CN104850693A - 一种监控设备布局方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监控设备布局方法和系统，属于监控领域，该方法包括：根据用户输入的基础数据建立二维坐标系，并在二维坐标系接收用户划分的需监控区域；将二维坐标系中的二维坐标数据转换为三维坐标数据，计算需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积；根据需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积，在预设的专家规则库中筛选出符合规则的至少一组监控设备；对筛选出的监控设备组中每组监控设备进行符合度计算，确定最优监控设备组；计算最优监控设备组的最佳监控布局方案。采用本发明，能快速、直观、准确地模拟出最佳布局方案，从而避免了过度依赖施工人员的技术水平和经验，能确保项目的质量，并能提高布局效率。此外，还能保证监控设备的充分利用，节省成本。

Description

一种监控设备布局方法和装置

技术领域

本发明涉及监控领域，尤其涉及一种监控设备布局方法和装置。

背景技术

随着技术的进步以及人们安全意识的提升，监控设备的应用已成为一种必需品。虽然监控设备已经在大量的使用，但在安装和部署仍停留传统的阶段，比如在一栋建筑或者一个区域进行监控设计以及部署时，由于现场情况的差异性，往往只凭借经验以及简单的计算进行布局设计，可能能够满足小区域、对安全性要求不高的用户的要求，但在复杂楼宇环境下，比如政府办事大厅、大型商城、办公大楼的出入口较多、人员复杂、出入频繁、流动性强，这种设计安装的方法容易出现漏洞，存在着明显的缺点：

(1)监控点的设计不严谨，容易产生监控盲点；

(2)无法保证资源的充分利用，由于传统的设计方法无法充分考虑现场的因素以及监控设备的特性，无法保证设备的充分利用，增加了不必要的成本；

(3)项目质量无法保证，由于现有的设计安装方法受人为主观因素的影响较大，同一个区域由不同的人设计实施很有可能会有不同的结果。

因此，项目最终的质量过度依赖施工人员的技术水平以及经验，可能导致监控效果达不到要求，或者不能保证对监控设备进行充分利用，造成成本的增加，且无法把控人为的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种监控设备布局方法和装置，以解决项目最终的质量过度依赖施工人员的技术水平以及经验，无法把控人为风险的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供的一种监控设备布局方法包括以下步骤：

根据用户输入的基础数据建立二维坐标系，并在二维坐标系接收用户划分的需监控区域；

将二维坐标系中的二维坐标数据转换为三维坐标数据，计算需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积；

根据需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积，在预设的专家规则库中筛选出符合规则的至少一组监控设备；对筛选出的监控设备组中每组监控设备进行符合度计算，确定最优监控设备组；

计算最优监控设备组的最佳监控布局方案。

优选地，上述方法之后还包括：

在三维空间模拟出最优监控布局方案的效果图，并输出。

优选地，上述基础数据包括实际场景的二维平面图、实际场景高度和缩放比例；将二维坐标系中的二维坐标数据转换为三维坐标数据，计算需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积，进一步包括：

根据二维坐标系的二维坐标数据以及实际场景高度和缩放比例，得出实际场景以及需监控区域中每个点的三维坐标值；

根据三维坐标值计算需监控区域的区域覆盖范围；

将实际场景和需监控区域在水平方向切割成至少两份，采用积分方式计算出水平覆盖面积。

优选地，根据三维坐标值计算需监控区域的区域覆盖范围进一步包括：

根据dw＝|dx_e-dx_s|，dl＝|dy_e-dy_s|，dh＝|dh_e-dh_s|计算需监控区域的区域覆盖范围D(dw，dl，dh)，其中，dx_s,dy_s,dz_s分别表示该区域的水平横向、水平纵向和垂直方向坐标的最小值，dx_e,dy_e,dz_e分别表示该区域的水平横向、水平纵向和垂直方向坐标的最大值；dw,dl,dh分别表示该区域水平横向、水平纵向和垂直方向的最大长度；

采用积分方式计算出水平覆盖面积进一步包括按以下公式分别计算出实际场景的水平覆盖面积以及需监控区域的水平覆盖面积：

$S_m=\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{y}_i$

$S_c=\underset{i=0}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{i^{\′}},y_{i^{\′}}$

其中，Sm表示实际场景的水平覆盖面积，Sc表示需监控区域的水平覆盖面积，x_i，y_i分别表示实际场景的水平横向坐标值和水平纵向坐标值，x_i′'y_i'分别表示需监控区域的水平横向坐标值和水平纵向坐标值，N、N’分别表示在水平方向切割的份数。

优选地，对筛选出的监控设备组中每组监控设备进行符合度计算，确定最优监控设备组，进一步包括：

计算需监控区域的空间覆盖范围；

计算每组监控设备的有效空间覆盖范围；

计算每组监控设备与需监控区域的空间覆盖范围的符合度，选择符合度最高的监控设备组；

判断符合度最高的监控设备组的符合度是否在预设范围内，如果不是，根据符合度最高的监控设备组的符合度与预设范围的大小关系调整监控设备组，计算调整后的监控设备组中每组监控设备的有效空间覆盖范围，重新选择符合度最高的监控设备组进行判断，直至符合度最高的监控设备组的符合度满足预设范围为止；如果是，则确定该组监控设备组为最优监控设备组。

优选地，根据符合度最高的监控设备组的符合度与预设范围的大小关系调整监控设备组，进一步包括：

对符合度最高的监控设备组中的监控设备按规格分类；

当符合度大于预设范围的上限时，从专家库中选择与符合度最高的监控设备组中最小规格监控设备最接近的至少一个不同规格的监控设备，在符合度最高的监控设备组中分别增加一个所选择的不同规格的监控设备，形成至少一组新的监控设备组；

