络化的要求,但由于部分风电站处于海岸休憩区,风力发电站的安全保密及传输线路安全都变得非常重要,因此3G架构传输也变成是风力发电站在监控及影像和数据实时传输的发展需求之一。 在整体解决方案上,目前以模拟为主加部分数字的混编架构方式为主。对于风力发电站的整体要求来说,远距、实时是风力发电站运作首要条件。解决方案内容跟其他能源发电厂一样必须做到将远程的图像监视、环境监控、防盗、消防和报警联网系统的统合并结合复杂的设备安全监控系统,才能有效的预防事故发生、确保风力发电站运行安全。 随着电力能源不足及风力发电站不断发展,风力发电站安全监控应用项目及解决方案也会不断改良,朝风力发电站的安全监视监控整体化的集成系统发展,包含环境及设备监控系统、防盗系统、消防系统、报警系统的高智能化、自动化、一体化。

    时间:2012-07-09 关键词: 方案 风力 智慧工业 发电站 安全监控

  • 基于图像处理技术的铁路站台非安全区安全监控系统的设计与实现

    目前,我国高铁建设如火如荼。采用高速摄像机采集图像并通过无线数据传输技术和图像处理技术实现对高铁站台非安全区的安全监控,将对列车的正点运行和保障站台人身安全具有非常重要的意义。 概述 铁路站台非安全区域的安全监控是保障列车进出站时乘客安全以及列车正点运行的有效辅助手段,传统的激光扫描方式监控,激光束之间存在盲区,导致误报率高。针对激光监控存在的问题以及数字视频技术的发展,研发基于高级视像监控技术、视像移动侦测技术、图像处理技术、无线传输技术的全数字视频监控模式的站台非安全区实时监控系统非常必要,该系统采用高速数字摄像机,全面覆盖火车站台非安全区,对在列车进出站时非安全区内的障碍物进行视频成像,通过对图像的对比处理计算,分析出站台非安全区是否有障碍物的存在,是否影响列车进出站,并将分析结果实时发送至列车司机、站台值班员以及站台值班室值班员,为列车进出站时判断站台安全状态提供有效的辅助依据,是降低安全事故的发生,保障列车进出站安全以及站台工作人员和乘客安全的最有效的监控手段。(见图1) 系统构成 站台非安全区安全监控系统主要由无线数据传输、站台视频图像采集处理、站台值班室监控系统、站台值班员手持机以及列车司机室报警装置五部分组成。 无线数据传输 数据传输方面,我们通过建立无线局域网络,对所有站台进行无线全覆盖,监控摄像机采集的视频图像、图像数据处理的结果、非安全区有障碍物的报警信号、站台值班室与站台值班员的信息交互以及站台值班室、站台值班员与列车司机室的信息交互等都可以通过无线方式进行数据传输。 站台视频图像采集处理 大多列车站台基本上是非封闭环境,考虑到阳光直射以及其他外界因素(灯光、飞虫、灰尘等)的影响,我们在每个站台设置四个高清摄像机,分别放置在站台两端,每端两台摄像机,以不同角度放置,以避免阳光直射,同时,四个相机可完全交叉监控站台非安全区域,使的监控系统在同一时间可获得四幅静态图像,综合对比分析四幅不同角度的图像,从而准确得出站台非安全区域的实时状态,避免因单台摄像机故障、单幅图像角度以及其他外界因素(飞虫、镜头粘有异物等)问题而产生误判断、误报警。 根据处理终端部署位置的不同,分为前端处理模式和后端处理模式。 前端处理模式 所有摄像机均采用有线网络可编程摄像机,首先将单台采集的视频图像通过相机处理程序进行初步处理分析,然后采用有线方式传至本站台图像数据处理设备,由本站台图像数据处理设备完成四路视频图像的对比处理分析,得出分析处理结果,并将有障碍物情况下的分析处理结果以无线方式发送至站台值班室监控系统、站台值班员手持机和列车司机室报警装置。前端处理无线数据传输示意图 (见图2) 优点: 视频图像采集摄像机与图像处理设备之前通过有线方式连接,可靠性、稳定性高。 每个站台的图像数据处理部分相互独立,自成系统,数据处理设备发生故障或处理程序出现BUG时,仅影响本站台系统运行,不影响其他站台系统的运行。 缺点:数据处理设备重复,设备利用率低,系统整体性不强。 后端处理模式 所有摄像机均采用无线网络可编程摄像机,首先将单台采集的视频图像通过相机处理程序进行初步处理分析,然后再以无线方式传回站台值班室监控系统,由站台值班室监控系统完成四幅图像的综合对比处理分析,得出分析处理结果,并将有障碍物情况下的分析处理结果由站台值班室监控系统实时以无线方式发送至站台值班员手持机和列车司机室报警装置。 优点:系统整体性好,结构简单,集中分析,集中管理,设备利用率高。 缺点:图像数据处理在站台值班室处理终端完成,所有数据传输依赖无线网络,稳定性、可靠性相对较低。 所有站台的图像数据处理均由站台值班室图像数据处理程序完成,数据处理设备发生故障或处理程序出现BUG时,所有站台系统均不能正常运行。 站台值班室监控系统 前端处理模式下实现前端分析处理结果的显示、存储与报警。后端处理模式下实现对每个站台传输回的视频图像的处理分析,并在有障碍物状态下实时发送报警信号至列车司机室报警装置及站台值班员手持机。 站台值班员手持机 供站台值班员接收非安全区有障碍物状态下的分析处理结果和报警提示。 列车司机室报警装置 供列车司机室接收非安全区有障碍物状态下的报警信号和报警提示。 系统原理 列车进站时的监控 手动启动监控系统 列车进站时由站台值班室值班员通过站台值班监控系统或站台值班员通过手持机,根据过站列车信息,确定进站列车进入的站台,并启动相应站台的监控系统。同时,站台监控系统分析进入无线网络的列车监控装置,确定进站的列车,通过进站列车TAX箱数据获取列车信息,分析判断后建立站台与列车的通信。 自动启动监控系统 在车站外道岔口处设监测装置,当有列车进入相应股道时,由监测装置发送启动信号启动相应站台监控系统。同时,站台监控系统分析进入无线网络的列车监控装置,确定进站的列车,通过进站列车TAX箱数据获取列车信息,分析判断后建立站台与列车的通信。 列车出站时的监控 列车出站时,由站台值班室值班人员在给发车命令的同时,启动相应站台的监控系统,或者对站台值班员在接到发车命令的同时通过手持机启动监控系统。待列车出站后由站台值班室值班员或站台值班员关闭监控系统。 系统功能 站台值班室监控系统 各个站台的实时监控图像显示功能; 各个站台监控图像的硬盘存储、回放功能; 各个站台监控设备的启动和暂停控制功能; 实现各个站台监控图像的对比处理分析;判断出非安全区是否存在障碍物;并发送分析处理结果和报警信号至站台值班员手持机和列车司机室监控装置;(后端处理模式下); 各个站台非安全区有障碍物状态下的语音报警功能; 过站列车信息数据库维护功能。 站台值班员手持机 本站台列车进出站过程中非安全区有障碍物的报警信号并语音提示功能; 本站台监控图像分析处理结果信息显示,及时掌握非安全区障碍物信息; 本站台监控设备的启动和暂停控制功能; 过站列车信息数据库查询功能。 列车司机室报警装置 接收本站台列车进出站过程中非安全区有障碍物的报警信号并语音提示。 结束语 在目前大力发展高速铁路的时期,客运专线、动车组列车等对列车运行时间和安全的要求都非常的高,保障站台非安全区的安全就显得尤为重要。采用高速摄像机采集图像并通过无线数据传输技术和图像处理技术实现对站台非安全区的安全监控在技术和功能实现上是完全可行的,如将其应用于高速铁路各大中小站台,将对列车的正点运行和保障站台人身安全具有非常重要的意义。

