CN106060480A - 预警视频信息流融合监控系统 - Google Patents
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Abstract
预警视频信息流融合监控系统，包括火焰监控单元、摄像单元、信号处理单元、网络传输单元、供电单元、客户端、监控平台、WEB服务器；所述火焰监控单元、摄像单元、网络传输单元与信号处理单元连接；所述网络传输单元与监控平台和WEB服务器连接；信号处理单元连接客户端；所述火焰监控单元通过火焰传感器采集火焰数据，并将采集的数据传输到信号处理单元；摄像单元采集现场视频信息，通过ONVIF传输到信号处理单元；信号处理单元对现场视频信息进行同步处理，与预警信息融合，划分预警等级。本发明融合了火焰预警信息和视频信息，采用一体化网络传输，多维度监控火灾情况，防止误报并能划分火灾预警等级，具有相应速度快、易维护、兼容性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种预警视频信息流融合监控系统，尤其涉及采用多功能防爆摄像一体机的预警视频信息流融合监控系统。该监控系统是基于ONVIF协议通过网络传输报警信息的带火焰检测功能的多功能数字式防爆摄像机。
背景技术
目前石化企业大部分仍在使用模拟式摄像头，分辨率小，清晰度低，不具备数字网络功能。即使是使用了数字式网络摄像机，也仅仅是简单的视频监控功能，不具备火焰检测功能，不能在第一时间输出火灾报警，延误了抢救企业财产避免人员伤亡的时机。
中国专利申请(申请号：CN200810126604)公开了一种多频图像火灾探测系统，该系统包括彩色/黑白、彩色/近红外线双可变摄像机、图像采集模块、信号处理与控制模块、输入输出模块、报警显示装置、设定调试系统、通信装置和区域报警监控系统。彩色/近红外线摄像头采用频谱回应范围在400nm～1200nm的CCD或CMOS图像传感器和截止频率850nm(或950nm及以上)波段的高通红外滤光片制成；彩色/黑白摄像头也采用频谱回应范围在400nm～1200nm的CCD或CMOS图像传感器。信号处理与控制模块包含有烟雾、火焰识别和火灾数据融合演算法、光源控制演算法、云台控制演算法、双可变摄像机切换控制演算法，以及基于双摄像机火灾定位演算法。
中国专利申请(申请号：CN201320815819)公开了一种防爆兼本安摄像仪云台一体机，该一体机包括密闭壳体和安装在密闭壳体内的控制电路，控制电路包括电源处理模块、摄像头模块、红外照明LED模块、驱动解码器模块、水平传动动机构和垂直传动机构；电源模块将电压转成24V和9V两路，9V给摄像头模块供电，24V给水平传动机构、垂直传动机构、解码驱动器模块供电，驱动解码器模块与水平传动机构和垂直传动机构相连用于实现摄像头模块和红外照明LED模块的水平、垂直转动。
上述现有技术公开了多频图像火灾探测系统，其具有火焰检测、通信功能，但是该系统并不能将火焰预警信息流与视频信息流进行融合，不能构成一体化的监控系统，不能融合火焰监控和视频监控为火灾现场划分预警等级。
发明内容
本发明是针对现有技术中存在的不足，提供一种预警视频信息流融合监控系统。
本发明通过以下技术方案加以实现：一种预警视频信息流融合监控系统，其特征为：所述监控系统包括火焰监控单元、摄像单元、信号处理单元、网络传输单元、供电单元、客户端、监控平台、WEB服务器；所述火焰监控单元、摄像单元、网络传输单元与信号处理单元连接；所述网络传输单元与监控平台和WEB服务器连接；信号处理单元连接客户端；所述火焰监控单元通过火焰传感器采集火焰数据，并将采集的数据传输到信号处理单元；摄像单元采集现场视频信息，通过ONVIF传输到信号处理单元；信号处理单元分别计算火焰强度信号和火焰闪烁频率信号的时间序列相关系数；连续监测时间序列相关性系数，根据两种信号的时间序列相关系数变化趋势判断火焰状态；若判断为火焰状态，发送同步信号至摄像单元，由摄像单元启动采集现场图像信号，经信号处理电路处理后送入信号处理单元进行图像分割；所述信号处理单元采用模糊聚类法分割出图像中的火焰区、背景区，然后计算出火焰区区域的面积以及火焰区的平均值亮度值，与预警信息融合，划分预警等级。
