CN104349129A - 基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字化信息技术领域，尤其是基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统，本发明包括前端设备、信号传输器和系统控制器，所述的前端设备包括前端摄像机和前端报警器等，所述的信号传输器一端连接前端设备，另一端连接系统控制器，所述的系统控制器包括管理服务器、流媒体服务器、视频监控服务器和监控中心电视墙，所述的前端摄像机和前端报警器等分别设置在校园的教学区、活动区和生活区，釆集校园内的各种信号并即时对异常情况报警，通过信号传输器传输到系统控制器。与现有技术相比，本发明具有安全可靠、可实现对各种安全隐患进行预防和控制等特点。

Description

基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统

技术领域

本发明涉及数字化信息技术领域，尤其是基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统。

背景技术

在2007年7月中国保监会主办的“首届校园安全与风险管理论坛”上，公布了一组惊人的数字：全国去年学生意外伤害保险赔付共21.85亿元；校（园）方责任保险赔付了近1亿元。根据最新调查显示我国现有18岁以下的未成年人约3.67亿。2006年意外伤害人数约为4000万人次，医疗支出42.6亿元。全国约有1.6万名中小学生非正常死亡，平均每天约有40名学生非正常死亡，相当于每天有一个班的学生消失！其中45%的事故是由于学生安全意识淡薄引起的，18%的事故是因为学校管理问题而发生的，有8%是可以通过教育、防范和加强管理来提前采取措施避免的！由此可见，加强教育行业风险管理和对青少年的安全教育工作，是一项十分重要而紧迫的任务。

校园安全事故频频发生，教室里爆炸事件、食物中毒事件、楼道拥挤压死学生事件等等，为了避免麻烦，有的学校干脆大白天紧闭校门，限制学生出入，连必要的课外实践、课外活动也是能免则免，可是这样做又限制了学生的活动，不利于学生发展。未雨绸缪，预防为主，切实抓好安全教育工作，使安全教育常规化、系列化非常有必要。把消防安全、交通安全、森林防火、食品卫生、功能室安全、校舍和设施安全、教学活动安全、大型活动安全、寄宿制学生安全、校园楼梯、楼道、校门等拥挤踩踏事故放到突出位置强化管理。

但现有的校园安全保卫和预防措施缺乏创新性、不够高效，如宿舍检查制度、常规安全教育制度、事故报告制度等。随着形势的发展和青少年心理和生理特征的变化，出现了很多新情况，原有的传统做法无法解决一些特殊的问题。

在科技高速发展的今天，利用科技手段来提高校园安全防范能力，实现“人防”到“技防”的转变，是营造安全和谐的校园环境的一条重要途径。如目前现有的高校校园综合安防系统，运用现代通信、计算机等技术，利用红外线探测器、微波探测器、磁敏探测器、火灾探测器和视频监控设备等对各种安全信息加以采集，通过电缆、光缆等有线传输或无线传输的途径，经多媒体计算机对信息加工处理后对校园中的各种安全隐患加以预防和控制。但这些安全防范系统主要是对违法犯罪行为的视频监控。而许多与学生安全隐患密切相关的特殊监控的功能则不具备，如出入口控制、人体发热监控、声音监控、宿舍楼外墙监控、运动监控等功能。而关于中小学的校园综合安防系统更是还没有成功的案例。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术缺点提供基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统。

本发明解决技术问题采用的技术方案为：基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统，包括前端设备、信号传输器和系统控制器，所述的前端设备包括前端摄像机和前端报警器，所述的信号传输器一端连接前端设备，另一端连接系统控制器，所述的系统控制器包括管理服务器、流媒体服务器、视频监控服务器和监控中心电视墙，所述的前端摄像机和前端报警器分别设置在校园的教学区、活动区和生活区，采集校园内的各种信号并即时对异常情况报警，通过信号传输器传输到系统控制器。

所述教学区包括教学楼、办公楼和图书馆，在教学楼、办公楼和图书馆的出入口、走道和楼梯的室内设置固定超级宽动态彩色转黑白摄像机，该超级宽动态彩色转黑白摄像机在复杂的光照条件下，获得层次分明、清晰的图像，可根据监控点的具体要求调整视场角度，以获得最佳监视效果。

所述活动区包括校门、操场和校区的重要路口、通道，在活动区设置室外摄像机，监控重要路口的摄像机监控范围大，采用彩色转黑白高速智能球型摄像机，其他为彩色转黑白带全方位球型云台一体化摄像机。

