偉利

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 智能安防 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

隨著社會(huì)的發(fā)展，城市建設(shè)和城市化進(jìn)程的加快，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高。在這個(gè)科技化、智能化與信息化時(shí)代，安防監(jiān)控系統(tǒng)已成為一個(gè)國(guó)家安全防范體系中必不可少的一部分。物聯(lián)網(wǎng)智能安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)來(lái)開(kāi)展安全防衛(wèi)等安保工作，具有成本低廉、操作方便的特點(diǎn)。

1概述

1.1物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、傳感器等多種技術(shù)進(jìn)行的信息通信和應(yīng)用，它將各種設(shè)備，如電子標(biāo)簽（射頻識(shí)別裝置）、互聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)施與物體相連，其中包含三個(gè)層次：一是連接各個(gè)終端;二是互傳獲取所需消息并發(fā)送出去;三是可感知識(shí)別實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，即能夠?qū)θ嘶蛭镆匀魏畏绞皆L問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中的任何部位進(jìn)行控制和管理[1] 。

1.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展在社會(huì)發(fā)展中起著重要作用，是實(shí)現(xiàn)智能化、信息化管理的重要組成部分。從20世紀(jì)90 年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外都對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了使用。美國(guó)最先將電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行信息交換，并對(duì)其他企業(yè)產(chǎn)生影響，日本緊隨其后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于21 世紀(jì)逐步進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，并且逐步建立了寬帶互聯(lián)網(wǎng)以及云計(jì)算系統(tǒng)。從網(wǎng)絡(luò)到應(yīng)用，從硬件到軟件，互聯(lián)網(wǎng)都在不斷改變，以滿足用戶對(duì)信息產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求。隨著各種傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)和通信協(xié)議技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理能力以及交互性技術(shù)等被廣泛應(yīng)用，并快速推廣，一個(gè)全新的時(shí)代來(lái)臨———物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展成為世界范圍內(nèi)的重要組成部分。

1.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系主要由三個(gè)部分組成，即網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用服務(wù)提供商和應(yīng)用基礎(chǔ)平臺(tái)。其中，網(wǎng)絡(luò)層為用戶提供信息交換與通信服務(wù)，促進(jìn)了用戶之間的交流。它能夠?qū)⒏鞣N類型的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)發(fā)送給移動(dòng)終端設(shè)備（如手機(jī)），并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送指令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)獲取內(nèi)容的控制及管理;應(yīng)用服務(wù)提供商是智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)者，負(fù)責(zé)將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行控制和處理。目前，我國(guó)的安防行業(yè)處于起步階段，但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)安全防范的要求日益提高。因此，為了滿足廣大人民群眾、相關(guān)部門的需求，我國(guó)建立了一個(gè)應(yīng)用服務(wù)提供商平臺(tái)，以為智能家居用戶提供視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)等，它將為智能化管理提供更多支持。具體包括：（1）分布式傳輸。接入層通過(guò)傳感器對(duì)周圍環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并傳回決策層;（2）多媒體網(wǎng)絡(luò)傳播平臺(tái)將數(shù)字音頻或視頻網(wǎng)頁(yè)等指令發(fā)送給用戶，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程處理安防事故。

1.4物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

（1）物聯(lián)網(wǎng)的感知技術(shù)在人與人交互的過(guò)程中，物體之間進(jìn)行了信息交換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理，并將其傳輸至控制系統(tǒng)。

當(dāng)物體進(jìn)入一個(gè)特定階段時(shí)，就會(huì)被識(shí)別為有意義或特征的事物和對(duì)象。同時(shí)，可以把物聯(lián)網(wǎng)視為一種具有高度智能感知、高精度數(shù)據(jù)交換及實(shí)時(shí)控制能力的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

（2）物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)以及計(jì)算機(jī)與人之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密，互聯(lián)網(wǎng)成為主要的信息傳播渠道。在傳統(tǒng)社會(huì)中，人們需要通過(guò)電話線進(jìn)行溝通。而當(dāng)通過(guò)電信網(wǎng)來(lái)傳遞消息時(shí)就無(wú)法利用這些資源去完成信息交流和共享。但是，由于4G 科技迅速發(fā)展，我們可以輕松實(shí)現(xiàn)手機(jī)等移動(dòng)終端上發(fā)送出去的短信與視頻會(huì)議相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行連接，這樣一來(lái)也能夠有效解決該問(wèn)題。

（3）網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)處理互聯(lián)網(wǎng)是由無(wú)數(shù)分布式系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)體系。

它能夠?qū)?lái)自全球各地的所有客戶所提供的服務(wù)整合到一個(gè)大范圍內(nèi)去管理控制（如遠(yuǎn)程監(jiān)控）;可以對(duì)大量業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)進(jìn)行集中處理及有效降低成本，而在這些應(yīng)用中傳輸與信息交換更為方便快捷。

1.5物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

由于網(wǎng)絡(luò)帶寬資源緊張和寬帶速度加快，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)面臨三大挑戰(zhàn)：一是傳統(tǒng)接入難度大;二是無(wú)線網(wǎng)維延遲率高;三是成本高昂。