当符合度小于预设范围的下限时，在符合度最高的监控设备组中分别减少一个不同规格的监控设备，形成至少一组新的监控设备组。

优选地，计算每组监控设备的有效空间覆盖范围，进一步包括：

根据监控设备组中包含的每个监控设备信息计算每组监控设备中每个监控设备的水平视场角与垂直视场角；

根据每个监控设备的水平视场角与垂直视场角计算每组监控设备中每个监控设备的有效监控区域；

计算每组监控设备的各个监控设备有效监控区域不重叠时的最大覆盖空间之和。

优选地，计算最优监控设备组的最佳监控布局方案进一步包括：

将各监控设备在监控区域上所覆盖的有效范围的起始坐标记为po_s(x_s,y_s,z_s)，终点坐标记为po_e(x_e,y_e,z_e)，则按以下公式计算各监控设备的最佳安装倾角δ和最佳安装坐标值(x,y,z):

δ＝arctan(H*R/bl)-β/2)

x＝|x_e-x_s|*ρ(0<ρ≤1)

y＝y_s+H*k/tanβ

z＝z_e

其中，H表示实际场景的高度，R表示缩放比例，bl表示该监控设备的水平纵向范围，β表示各监控设备的垂直视场角，ρ表示调节x的坐标值的系数。

根据本发明的另一个方面，提供的一种监控设备布局系统，包括以下模块：

接收模块，用于根据用户输入的基础数据建立二维坐标系，并在二维坐标系接收用户划分的需监控区域；

数据转换模块，用于将二维坐标系中的二维坐标数据转换为三维坐标数据，计算需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积；

监控设备筛选模块，用于根据需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积，在预设的专家规则库中筛选出符合规则的至少一组监控设备；对筛选出的监控设备组中每组监控设备进行符合度计算，确定最优监控设备组；

布局确定模块，用于计算最优监控设备组的最佳监控布局方案。

优选地，系统还包括模拟模块，用于在三维空间模拟出最优监控布局方案的效果图，并输出。

优选地，基础数据包括实际场景的二维平面图、实际场景高度和缩放比例；数据转换模块进一步包括三维坐标获取单元、区域覆盖范围计算单元、水平覆盖面积计算单元，其中：

三维坐标获取单元，用于根据二维坐标系的二维坐标数据以及实际场景高度和缩放比例，得出实际场景以及需监控区域中每个点的三维坐标值；

区域覆盖范围计算单元，用于根据三维坐标值计算需监控区域的区域覆盖范围；

水平覆盖面积计算单元，用于将实际场景和需监控区域在水平方向切割成至少两份，采用积分方式计算出水平覆盖面积。

优选地，监控设备筛选模块进一步包括第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元、判断单元、和确定单元，其中：

第一计算单元，用于计算需监控区域的空间覆盖范围；

第二计算单元，用于计算每组监控设备的有效空间覆盖范围；

第三计算单元，用于计算每组监控设备与需监控区域的空间覆盖范围的符合度，选择符合度最高的监控设备组；

判断单元，用于判断符合度最高的监控设备组的符合度是否在预设范围内；

确定单元，用于当符合度最高的监控设备组的符合度不在预设范围内时，根据符合度最高的监控设备组的符合度与预设范围的大小关系调整监控设备组，计算调整后的监控设备组中每组监控设备的有效空间覆盖范围，重新选择符合度最高的监控设备组进行判断，直至符合度最高的监控设备组的符合度满足预设范围为止；当符合度最高的监控设备组的符合度在预设范围内时，确定该组监控设备组为最优监控设备组。

本发明实施例的方法和系统，通过根据实际场景输入的基础数据，进行坐标转换和计算，结合专家规则库中的规则筛选出符合规则的监控设备组，计算筛选出的每组监控设备的符合度，从而确定最优监控设备组，并计算最优监控设备组的最佳监控布局方案，无需通过人工逐个调整监控设备的安装位置来调试，从而能避免过度依赖施工人员的技术水平和经验，能确保项目的质量和监控设备的充分利用，节省成本。此外，还通过仿真三维效果模拟设计出最佳的监控设备布局，能快速、直观、准确地模拟出最佳的监控实施方案，提高布局效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种监控设备布局方法的流程图；

图2为本发明优选实施例提供的一种数据转换和计算方法的流程图；

图3为本发明优选实施例提供的一种专家规则库中的规则匹配方法流程图；

图4为本发明优选实施例提供的一种监控设备筛选方法的流程图；

图5为本发明优选实施例提供的一种监控设备组有效空间范围的计算方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种监控设备布局系统的模块结构图；

图7为本发明优选实施例提供的一种数据转换模块的模块结构图；

图8为本发明优选实施例提供的一种监控设备筛选模块的模块结构图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的一种监控设备布局方法包括以下步骤：

S10、根据用户输入的基础数据建立二维坐标系，并在二维坐标系接收用户划分的需监控区域。

具体地，用户通过客户端的人机界面输入基础数据，基础数据包括实际场景的二维平面图、场景实际高度H和缩放比例R。这里需要保证二维平面图与实际场景的比例相符。客户端根据输入的基础数据在二维平面图上建立二维坐标系，用户在建立的二维坐标系的二维平面图上划分出需监控区域的范围，其中，划分监控区域应避开明显的遮挡物，对于存在明显遮挡物体的区域，最好采用将该区域划分成多块小区域进行处理的方式。

S20、将二维坐标系中的二维坐标数据转换为三维坐标数据，计算需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积。