    时间:2012-06-21 关键词: 系统 图像处理技术 安全监控

  • 食品安全监控:物联网可追溯“地沟油”

    最近一项民意调查显示,广东近八成市民买食品时担心出现卫生安全问题;对目前广东食品卫生安全状况,市民满意度仅为25%。 “食品安全问题要由乱到治,最责无旁贷的力量来自于政府监管,应从制度、组织、标准、监测、追溯系统等方面建立食品安全保障体系,实行从农场到工厂的‘一条龙’管理模式,即‘农场监管+工厂监管+产品检测+第三方监督”的食品安全管理模式。’” 广东省政协委员、深圳市副市长吴以环近日在两会上建议。 问题存在了,如何解决呢?吴以环认为: 首先,要建立有效的食品安全监控网络及信息系统。在食品安全检测设备上,政府要继续加大投入。在食品安全检测人员方面,要建立一支稳定的、数量充足的专业人员队伍,不断提供培训和进修机会,提高队伍的整体业务水平;要定期向社会发布食品安全预警或消费提示,引导居民在食品安全水平较高的门店消费,以信誉体系促进行业自律,彻底改变目前“监管总在问题后、发布总在媒体后”的现状。 其次,要建立食品流通过程监控体系。应把新兴的物联网技术应用于食品安全监督管理体系,对销售、生产、消耗的食品建立物联网系统,将以往“重结果、轻过程”的监管拓展到生产、运输、批发、零售各个环节,特别是重视食品安全的“源头”保障,如地沟油的处理。 最后,她建议在食品加工和流通环节推行二维条码标签管理办法、录入相应信息,并可在终端进行查询,使得不能对加工、流通环节进行追踪的食品逐步退出市场。  

    时间:2012-02-13 关键词: 物联网 安全监控

  • 基于ZigBee的智能家居安全监控系统研究

    中心议题: 基于ZigBee的智能家居安全监控系统设计 解决方案: 智能家居安全监控系统的硬件设计 只能家居安全监控系统的软件设计 为实现对家庭安全的实时监控,提出了智能家居远程安全监控系统设计方案。系统基于ZigBee技术和GSM /GPRS网络进行设计,能够通过彩信和短信发出监控图像和报警信息,接收远程指令;同时引入了多种传感器,实现了对家用电器的远程控制,实现了智能家居远程监控。重点阐述了系统的硬件、软件设计以及系统的性能测试,实现了多个监控装置的无线联网。实验结果表明,所设计的系统能够实现安全、便捷的智能家居远程监控,并具有较高的可用性和可靠性。 0 前 言 智能家居又称智能住宅,正朝着具备无线远程控制、多媒体控制、高速数据传输等功能的方向发展,其关键技术为兼容性强的家庭控制器和满足信息传输需要的家庭网络。目前,传输网络多采用综合布线技术,限制了系统的应用场所,而且费用较高。采用无线方式构建灵活便捷的智能家居安全监控系统,成为当前的研究热点。 目前,应用于智能家居的无线通信技术主要包括: Ir2DA红外线技术、蓝牙技术和ZigBee技术等。IrDA属于短距离、点对点的半双工通信方式,使用不便且失误率高,不适用于家庭的组网方式;蓝牙技术则因为网络容量有限,成本较高,不适于节点较多的家居网络应用。 本研究通过采用传输范围适中、安全可靠、网络容量较大的ZigBee技术,设计智能家居远程安全监控系统。 1 系统架构 1. 1 ZigBee网络拓扑选型 ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信技术,主要适用于自动控制和远程控制领域。IEEE802. 15. 4 是ZigBee技术的基础,与高速率个人区域网、蓝牙或802. 11x无线局域网相比,ZigBee协议更为简单实用。 ZigBee网络的拓扑结构主要有3种:星型、树状和网状网络。网状网络容错能力高、自适应力好、传输距离长,但其复杂度也最高;星型网络具有简洁和低功耗等特点,使用简单,适用于家庭的小规模、低复杂度的应用;树状网络则介于两者之间。在智能家居中应用星型网络,可获得较高的性价比。 1. 2 系统构成 本系统采用模块化设计方案。以嵌入式系统主板为核心,通过CMOS摄像头对关键部位进行安全监测,通过手机传递安全信息和图像彩信,并对家用电器进行远程控制,利用ZigBee模块实现家用电器、系统主板和烟雾、温度、煤气等传感器的无线联网。 系统主板的核心控制器为S3C44B0X型32位微控制器,对数据进行处理和判别,并通过彩信模块和Zig2Bee模块发出信息和指令;扩展板用以接入烟雾、红外、煤气等家庭安防状态传感器;彩信模块将系统控制器所发出的家庭安防状态信息发送至用户手机,并接收用户发送的短信指令; ZigBee模块负责系统主板、扩展板和家用电器之间的数据交联。系统结构如图1所示。 图1 基于ZigBee的智能家居安全监控系统 2 系统硬件设计 2. 1 串口摄像机 串口摄像机采用了优化的串行通讯协议,支持分包传输,使主机可以配置更小的缓存,同时提供了TTL电平和RS232 电平两种输出。通过串行通信实现与主机之间的指令和数据的传输,主机可对其进行波特率、图像分辨率、发送方式等状态参数的设定。 2. 2 彩信模块设计 彩信模块内置彩信协议,是集SMS、MMS于一体的GSM /GPRS模块。它采用AT指令进行模块控制,通过RS232接口进行控制命令和数据的传输。其内部集成600 KB 的Flash存储空间,可供发送MMS信息时实现图片的多张上传。 2. 3 系统控制器 本系统采用32位R ISC处理器S3C44B0X,具有丰富的功能和外设,包括: 8 KB Cache、内部SRAM、LCD控制器、2通道UART、4通道DMA、带有PWM功能的5通道定时器等。