隨著社會(huì)信息化程度不斷提高，人們對(duì)智能化、便捷化產(chǎn)品需求越來(lái)越大，這也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。在傳統(tǒng)安防系統(tǒng)中，很多傳感器節(jié)點(diǎn)只安裝在外墻上而不設(shè)置外露式觸摸面板，這導(dǎo)致感知范圍受到限制而且成本較高。同時(shí)，由于用戶無(wú)法直接與外界進(jìn)行交互交流，所以需要手動(dòng)操作來(lái)識(shí)別周邊環(huán)境是否安全。

2智能安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1工作原理

智能安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)是由攝像設(shè)備、控制主機(jī)等組成的，通過(guò)有線或無(wú)線方式，利用GPS 技術(shù)以及攝像機(jī)原理和功能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)采用了單片機(jī)AT89C51 為核心控制器件[2] 。硬件部分主要包括攝像頭模塊、紅外傳感器檢測(cè)模塊及LCD 液晶顯示屏;軟件設(shè)計(jì)方面則使用的是c 語(yǔ)言編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)同步：當(dāng)各傳感器信號(hào)與設(shè)置值之間存在差異時(shí)，通過(guò)控制主機(jī)發(fā)出指令，并根據(jù)設(shè)定值向執(zhí)行單元發(fā)送相應(yīng)動(dòng)作信息和報(bào)警信號(hào)。

2.2系統(tǒng)組成

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像部分、報(bào)警模塊和液晶顯示組成，攝像機(jī)通過(guò)紅外對(duì)射裝置與防護(hù)帶的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)室外監(jiān)控區(qū)域內(nèi)動(dòng)態(tài)變化。

（1）攝像部分：用于拍攝被遮擋在危險(xiǎn)場(chǎng)所或非特定人員進(jìn)入室內(nèi)時(shí)的場(chǎng)景。該設(shè)備具有較高分辨率并能自動(dòng)識(shí)別周圍環(huán)境中存在哪些目標(biāo)物體，可以進(jìn)行自我控制跟蹤，還具備圖像采集、回放和處理以及監(jiān)視能力。

（2）報(bào)警模塊：可將攝像機(jī)的監(jiān)控區(qū)域分為臥室、客廳。當(dāng)監(jiān)測(cè)到火災(zāi)等意外事件發(fā)生時(shí)，會(huì)觸發(fā)警報(bào)，同時(shí)開(kāi)啟緊急按鈕，啟動(dòng)錄像設(shè)備;在有可能引發(fā)事故的情況下也能正常進(jìn)行攝像操作：一旦發(fā)現(xiàn)異常狀況立刻關(guān)閉視頻解碼器并通過(guò)控制GSM 通信系統(tǒng)發(fā)送短消息通知主人和現(xiàn)場(chǎng)工作人員前來(lái)處理，如果有人按下呼叫鍵則聯(lián)動(dòng)報(bào)警地點(diǎn)為正在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的人員。

（3）液晶顯示：在單片機(jī)的技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，液晶顯示廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是直觀、清晰，同時(shí)具有功耗低和體積小等特點(diǎn)。LCD1602 芯片作為一款開(kāi)源軟件，能夠很好地利用該優(yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高性能的電子信息產(chǎn)業(yè)鏈條上視頻顯示，且其可以直接使用I2C 總線進(jìn)行控制，使整個(gè)設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單化并且更加智能化，因此該液晶顯示模塊在安防監(jiān)控系統(tǒng)中也有不可替代的作用。

2.3智能安防系統(tǒng)的要求

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求主要有可靠性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性等。

（1）可靠性：保障設(shè)備正常工作是最重要的，因此，在設(shè)計(jì)智能安防體系時(shí)，需要把維護(hù)升級(jí)做到簡(jiǎn)單易懂;還要注意的是保證系統(tǒng)具有一定的容錯(cuò)能力，若要可靠穩(wěn)定地運(yùn)行必須對(duì)其進(jìn)行合理配置以及后期保養(yǎng)維修，使之能長(zhǎng)期安全平穩(wěn)運(yùn)行。

（2）實(shí)用性：這是智能安防系統(tǒng)最基本要求，在智能住宅小區(qū)、樓宇對(duì)講機(jī)等場(chǎng)所都具有較高的使用價(jià)值。所以，要將先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備上，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量;同時(shí)，要兼顧成本低、效益好、價(jià)格合理地安裝監(jiān)控?cái)z像頭等設(shè)施，以降低投資和維護(hù)費(fèi)用，使其能夠真正在安全防范與物業(yè)管理方面發(fā)揮作用。