请参阅图2所示的数据转换和计算方法的流程图，本步骤S20进一步包括：

S201、根据二维坐标系的二维坐标数据以及实际场景高度和缩放比例，得出实际场景以及需监控区域中每个点的三维坐标值。

其中，假设实际场景高度为H，缩放比例为R，则三维坐标值的水平方向横坐标及纵坐标与二维坐标上一致，垂直方向坐标为H×R，因此可以得到需监控区域的参考点坐标P_s(dx_s,dy_s,dz_s),P_e(dx_e,dy_e,dz_e)，其中，P_s为最小坐标，P_e为最大坐标，dx_s,dy_s,dz_s分别表示该区域的水平横向、水平纵向、垂直方向坐标的最小值，dx_e,dy_e,dz_e分别表示该区域的水平横向、水平纵向、垂直方向坐标的最大值。

S202、根据三维坐标值计算需监控区域的区域覆盖范围。

具体地，根据dw＝|dx_e-dx_s|，dl＝|dy_e-dy_s|，dh＝|dh_e-dh_s|计算需监控区域的区域覆盖范围D(dw，dl，dh)；其中，dx_s,dy_s,dz_s分别表示该区域的水平横向、水平纵向和垂直方向坐标的最小值，dx_e,dy_e,dz_e分别表示该区域的水平横向、水平纵向和垂直方向坐标的最大值；dw，dl，dh分别表示该区域的水平横向、水平纵向和垂直方向最大长度。这里考虑到相同区域覆盖范围D的实际区域的形状可能相差较大，用精确计算的区域覆盖范围值作为专家库的筛选条件所筛选出的结果可能会差距较大，而用矩形包围该区域的方式进行粗略计算会更加合理。故这里是通过用矩形包围需监控区域的方式计算出用于在专家库中作为筛选监控设备条件的区域覆盖范围D(dw，dl，dh)，其计算的区域覆盖范围D实际上比精确计算得出的值要大，这样用较粗略的值筛选出的监控设备组可满足所有可能形状的覆盖范围，比精确计算空间覆盖范围更有可能得到符合的条件的设备组。

S203、将实际场景和需监控区域在水平方向切割成至少两份，采用积分方式计算出需监控区域的水平覆盖面积。

具体地，将实际场景和需监控区域在水平方向等距离切割成N份，每一份可看作是一个矩形来计算面积，采用积分的方式可得出在水平方向的近似面积，即可按以下公式分别计算出实际场景水平覆盖面积Sm以及需监控区域水平覆盖面积Sc:

$S_m=\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i$

$S_c=\underset{i=0}{\overset{N^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{i^{\&prime;}}{y}_{i^{\&prime;}}$

其中，Sm表示实际场景的水平覆盖面积，Sc表示需监控区域的水平覆盖面积，x_i，y_i分别表示实际场景的水平横向坐标值和水平纵向坐标值，x_i'，y_i'分别表示需监控区域的水平横向坐标值和水平纵向坐标值，N、N’分别表示在水平方向等距离切割的份数。

S30、根据需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积，在预设的专家规则库中筛选出符合规则的至少一组监控设备。

具体地，专家规则库中的规则至少包括：规则类型、规则条件和规则动作。根据输入的需监控区域的区域覆盖范围D(dw，dl，dh)以及场景水平覆盖面积Sm和需监控区域水平覆盖面积Sc，通过专家规则进行智能化分析，自动筛选出合适该监控区域的监控设备组Devices_k(dev_k1，…,dev_ki)，其中0<i≤n，n表示匹配的设备的数量，dev_ki表示各个监控设备的信息，每个监控设备信息中都包含有：监控设备名称，像场宽度w，像场高度h，镜头的焦距f。

规则的具体格式为：<规则类型><规则ID>:IF<规则条件>THEN<规则动作>:<规则说明>，假设规则库具有如下一条规则：

<类型A><规则001>:IF<D∈(10,10,10),5<S_c<8,5<S_m<10>THEN<规则动作>:<输出Devices_k(dev_k1，…,dev_ki)>

那么专家规则库的工作流程如下(请参阅图3所示的专家规则库中的规则匹配方法的流程图)：

S301、根据输入的参数判别对应的规则类型。

具体地，专家规则库根据规则条件的参数数量及参数特点对规则进行分类，比如，此例中将规则条件包含D，Sm，Sc三个参数的规则定为类型A，当用户输入的规则中具备D，Sm，Sc这三个条件时，自动从类型A的规则中筛选出符合条件的规则。

S302、将输入的条件与对应规则类型的规则条件进行比对，筛选出符合条件的规则。

本例中，比如D，Sm，Sc三个输入参数满足条件

D∈(10,10,10),5<S_c<8,5<S_m<10，则调用<规则001>。

S303、执行符合条件的规则对应的规则动作，并输出执行结果。

具体地，执行<规则001>的对应的规则动作，输出合适的监控设备组

Devices_k(dev_k1，…,dev_ki)。

需要说明的是，输入的条件是允许同时满足多条规则的，而且这种情况是常见的，所以最终得出的结果可能是有多组的设备组合信息，每一组设备组合记为Devices_k(dev_k1，…,dev_ki)，其中，k为符合规则的设备组数目。

S40、对筛选出的监控设备组中每组监控设备进行符合度计算，确定最优监控设备组。

具体地，根据步骤S20计算出的三维坐标信息和步骤S30筛选出的监控设备组信息进行计算和校验，得出最优的一组监控设备。

S50、计算最优监控设备组的最佳监控安装方案。

具体地，将各监控设备在监控区域上所覆盖的有效范围的起始坐标记为po_s(x_s,y_s,z_s)，终点坐标记为po_e(x_e,y_e,z_e)，则按以下公式计算各监控设备的最佳安装倾角δ和最佳安装坐标值(x,y,z):