所述活动区设置有指纹识别考勤系统，学生进出校门口，伸出食指进行考勤，由指纹考勤机记录下的确切时间再通过手机短信的方式告知家长，指纹考勤机能通过指纹识别师生的身份，防止陌生人进入学校，并能记录学生的进出校时间，统计学生的出勤情况。

所述活区包括宿舍区、食堂，在生活区设置室内固定超级宽动态彩色转黑白摄像机，可根据监控点的具体要求调整视场角度。

所述的前端设备的监控分为常规监控和特定监控，所述的常规监控用于进行局部地区的主要监控，特定监控用于进行该局部地区所特有的某些特征的监控，根据不同区域，可设定所需监控内容，并可以随时扩充；各子系统对监控场景的处理可以划分为自主处理和集中处理两种，自主处理是通过各监控子系统自带的小型处理器对监控场景的各种情况进行判断，并视情况进行报警或通知管理服务器进行处理，集中处理是把该子系统仅仅作为一个输入设备，对监控场景采取的具体措施需要在管理服务器处进行，两种处理模式可以根据具体情况进行自由切换。

所述前端报警器安装在教学区、活动区和生活区的出入口和楼梯处，选用壁装三技术探测器，探测范围为标准18米><18米，具有人工智能、红外及微波监察，可调红外灵敏度等功能，一旦有情况需要报警，红外报警器会将报警信号同时发送到与公安局联网的报警系统和学校监控室。

所述号传输器的传输方式可采用包括视频基带传输、光纤传输、网络传输、微波传输、双绞线平衡传输、宽频共缆传输，传输信号包括图像信号、声音信号、各种报警信号和控制信号。

本发明所具有的有益效果是：本发明运用现代通信、计算机等技术，利用红外线探测器、微波探测器、磁敏探测器、火灾探测器和视频监控设备等对各种安全信息加以采集，通过电缆、光缆等有线传输或无线传输的途径，经多媒体计算机对信息加工处理后对校园中的各种安全隐患加以预防和控制。本发明校园综合安防系统设计包含各种监控设备（如视频监控系统）设计、安全报警系统设计和辅助系统设计（如电源系统、防雷接地系统）。在进行中小学校园综合安防系统设计时：（1）对防范区域基本状况进行分析，确定重点防范部门；（2）针对重点防范部门进行布控设防。根据不同区域，可设定所需监控内容，并可以随时扩充；（3）设有监控中心。具有安全可靠、可实现对各种安全隐患进行预防和控制等特点。

附图说明

附图1为本发明的结构流程示意图。

附图2为本发明的楼梯安全监控系统框架示意图。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2对本发明做以下详细说明。

如图1所示，本发明包括前端设备、信号传输器和系统控制器，所述的前端设备包括前端摄像机和前端报警器等，所述的信号传输器一端连接前端设备，另一端连接系统控制器，所述的系统控制器包括管理服务器、流媒体服务器、视频监控服务器和监控中心电视墙，所述的前端摄像机和前端报警器分别设置在校园的教学区、活动区和生活区，采集校园内的各种信号并即时对异常情况报警，通过网络路由器信号传输器传输到系统控制器进行处理，该系统控制器包括管理服务器、流媒体服务器、视频控制服务器和监控中心服务器。前端设备对校园进行监控，监控措施可分为“常规监控”和“特定监控”两大方面。常规监控用于进行局部地区的主要监控（如校门的常规监控就是视频监控），特定监控用于进行该局部地区所特有的某些特征的监控（如校门的特定监控可以包括人体发热监控，声音监控等）。根据不同区域，可设定所需监控内容，并可以随时扩充。

前端设备

前端摄像机：

教学区：教学楼、办公楼、图书馆等出入口、走道和楼梯的室内设置固定超级宽动态彩色转黑白摄像机。超级宽动态彩色转黑白摄像机能在复杂的光照条件下，获得层次分明、清晰的图像。可根据监控点的具体要求调整视场角度，以获得最佳监视效果。还可根据需要选用以下功能：

教学楼门：声音监控；人体发热监控。

教学楼走道：声音监控；外墙安装对射红外线监控，以及时发现坠楼或非法攀爬等行为，宿舍楼也安装此类设备。

教学楼楼梯：声音监控，红外线辅助监控。

图书馆：将图书馆门禁系统；烟雾探测；玻璃破碎检测。

办公楼：烟雾探测；玻璃破碎检测。

动区：在校门、操场和校区的重要路口、通道设置室外摄像机，监控重要路口的摄像机监控范围大，采用彩色转黑白高速智能球型摄像机，其他为彩色转黑白带全方位球型云台一体化摄像机。