该处理器在各方面的性能均能满足系统的需要,并且在同类产品中的性价比也是较高的。 2. 4 ZigBee收发器件 本系统采用CC2430芯片作为ZigBee无线通信模块。CC2430整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。 CC2430集成了符合IEEE802. 15. 4 标准的2. 4GHz的RF无线电收发机,支持数字化的RSSI/LQ I,具有CSMA /CA功能和强大的DMA功能、电池监测和温度感测功能,同时具有强大和灵活的开发工具。 2. 5 系统硬件接口设计 ZigBee模块通过RS232 接口与系统主板通过串口进行通信; ZigBee模块之间以无线网络的形式进行数据传输,其中与传感器相连的ZigBee模块利用其普通I/O端口作为传感器信号的接收端口;与家用电器相联的ZigBee模块通过继电器控制家用电器的开关运行。系统硬件的接口设计与连接如图2所示。   图2 系统硬件接口设计 串口摄像机和彩信模块使用RS232 接口与S3C44B0X处理器进行数据和指令的传输。 3 系统软件设计 整个系统软件开发采用模块化设计方案,具体可分为3个部分: ZigBee无线收发、彩信及短信收发和图像采集处理。 3. 1 ZigBee无线网络的应用 无线通信的软件设计主要包括:系统异常报警信号的传输和接收、ARM处理器和ZigBee模块之间以及各ZigBee模块之间的数据传输控制等, ZigBee无线通信模块软件流程图如图3所示。其中,根据在网络中所处的层次,将ZigBee模块设定为3个运行模式: 模式1.与系统主板相连。用来接收其他ZigBee模块发送的报警信息和将主板给出的控制信息发送给其他ZigBee模块,是主板与外部设备进行无线通信的核心枢纽。 模式2.通过继电器与家用电器相连,置于接收状态。当接收到其他ZigBee模块发送过来的控制指令时,控制家电执行相应的开关动作。 模式3.通过继电器与传感器相连,置于发送状态。当ZigBee模块接收到传感器的报警信号时,将报警信号发送给其他ZigBee模块。 模块的模式可通过拨码开关进行设定。不同模式的模块负责各层间数据和指令的传输,构成了家庭安防局域网。 图3 无线通信模块的软件流程 3. 2 彩信及短信的收发实现 彩信模块可实现SMS和MMS的收发功能,通过AT指令进行控制。首先要进行模块初始化配置,如设置接入点、IP设定、设置MMS通信模式、设置服务器网址等。 Xmodem协议的开始标志是文件接收方发出"NAK"字节,文件发送方在收到该信号后发送数据帧,双方开始正常通信过程。基于Xmodem协议上传图片的流程如图4所示。 图4 发送文件流程 3. 3 异常状态检测 本系统能够通过图像方式,对外人入侵、火灾等室内异常情况进行自动判别。其智能性主要体现在:系统软件能够对环境状态进行自学,从而能适应背景环境的变化;对于临界状态,能够自动启动状态跟踪监控,通过多幅图片获得准确的判断结果。以背景差分法和帧间差分法为基础,采用了动静阈值结合法。整个目标的检测过程主要包括:图像预处理;量化函数运动检测(或小目标运动跟踪检测) ; 异常情况判别及处理。 当系统接收到摄像机传送的新图像后,首先进行预处理和去噪,以得到可以量化物体运动或异常区域的二值图像;然后进行异常状态分析与判断。系统采用两种异常量化函数:基于全局的位图处理和抽查检测处理。然后,根据异常量化函数指标进行特定的后续操作。若需进入异常报警处理程序,则传送报警信号,发送MMS信息,并存储当前视频等;若需进入临界异常跟踪,则启动临界异常跟踪程序;否则进行背景更换判定并等待获取下一幅监控图像。 4 系统测试及实验数据分析 本系统采用运动目标检测算法,实现对监视对象的图像处理与异常判断,占背景面积8‰的小目标都能被系统识别。系统有效消除了因环境光线变化、背景微变、小目标渐进运动等因素引起的系统误判。采用本系统软、硬件进行入侵事件检测,其实验图片及检测效果如图5所示。 图5 入侵事件跟踪检测效果 为验证ZigBee通信在智能家居安全监控系统中的性能,测试了两组性能指标: ①无障碍状态下,随着距离的增加,数据丢包率、接收功率和自由空间衰减的变化情况; ②数据传输距离为30 m时,随着障碍物增加而产生的丢包率;实验数据分别如表1、表2所示。 接收功率根据CC2430芯片内建的RSSI (接收信号强度指示) 测得, RSSI的值存放在寄存器RSSIL. RSSI_VAL中,其与接收功率的对应关系如下: P =RSSI_VAL +RSSI_OFFSET[ dBm ]. 其中, RSSI_OFFSET是经验取值,约为- 45 dB. 表1 无障碍物时的测试数据 表2 存在障碍时的30 m距离测试数据 实验结果表明,在无障碍物传输距离为80 m以内时,传输数据的丢包率低于1%,能够充分满足正常家居环境的通信需要,而且接收功率很低,非常适合家庭的使用; ZigBee模块之间通信传输距离为30 m时,穿过2堵水泥墙的丢包率仅为1%,穿过1堵水泥墙时丢包率为0% ,完全能够满足系统设计的要求。 5 结束语 本研究提出并设计完成一种基于ZigBee的智能家居安全监控系统,分别从系统功能介绍、硬件设计、软件设计、实验数据分析等方面分析了ZigBee技术在该系统中的应用。将ZigBee技术应用于智能家居中,实现了快速率、低成本、低功耗的无线网络通信。通过将传统传感器报警系统和图像监控系统相结合,形成了新型的智能安防系统。用户可以通过手机或PC机接收MMS信息,根据需要进行远程手机设定,从而实现灵活、便捷的家庭安全监控。