δ＝arctan(H*k/bl)-β/2)

x＝|x_e-x_s|*ρ(0<ρ≤1)

y＝y_s+H*k/tanβ

z＝z_e

其中，H表示实际场景的高度，R表示缩放比例，bl表示该监控设备的水平纵向范围，β表示每个监控设备的垂直视场角，ρ表示调节x的坐标值的系数，默认取为0.5。计算出Best中各个监控设备的最佳安装坐标PBest_i(x,y,z)以及安装倾角δ_i，得出最佳的布局方案L＝[(PBest₁,δ₁),…,(PBest_i,δ_i)](0<i≤m)。

作为一种优选实施例，步骤S50之后还包括：在三维空间模拟出最佳布局方案的效果图，并输出。具体地，在三维场景进行最佳布局方案的图像加载和图像渲染，得出最终的布局效果图，并在客户端中进行呈现给用户。

本发明实施例的方法，通过根据实际场景输入的基础数据，进行坐标转换和计算，结合专家规则库中的规则筛选出符合规则的监控设备组，计算筛选出的每组监控设备中各监控设备的有效监控范围，与实际场景的空间覆盖范围进行比较计算出符合度，从而确定最优监控设备组，并计算最优监控设备组的最佳监控布局方案，无需通过人工逐个调整监控设备的安装位置来调试，从而能避免过度依赖施工人员的技术水平和经验，能确保项目的质量和监控设备的充分利用，节省成本。此外，还通过仿真三维效果模拟设计出最佳的监控设备布局，能快速、直观、准确地模拟出最佳的监控实施方案，提高布局效率。

实施例二

如图4所示，本发明优选实施例提供的一种设备筛选方法包括以下步骤：

S401、计算需监控区域的空间覆盖范围。

具体地，可以通过将实际场景切割成N个小长方体，分别计算各个小长方体的范围后相加得出场景的近似范围，与步骤S20中计算面积的方法原理一致，按以下公式进行计算需监控区域的空间覆盖范围V：

$V=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{dx}}_i{\mathrm{dy}}_i{\mathrm{dz}}_i$ 且(0<i≤n)

其中，dx_i,dy_i,dz_i分别表示各个小长方体的长、宽和高，N表示划分的小长方体的个数。

S402、计算每组监控设备的有效空间覆盖范围。

作为一种优选方案，请参阅图5所示的监控设备组有效空间范围的计算方法的流程图，本步骤S402进一步包括：

S4021、根据监控设备组中包含的每个监控设备信息计算每组监控设备中每个监控设备的水平视场角与垂直视场角。

具体地，针对筛选出的每组监控设备Devices_k(dev_k1，…,dev_ki)，进行布局计算和校验。Dev_ki表示第k组监控设备Devices_k中第i个监控设备信息，每个监控设备信息中都至少包括：监控设备名称，像场宽度w，像场高度h，镜头的焦距f。分别根据该组设备中每个监控设备的信息按以下公式计算水平视场角与垂直视场角:

α＝2 arctan(w/2f)

β＝2 arctan(h/2f)

0≤δ≤|β/2|

其中，w表示像场宽度，h表示像场高度，f表示镜头的焦距，α表示各个设备的水平视场角，β表示各个设备的垂直视场角；δ表示监控设备安装的倾角(δ为监控设备与水平方向所成角度)。

S4022、根据每个监控设备的水平视场角与垂直视场角计算每组监控设备中每个监控设备的有效监控区域。

具体地，可以采用以下公式计算每组监控设备中每个监控设备的有效监控区域：

cw＝H/tan(β/2+δ)

cl＝cw*(2*tan(α/2))

ch＝H

其中，cw、cl、ch分别表示监控设备的有效监控区域的水平横向、水平纵向和垂直方向的最长长度；H表示实际场景的高度，α表示各监控设备的水平视场角，β表示各监控设备的垂直视场角；δ表示监控设备安装的倾角。

通过上述计算，可以得出每组监控设备Devices_k中每个监控设备的有效监控范围C_k＝[(cw_k1，cl_k1，ch_k1)，(cw_k2，cl_k2，ch_k2)，…，(cw_ki，cl_ki，ch_ki)](0<i≤n)，

其中，i为监控设备的序号，与第k组监控设备Devices_k中设备序号对应，n为第k组监控设备Devices_k中监控设备的数量。

然后，保存计算得出的每组监控设备中每个监控设备的有效监控区域覆盖范围C_k，记为Best_k＝[C_k1,…,C_ki](0<i≤k)，k为符合规则的监控设备的组数。

S4023、计算每组监控设备的各个监控设备有效区域不重叠时的最大覆盖空间之和。

具体地，可通过以下公式计算出Best_k中各个监控设备的有效区域不重叠时的最大覆盖空间之和：

$V_k=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}f(x_i,y_i,z_i)\mathrm{cw}\&times;\mathrm{cl}\&times;\mathrm{ch}$

其中，f(x_i,y_i,z_i)为每个监控设备的有效监控区域的三维坐标值，cw、cl、ch，分别为各个监控设备的有效监控区域的水平横向、水平纵向和垂直方向的最大长度；n为设备个数。