指纹识别考勤系统：学生进出校门口，伸出食指进行考勤，而由指纹考勤机记录下的确切时间再通过手机短信的方式告知家长。指纹考勤机能通过指纹识别师生的身份，防止陌生人进人学校，并能记录学生的进出校时间，统计学生的出勤情况。此外，还具有“短信群发”功能。

还可根据需要选用以下功能

生活区：在宿舍区、食堂等设置室内固定超级宽动态彩色转黑白摄像机，可根据监控点的具体要求调整视场角度。

还可根据需要选用以下功能：

宿舍区：宿舍楼外墙安装对射红外线设备；烟雾探测。

食堂：烟雾探测。

前端报警

报警系统设多个点，根据需要分别安装在教学区（教学楼出入口和楼梯）、活动区（校门、操场和校区的重要路口）和生活区（宿舍区、食堂的出入口和楼梯），选用壁装三技术探测器。探测范围：标准60”x60"(18米X18米），具有人工智能、红外及微波监察，可调红外灵敏度等功能。在中小学校园安装的红外线报警设施，就成了保护学校安全的忠诚卫士。一旦有情况需要报警，红外报警器会将报警信号同时发送到保卫处、学校监控室。

信号传输

信号传输是监控系统中重要的一环，传输信号包括：图像信号、声音信号、各种报警信号和控制信号等。目前监控系统传输有视频基带传输、光纤传输、网络传输、微波传输、双绞线平衡传输、宽频共缆传输等不同的传输方式。根据中小学校园的具体情况，从信号传输稳定性、可运行性、经济性、可维护性等多方面综合比较，本方案室外摄像机、教学楼（出入口和楼梯）的室内摄像机、办公楼报警信号采用宽频共缆传输方式。

系统控制

视频监控部分

控制室配置视频切换矩阵和嵌入式网络硬盘录像机。系统配置一台硬盘录像机管理主机，集中对多台硬盘录像机的图像进行设置、图像回放和集中管理。配置一台全功能编程操作键盘，通过编程操作键盘可对系统以菜单方式进行编程和操作，每路视频输出可编程为切换显示或固定显示，也可成组切换或序列巡视。在8路视频输出的图像上均可叠加时间日期和地址位置等信息。

球机及云台一体化摄像机的控制：因为视频矩阵主机本身不带控制码，所以，矩阵切换主机配置一台控制码产生分配器，通过码转换器，为室外、教学区、生活区球机及云台一体化摄像机提供控制信号，实现对球机及云台一体化摄像机的控制。

系统显示：根据需要，控制室配置若干台21"彩色逐行扫描监视器和一台数字高清42"纯平液晶监视器组成电视墙。

集成管理平台

系统设一台计算机作为系统管理服务器，组成安全管理系统。以视频切换矩阵、报警控制/通讯主机及硬盘录像机的软、硬件相结合的方式在一定程度上进行系统集成，在系统管理主机上实现统一的操作。

网上分控用户通过学校的校园网实现分控功能。根据预先设置的权限，通过客户端软件可调看系统内任意一路图像，并进行控制，控制的优先权限等级可设置。能回放硬盘录像机端存储的录像资料、实现硬盘录像机的所有功能，并能下载硬盘录像机端的文件。

某中学校方希望通过校园内部网络实时监看校区内及周界状况，并对学校大门、边墙和学生宿舍进行门禁防范，以保障学生的安全。系统控管通过PC机，监控、门禁与报警能够有机联动。同时系统能够随着校区规模的扩大而扩展。

根据校方的要求，系统设计了视频与门禁的整合联动功能。在学校的周界、大门、学生宿舍楼及教学楼内等公共区域共安装若干支固定式及带云台的摄像机，若干对红外对射报警器来进行安全控管。而整个系统的控制管理只需透过警卫室内两台安装PC机来实现。系统24小时监看，发生报警时可以在第一时间通知警卫人员，并进行自动录像。