    时间:2011-12-28 关键词: Zigbee 智能家居 系统研究 安全监控

  • 基于LED技术的煤矿照明与安全监控系统设计方案

    近年来,煤矿生产安全事故频繁发生,造成“大事故常犯,小事故不断”的严重现象,不仅严重威胁矿工的生命安全,也严重制约着经济的发展。煤矿井下作业因为远离地面,地形复杂,环境恶劣,导致事故频发。同时,国家对煤矿安全生产的管理力度在不断加强,各单位都在进行数字化矿井的建设和改造,并取得了一定的经济和社会效益。近年来,包括远程视频监控、远程矿井信息采集以及基于RF ID技术的身份识别等新技术正被迅速地应用到煤矿安全生产领域,对改善煤矿安全环境和建立实时监督管理有着重要的作用。为了从根本上解决煤矿安全问题,需要依靠科技手段提高煤矿整体安全技术装备与管理水平,建立一整套安全、实时、经济、可靠、完善的安全监控平台和安全管理体系是防止煤矿安全事故,保障长治久安的有效措施。   1 LED技术及在矿井应用中的优势   LED (Light Emitting Diode)是一种将电能转化为可见光的半导体元件,它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色发光的原理,采用电场发光,是一种冷光源,无频闪且色温接近日光,能有效保护井下作业人员的视力;可以完全避免因普通照明灯引发的瓦斯爆炸事故。LED采用低压直流电源供电,工作电压在6~24 V之间,比使用高压电源更为安全、经济,其功耗仅为传统白炽灯的30% ,能有效地节约能源。此外,还具有响应时间快、稳定性好,工作寿命长( > 10万h) 、免维护的特点。在矿井中,可以安装超高亮白光LED灯带提供坑道照明;还可以间插安装红、绿、黄、橙色LED用于标志间隔距离、监测点、岔道、安全撤离路线、预警、报警等信息;可以在坑道内间隔适当距离配置蓄电池后备电源,即便出现塌方事故轧断照明通信线路,也可以确保局部照明与LED指示信息,帮助井下人员逃生。   LED供电能够采用24 V的低压线路,这也为实现矿井安全监测设备(模块级)供电及数据通信提供了一个安全、稳定的供电环境。完全可以建立一个基于单片机模块的小型通信网络,对煤矿安全生产环节中的瓦斯、一氧化碳、风量、温度以及视频信息等监测模块提供可靠的信息采集、传输通道;还可采用LED技术中的红外编码身份识别技术,将红外采集探头以适当间隔距离安装在LED照明灯带中,对矿井内的人员进行身份信息的采集与传输,及时将相关数据发送给矿井地面上的上位机,并通过通信网络汇总到生产调度、安全监控服务器,与管理信息数据库、矿井坑道地图等构成一个立体的、实时的人员分布地理信息系统,对生产调度、安全监控和救援、疏散等都能提供可靠的保障。   2 系统设计   图1是采用LED技术实现的坑道照明与安全监控系统在井下坑道中的分布示意图。      (1) LED照明灯带及后备供电。图1中,连接所有节点和设备的带状线缆采用市面上广泛销售的“可塑霓虹灯”的封装形式,将白光LED串联、并联等距排列安装,可以解决整个坑道的照明问题。LED取代白炽灯具有功耗小,使用寿命长等明显优势。它是一个点光源,比较容易对光的辐射方向和发光面积进行精确的控制,特别是在一些照明面积要求不大的应用领域(矿井)优势更为明显。采用传统光源照明,往往因为照明面积超出了实际的需求而形成一种能源的浪费,而LED光源,既能满足照明要求,又不至于形成能源浪费。由于采用低压直流供电方案,每隔50 m左右便可配置一套后备蓄电池,既能实现停电或故障时的应急照明,还能在塌方等事故发生造成断电的情况下,提供疏散指示与局部照明。   (2) 路标、疏散路线指示。白光LED照明条件下,运用彩色的LED点光源可以间隔分布于灯带中,用于指示间距、安全通道、岔道、撤离路线等路标标识。比如用红色表示紧急撤离路线,用黄色表示注意路段,用绿色表示20 m、50 m、100 m的间距信息;用组合的符号表示方向、岔道等交通标识等;利用点阵型LED模块还可以进一步提供更为详细的方位等信息。   (3) 身份识别与安全监控模块。LED灯带的低压供电与通信线路为监控系统提供了便利的条件。   选用红外光编码/解码技术,利用安装于矿工LED灯具上的红外编码模块和等间隔LED光带上的光解码接收探头,实现井下人员的身份识别、考勤、跟踪、分布位置等管理功能。线路中还可以任意挂接瓦斯检测模块、火警探测、排风监测、摄像监测等,这些模块都采用最新32位嵌入式微控制器设计,集成RS232和标准CAN接口,借助于工业CAN总线网络,实现现场信息的实时采集并传输到监控中心,购建一套在线监测管理信息系统。   (4) 通信网络。在LED灯带布线系统中可以并行排列抗干扰能力强的工业总线通信网络———CANbus系统, CAN是一种多主方式的串行通信总线,基本设计规范要求有高的位速率,高抗电磁干扰性,而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10 km时, CAN 仍可提供高达50 Kbit/ s的数据传输速率。使用这种工业级的通信方式,可以保证通信数据的可靠性、实时性,又能结合LED供电线路的特点。CAN总线容错性能好,可以大大降低后期的维护、维修和扩充成本,它是坑道通信的最佳形式。CAN总线回到地面则与地面终端连接,而各地面终端与管理中心的网络传输,可借助于ADSL或者光纤等方式实现。   3 安全监控系统的组成与在线管理信息系统   图2是安全监控系统的组成结构。沿着LED灯带挂接在CAN总线上的各种传感器、监视、监测模块在坑道口通过通信集中器连接到地面上的上位机终端,再通过ADSL、DDN专线或者光纤宽带网络连接到监控中心,基于地理位置分布等方面的因素可以采用Internet网络实现数据和信息传输。      系统中,以图形方式实时监测单个煤矿的全部传感器的工作情况以及井下设备的工作状态,在图2上能够看到每个传感器显示的如瓦斯浓度大小和设备的开停状态,通风系统实时风速、风量、风向、变化趋势等信息。瓦斯浓度直接涉及生产的安全性,可通过软件设计提供实时的瓦斯浓度、变化趋势等相关数据的处理和分析功能。系统可据所采集数据自动生成相应专题图并做出超限警报提示。此外,矿井信息与空间位置信息有着密切的关系,因此可以引入能够把空间位置信息与属性数据信息结合在一起的软件平台。采用Map Info等,利用其完善的地图操作功能,定位、地图导航及各种统计分析功能实现了可视化的生产调度、安全调度及安全监控等功能。同时能够对越层越界开采、贯通采空区、贯通含水层这些可能发生重大事故及日常巷道掘进贯通中容易出现的安全隐患都设计了相应的应急预案。配合人员身份识别,可实现井下人员考勤、定位等信息显示。   利用先进的软件研发手段,系统具有煤矿工作站采掘工程图动态编辑、远程数据通信、安全分析预警、网络监督、整改方案制作、网络督办等系列功能,能够任意选择显示目标煤矿和相应煤矿的采掘工程图,能够随意查询游览采掘工程图和其他生产关系图透明叠加进行空间分析;能够直接在图2上测量距离,能够直接在数字采掘工程图越界位置处编制警告督办令,并通过网络及时下发。安全监控功能包括在线检测、瓦斯超限、曲线分析和全局监测、数据查询、历史曲线分析和邮件处理等功能。   4 结束语   基于LED技术的煤矿照明与安全监控系统是运用新型绿色节能的LED产品,构建安全、可靠的煤矿生产照明环境,并充分利用其配电特性搭建的一套集路标指示、报警检测、人员身份识别、人员事故疏散以及矿井地理信息、管理调度等为一体的数字化监控系统。它摒弃传统白炽灯照明技术,在使用安全低压的条件下,具有节能、安全、防爆能力强的显著优势。结合最新嵌入式微控制系统以及抗干扰能力极强的CAN总线数据通信平台,通过Internet或者光纤与监控中心服务器相连,可充分发挥出功耗低、处理能力强、兼容性好、集成度高、模块化、体积小、可靠安全的性能;既是一个井下照明、指示与安全监控系统,又是一个安全作业在线管理信息系统,完全能够为煤矿安全生产提供高效、经济的技术保障。