S403、计算每组监控设备与需监控区域的空间覆盖范围的符合度，选择符合度最高的监控设备组。

具体来说，先按以下公式计算每组监控设备的有效空间覆盖范围与需监控区域的空间覆盖范围符合度F_k：

F_k＝1/ω*V/V_k

其中，V表示需监控区域的空间覆盖范围，V_k表示的监控设备组的有效空间覆盖范围，ω表示误差系数，0<ω≤1，F_k的值越接近于1代表符合度越高。

然后根据公式f(x)＝|1-F_k|选出Best_k中f(x)值最小，也即相对最优的监控设备组，记为Best。

S404、判断符合度最高的监控设备组的符合度是否在预设范围内，如果不是，则执行步骤S405，否则执行步骤S406。

具体地，判断最优的监控设备组Best的F_k是否符合预设范围值M(M的值由项目实施人员确定，其范围一般为70％≤M≤130％，而M越接近于1越理想，故优选取90％～110％)，如果F_k∈M，则并转到步骤S406，否则转到步骤S405。

S405、根据符合度最高的监控设备组的符合度与预设范围的大小关系调整监控设备组，返回步骤S402。

具体地，根据符合度最高的监控设备组的符合度与预设范围的大小关系调整监控设备组，计算调整后的监控设备组中每组监控设备的有效空间覆盖范围，重新选择符合度最高的监控设备组进行判断，直至符合度最高的监控设备组的符合度满足预设范围为止。其中，根据符合度最高的监控设备组的符合度与预设范围的大小关系调整监控设备组包括：对符合度最高的监控设备组中的监控设备按规格分类；当符合度大于预设范围的上限时，从专家库中选择与符合度最高的监控设备组中最小规格监控设备最接近的至少一个不同规格的监控设备，在符合度最高的监控设备组中分别增加一个所选择的不同规格的监控设备，形成至少一组新的监控设备组；当符合度小于预设范围的下限时，在符合度最高的监控设备组中分别减少一个不同规格的监控设备，形成至少一组新的监控设备组。比如：如果符合度F_k>1，则在专家库中选出三种不同规格且与Best中最小规格设备最接近的设备，并分别增加在原有的Best中形成新的三组设备，记为Best_k'；如果F_k<1，则在Best中选出所有不同规格的设备，并分别在原有的Best减少其中一个该规格的设备，形成新的k组设备，同样记为Best_k'。处理完成后，将新的设备组Best_k'以新增规则的方式同步到专家规则库中，并返回步骤S402。

S406、确定符合度最高的监控设备组为最优监控设备组。

本发明实施例的方法，通过严密计算监控设备组中各个监控设备的监控区域的有效空间覆盖范围，与实际场景的空间覆盖范围进行比较，以验证布局方案是否合理，能进一步提高准确度和布局效率，确保项目的质量，此外，还通过将本次校验结果同步到专家规则库，为其他布局提供了数据基础。

实施例三

如图6所示，本发明优选实施例提供的一种监控设备布局系统包括接收模块10、数据转换模块20、监控设备筛选模块30、布局确定模块40和模拟模块50，其中：

接收模块10，用于根据用户输入的基础数据建立二维坐标系，并在二维坐标系接收用户划分的需监控区域。

具体地，用户通过客户端的人机界面输入基础数据，基础数据包括实际场景的二维平面图、场景实际高度H和缩放比例P。这里需要保证二维平面图与实际场景的比例相符。客户端根据输入的基础数据在二维平面图上建立坐标系，用户在建立的坐标系的二维平面图上划分出需监控区域的范围，其中，划分监控区域应避开明显的遮挡物，对于存在明显遮挡物体的区域，最好采用将该区域划分成多块小区域进行处理的方式。

数据转换模块20，用于将二维坐标系中的二维坐标数据转换为三维坐标数据，计算需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积；

监控设备筛选模块30，用于根据需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积，在预设的专家规则库中筛选出符合规则的至少一组监控设备；对筛选出的监控设备组中每组监控设备进行符合度计算，确定最优监控设备组。

具体地，专家规则库中的规则至少包括：规则类型、规则条件和规则动作。比如：<类型A><规则001>:IF<D∈(10,10,10),5<S_c<8,5<S_m<10>THEN<输出Devices_k(dev_k1，…,dev_ki)>:<规则说明>。监控设备筛选模块30根据输入的需监控区域的区域覆盖范围D(dw，dl，dh)以及场景水平覆盖面积Sm和需监控区域水平覆盖面积Sc，通过专家规则进行智能化分析，自动筛选出合适该监控区域的监控设备组Devices_k(dev_k1，…,dev_ki)，其中0<i≤n，n表示匹配的设备的数量，dev_ki表示各个监控设备的信息，每个监控设备信息中都包含有：监控设备名称，像场宽度w，像场高度h，镜头的焦距f。

布局确定模块40，用于计算最优监控设备组的最佳监控布局方案。

具体地，布局确定模块40将各监控设备在监控区域上所覆盖的有效范围的起始坐标记为po_s(x_s,y_s,z_s)，终点坐标记为po_e(x_e,y_e,z_e)，则按以下公式计算各监控设备的最佳安装倾角δ和最佳安装坐标值(x,y,z):

δ＝arctan(H*k/bl)-β/2)

x＝|x_e-x_s|*ρ(0<ρ≤1)

y＝y_s+H*k/tanβ

z＝z_e

其中，H表示实际场景的高度，P表示缩放比例，bl表示该监控设备的水平纵向范围，β表示各监控设备的垂直视场角，ρ表示调节x的坐标值的系数，默认取为0.5。计算出Best中各个监控设备的最佳安装坐标PBest_i(x,y,z)以及安装倾角δ_i，得出最佳的安装方案L＝[(PBest₁,δ₁),…,(PBest_i,δ_i)](0<i≤m)。

模拟模块50，用于在三维空间模拟出最佳监控布局方案的效果图，并输出。即在三维场景进行最佳布局方案的图像加载和图像渲染，得出最终的布局效果图，并在客户端中进行呈现给用户。