（3）系統(tǒng)的抗干擾性強(qiáng);設(shè)備在正常工作時(shí)，不會(huì)受到外界因素影響而發(fā)生故障，即保證設(shè)備不因突發(fā)情況導(dǎo)致整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓;當(dāng)出現(xiàn)意外狀況需要維持安全的狀態(tài)下保持穩(wěn)定運(yùn)行，能夠抵抗外界各種因素對(duì)設(shè)備造成的影響。比如，地震、火災(zāi)和自然災(zāi)害等都會(huì)導(dǎo)致安防視頻監(jiān)控?cái)z像頭受到破壞或發(fā)生故障，無(wú)法使用;人為操作失誤或者由于布線不當(dāng)而引起誤報(bào)等情況，但必須避免并及時(shí)排除隱患，所以抗干擾方面是智能住宅安全防范中一個(gè)相當(dāng)重要且必不可少的部分，也需要得到系統(tǒng)管理者的足夠重視。

2.4安防視頻監(jiān)控原理

視頻監(jiān)控的基本功能是通過(guò)攝像頭捕捉到被拍攝物體的圖像并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后利用列隊(duì)形圖、漫畫式或點(diǎn)陣式模型，在計(jì)算機(jī)中顯示出來(lái)。當(dāng)攝像機(jī)進(jìn)入工作區(qū)域后則自動(dòng)獲取被采集空間范圍內(nèi)各個(gè)方向和角度部分所包含的內(nèi)容。同時(shí)，也能對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)程控制跟蹤查看是否有問(wèn)題發(fā)生等操作功能，以實(shí)現(xiàn)視頻錄制目的。

3智能安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)框架

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要框架是：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及嵌入式智能化。

（1）PC 端將安防信息接入到單片機(jī)中，包括現(xiàn)場(chǎng)布控服務(wù)器，由局域網(wǎng)和分布型應(yīng)用處理器組成。當(dāng)采集到家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，可以控制GSM 模塊進(jìn)行監(jiān)控并發(fā)出警報(bào)通知用戶;無(wú)線傳輸至移動(dòng)終端設(shè)備通過(guò)3G 或4G 的方式與手機(jī)連接;物聯(lián)網(wǎng)部署在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)同時(shí)也向多個(gè)協(xié)議發(fā)送消息給PC 端及相關(guān)軟件服務(wù)商處理獲取信息。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)是指與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各個(gè)方面，如人、組織和環(huán)境相連接。從廣義上而言主要包括：第一個(gè)層次為“感知”;第二個(gè)層次為“傳輸鏈路能力”，即通過(guò)信息傳感設(shè)備獲取物體當(dāng)前位置并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理;第三個(gè)層次為由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)完成的智能化數(shù)據(jù)收集過(guò)程。

（3）所謂嵌入式智能化，其主要是指能夠完成實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。具體來(lái)說(shuō)就是各種傳感器在安裝之后都會(huì)將采集到信號(hào)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換。而這種新技術(shù)可以讓人們從繁雜、單調(diào)且重復(fù)性高的工作中脫離出來(lái)，有效地解決了以往傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)所存在于感知過(guò)強(qiáng)以及時(shí)效低等問(wèn)題;嵌入式智能化還表現(xiàn)在其能夠完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并做出判斷與報(bào)警功能，這也是目前發(fā)展較為迅速的一種手段[3] 。

3.2視頻監(jiān)控客戶端

智能安防視頻監(jiān)控客戶端的實(shí)現(xiàn)主要是對(duì)報(bào)警事件進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、處理和顯示，并通過(guò)GSM 短信模塊向用戶發(fā)送短消息，同時(shí)在報(bào)警信息界面可以及時(shí)地發(fā)布與戶主相關(guān)話題。由于本設(shè)計(jì)采用的是智能手機(jī)開(kāi)發(fā)版的嵌入式系統(tǒng)而非單端機(jī)集成商化生產(chǎn)方式，所以我們決定將其分為兩部分：一部分用于安防視頻監(jiān)控客戶端軟件的研發(fā);另一部分則是用來(lái)采集、處理和傳輸數(shù)據(jù)介質(zhì)中所涉及的各種物理信號(hào)，如電壓或電流等。

3.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理

視頻監(jiān)控管理主要包括兩個(gè)部分：一是對(duì)整個(gè)安防工作團(tuán)隊(duì)的信息進(jìn)行錄入和整理;二是將安防任務(wù)分配給各成員，并最終完成上傳至調(diào)度中心平臺(tái)的功能。其中，視頻管理中心負(fù)責(zé)處理轄區(qū)內(nèi)所有攝像機(jī)在布設(shè)時(shí)產(chǎn)生來(lái)自各個(gè)方向及區(qū)域等情況。管理中心實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)以及檢索事件數(shù)據(jù)等功能后向指揮人員發(fā)出指令：開(kāi)始啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（包括錄像機(jī)），直至設(shè)備全部停止工作和故障警告聲及報(bào)警信號(hào)消失。

4結(jié)束語(yǔ)

住宅智能化成為一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)，安防產(chǎn)業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展，而作為一種高科技產(chǎn)品———視頻監(jiān)控系統(tǒng)就在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生，并受到廣大群眾和市場(chǎng)關(guān)注，加快物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用成為熱點(diǎn)。