    时间:2011-11-23 关键词: LED 系统设计 照明 安全监控

  • 基于RFID的地震遗址导览与安全监控系统的设计

    摘要:为了设计实现北川地震遗址导览与安全监控系统,主要基于RFID技术,设计了包括智能化现场导览管理,地震危险区域参观人员的安全监控,以及后台软件平台管理,完成了对遗址区域内人员的全过程动态监管,实现了基于RFID技术的地震遗址参观管理模块的创新。 关键词:RFID技术;PDA;地震遗址管理;现场导览 0 引言     北川废墟作为汶川大地震的产物,告诉了人们过去发生的重大灾难,也警示人们如何在大灾难面前更好地做好自我防护才能有效保护生命。由于地震遗址场所的特殊性,如何更好地实现该区域内参观人员的导览管理、安全监控等,都是该智能化管理系统的重中之重。     鉴于此,本文提出基于RFID(Radio Frequency Identification,无线射频识别)技术实现实时监控参观人员的行迹,并结合PDA移动应用终端,将人员实时监控与精确定位技术相融合,实现基于RFID技术的地震遗址参观管理系统的创新。在RFID技术的应用中,常规的方法都是通过后台应用系统或者直接在终端设备上进行操作,再将终端收集的数据上传并进行处理。但考虑到PC机和笔记本电脑均存在着体积过大,携带、供电不便等诸多问题,而PDA是一种比笔记本电脑要小巧轻便的数据终端,其数据处理、信息管理和电子商务等功能完善。现将RFID和PDA结合应用,不仅保持了PDA的原有功能,而且还具有了对射频卡的读、写能力,可充分利用PDA具有多种高级数据采集功能以及灵活的语音和数据通讯功能,并且与无线局域网实现同步,结合对射频卡的读、写能力,能实时访问数据信息,形成具有高可靠性、低功耗、操作简单、模块化设计的智能掌上数据处理终端设备,同时还能提供丰富的应用软件资源和硬件接口等。基于PDA的RFID人员信息采集装置可大大提高地震遗址参观管理系统的工作效率,为参观人员提供方便高效的导览服务模式,是现代数据采集、电子管理的发展方向,同时在PDA移动终端上亦能方便、快捷地进行二次应用开发。 1 RFID系统工作原理     RFID是通过读写器与安装在物品上的电子标签的电磁耦合或电感耦合来进行数据通信,实现对物品自动识别,是连接物理空间中的物体和信息空间中的ID的纽带。RFID还是惟一可以实现多标签同时识别的自动识别技术。此技术的实时数据获取功能和对外界环境较强的适应能力,是实现地震遗址此类大型参观区域中数目众多的人员信息快速、准确、实时获取的基础,是实现对广范围内的参观人员群体实行实时导览、定位、安全监控、危险区域预警等智能化管理的有力保障。     典型的RFID系统主要由读写器、电子标签、中间件和应用系统软件组成。RFID系统基本工作原理如下:由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号,当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流,从而获得能量,电子标签被激活,使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去;读写器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号,经天线调节器传送到读写器信号处理模块,经解调和解码后将有效信息送至后台应用系统进行相关的处理;应用系统根据逻辑运算识别该标签的身份,针对不同的设定作出相应的处理和控制,最终发出指令信号控制读写器完成相应的读写操作。     本文采用的是北京洪德智源信息技术有限公司的JX3000R手持RFID智能移动信息终端。该终端充分结合RFID,PDA,GPS,GIS等技术,为系统提供了现场数据采集与管理功能。系统RFID识读采用2.4~2.483 GHz频段,能可靠识读静止或快速移动的目标,识读距离为50~150 m,识读无盲区,发射功率为-16~4dBm范围内可调。天线采用内置全向天线,振动冲击符合《GJB-150-86》标准。 2 系统总体结构     本系统主要由3个主要单元组成:智能化现场导览管理(下面简称“现场导览单元”),地震危险区域参观人员的安全监控(下面简称“安全监控单元”),以及后台软件平台管理(下面简称“后台管理单元”),如图1所示,系统的主要功能模块说明如下:     地震遗址区域内导游由手持的PDA移动终端,现场实时采集参观人员的RFID标签ID信息,并通过GPS确定导游自身的位置,由CDMA无线通信技术将ID信息、位置信息等传送至后台管理单元的数据库中,并由GIS地理信息系统直观地将位置信息显示在后台监控终端上,可实现对导览对象的全过程动态监控。若有参观人员闯入预先定义的危险区域时,现场的RFID阅读器将该人员的RFID标签ID信息,由CDMA技术传送至后台管理单元的监控终端,并立即触发现场的报警器。 2.1 现场导览单元     现场导览单元中,遗址区域内导游由手持的PDA移动终端,现场实时采集参观人员的RFID标签ID信息,并通过GPS确定导游的具体位置,由CDMA无线通信技术将ID信息、位置信息等传送至后台管理单元的数据库中,并由GIS地理信息系统直观地将位置信息显示在后台监控设备上,可实现对导览对象的全过程动态监控。此现场导览单元的流程图,如图2所示。     本文设计的现场导览单元中,PDA移动终端平台集成了RFID,GPS,GIS,CDMA等技术,可实现文件管理、RFID数据采集、GIS地图管理、GPS定位与CDMA无线通信等功能。如图3所示。     文件管理  其主要功能是实现文件的接收、发送、打开、以及保存等管理操作。其中文件中的信息主要包括,对应导游带领的参观人员RFID标签ID号的显示、保存,以及预先设定好的遗址区域危险区信息的显示、保存等。     RFID数据采集  其主要功能是实现参观人员的在参观过程中的数据信息管理,实现实时监控导览,监控等功能。在导览过程中,导游可由嵌入PDA的RFID阅读器实时采集参观人员的RFID信息。若有人越出预先设定的距离,在PDA上将报警并显示出对应的身份信息,方便导游实现人员管理。     GIS地图管理  其主要功能是结合嵌入式GIS组件来进行二次开发,在PDA上完成对地图的基本操作,包括导游对各种尺度的地震遗址地图进行浏览,并可对地图进行平移、放大、缩小等各种操作。若后台监控中心指导区域内导游变换导览路线,导游借由PDA接收到导览指示后,可由电子地图模块测得下一个参观点距离本地的直线或导览路径的距离。     GPS定位与CDMA通信  其主要功能是利用GPS进行定位,以及与后台服务器端的数据基于CDMA技术实时通讯,完成PDA与数据处理中心的数据交换,为后台监控中心实现遗址区域实时监控提供数据信息保障。 2.2 安全监控单元     本安全监控单元的监控形式包括两种,主动监控和被动监控。主动监控是系统自动识别参观人员的安全隐患,自动报警;被动监控是在接收到参观人员或者导游的报警信息后发出报警。此安全监控单元的工作流程图,如图4所示。     主动安全监控  北川地震遗址遗迹博物馆中有一些危险区域是禁止参观人员进入的。根据危险区域的范围进行RFID标签部署和实施,形成一定的RFID识读区域,当参观人员进入RFID识读区域,RFID系统会识读参观人员的标签数据,立即发出报警,提醒参观人员离开该危险区域,同时在后台管理单元的电子地图上高亮闪烁进入危险区的参观人员位置,并显示该人员的ID信息等,提示并辅助管理人员安排危险状况的排除工作。     被动安全监控  被动安全监控由参观人员或者导游通过PDA向后台管理单元发送报警信息,后台在收到报警信息后启动报警。当参观人员在参观过程中遇到不可预料的危险状况时,参观人员可通过PDA向后台管理单元发送报警信息;当在游览过程中有参观人员脱离了导游的视线或者控制范围,导游无法对其安全进行保证的时候,导游可以用PDA向后台管理中心发送报警信息。后台接到报警信息后自动触发报警器,发出报警声,并在电子地图上高亮闪烁进入遇到危险的参观人员位置或者报警的导游的位置,显示参观人员的ID信息等,提示并辅助管理人员安排危险状况排除工作。 2.3 后台管理单元     后台管理单元,主要通过RFID等先进技术采集的参观人员的信息,结合GIS技术、GPS技术、CDMA技术等,实时展示游览轨迹,实现图形、属性互相查询,实现了对导览对象的全过程动态监控管理。根据应用需求,设计的后台管理单元主要包括:系统管理、数据管理、地图管理、参观人员统计、危险区划分、轨迹追踪和安全监控,如图5所示。     系统管理:主要有系统登录、用户管理、系统帮助三个功能模块,系统管理员可对数据库中的数据进行增加、删除和修改等操作。     数据管理:实现数据获取、数据入库和管理、数据更新、数据检索和查询等功能。     地图管理:实现基础地图管理功能,为直观的显示和分析提供基础地图服务和管理。     危险区划分:利用GIS空间分析功能,对危险源(点/面)进行缓冲区分析,得出北川地震遗址的危险区划分,直观地显示出危险点/面的位置和危险影响范围。     人员统计:实现对人员历史数据进行按记录、时、天、周、月、季节、年等时段和周期进行统计,以报表的形式显示统计结果并可以打印输出。     轨迹追踪:根据导游手持的PDA获取参观人员的定位数据等相关信息,由CDMA无线技术将此信息传送至后台管理中心服务器中,由电子地图实时在后台管理中心展示出轨迹和人员分布情况,为参观人员提供引导服务。     安全监控:通过获取PDA实时采集的各项信息,对参观人员进行安全监控。 3 结论     本地震遗址导览与安全监控系统实现了人员实时定位,导航等功能,并能实现危险区域的人员监控等,相比于一般的景点管理系统,有以下一些特点:     (1)参观人员携带的RFID电子标签作为一种特殊的门票,解决了纸质门票对资源的浪费和环境的污染,同时在PDA中嵌入RFID读写模块来进行RFID手持阅读器的开发,使RFID标签兼备身份鉴别、安全监控、实时定位等功能,更有效地保证了参观人员的生命安全,一举多得。     (2)系统将RFID识读模块移植到PDA中,实现移动式的RFID信息采集,为系统实时定位监控、导览提供了数据保证。     (3)系统将PDA与高精度GPS定位技术相结合用于GIS地理信息管理模块中,使在PDA上进行的地图操作变得非常简单,使导览系统更加智能化,提高了系统运作的性能。     本地震遗址管理系统,以RFID技术为核心,基于具备良好的可移动性和软硬件可扩充性的PDA应用平台,并充分融合GPS(全球定位系统)、GIS(地理信息系统)、CDMA(码分多址无线通信技术)等多项网络定位、通信领域的先进技术,使RFID技术进一步在地震遗址智能化管理系统中做出突出的贡献,实现了信息化、科学化、低碳的遗址参观管理模式,更为今后的人文教育、地震灾害、地震次生灾害、建筑结构抗震的研究以及地震知识的科普教育提供了丰富、翔实的现场实例。