需要说明地是，模拟模块50只是一种直观地优选方式，不是必须的，比如可以直接输出各个监控设备的参数即可。

作为一种优选方案，请参阅图7所示的数据转换20的结构图，数据转换模块20进一步包括三维坐标获取单元201、区域覆盖范围计算单元202、水平覆盖面积计算单元203，其中：

三维坐标获取单元201，用于根据二维坐标系的二维数据以及实际场景高度和缩放比例，得出实际场景以及需监控区域中每个点的三维坐标值。

其中，假设实际场景高度为H，缩放比例为K，则三维坐标值的水平方向横坐标及纵坐标与二维坐标上一致，垂直方向坐标为H×K，因此可以得到需监控区域的参考点坐标P_s(dx_s,dy_s,dz_s),P_e(dx_e,dy_e,dz_e)，其中，P_s为最小坐标，P_e为最大坐标，dx_s,dy_s,dz_s分别表示该区域的水平横向、水平纵向、垂直方向坐标上的最小值，dx_e,dy_e,dz_e分别表示该区域的水平横向、水平纵向、垂直方向坐标上的最大值。

区域覆盖范围计算单元202，用于根据三维坐标值计算需监控区域的区域覆盖范围。

具体地，可以根据dw＝|dx_e-dx_s|，dl＝|dy_e-dy_s|，dh＝|dh_e-dh_s|计算需监控区域的区域覆盖范围D(dw，dl，dh)；其中，dx_s,dy_s,dz_s分别表示该区域的水平横向、水平纵向、垂直方向上坐标的最小值，dx_e,dy_e,dz_e分别表示该区域的水平横向、水平纵向、垂直方向上坐标的最大值；dw为水平横向最大长度，dl为水平纵向最大长度，dh为垂直方向最大长度。

水平覆盖面积计算单元203，用于将实际场景和需监控区域在水平方向切割成N份，采用积分方式计算出水平覆盖面积。

具体地，将实际场景和需监控区域在水平方向等距离切割成N份，每一份可看作是一个矩形来计算面积，采用积分的方式可得出在水平方向的近似面积，即按以下公式分别计算出实际场景水平覆盖面积Sm以及需监控区域水平覆盖面积Sc:

$S_m=\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i$

$S_c=\underset{i=0}{\overset{N^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{i^{\&prime;}}{y}_{i^{\&prime;}}$

其中，Sm表示实际场景的水平覆盖面积，Sc表示需监控区域的水平覆盖面积，x_i，y_i分别表示实际场景的水平横向坐标值和水平纵向坐标值，x_i'，y_i'分别表示需监控区域的水平横向坐标值和水平纵向坐标值，N、N’分别表示在水平方向等距离切割的份数。

作为另一种优选方案，请参阅图8所示的监控设备筛选模块30的结构图，监控设备筛选模块30进一步包括第一计算单元301、第二计算单元302、第三计算单元303、判断单元304、和确定单元305，其中：

第一计算单元301，用于计算需监控区域的空间覆盖范围。

具体地，第一计算单元301可以通过将实际场景切割成N个小长方体，分别计算各个小长方体的范围后相加得出场景的近似范围，按以下公式进行计算需监控区域的空间覆盖范围V：

$V=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{dx}}_i{\mathrm{dy}}_i{\mathrm{dz}}_i$ 且(0<i≤n)

其中，dx_i,dy_i,dz_i分别表示各个小长方体的长、宽和高，N表示划分的小长方体的个数。

第二计算单元302，用于计算每组监控设备的有效空间覆盖范围。

第二计算单元302具体用于：根据监控设备组中包含的每个监控设备信息计算每组监控设备中每个监控设备的水平视场角与垂直视场角；根据每个监控设备的水平视场角与垂直视场角计算每组监控设备中每个监控设备的有效监控区域；计算每组监控设备的各个监控设备有效区域不重叠时的最大覆盖空间之和。

具体地，针对筛选出的每组监控设备Devices_k(dev_k1，…,dev_ki)，进行布局计算和校验。Dev_ki表示第k组监控设备Devices_k中第i个监控设备信息，每个监控设备信息中都至少包括：监控设备名称，像场宽度w，像场高度h，镜头的焦距f。分别根据该组设备中每个监控设备的信息按以下公式计算水平视场角与垂直视场角:

α＝2 arctan(w/2f)

β＝2 arctan(h/2f)

0≤δ≤|β/2|

其中，w表示像场宽度，h表示像场高度，f表示镜头的焦距，α表示各个设备的水平视场角，β表示各个设备的垂直视场角；δ表示监控设备安装的倾角(δ为监控设备与水平方向所成角度)。

接着，采用以下公式计算每组监控设备中每个监控设备的有效监控区域：

cw＝H/tan(β/2+δ)

cl＝cw*(2*tan(α/2))

ch＝H

其中，cw、cl、ch分别表示监控设备的有效监控区域的水平横向、水平纵向和垂直方向的最长长度；H表示实际场景的高度，α表示各监控设备的水平视场角，β表示各监控设备的垂直视场角；δ表示监控设备安装的倾角。

通过上述计算，可以得出每组监控设备Devices_k中每个监控设备的有效监控范围C_k＝[(cw_k1，cl_k1，ch_k1)，(cw_k2，cl_k2，ch_k2)，…，(cw_ki，cl_ki，ch_ki)](0<i≤n)，

其中，i为监控设备的序号，与第k组监控设备Devices_k中设备序号对应，n为第k组监控设备Devices_k中监控设备的数量。

然后，保存计算得出的每组监控设备中每个监控设备的有效监控区域覆盖范围C_k，记为Best_k＝[C_k1,…,C_ki](0<i≤k)，k为符合规则的监控设备的组数。

