CN105528417A - 一种基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统和方法，该社区监控视频语义模型应用系统包括了数据获取层，数据处理层，应用展示层三层结构。数据获取层包括视频处理模块。数据处理层包括数据语义构建模块和语义web应用模块。应用展示层由http接口模块，和用户交互模块构成，提供停车场、门禁以及道路监控功能。本发明通过获取社区监控视频底层数据，构建出符合制定的社区本体标准的语义数据，并通过查询功能给前端应用提供丰富的语义数据信息，在停车场，门禁，道路监控中提供了很好的社区人员情况监控，社区停车信息监控，社区安全情况监控等服务。本发明为社区管理人员提供了更丰富的监控视频高级语义信息，并通过友好的交互界面让社区管理人员能够更直观，准确的了解社区状况，优化社区管理服务。

Description

一种基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统和方法

技术领域

本发明涉及监控视频领域，尤其涉及一种通过语义标注的智能视频监控系统。

背景技术

随着智慧城市的建设发展，社区建设成为智慧城市的基本单元和基础。早在智慧城市的推进建设中，视频监控领域就已经得到了飞速的发展，大量监控摄像头被应用在城市城市安防、交通监控、电子监察等领域。这些视频数据可以真实准确实时地展示出事件的动态，但大量的视频数据仍存在视频数据语义单一、事后难以快速检索、难以对其结构化并进行高效分析描述等问题。随着视频监控技术在社区建设中扮演越来越重要的角色，这些问题同样影响着社区监控管理系统的高效运行。

智能视频监控系统的发展正逐步解决视频数据语义单一带来的难题，如基于内容的视频检索CBVR和基于语义的高级检索。但如一幅图像的语义描述可以是高兴，但现今研究主要还是基于颜色，形状，纹理等视频底层特征的提取研究，与动作，事件等高层视频特征存在这无法解决的“语义鸿沟”问题，使得视频的语义描述，检索仍然存在很大的困难。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统和方法，可实现更丰富的社区监控场景应用，为社区管理者提供更准确高效的视频监控平台，优化社区管理。

根据本发明提供的一种基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统，包括数据获取层、数据处理层和应用展示层三层结构，其中：

数据获取层包括视频处理模块，处理视频得到视频底层语义信息，包括结构化与非结构化数据信息；数据处理层包括数据语义构建模块和语义web应用模块；数据语义建模模块将获取的各类底层数据转换成具有语义信息的标准数据，语义web应用模块将对语义数据进行处理，支持高级语义信息的推理和检索查询，给监控管理者带来更丰富的语义信息服务；应用展示层由http接口子模块，和用户交互模块构成，提供停车场监控，门禁监控，道路场景监控功能；http接口模块用于语义web应用模块和用户交互模块间的数据通讯，用户交互模块用于给用户提供各监控场景的相关监控信息交互，方便监控管理工作。

视频处理模块包括，视频抽帧单元和特征提取单元和目标识别单元，视频抽帧单元用于得到关键帧信息数据，特征提取单元和目标识别单元用于得到底层视频语义数据。

数据语义构建模块包括，非结构化数据本体构建子模块结构化数据本体构建子模块和数据存储子模块。本体构建子模块将非结构化数据及结构化数据用不同本体标准转换为具有语义信息的标准数据，数据存储子模块，用于在系统种有效的存储语义数据。

语义web应用模块包括规则推理子模块和SPARQL查询子模块。规则推理子模块，通过用既定规则建立语义数据间的联系，并进行高级语义信息推理；SPARQL查询子模块，用于检索查询得到符合用户相关语义需求的数据。

工作过程：

本发明的一种基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统，工作过程包括四个步骤：

步骤1：获取监控视频数据，对数据进行关键帧抽取，特征提取等以初步获得底层视频语义数据；

步骤2：将得到的底层视频语义数据，包括结构化数据和非结构化数据等形式，采用既定的不同本体标准转换为具有语义信息的标准语义数据并有效存储；

步骤3：根据既定的丰富的事件行为规则，对语义数据进行规则推理和高层语义信息推理，并通过SPARQL对其进行条件检索查询；

步骤4：通过用户交互模块，将高级语义查询结果展现给用户。

本发明还提出一种基于本体的社区监控视频语义模型的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取监控视频数据，对数据进行处理，以初步获得视频底层语义数据；