    时间:2011-08-08 关键词: RFID 系统 地震 安全监控

  • 互联网协议摄像机和H.264压缩技术在安全监控系统的应用

     摘要:本应用笔记介绍了安全视频监控系统中高级互联网协议(IP)摄像机与模拟摄像机的应用差异。与传统产品不同,IP摄像机能够支持高清(HD)图像、本地数据存储、图像分析以及远程控制功能。本应用笔记还详细描述了H.264视频压缩技术在IP摄像机网络中的应用,简单介绍了Maxim的Mobicam3 IP摄像机参考设计。 引言   闭路电视系统(CCTV)中的IP摄像机按照互联网协议(IP)通过以太网链路传输音频、视频数据以及控制信号。与传统的模拟安全监控摄像机相比,它们具有众多优势。模拟摄像机一般通过同轴电缆传输模拟NTSC/PAL信号。与模拟摄像机不同的是:IP摄像机支持高清(HD)画面、智能分析、本地视频存储和远程控制。   在带有图像分析、视频加密(防止黑客攻击)以及能够将视频数据打包成以太网数据的IP摄像机中,通常采用视频压缩技术。压缩后的视频数据流发送到混合型数字视频录像机(DVR)或网络视频录像机(NVR)进行存储、回放和显示。IP网络视频监控系统允许安全监控人员进行远程监控,通过IP网络发送平移/倾斜/缩放(PTZ)命令,控制中心可以对跨区域或多地点安全监控摄像机进行控制。   低功耗摄像机设计可通过以太网供电(PoE),无需额外电源。采用同一电缆传输数据和电源,PoE安装可大大降低布线成本。有些情况下,也可以由无线网络(例如Wi-Fi?)代替以太网,方便了摄像机布局。这一点对于那些还没有提供以太网的家庭安全监控摄像机尤其重要,此时采用“云计算” DVR代替物理DVR。 多媒体流H.264和运动JPEG压缩技术   在同等图像质量情况下,H.264视频压缩标准的压缩比大约是早期MPEG-4标准的2倍。H.264标准中,“高端类”定义为以最低码率获得最高视频质量,特别适合视频安全监控等相关应用。响应时间(延迟)较短的编码方案有助于缩短安全监控人员的等待时间。另外,高清视频编码能够使IP摄像机采集图像的细节,例如,面部特征、汽车牌照等,改善安全监控的图像质量。由于网络带宽有限,要求系统能够通过局域网(LAN)对一路HD数据流进行编码/录像,同时还要通过广域网(WAN)把一路清晰度较低的图像传送到远端显示。   Mobicam3 720p H.264/M-JPEG IP摄像机参考设计   除了H.264,许多安全监控系统还要求后向兼容现有的、不支持H.264的设备。运动JPEG (M-JPEG)标准为此类系统提供了后向兼容能力以及采集高清、无损图像的能力。特别是它在支持H.264编码用于不间断视频录像的同时,也可采集JPEG静止图像,静止图像采集可由特殊事件触发控制。 图像分析   图像分析是分析视频数据并据此做出决策的过程。利用软件分析功能可以根据特殊事件采取相应操作,无需安全监控人员输入指令。例如,如果摄像机检测到有人穿过安全区域,即可发出报警信号。图像分析功能包括运动检测、绊网和图像跟踪。所有这些功能都需要在基于PC的安全监控管理软件中利用直观的图形化用户界面(GUI)进行配置。 IP摄像机框图 嵌入式Linux®软件和网络   IP摄像机需要具备将视频数据流传送到多个客户端的能力。例如,Maxim的IP摄像机参考设计(Mobicam3)支持多达16个客户端,并支持实时传输协议(RTP)和实时数据流协议(RTSP)。此外,该参考设计还支持以下以太网协议:HTTP、DHCP、SMTP、TCP/IP、UDP、TFTP、FTP、NTP和UPnP?。能够采用AES或SHA加密技术对数据流进行加密。    

    时间:2011-06-09 关键词: 互联网 协议 264 安全监控

  • 数字录像(DVR)和H.264压缩技术在安全监控系统的应用

    模拟CCTV安全监控系统正在向数字技术过渡,对于录像的需求是引领这一趋势的重要因素。在需要视频监控和录像的安全监控系统中,模拟VCR已经被数字录像机(DVR)取代。安全监控应用中,相对于模拟VCR,DVR具有压倒性的优势。连续的视频图像按照数字形式记录、处理,并通过数字网络传输,几乎可以满足包括高清(HD)在内的任何等级的图像质量需求。用户可以采用数字处理技术,例如实时分析、现场搜索、移动和活动检测报警,通过IP网络进行远程访问。物理载体的存储成本,例如硬盘(HDD)、数字通用光盘(DVD)或网络存储(NAS)器,仅仅是模拟录像带成本的几分之一。利用数字录像和存档技术还有助于永久保存视频录像,不会随着时间的推移而损失影像质量。所有这些因素都驱使安全监控领域将DVR作为视频记录的标准。 DVR类型 安全监控市场经历过多个不同的DVR发展阶段。嵌入式、混合式以及基于PC的DVR,这些系统都需要基本的视频和音频采集单元:模/数转换、压缩、回放和网络流处理。嵌入式DVR是一种独立设备,可接受模拟CCTV摄像机输入,压缩并存储在本地HDD;混合式DVR能够接受模拟CCTV和IP摄像机输入,将其作为视频源;基于PC的DVR则随硬件压缩卡或PC运行的软件压缩程序集成在安全监测站。不同模块的关键特性包括:视频输入通道数、所支持的压缩标准、录像质量、流处理和播放模式、存储容量以及系统能够同时执行的功能数量。 图1 安全监控DVR系统的功能框图 视频压缩技术 H.264是针对安全监控DVR视频压缩的新行业标准。相比上一代MPEG-4,甚至是MJPEG标准录像技术,H.264的优势在于具有更高的压缩比,能够为安全监控系统提供高品质图像。H.264较高的压缩比(可以达到上一代压缩技术的两倍)能够使容量扩充100%,所生成的文件尺寸更小,从而能够在固定容量的存储装置上记录更长时间的图像。此外,采用H.264压缩技术能够以非常低的码率通过网络传输高品质影像。如果没有经过高效压缩,一个多摄像机安全监控系统很快就会超出网络的可用带宽。为了延长录像时间、降低视频码率,没有采用H.264压缩技术的DVR系统不得不降低录像帧率或清晰度,从而降低了图像质量。为了保证产品的后向兼容性,许多系统仍然采用了传统的编解码格式(MPEG-4和MJPEG)。但是,从当前的发展趋势看,H.264已经成为业内DVR的首要编解码技术。 DVR系统需求 视频安全监控系统对于录像和显示清晰图像的要求越来越高。早期DVR的录像清晰度大多采用CIF (NTSC 360×240),数字视频质量与其所取代的模拟VCR相当。低清CIF也比较适合第一代编解码技术(MJPEG/MPEG-4),但这种技术的图像压缩比已经无法胜任高清系统的要求。当前的市场需求和发展趋势是标清(D1 NTSC 720×480)或“DVD质量”的视频录像。与CIF相比,标清(SD)系统每个通道的处理能力提高了4倍。代表最新技术水平的H.264编解码技术被广泛用于D1清晰度或更高清晰度的系统,以确保高效压缩比。Maxim的H.264系列处理器能够灵活设置视频清晰度,以满足不同录像系统的视频质量要求。 视频安全和监控领域的另一个发展趋势是全帧率录像和存储。模拟CCTV摄像机的全帧速率在NTSC制式下为30 fps,PAL制式下为25fps。相对于降低帧率后的DVR设计,例如,7.5fps (NTSC制式的25%)或15fps (NTSC制式的50%),实时视频录像系统每个通道的处理能力要求提高2~4倍。为了满足新型DVR设计的处理需求,需要一种功能强大的可升级系统架构。 随着时间的推移,当前市场上的多数视频安全监控系统采用的是模拟CCTV设备和数字式网络技术的混合架构。传统的数字设备基于早期的编解码技术(MJPEG/MPEG-4),这就要求新设备能够支持两种格式的转换。例如,采用当前MJPEG压缩算法的IP摄像机所采集的视频信号必须在DVR中重新编码为H.264格式,从而实现高效存储并充分利用网络带宽。当前的DVR设计必须接受多格式数字视频输入(MJPEG/MPEG-4/H.264),以保护早期设备的投资。Maxim的H.264系列处理器能够在重新编码为H.264格式之前进行MJPEG和MPEG2解码,支持新系统的录像和数据流处理。