警卫室设有一部监看计算机，提供四分割画面，由警卫监看，可设定轮跳。各大楼警卫室可设定固定监看点或设定轮跳监看画面，事件录像。校警卫室中央监控计算机与网络设施透过标准的TCP/IP通讯协议，与各大楼管理室监控主机联机，构成完整的中央监控系统架构。该控制主机的网络架构数据库安装在管理室监控主机内达成中央控管的目的。不论是管理维护人员、安全人员或是特定主管，皆可透过局域网/互联网以浏览器来进行监视。

当监控计算机发出警报时，警卫人员立即察看计算机屏幕的摄像画面，因为本套监控系统采用“平时轮看，状况锁定”功能，平时将各大楼影像传至警卫室供浏览监看，触动警戒区时自动将该支摄像机锁定并同步录像存证。

如图2所示，包括楼梯摄像机，监控系统处理器，网络路由器、系统控制器，该系统控制器包括管理服务器、流媒体服务器、视频控制服务器和监控中心服务器，所述的楼梯摄像机采集楼梯间的各种信息传递至监控系统处理器，该监控系统处理器可进行根据楼梯摄像机采集的信息进行声光报警或进行语音提示，并将信息由网络路由器传递到系统控制器进行系统控制。

楼梯摄像机所产生的图像传输到电视监控中心，通过硬盘录像机的控制在监视器上分别

显示，并通过数字硬盘录像机根据需求对其进行录像。监控中心的工作人员根据图像显示并通过键盘进行图像切换、跟踪监视，从而达到及时发现情况和问题、及时采取相应措施或在事后通过录像对事件进行排查以发现问题。

由于嵌入式硬盘录像机和摄像机都具有动态检测报警的功能，在夜间正常无人出现或平时少人出现时，可将摄像机设为检测报警状态，即在监视器上将这些部位的画面框定在一定范围，当有人出现画面发生变化时，硬盘录像机会发出声光报警信号，提醒保安员注意，同时自动进行录像。系统也可以在前端加装辅助示警设备。这样，该子系统对监控场景的处理就可以划分为自主处理和集中处理两种。自主处理是通过监控系统自带的小型处理器对监控场景的各种情况进行判断，并视情况进行报警或通知管理服务器进行处理；集中处理是把该子系统仅仅作为一个输入设备，对监控场景采取的具体措施需要在管理服务器处进行处理。两种处理模式可以根据具体情况进行自由切换。

上述系统控制流程如下：监控系统需要检测目标的运动方向，判断是进入检测区域或是离开检测区域，即设定警戒线。运动方向的判断一般是通过检测块目标的运动方向来判断。运动方向检测采用图像的光流场估算图像的运动场，根据传统估算方法，需要对图像中的每一个象素进行计算，算出图像每一点的运动场，然后得到整幅图像的运动场，这样的话，计算非常耗时，无法实时完成。现在一般采用基于块的运动估计，在流行的国际标准(H.261/2/3、MPEG-1/2)中就是这样的。

块目标的运动方向判断方法：因为其目的不是运动补偿，只需要方向，即找到运动向量，所以需建立基于平移的块运动模型，基于平移的块运动模型优点是每一块的运动表示简单，运算量小，便于软硬件实现。块运动向量的寻找一般釆用块匹配法，通过对图像序列中相邻两帧图像间的子块匹配来进行运动估计。在块匹配算法中，图像被分割为子块，子块中所有象素的运动矢量被认为是相同的。它的基本思想是，对一帧k(当前帧）中象素的位移搜索帧k+1来找出同样大小的最佳匹配块的位置来确定。采用块匹配法进行运动向量估计需要考虑以下几个问题：

（1）匹配法则。一般方法有最大互相关函数，最小均方误差函数(MSE)，最小平均绝对差值函数(MAD),最大匹配象素统计(MPC)，最小平均熵等准则。为了提高运算速度，这里釆用MAD或者MSE。

（2）搜索方法。可以根据运动向量的精度和运算量的折衷考虑选择全搜索、三步搜索、交叉搜索等方法。

（3）块的大小选择。根据实际的监控场景及监控目选定块的大小，块的大小应满足下列要求：每一个块几乎都只具有单一运动或者没有运动。块不能过小，以保证可以搜索到正确的块。

块匹配法可以较好解决监控系统中物体运动方向的判断问题。

工作过程：预先进行检测区域设定，从摄像机来的视频信号一方面进行视频压缩，压缩的码流输出到环行缓冲区中；另一方面进行运动检测，当运动条件满足时发出报警信号，并指挥存储设备开始工作。存储设备一接到启动信号就将环行缓冲区的压缩码流全部保存下来，并接着连续存储视频压缩输出的码流，直到存储控制指示停止存盘为止。