(2)将得到的视频底层语义数据，包括结构化数据和非结构化数据等，采用既定的不同本体标准转换为具有语义信息的标准语义数据并有效存储；

(3)根据既定的事件行为规则，对语义数据进行规则关联和高层语义信息推理，并对语义数据其进行条件检索查询；

(4)通过用户交互模块，将高级语义查询结果展现给用户。

本发明与现有技术相比具有的有益效果在于：

1.将本体分析技术用于视频语义分析中，更好的解决了视频底层语义数据与高层语义信息之间的“语义鸿沟”问题。

2.针对社区各监控场景，如停车场、门禁和道路等，制定了一个社区本体描述标准，能为社区监控视频中会出现的事件，动作等高层语义信息提供更准备，更方便的语义信息推理支持。

3.系统支持丰富的查询推理规则，能满足用户自定义事件推理规则的要求，为管理者提供可扩展的丰富语义信息查询功能。

4.更加人性化的用户交互模块，让用户能更方便直观的查看管理监控信息和数据。

附图说明

图1为本发明的一种基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统结构图；

图2为本发明的数据获取层工作流程图；

图3为本发明的数据处理层中数据语义构建模块工作流程图；

图4为本发明的数据处理层语义web应用模块中规则推理子模块工作流程图；

图5为本发明的数据处理层语义web应用模块中SPARQL查询子模块工作流程图；

图6为本发明的应用展示层工作流程图；

图7为本发明的智慧社区本体库描述标准的部分展示图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的一种基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统包括数据获取层，数据处理层，应用展示层。

如图2所示，数据获取层通过对监控设备的传出视频进行关键帧抽取，特征提取，目标识别等处理，获得系统分析需要的底层原始数据，如人脸特征，行人数量，车牌号码，行车方向，位置信息等数据。

如图3所示，数据语义构建模块取得底层原始数据，确定对应的社区本体构建标准，在本发明中采用智慧社区本体库标准，此本体库标准是针对社区监控所涉及的实体及实体间关系，运用本体工程方法所建立(如图6)，将数据按智慧社区本体库标准，用RDF描述框架的格式标准转换编写，比如通过对数据属性的描述，就可以成功展示社区中一个属于社区流动人口的完整居民信息，包括其姓名、身份证号、年龄和车牌号等信息，并可以通过对关系的描述，将此居民与社区其他居民联系起来。使用这种描述方法，我们就可以按照社区本体库标准描述更多具有丰富关系属性的语义信息。在完成所有底层数据的处理后，将语义描述数据以RDF文件的形式形成语义文档并存储。

如图4所示，规则推理子模块接受一定的关联推理规则，如“transitiveProperty、equalClassOf、subClassOf、subPropertyOf、beforeOf”等，如通过设置一个子类推理规则，即可以将社区访客归为社区管理关注人群中的一种，以便于进行后期监控。又如通过设置一个动作属性发生的时间顺序的推理规则，即可实现一个居民停车事件的推理，完成一个语义事件的监控。在设置完关联推理规则后调用Jena框架推理机，Jena框架推理机自动完成对推理规则的解析，调用系统中存储的本体语义数据，并进行相应的关联规则推理，得到具有更高级语义信息的推理结果数据，同时对已有的语义数据库进行更新，对已存储的语义数据赋予更丰富的语义关联关系。在已有的应用之上，本发明支持制定更多更丰富的推理关联规则。

如图5所示，SPARQL查询子模块接受前端应用层发送的包含查询参数的HttpRequest请求，由Jena框架自动将查询请求解析，提取相关参数，并拼装成Jena框架所支持的，针对本体语义数据的SPARQL查询推理语句，对系统中存储的本体语义数据进行相应的查询调用，如在门禁监控中，系统得到进入社区的居民信息参数和实时室外温度参数后，通过查询这个居民房间是否拥有空调，并判断实时室外温度是否属于高温，就可以为系统返回查询推理结果，决定是否打开空调，并将对应信息返回前端应用层向居民进行展示。在通过前面的步骤得到所需要的语义数据的查询推理结果后，由Jena框架对数据进行封装，给前端应用层返回包含相关参数的HttpResponse对象。