    时间:2010-11-28 关键词: dvr 264 数字录像 安全监控

  • 快速反应智能安全监控系统的设计与实现

    摘  要: 设计了一套快速反应嵌入式智能安防监控系统,实现对运动目标的跟踪、定位,快速捕获人脸图像。利用模式识别与图像处理技术对人脸特征进行分析,提取其特征量并与人脸库中的特征量进行匹配,判断是否为非法人员,若是则启动报警程序。关键词: 智能安防;人脸检测;图像处理;DSP;FPGA  随着人们生活水平的提高以及安全防范意识的加强,视频监控系统得到了广泛应用。目前的监控多以PC机为主,只能起到简单的视频记录功能,同时需要配备专人监视屏幕。对于一些少有人出入的重要场所,通过人工方式对屏幕监控是一件麻烦的事情,而且PC机还需要配备大容量的硬盘来保存所有视频图像,硬盘使用量极大。针对这种情况,本文设计了一个无人值守的监控系统。系统在无人进入监视范围时不保存视频图像,当有人进入监视范围时才启动视频记录程序,同时自动快速捕获人脸,利用模式识别与图像处理技术对人脸特征进行分析,提取其特征量并与人脸库中的特征量进行匹配,判断是否为非法人员,如果是则进行报警,并通过网络提醒远程监控中心注意监视。对于平时很少有人出现的场合,利用该监控系统可以减少数据容量,减少监控人员,而且不会担心错过监视对象。本系统是在原有一代产品的基础上对硬件电路设计及软件算法上进行了改进。实践证明系统的反应速度、识别处理速度等都有了较大提高。1 系统概述  摄像机在主控系统的控制下工作,在没有移动目标进入的情况下,摄像机的数据不存储。当拍摄到有人进入后,主控系统立即控制摄像机对非法进入指定区域的人体进行跟踪,并在跟踪过程当中对人脸定位并快速准确地获取其面部图像,同时启动录像功能;然后通过一系列的数字图像处理方法对面部图像进行分析、处理,确定是否为非法入侵,如果是则启动报警系统。利用多个这样的子系统可组成一个监控网络,各个子系统通过网络与监控中心连接。因各个子系统具有智能监控功能,所以监控中心只配备一个值守人员即可监控20个以上的监控点,大大减少了人员的使用。2 系统硬件组成  由于该系统处理的数据量较大,且要求实时性强,故采用DSP和FPGA相结合的方法,加上图像数据采集芯片以及存储芯片,构成核心图像处理单元。同时配备有本地报警模块、网络传输等,从而构成了一个完整的监控系统。系统组成框图如图1所示。与原有系统相比,本系统作了如下改进:把原来只作为数据缓冲处理的FPGA设计为主控芯片,控制数据的输入调理和输出报警,而把DSP解放出来,专门用作图像处理及传输。这样可以提高数据的处理速度,从而提高系统的反应速度。2.1 系统主要芯片的选用  (1)图像采集芯片采用TVP5150。TVP5150是具备超低功耗、支持NTSC/PAL/SECAM等格式的高性能视频解码器。在正常工作时,它的功耗仅115 mW,通过设置内部寄存器,可以将模拟图像信号转换为YUV4:2:2格式的ITU-R BT.656数字信号,并直接送到DM642进行处理。  (2)为提供系统的快速反应能力,图像处理芯片的选择尤为关键,综合各方面的因素,DSP选用TI公司专用多媒体芯片TMS320DM642(简称“DM642”)。DM642基于C64x内核,可在720 MHz时钟频率下工作,每个指令周期可并行8条32 bit指令,能达到5 760 MIPS的峰值计算速度[6]。DM642采用了2级缓存结构(L1和L2),大大提高了程序的运行速度。片内64 bit的EMIF(External Memory Interface)接口可以与SDRAM、Flash等存储器进行无缝连接,极大地方便了大量数据的搬移。此外,DM642还拥有3个专用的视频端口(VP0~VP2),用于接收、处理视频和音频数据,系统功能扩展十分方便。此外,DM642自带的EMAC口以及从EMTF口扩展出来的ATA口,还为处理完成后产生的海量数据提供了存储通道[5]。DM642需要外加SDRAM(4 M64 bit),用于存放程序和缓存数字视频,以及FLASH(4 M8 bit),用于存放固化程序,以便进行ROM引导。  (3)FPGA负责实现系统的逻辑、输出控制以及内部缓存的时序控制。为实现图像的实时采集和处理,需要视频采集和图像处理并行工作。采集到的图像数据送到DSP前的缓存接口设计是关键,设计的优劣直接影响到系统的反应速度。要提高数据缓存读取速度,可利用FPGA内部资源构建高速双口RAM作为内部缓存,使数据帧处理交替进行,从而实现数据采集与处理同时进行,其内部结构如图2的虚线框内所示。采集到的数字视频信号先经过滤波处理,之后送入逻辑单元A,A负责产生时钟及数据逻辑控制。输入的视频数据信号在A的控制下,进入到缓冲器寄存器B和C,在控制单元D的控制下,送到双口RAM。为了实现实时图像采集和处理,使得FPGA对图像数据的缓冲和DSP对图像数据的读取同步进行,将RAM分成相等的2块,即RAM1和RAM2。在系统工作的过程中,一块用于缓冲图像数据,FPGA分类缓冲后的图像信号写入该存储区;另一块则由DSP用于对图像数据的读取,DSP可以直接对这个存储区的数据进行运算。该缓存结构的另一特点是FPGA和DSP对双口RAM的寻址是来回切换的。因为DSP读取RAM的速度大于FPGA写RAM的速度,所以切换信号仅由FPGA发出。当FPGA分类缓冲数据写满RAM1时,FPGA向DSP发出一个中断信号,此时DSP读取RAM1中的数据,同时FPGA的缓冲数据写入RAM2。当RAM2中数据写满时,FPGA再向DSP发出中断信号,DSP读取RAM2中的数据,同时FPGA的缓冲数据RAM1。如此交替实现图像数据读写同时进行,从而提高了数据处理的速度。  FPGA的选择较为关键,内部RAM的资源决定系统的反应速度。在原有一代系统中选用的FPGA资源较少,不足以存储一帧图像,因此数据的读写只能分块进行,需要控制逻辑较为复杂,同时也降低了整个系统的速度。对于一帧720×576的图像,共有414 720像素,每个像素8 bit,即共有414 KB的数据。因此可选用Altera公司的CycloneIII系列产品EP3C120。Cyclone III系列的FPGA采用65 nm技术,具有低功耗、低成本和高性能特点, EP3C120内部拥有120K个逻辑单元(LE),4 Mbit嵌入式存储器,288个嵌入式18×18乘法器,可以满足一帧图像的存储,在处理数据时可按照奇偶帧分别进行读写。2.2 系统工作过程  系统上电或复位后,首先完成FPGA芯片的配置、对TVP5150进行的初始化以及DSP启动引导及其外围芯片的初始化工作,之后便开始进行图像采集。利用FPGA模拟I2C口对系统中的其他芯片进行控制,从摄像头采集到的摸拟视频信号经过视频解码器转换为数字视频信号,经预处理后送入DM642的视频通道(VP端口)。在检测到有人进入监视区域时,启动录像功能,DM642将接收到的数字视频信号和数字音频信号用MPEG4标准编码压缩,并通过以太网传送到监控中心。同时捕捉人脸图像并进行身份识别,如有异常则启动报警程序。3 系统软件组成  对于本系统来说,系统软件主要包括3部分:运动目标检测、人脸的检测定位、人脸匹配。其中人脸的检测定位尤为关键,是正确识别的前提。