进一步，从采集的视频信号中分离出图像信号、控制信号、扫描线空白时隙信号；在所述控制信号的控制下对所述图像信号进行处理；扫描线空白时隙信号带有时间戳标识；利用同步信号，在所述预警信息中加入时间戳标识；将处理后的图像信号与所述预警信息合并为数字信号后进行编码传输；该时间戳标识是根据具体环境或要求，写入系统事件或时间轴的时间标识。
进一步，划分火灾预警等级，只有当至少两种探测方式均得出发生火灾的结论时，探测系统才进入火灾报警处理程序，发出报警信号。
进一步，采用监听方式监听火灾报警事件。
进一步，在监听事件前，通过客户端配置ONVIF设备，获取在网的监控节点设备信息，包括设备的IP地址、设备的能力集和码流令牌，建立起与摄像一体机的连接；其中包括创建与摄像一体机的连接的EventServer的socket连接；客户端发送SubscritionRequest订阅请求到EventServer，提交订阅请求；当EventServer接收到订阅请求，则动态实例化一个SubscriptionManager订阅管理器，；EventServer在订阅响应中返回订阅管理的服务程序所在的IP和端口；如果订阅成功，Client通过摄像一体机的的IP地址及端口，直接与SubscriptionManager进行通信，调用accept监听；同时，建立视频流连接，融合火焰传感器数据流和视频数据流。
进一步，客户端根据WSDL描述文件生成一个SOAP请求消息，该消息会被添加到一个HTTPPOST请求中，发送到包含对应WebServices的Web服务器；WebServices请求处理解析器调用相应的WebServices处理SOAP请求，生成对应的SOAP应答；Web服务器得到SOAP应答后，通过HTTP把应答消息送回客户端。相应的消息中包括时间戳。
有益效果：视频监控系统的目的是保护用户的生命和财产安全，而视频监控和告警数据融合是其两大核心功能。多功能防爆摄像一体机是专门针对企业火灾事故第一时间报警而研制的视频监控产品，在传统摄像机基础上增加火灾探测提示报警功能。本发明充分结合了视频与火焰探测器的功能，能在第一时间发出火焰报警的同时，通过视频信号了解现场具体情况，具有相应速度快、易维护、兼容性高的特点。它能够在火灾发生后的第一时间迅速检测并进行弹屏和声光报警，以便操作人员最快做出反应，最大程度减小火灾造成的损失，把事故消灭在萌芽状态。
针对石油化工行业的高温高压部位、高温热油泵部位、高温法兰部位、压缩机及其它易发生泄漏、易发生火灾的部位进行监控最为适合。
附图说明
图1为本发明预警视频信息流融合监控系统整体结构图；
图2为本发明火焰监控单元结构图；
图3为本发明多监控节点监控系统示意图；
其中：1、火焰监控单元，2、摄像单元，3、信号处理单元，4、网络传输单元，5、火焰传感器，6、单片机，7、火焰信息流，8、火灾预警信息流，9、客户端，10、监控平台，11.WEB服务器。
具体实施方式
参见附图1所示。预警视频信息流融合监控系统，包括摄像单元，摄像单元采用多功能摄像一体机，外部设有防爆外壳；还包括火焰监控单元、信号处理单元、网络传输单元、供电单元、监控平台、客户端、WEB服务器；所述火焰监控单元、摄像单元、网络传输单元与信号处理单元连接。参见附图2所示，火焰监测单元一般由火焰传感器探头、电源、电压放大器、检测屏、逻辑屏等部件组成。由探头探测燃烧火焰，得到处理后的信号F；从信号F中分离出代表火焰闪烁频率的交流信号和代表火焰强度的直流信号；对代表火焰闪烁频率的交流信号和代表火焰强度的直流信号分别进行运算放大处理，使放大后的信号FF和FD的量值在相同的数量级范围内；将FD转换成数字信号，并进行数据采集；得到时间序列火焰强度信号离散值X；将FF转换成数字信号，并进行数据采集，得到等间隔连续采样值Fk；并进行频谱分析得到时间序列火焰闪烁频率信号Y。