如图6所示，应用展示层使用Html+Css架构进行界面编写，对用户提供对应的管理应用界面，如停车场监控应用界面，门禁监控应用界面，道路监控应用界面，用户在界面上查看监控相关信息，如有查询检索要求，填写界面查询数据表格，在点击提交后，使用Javascript编写的判断语句，判断参数填写是否符合要求，如填写正确，http接口子模块将参数上传至服务器，并接受服务器的返回结果，最后将结果显示在用户界面上。图7为本发明的智慧社区本体库描述标准的部分展示图。

Claims (9)

1.一种基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统，包括数据获取层、数据处理层和应用展示层，其特征在于：

数据获取层包括视频处理模块，处理视频得到视频底层语义数据信息，包括结构化与非结构化数据信息；

数据处理层包括数据语义构建模块和语义web应用模块；数据语义构建模块将获取的各类底层数据转换成具有初级语义信息的标准语义数据并进行有效存储，语义web应用模块对前面存储的语义数据进行语义关联，及语义推理处理得到具有高级语义信息的数据，并支持高级语义信息的推理和检索查询；

应用展示层由http接口模块，和用户交互模块构成，提供停车场监控，门禁监控，道路监控功能；http接口模块用于语义web应用模块和用户交互模块间的数据通讯，通过用户交互模块给用户提供各监控场景的相关监控信息交互功能，方便监控管理工作。

2.如权利要求1所述的基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统，其特征在于：数据获取层还包括：

视频抽帧单元，用于得到关键帧数据；

特征提取单元和目标识别单元，用于得到底层视频语义数据；

其中，视频数据来源于社区各个监控场景的摄像设备，包括停车场，门禁，道路。

3.如权利要求1所述的基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统，其特征在于：数据处理层包括：

非结构化数据本体构建子模块和结构化数据本体构建子模块，这两个模块分别将获取的视频处理后的非结构化数据，和结构化数据转换为符合既定本体标准的语义数据；

数据存储子模块，用于在系统中有效的存储语义数据；

规则推理子模块，通过用既定规则建立语义数据间的联系，并进行高级语义信息推理；

SPARQL查询子模块，用于检索查询语义数据库，得到符合用户需求的数据。

4.如权利要求1所述的基于本体的社区监控视频语义模型的应用系统，其特征在于：应用展示层包括：

http接口模块，用于语义web应用模块和用户交互模块间的数据通讯；

用户交互模块，用于用户进行查询操作和相关监控信息的查看，方便社区监控管理工作的进行。

5.一种基于本体的社区监控视频语义模型的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取监控视频数据，对数据进行处理，以初步获得视频底层语义数据；

(2)将得到的视频底层语义数据，包括结构化数据和非结构化数据，采用智慧社区本体库标准转换为具有语义信息的标准语义数据并有效存储，所述智慧社区本体库标准是针对社区各监控场景所涉及的实体及实体间关系，运用本体工程方法所建立；

(3)根据既定的事件行为规则，对语义数据进行规则关联和高层语义信息推理，并对语义数据其进行条件检索查询；

(4)通过用户交互模块，将高级语义查询结果展现给用户。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，在步骤(1)中，使用关键帧抽取，特征识别，目标识别方法，提取视频关键帧图片数据、视频特征描述数据和视频目标对象数据。

7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，在步骤(2)中，将所获得的数据，包括结构化数据和非结构化数据，按照制定的社区本体库标准，对数据进行语义转换，用RDF/RDFS语言描述，并存储为RDF文件。

8.根据权利要求5所述方法，其特征在于，在步骤(3)中，对于已经建好的语义数据，使用jena框架提供的推理机，解析语义数据，并按照制定的推理规则，对语义数据进行关联推理，得到用户感兴趣的高层语义信息；并利用jena框架提供的SPARQL工具进行查询检索得到所需要的语义数据，最后转换生成用户可读的数据信息；所述制定的推理规则，包括事件推理、动作推理及场景推理。

9.根据权利要求5所述方法，其特征在于，在步骤(4)中，用户在前台界面查看信息，并输入查询参数，提交后通过http请求向数据处理层发送请求，得到返回结果后，将相关信息展示在网页上。