然后，按以下公式计算出Best_k中各个监控设备的有效区域不重叠时的最大覆盖空间之和：

$V_k=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}f(x_i,y_i,z_i)\mathrm{cw}\&times;\mathrm{cl}\&times;\mathrm{ch}$

其中，f(x_i,y_i,z_i)为每个监控设备的有效监控区域的三维坐标值，cw、cl、ch，分别为各个监控设备的有效监控区域的水平横向、水平纵向和垂直方向的最大长度；n为设备个数。

第三计算单元303，用于计算每组监控设备与需监控区域的空间覆盖范围的符合度，选择符合度最高的监控设备组。

具体来说，先按以下公式计算每组监控设备的有效空间覆盖范围与需监控区域的空间覆盖范围符合度F_k：

F_k＝1/ω*V/V_k

其中，V表示需监控区域的空间覆盖范围，V_k表示的监控设备组的有效空间覆盖范围，ω表示误差系数，0<ω≤1，F_k的值越接近于1代表符合度越高。

然后根据公式f(x)＝|1-F_k|选出Best_k中f(x)值最小，也即相对最优的监控设备组，记为Best。

判断单元304，用于判断符合度最高的监控设备组的符合度是否在预设范围内。

确定单元305，用于当符合度最高的监控设备组的符合度不在预设范围内时，根据符合度最高的监控设备组的符合度与预设范围的大小关系调整监控设备组，计算调整后的监控设备组中每组监控设备的有效空间覆盖范围，重新选择符合度最高的监控设备组进行判断，直至符合度最高的监控设备组的符合度满足预设范围为止；当符合度最高的监控设备组的符合度在预设范围内时，确定该组监控设备组为最优监控设备组。

其中，根据符合度最高的监控设备组的符合度与预设范围的大小关系调整监控设备组包括：对符合度最高的监控设备组中的监控设备按规格分类；当符合度大于预设范围的上限时，从专家库中选择与符合度最高的监控设备组中最小规格监控设备最接近的至少一个不同规格的监控设备，在符合度最高的监控设备组中分别增加一个所选择的不同规格的监控设备，形成至少一组新的监控设备组；当符合度小于预设范围的下限时，在符合度最高的监控设备组中分别减少一个不同规格的监控设备，形成至少一组新的监控设备组。比如：如果符合度F_k>1，则在专家库中选出三种不同规格且与Best中最小规格设备最接近的设备，并分别增加在原有的Best中形成新的三组设备，记为Best_k'；如果F_k<1，则在Best中选出所有不同规格的设备，并分别在原有的Best减少其中一个该规格的设备，形成新的k组设备，同样记为Best_k'。处理完成后，将新的设备组Best_k'。

本发明实施例的方法和系统，通过根据实际场景输入的基础数据，进行坐标转换和计算，结合专家规则库中的规则筛选出符合规则的监控设备组，计算筛选出的每组监控设备中各监控设备的有效监控范围，与实际场景的空间覆盖范围进行比较计算出符合度，从而确定最优监控设备组，并计算最优监控设备组的最佳监控布局方案，无需通过人工逐个调整监控设备的安装位置来调试，从而能避免过度依赖施工人员的技术水平和经验，能确保项目的质量和监控设备的充分利用，节省成本。此外，还通过仿真三维效果模拟设计出最佳的监控设备布局，能快速、直观、准确地模拟出最佳的监控实施方案，提高布局效率。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来控制相关的硬件完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (12)

1.一种监控设备布局方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

根据用户输入的基础数据建立二维坐标系，并在所述二维坐标系接收用户划分的需监控区域；

将所述二维坐标系中的二维坐标数据转换为三维坐标数据，计算需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积；

根据所述需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积，在预设的专家规则库中筛选出符合规则的至少一组监控设备；对筛选出的监控设备组中每组监控设备进行符合度计算，确定最优监控设备组；

计算所述最优监控设备组的最佳监控布局方案。

2.根据权利要求1所述的监控设备布局方法，其特征在于，所述方法之后还包括：

在三维空间模拟出所述最优监控布局方案的效果图，并输出。

3.根据权利要求1所述的监控设备布局方法，其特征在于，所述基础数据包括实际场景的二维平面图、实际场景高度和缩放比例；所述将所述二维坐标系中的二维坐标数据转换为三维坐标数据，计算需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积，进一步包括：

根据所述二维坐标系的二维坐标数据以及实际场景高度和缩放比例，得出实际场景以及需监控区域中每个点的三维坐标值；

根据三维坐标值计算需监控区域的区域覆盖范围；

将实际场景和需监控区域在水平方向切割成至少两份，采用积分方式计算出水平覆盖面积。

4.根据权利要求3所述的监控设备布局方法，其特征在于，

所述根据三维坐标值计算需监控区域的区域覆盖范围进一步包括：

根据dw＝|dx_e-dx_s|，dl＝|dy_e-dy_s|，dh＝|dh_e-dh_s|计算需监控区域的区域覆盖范围D(dw，dl，dh)，其中，dx_s,dy_s,dz_s分别表示该区域的水平横向、水平纵向和垂直方向坐标的最小值，dx_e,dy_e,dz_e分别表示该区域的水平横向、水平纵向和垂直方向坐标的最大值；dw,dl,dh分别表示该区域水平横向、水平纵向和垂直方向的最大长度；

所述采用积分方式计算出水平覆盖面积进一步包括按以下公式分别计算出实际场景的水平覆盖面积以及需监控区域的水平覆盖面积：

$S_m=\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i$

$S_c=\underset{i=0}{\overset{N^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{i^{\&prime;}}{y}_{i^{\&prime;}}$