分别计算火焰强度信号和火焰闪烁频率信号的时间序列相关系数；连续监测时间序列相关性系数，根据两种信号的时间序列相关系数变化趋势判断火焰状态；若判断为火焰状态，发送同步信号至摄像单元，由摄像单元采集图像信号，经信号处理电路模块滤波、增强处理后送入信号处理单元进行图像分割；所述信号处理单元采用模糊聚类法分割出图像中的火焰区、背景区，然后计算出火焰区区域的面积M以及火焰区的平均值亮度值H，将前述两个数值送入第一控制单元；第一控制单元计算和综合评定火焰质量Q，将计算的Q值与第一阈值相比较，大于或等于第一阈值表明火焰质量好是真实火焰，小于第一阈值表明火焰质量差，是伪火焰，根据比较结果进行操作。
火焰信号为一种预警信息，本发明将预警信息与视频信息进行融合。预警视频信息流融合监控系统基于ONVIF(Open Network Video Interface Forum)的应用系统，需要将采集的火焰信号以及视频信息融合到符合ONVIF的数据流中。基于ONVIF的视频监控设备具备动态规则配置能力；首先向发现的视频监控设备发送获取访问规则消息，接收视频监控设备的响应消息，从响应消息中获取视频监控设备具有的访问规则；配置获取的访问规则。ONVIF中服务的发现流程主要采用三种方式，具体如下：视频监控可以通过组播的Hello消息主动在网络中通告自己的服务；监控平台通过组播的Probe消息在网络中发现ONVIF设备，视频监控平台在收到Probe报文后，通过单播的ProbeMatch进行响应；监控平台通过组播的Resolve消息在网络中发现ONVIF设备，视频监控设备(IPC/NVR)在收到Probe报文后，通过单播的ResolveMatch进行响应。例如：视频监控设备(IPC/NVR)启动后，在ONVIF的Hello报文的Scopes中增加一种应用，插入表示警告信息配置的标识符Warning_Config，用于通告插入警告信息。
从采集的视频信号中分离出图像信号、控制信号、扫描线空白时隙信号；在所述控制信号的控制下对所述图像信号进行融合处理；将融合处理后的图像信号与所述控制信号、扫描线空白时隙信号合并为数字信号后输出。所述扫描线空白时隙信号携带有时间戳信息，需要提取时间戳信息。
预警信息中加入时间戳信号，同时时间戳信号会插入到视频图像信号中，这样微处理器就需要完成对串行的视频信号的额外处理，根据所述时间戳判断接收到的图像信号是否为连续信号，当判断为非连续信号时进行报警，其中，判断的规则是用户自行定义和设计的，这个规则是要求发送端根据这个规则定义时间戳单元信号格式和序列，接收端根据这个规则进行判断。将融合处理后的图像信号与所述视频信号中除图像信号之外的其余信号合并为数字信号后输出。时间戳同步功能是指：为信息流同步建立一个以时间为背景的同步标识，即在进行火焰、视频采集时，为火焰、视频数据流各注入一个相同的时间戳标识，该时间戳标识将作为火焰、视频数据流的一部分进行编码传输，该时间戳标识可以根据具体环境或要求，写入系统事件或时间轴的时间标识。ONVIF规范中设备管理和控制部分所定义的接口均以WebService的形式提供。ONVIF规范涵盖了完全的XML及WSDL的定义。每一个支持ONVIF规范的终端设备均须提供与功能相应的WebService。服务端与客户端的数据交互采用SOAP协议，ONVIF中的其他部分(比如音视频流)则通过RTP/RTSP进行。信号处理单元将RTP包通过UDP协议发送至上位监控单元；上位监控单元根据RTP包包头的timestamp字段，得到视频时间戳。
