CN106600961A - 一种监控摄像机路网覆盖优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种监控摄像机路网覆盖优化方法，针对目标路网中的监控摄像机进行优化设计，解决了现有技术监控摄像机布局与调度规划中难以根据实际应用需求实现监控摄像机网络动态调度的问题，在考虑监控目标运动方向和摄像机成像角度的基础上，快速求解最优监控摄像机布局方案，并对方案中覆盖道路数量、覆盖道路总长度、监控摄像机数量进行精确分析评价，充分调度已有监控摄像机路网中的监控摄像机，实现了摄像机监控资源利用率的最大化。

Description

一种监控摄像机路网覆盖优化方法
技术领域
本发明涉及一种监控摄像机路网覆盖优化方法，属于道路监控布局技术领域。
背景技术
监控摄像机作为物联网、智慧城市中一种重要的传感器，用于记录视域范围内的静态场景和动态目标，并以其实时性、连续性、场景可重现的优势成为了当今社会安防系统建设中最核心的环节。尽管当前各大城市部署了大量的监控摄像头，但由于各个时期监控摄像头的部署建设目标会发生不断变化，为了新的监控目标而重新建设全新的监控摄像头网络，显然既浪费现有资源，又增加投入成本，因此需要一种能够面向新的优化目标利用现有监控摄像头资源重新调度，以实现覆盖优化。
行人、车辆等运动目标出现的路网是安防监控视频重点关注的对象，因此路网覆盖优化一直是学术界和安防应用领域关注的热点。然而现有的方法以监控摄像机数量最少，或者路网覆盖度作为优化目标提出了诸多优化方法，这主要是考虑到，整个路网被覆盖的长度越长表示运动目标被监控到的信息就越多。但是在实际应用中，监控摄像头常被部署于路网的交叉路口，由于路网的拓扑关系固定，约束运动目标的运动路线，一个路段只要有其中一小段被覆盖也能够提高运动目标信息获取的概率，因此，路网中被覆盖的路段数量也应该作为优化目标，因此，路网整体覆盖长度、路网中被覆盖的路段数量、调度到的监控摄像头的数量等目标都是优化方法需要关注的方面，这就需要一种能够面向路网覆盖，且同时顾及多个优化目标的优化方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种针对目标路网，考虑监控目标运动方向和摄像机成像角度，能够充分调度已有监控摄像机，实现摄像机监控资源利用率最大化的监控摄像机路网覆盖优化方法。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种监控摄像机路网覆盖优化方法，基于目标路网结构，针对监控摄像机路网结构进行优化，包括如下步骤：
步骤001.删除监控摄像机路网结构中未覆盖目标路网结构中道路的监控摄像机，更新监控摄像机路网结构；
步骤002.分别针对监控摄像机路网结构中的各个监控摄像机，计算判断该监控摄像机针对其所覆盖的道路是否存在适宜视线角度范围，是则获得该监控摄像机的适宜视线角度范围，否则删除该监控摄像机，如此更新监控摄像机路网结构，并获得监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的适宜视线角度范围；
步骤003.分别针对监控摄像机路网结构中的各个监控摄像机，根据监控摄像机主光轴与其适宜视线角度范围之间的几何关系，计算获得该监控摄像机的适宜主光轴范围，如此获得监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的适宜主光轴范围；
步骤004.根据监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的适宜视线角度范围、适宜主光轴范围，以覆盖目标路网结构中道路数量最多、目标路网结构中覆盖道路总长度最长、监控摄像机数量最少为目标，计算各个监控摄像机最优主光轴方向，获得对应监控摄像机路网结构的各套监控摄像机布局方案；