因为图像的拍摄受到各种因素的干扰,如亮度、人物移动速度、表情、着装等,这些因素如果在检测时不能得到有效处理,势必会影响后期的匹配,造成识别率下降。因此,如何将人脸从背景中检测出来,并进行适当的处理、分割,是关系到识别成败的关键环节,需要着重进行处理。3.1 运动目标检测  对于运动目标的检测,常用的方法有背景差值法、图像差分法、光流分割法和模式匹配法。由于光流分割和模式匹配等方法数据计算量较大,无法满足实时检测的要求。背景差值法计算简单、速度快且检测准确,但需要在背景静止时检测有效,对于背景变化的场合不适合。对于背景变化的场合,可以采用图像差分法,即通过检测图像序列相邻两帧对应像素点之间灰度值的变化确定移动的物体。设图像定义f(x,y,i),其中(x,y)为图像的位置坐标,i、j为图像帧数,T为设定的阈值,则帧f(x,y,i)与帧f(x,y,j)之间的变化可用如下的二值差分图像表示:      式中取值为1和0的像素分别对应于前景(运动目标区域)和背景(非运动区域)。  对于缓慢移动的物体,图像差分的变化量很小,有可能会被滤波器滤掉,解决方法是通过累积差分法ADP[2](Accumulative Difference Picture)。该法不仅可以用于可靠检测缓慢移动的物体,还可用于估计物体移动速度的大小和方向以及物体尺度的大小。获得累积差分图像的过程如下:将图像序列的每一帧图像与参考图像进行比较,当差值大于某一阈值时就在累积差分图像中加1,这样,在第i帧图像上的累积差分图像ADP(x,y,i)为:    通过判断灰度值的变化,即可判断出移动物体及其方向。  针对本系统,可以先利用背景差值法确定是否有移动目标进入监视区。如有则启动录像功能,结合图像差分法,经过一系列检测检出运动目标,并启动跟踪程序。具体程序如图3所示。3.2 人脸的检测定位   在检测出运动的目标之后,要判断目标为人体还是其他动物,这可以通过目标的尺寸及目标的空间特征(如宽高比等)来区分。在确定为人体目标之后,就要确定出人脸的区域。确定人脸区域的方法有多种,本系统采集的是彩色图像,可以根据肤色进行判别。利用肤色提取色彩信息的方法已被广泛应用在计算机视觉研究领域中。肤色是人脸的重要信息,不依赖于面部的细节特征,对于旋转、表情等变化情况都能适用,具有相对的稳定性并且和大多数背景物体的颜色相区别。与其他人脸检测方法相比,肤色的判断在速度上具有明显优势。因此,将其作为人脸检测的其他方法的预处理,可以在很大程度上减小人脸检测的搜索范围,降低误报率,进而大大提高人脸检测算法的整体性能。  人脸检测过程如下:对于彩色图像首先进行肤色检测;在检测出肤色区域后,需要进行区域分隔及形态学运算,通过形态学处理可以过滤由于噪音或者其他原因引起的一些较小的不可能为人脸的类肤色区域,减少候选区域和提高检测速度,降低误判的可能性;之后根据它们在色度上的相似性和空间上的相关性分割出可能的人脸区域,同时利用区域的几何特征及灰度特征验证是否为人脸,以排除其他色彩类似肤色的物体。  用肤色来检测人脸,要先确定肤色模型。基本的肤色模型有3种:RGB模型、HIS模型和YCbCr模型。这里选用YCbCr模型,原因是图形采集输出的格式为YUV,而YUV格式和YCbCr格式在数学上具有一致性,同时对于后期的数据进行MPEG压缩也很方便。人脸检测的程序流程如图4所示。具体过程分析如下:  (1)肤色判断  可采用Anil K.Jain的Cb、Cr椭圆聚类方法[7]进行肤色分割,得到肤色区域在CbCr空间中近似于椭圆,可用如下公式表示:    若该值小于1,则表示落在椭圆内,是肤色,否则不为肤色。对确定的肤色区域进行平滑、连通、合并处理,构成一个候选区域,待进一步分析以判断是否为人脸区域。  (2)区域分割与处理  在确定肤色区域之后,需要根据它们在色度上的相似性和空间上的相关性分割出可能的人脸区域,再利用区域的几何特征或灰度特征进行是否是人脸的验证,以排除其他色彩类似肤色的物体。本文采用Sobel算子[-1,-2,-1;0,0,0;1,2,1]来完成边缘的检测。经过一系列处理分割出肤色区域,并进行形态学开、闭运算,以消除噪声或空洞对特征分析的影响。  (3)特征分析  人脸候选区域分割完毕后,需对每一个区域进行分析,以判断该区域是否是人脸。为了提高检测速度,可以忽略人脸的面部特征,而主要检查人脸候选区域的形状、结构、比例及灰度分布等。若符合人脸的这些特点,则认为该区域代表一个人脸。根据人脸的几何规则及颜色聚类的特点,如果一个区域满足2个条件:(a)高度/宽度比例范围介于1.2与2.0之间;(b)该区域内的像素平均灰度值与距该区域上部达10像素以上的区域的平均灰度值之差介于0.2~0.6之间。符合这两个条件,则可认为该区域代表人脸。  (4)人脸区域验证  对于初步检测的人脸区域,还需要进行验证才能确定是否为真正的人脸。对于人脸的验证,一般有3种方法:(1)基于先验知识的方法;(2)基于局部特征的方法;(3)基于模板的人脸检测方法。基于先验知识的方法识别率不高,如果图像背景中存在类人脸区域,则必然会导致误检测。基于模板的方法数据量运算大,不能满足实时性要求。本系统采用的是基于局部特征的方法。  在人脸的特征中,最明显的特征就是眼睛,因此可把人眼作为验证的主要依据,同时配合嘴唇或鼻子进行验证。首先要找到眼睛的位置,在灰度图像下,眼睛的特征最为明显,通过设定适当的阈值很容易确定出人眼的可能区域。通过计算这两个区域的中心距离D,在该距离中心点的位置下方找到嘴部位置,长度为L。当D/L满足:1<D/L<2时,可判断为人脸。人脸的检测过程如图5所示。3.3 人脸识别  人脸的识别算法有多种,不同的算法各有优缺点。本文主要借鉴弹性图匹配技术来完成人脸的识别。弹性图匹配是一种基于几何特征和对灰度分布信息进行小波纹理分析相结合的识别算法。由于该算法较好地利用了人脸的结构和灰度分布信息,而且还具有自动精确定位面部特征点的功能,因而具有良好的识别效果。在FERET测试中,该技术的若干指标名列前茅。其缺点是运算量大,实现稍复杂。通过对该算法进行改进,配合一定的代码优化措施,可以满足实时检测要求。  在人脸识别时,首先要进行人脸特征提取。主要采用恰当的小波分解,得到高频分量和低频分量,其中的高频分量主要表示人脸的细节,低频分量表示人脸的基本特征,对人脸的表情反应比较迟钝,只提取低频分量,这样可以提高准确率和运算速度。对提取的人脸特征,利用支持向量机(SVM)分类器识别人脸,和系统自建的人脸库进行匹配,以确定是否为非法入侵者,是否启动报警系统和通知小区监控中心。算法流程如图6所示。  本文设计的人脸检测系统,利用运动目标检测方法,大大缓解了硬盘数据存储的压力,同时提高了系统的智能化程度。利用肤色判断与特征分析来确定人脸,可以提高系统的检测速度。针对肤色判断受光照影响很大的问题,本系统在原有系统的基础上增加了补光措施光,减少了光照的影响,提高了检出的准确率。通过摄像头输入720×576的彩色图片,检出的人脸在拥有300人的自建人脸库中识别,平均用时0.9 s,识别率达93%以上,可以满足安防监控的要求,具有较高的实用价值。

    时间:2010-05-20 关键词: 系统 安全监控

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