其中，Sm表示实际场景的水平覆盖面积，Sc表示需监控区域的水平覆盖面积，x_i，y_i分别表示实际场景的水平横向坐标值和水平纵向坐标值，x_i'，y_i'分别表示需监控区域的水平横向坐标值和水平纵向坐标值，N、N’分别表示在水平方向切割的份数。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的监控设备布局方法，其特征在于，所述对筛选出的监控设备组中每组监控设备进行符合度计算，确定最优监控设备组，进一步包括：

计算需监控区域的空间覆盖范围；

计算每组监控设备的有效空间覆盖范围；

计算每组监控设备与需监控区域的空间覆盖范围的符合度，选择符合度最高的监控设备组；

判断符合度最高的监控设备组的符合度是否在预设范围内，如果不是，根据符合度最高的监控设备组的符合度与预设范围的大小关系调整监控设备组，计算调整后的监控设备组中每组监控设备的有效空间覆盖范围，重新选择符合度最高的监控设备组进行判断，直至符合度最高的监控设备组的符合度满足预设范围为止；如果是，则确定该组监控设备组为最优监控设备组。

6.根据权利要求5所述的监控设备布局方法，其特征在于，所述根据符合度最高的监控设备组的符合度与预设范围的大小关系调整监控设备组，进一步包括：

对符合度最高的监控设备组中的监控设备按规格分类；

当符合度大于预设范围的上限时，从专家库中选择与符合度最高的监控设备组中最小规格监控设备最接近的至少一个不同规格的监控设备，在符合度最高的监控设备组中分别增加一个所选择的不同规格的监控设备，形成至少一组新的监控设备组；

当符合度小于预设范围的下限时，在符合度最高的监控设备组中分别减少一个不同规格的监控设备，形成至少一组新的监控设备组。

7.根据权利要求5所述的监控设备布局方法，其特征在于，所述计算每组监控设备的有效空间覆盖范围，进一步包括：

根据监控设备组中包含的每个监控设备信息计算每组监控设备中每个监控设备的水平视场角与垂直视场角；

根据所述每个监控设备的水平视场角与垂直视场角计算每组监控设备中每个监控设备的有效监控区域；

计算每组监控设备的各个监控设备有效监控区域不重叠时的最大覆盖空间之和。

8.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的监控设备布局方法，其特征在于，计算所述最优监控设备组的最佳监控布局方案进一步包括：

将各监控设备在监控区域上所覆盖的有效范围的起始坐标记为po_s(x_s,y_s,z_s)，终点坐标记为po_e(x_e,y_e,z_e)，则按以下公式计算各监控设备的最佳安装倾角δ和最佳安装坐标值(x,y,z):

δ＝arctan(H*R/bl)-β/2)

x＝|x_e-x_s|*ρ(0<ρ≤1)

y＝y_s+H*k/tanβ

z＝z_e

其中，H表示实际场景的高度，R表示缩放比例，bl表示该监控设备的水平纵向范围，β表示各监控设备的垂直视场角，ρ表示调节x的坐标值的系数。

9.一种监控设备布局系统，其特征在于，该系统包括以下模块：

接收模块，用于根据用户输入的基础数据建立二维坐标系，并在所述二维坐标系接收用户划分的需监控区域；

数据转换模块，用于将所述二维坐标系中的二维坐标数据转换为三维坐标数据，计算需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积；

监控设备筛选模块，用于根据所述需监控区域的区域覆盖范围、以及实际场景和需监控区域的水平覆盖面积，在预设的专家规则库中筛选出符合规则的至少一组监控设备；对筛选出的监控设备组中每组监控设备进行符合度计算，确定最优监控设备组；

布局确定模块，用于计算所述最优监控设备组的最佳监控布局方案。

10.根据权利要求9所述的监控设备布局系统，其特征在于，所述系统还包括模拟模块，用于在三维空间模拟出所述最优监控布局方案的效果图，并输出。

11.根据权利要求9所述的监控设备布局系统，其特征在于，所述基础数据包括实际场景的二维平面图、实际场景高度和缩放比例；所述数据转换模块进一步包括三维坐标获取单元、区域覆盖范围计算单元、水平覆盖面积计算单元，其中：

三维坐标获取单元，用于根据二维坐标系的二维坐标数据以及实际场景高度和缩放比例，得出实际场景以及需监控区域中每个点的三维坐标值；

区域覆盖范围计算单元，用于根据三维坐标值计算需监控区域的区域覆盖范围；

水平覆盖面积计算单元，用于将实际场景和需监控区域在水平方向切割成至少两份，采用积分方式计算出水平覆盖面积。

12.根据权利要求9所述的监控设备布局系统，其特征在于，所述监控设备筛选模块进一步包括第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元、判断单元、和确定单元，其中：

第一计算单元，用于计算需监控区域的空间覆盖范围；

第二计算单元，用于计算每组监控设备的有效空间覆盖范围；

第三计算单元，用于计算每组监控设备与需监控区域的空间覆盖范围的符合度，选择符合度最高的监控设备组；

判断单元，用于判断符合度最高的监控设备组的符合度是否在预设范围内；

确定单元，用于当符合度最高的监控设备组的符合度不在预设范围内时，根据符合度最高的监控设备组的符合度与预设范围的大小关系调整监控设备组，计算调整后的监控设备组中每组监控设备的有效空间覆盖范围，重新选择符合度最高的监控设备组进行判断，直至符合度最高的监控设备组的符合度满足预设范围为止；当符合度最高的监控设备组的符合度在预设范围内时，确定该组监控设备组为最优监控设备组。