运动方向的估计可以完成监控系统中的警戒线报警功能。在图像画面上设定警戒线以及方向，相应的产生一个预警区域。围绕边界线产生边界区域或边缘点集，看是否有运动越过警戒线进入警戒区，如果有就报警。具体实施时，还可以采取以下优化方法：

（1）视频存储量的节省：如幵始无运动报警信号，存储模块处于等待状态；运动报警信号到来，启动存储模块，在一定时间内如果没有继续收到运动报警信号，存储模块自动停止工作。这样存储量比连续存盘少得多，大量无运动的视频被剪截掉了，大大提高了存盘效率，有效地节省了存储空间。

（2）报警效率的提高：实行住宿生和通膳生分次下楼，减少上下楼学生密度;早上或下午开学时间段，上楼不设报警；中午或下午放学时间段，下楼不设报警；上午或下午上课时间段，学生遵照在楼梯上标出的上下箭头分道上下楼梯，都走规定的路线，若越界，则实行声光报警，并进行语音提示。

Claims (8)

1.基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统，包括前端设备、信号传输器和系统控制器，其特征在于：所述前端设备包括前端摄像机和前端报警器，所述的信号传输器一端连接前端设备，另一端连接系统控制器，所述的系统控制器包括管理服务器、流媒体服务器、视频监控服务器和监控中心电视墙，所述的前端摄像机和前端报警器分别设置在校园的教学区、活动区和生活区，采集校园内的各种信号并即时对异常情况报警，通过信号传输器传输到系统控制器。

2.根据权利要求1所述的基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统，其特征在于：所述教学区包括教学楼、办公楼和图书馆，在教学楼、办公楼和图书馆的出入口、走道和楼梯的室内设置固定超级宽动态彩色转黑白摄像机，该超级宽动态彩色转黑白摄像机在复杂的光照条件下，获得层次分明、清晰的图像，可根据监控点的具体要求调整视场角度，以获得最佳监视效果。

3.根据权利要求1所述的基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统，其特征在于：所述活动区包括校门、操场和校区的重要路口、通道，在活动区设置室外摄像机，监控重要路口的摄像机监控范围大，采用彩色转黑白高速智能球型摄像机，其他为彩色转黑白带全方位球型云台一体化摄像机。

4.根据权利要求1所述的基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统，其特征在于：所述活动区设置有指纹识别考勤系统，学生进出校门口，伸出食指进行考勤，由指纹考勤机记录下的确切时间再通过手机短信的方式告知家长，指纹考勤机能通过指纹识别师生的身份，防止陌生人进入学校，并能记录学生的进出校时间，统计学生的出勤情况。

5.根据权利要求1所述的基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统，其特征在于：所述活区包括宿舍区、食堂，在生活区设置室内固定超级宽动态彩色转黑白摄像机，可根据监控点的具体要求调整视场角度。

6.根据权利要求1所述的基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统，其特征在于：所述的前端设备的监控分为常规监控和特定监控，所述的常规监控用于进行局部地区的主要监控，特定监控用于进行该局部地区所特有的某些特征的监控，根据不同区域，可设定所需监控内容，并可以随时扩充；各子系统对监控场景的处理可以划分为自主处理和集中处理两种，自主处理是通过各监控子系统自带的小型处理器对监控场景的各种情况进行判断，并视情况进行报警或通知管理服务器进行处理，集中处理是把该子系统仅仅作为一个输入设备，对监控场景采取的具体措施需要在管理服务器处进行，两种处理模式可以根据具体情况进行自由切换。

7.根据权利要求1所述的基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统，其特征在于：所述前端报警器安装在教学区、活动区和生活区的出入口和楼梯处，选用壁装三技术探测器，探测范围为标准18米><18米，具有人工智能、红外及微波监察，可调红外灵敏度等功能，一旦有情况需要报警，红外报警器会将报警信号同时发送到与公安局联网的报警系统和学校监控室。

8.根据权利要求1所述的基于数字化信息技术的校园智能安全监控系统，其特征在于：所述号传输器的传输方式可采用包括视频基带传输、光纤传输、网络传输、微波传输、双绞线平衡传输、宽频共缆传输，传输信号包括图像信号、声音信号、各种报警信号和控制信号。