信号处理单元以中央处理器及其外围电路作为为控制核心，优选为单片机或DSP，信号处理单元将接收的采样信号进行数据处理，并根据采样结果发出控制命令。信号处理单元通过网络传输单元向监控平台或客户端发送预警视频信息流，传输视频图像数据帧，并向所述视频图像数据帧中加入时间戳。在进行火灾的分析判断过程中，结合了图像传感器、火焰传感器探测方式，并划分火灾预警等级，只有当至少两种探测方式均得出发生火灾的结论时，探测系统才进入火灾报警处理程序，发出报警信号，从而提高了报警的可靠性。采用监听方式监听火灾报警事件。参见附图3，多个监控节点时，在监听事件前，需要通过ONVIF设备发现媒体配置模块，获取在网的设备信息，如设备的IP地址、设备的能力集和码流令牌等，根据这些信息建立起与摄像一体机的连接。其具体实现流程为：创建与摄像一体机的连接的EventServer的socket连接。客户端发送SubscritionRequest订阅请求到EventServer，提交订阅请求。当EventServer接收到订阅请求，则动态实例化一个SubscriptionManager订阅管理器，其主要用于通知火灾预警信息。EventServer在订阅响应中返回订阅管理的服务程序所在的IP和端口等信息。如果订阅成功，Client通过摄像一体机的的IP地址及端口，直接与SubscriptionManager进行通信，调用accept监听。同时，建立视频流连接，融合火焰传感器数据流和视频数据流。当SubscriptionManager侦测到火灾预警信息，将火灾预警发生时间、订阅管理器的结束时间、事件的类型等信息发送给监控平台，由监控平台进行处理。
所述网络单元支持ONVIF协议。ONVIF为监控系统的硬件和软件平台定义了一种标准化的接口，使基于IP网络的不同安防系统具有更好的兼容性。鉴于此，该摄像机的软件平台采用ONVIF协议进行主体框架设计。ONVIF协议的框架以Web服务标准为基础。其定义的所有配置服务都表示为Web服务的操作，描述成WSDL(Web Service Description Language)格式，并以HTTP作为底层的传输协议。该协议采用的Web服务集成了多个基于IP网络的开放式独立标准，如XML、SOAP(SimpleObjectAccessProtocol)、WSDL。XML提供了数据的描述方式，SOAP用于传送信息，而WSDL描述这些服务。ONVIF协议通过以上机制有效实现了会话与资源实体分离，将物理设备接口抽象为资源服务，实现了良好的扩展性与开放性。所述火焰监控单元通过火焰传感器采集火焰数据，并采集的数据传输到信号处理单元。所述信号处理单元中的中央处理器采用单片机；进一步包括火焰报警继电器输出单元，该单元与单片机连接；进一步包括火焰报警蜂鸣器输出单元，该单元与单片机连接；所述供电单元与所述火焰传感器、火焰报警继电器、火焰报警蜂鸣器连接。
摄像一体机放在防爆外壳内，在具有防爆要求的应用场合，通过火焰监测传感元件，能够第一时间发现视频监视区域内的火焰，并通过网络利用ONVIF协议传输报警及视频信息。ONVIF是一种全球性的开放接口网络视频协议，这一接口标准将确保不同厂商生产的网络视频产品具有互通性。基于此协议开发的多功能防爆摄像一体机，能在任何遵守此协议的视频平台上实现实时火焰探测报警功能。摄像一体机通过描述网络视频的接口、模型、数据类型和数据交互的方式，使不同的终端产品互联互通。ONVIF协议中控制部分和设备管理所定义的接口都是通过WebServices的方式提供，每个支持ONVIF协议的网络视频设备都需要提供与功能相应的WebServices，比如设备管理、设备发现、媒体配置、事件处理等，火焰监控单元通过WebServices与摄像一体机互联互通。WebServices主要利用HTTP和SOAP协议实现服务与端客户端之间的数据交互。ONVIF客户端根据官方提供的WSDL描述文件生成一个SOAP请求消息，该消息会被添加到一个HTTPPOST请求中，发送到包含对应WebServices的Web服务器。WebServices请求处理解析器调用相应的WebServices处理SOAP请求，生成对应的SOAP应答。Web服务器得到SOAP应答后，通过HTTP把应答消息送回客户端。相应的消息中包括timestamp。
摄像单元采用多功能防爆摄像一体机，其可直接探测超过4～6米远的微弱火苗，检测火焰大小随距离增加而增大，火焰大小0.3×0.3米时，可检测距离35米。当火焰传感器探测到火焰信息后，其信息传递给单片机，单片机经过程序运算判断后，把火焰信息流和报警信息流通过UART传输给信号处理单元3的UART。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是发明的较佳实施例而己，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种预警视频信息流融合监控系统，其特征为：所述监控系统包括火焰监控单元、摄像单元、信号处理单元、网络传输单元、供电单元、客户端、监控平台、WEB服务器；所述火焰监控单元、摄像单元、网络传输单元与信号处理单元连接；所述网络传输单元与监控平台和WEB服务器连接；信号处理单元连接客户端；所述火焰监控单元通过火焰传感器采集火焰数据，并将采集的数据传输到信号处理单元；摄像单元采集现场视频信息，通过ONVIF传输到信号处理单元；信号处理单元分别计算火焰强度信号和火焰闪烁频率信号的时间序列相关系数；连续监测时间序列相关性系数，根据两种信号的时间序列相关系数变化趋势判断是否为火焰状态；若判断为火焰状态，发送同步信号至摄像单元，由摄像单元启动采集现场图像信号，经信号处理电路处理后送入信号处理单元进行图像分割；所述信号处理单元采用模糊聚类法分割出图像中的火焰区、背景区，然后计算出火焰区区域的面积以及火焰区的平均值亮度值，与预警信息融合，划分预警等级。
2.根据权利要求1所述的监控系统，其特征为：从采集的视频信号中分离出图像信号、控制信号、扫描线空白时隙信号；在所述控制信号的控制下对所述图像信号进行处理；提取扫描线空白时隙信号的时间戳标识；利用同步信号，在所述预警信息中加入该时间戳标识；将处理后的图像信号与所述预警信息合并为数字信号后进行编码传输。
3.根据权利要求1所述的监控系统，其特征为：划分预警等级时，只有当至少两种探测方式均得出发生火灾的结论时，监控系统才进入火灾报警处理程序，发出报警信号。
4.根据权利要求1所述的监控系统，其特征为：采用监听方式监听火灾报警事件。
5.根据权利要求4所述的监控系统，其特征为：在监听事件前，通过客户端配置ONVIF节点设备，获取在网的监控节点设备信息，包括设备的IP地址、设备的能力集和码流令牌，建立起与摄像单元的连接；其中包括创建与摄像单元的连接的EventServer的socket连接；客户端发送SubscritionRequest订阅请求到EventServer，提交订阅请求；当EventServer接收到订阅请求，则动态实例化一个SubscriptionManager订阅管理器；EventServer在订阅响应中返回订阅管理的服务程序所在的IP和端口；如果订阅成功，Client通过摄像单元的的IP地址及端口，直接与SubscriptionManager进行通信，调用accept监听；同时，建立视频流连接，融合火焰传感器数据流和视频数据流。
6.根据权利要求1所述的监控系统，其特征为：客户端根据WSDL描述文件生成一个SOAP请求消息，该消息会被添加到一个HTTPPOST请求中，发送到包含对应webServices的Web服务器；WebServices请求处理解析器调用相应的WebServices处理SOAP请求，生成对应的SOAP应答；Web服务器得到SOAP应答后，通过HTTP把应答消息送回客户端，相应的消息中包括时间戳。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161026 |