步骤005.分别针对监控摄像机路网结构的各套监控摄像机布局方案，采用预设目标路网结构中道路数量权重、预设目标路网结构中覆盖道路总长度权重、预设监控摄像机数量权重，针对监控摄像机布局方案中的目标路网结构中道路数量、目标路网结构中覆盖道路总长度、监控摄像机数量进行计算，获得该监控摄像机布局方案的评价值，如此获得监控摄像机路网结构各套监控摄像机布局方案的评价值，并获得最大评估值所对应监控摄像机布局方案，即为监控摄像机路网结构的最优监控摄像机布局方案。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤001具体包括，针对监控摄像机路网结构中的各个监控摄像机，根据监控摄像机的视域半径，计算监控摄像机沿其主光轴与其所监控路面的最短距离，确定各个监控摄像机所监控的路面，据此删除监控摄像机路网结构中未覆盖目标路网结构中道路的监控摄像机，更新监控摄像机路网结构。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤002中，分别针对监控摄像机路网结构中的各个监控摄像机，根据监控摄像机主光轴与其所覆盖目标路网结构中道路方向之间夹角不小于预设夹角阈值的原则，计算判断该监控摄像机针对其所覆盖的道路是否存在适宜视线角度范围。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤004具体包括，根据监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的适宜视线角度范围、适宜主光轴范围，以覆盖目标路网结构中道路数量最多、目标路网结构中覆盖道路总长度最长、监控摄像机数量最少为目标，基于多目标粒子群优化算法计算各个监控摄像机最优主光轴方向，获得对应监控摄像机路网结构的各套监控摄像机布局方案。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤005中，分别针对监控摄像机路网结构的各套监控摄像机布局方案，采用预设目标路网结构中道路数量权重、预设目标路网结构中覆盖道路总长度权重、预设监控摄像机数量权重，针对监控摄像机布局方案中的目标路网结构中道路数量、目标路网结构中覆盖道路总长度、监控摄像机数量进行模糊效用函数计算，获得该监控摄像机布局方案的模糊效用函数值，即为该监控摄像机布局方案的评价值。
本发明所述一种监控摄像机路网覆盖优化方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所设计的监控摄像机路网覆盖优化方法，针对监控摄像机路网进行优化设计，解决了现有技术监控摄像机布局与调度规划中难以根据实际应用需求实现监控摄像机网络动态调度的问题，在考虑监控目标运动方向和摄像机成像角度的基础上，快速求解最优监控摄像机布局方案，并对方案中覆盖道路数量、覆盖道路总长度、监控摄像机数量进行精确分析评价，充分调度已有监控摄像机路网中的监控摄像机，实现了摄像机监控资源利用率的最大化。
附图说明
图1是目标路网结构与监控摄像机路网结构初始状态的示意图；
图2是目标路网结构与监控摄像机路网结构基于所覆盖道路筛选后的示意图；
图3是目标路网结构与监控摄像机路网结构中监控摄像机适宜视线角度范围示意图；
图4是目标路网结构与监控摄像机路网结构适宜视线角度范围筛选后的示意图；
图5是步骤004中各套监控摄像机布局方案的求解流程图；
图6是步骤004中所求各套监控摄像机布局方案中的其中一种。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明所设计的监控摄像机路网覆盖优化方法，对目标路网结构与监控摄像机路网结构进行抽象建模，使其拥有明确的地理空间信息和拓扑关系；根据目标路网结构中道路与监控摄像机的几何位置关系，筛选覆盖目标路网结构中道路的监控摄像机；考虑所监控道路方向和监控摄像机成像角度，对监控摄像机进行筛选，并计算出监控摄像机在目标路网结构中各道路的适宜视线角度范围；根据监控摄像机的适宜视线角度范围与其主光轴的几何关系，计算其适宜主光轴范围；再利用多目标粒子群优化算法，求解各套监控摄像机布局方案；最后根据用户的应用偏好，利用模糊效用函数求解获得最优监控摄像机布局方案。
本发明所设计的监控摄像机路网覆盖优化方法，在具体的实际应用过程中，基于目标路网结构，针对监控摄像机路网结构进行优化，首先针对目标路网结构和监控摄像机路网结构建立数据结构，对于监控摄像机路网结构建立数据结构，即针对现有监控摄像机路网结构建立数据结构，首先读取目标路网结构和现有监控摄像机路网结构的参数文件，包括监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的类型、横坐标、纵坐标、视域半径、主光轴方向、与道路夹角阈值，基于这7个参数建立监控摄像机链表，监控摄像机初始化视域如图1中扇形所示；接着获取目标路网结构中道路节点的横坐标、纵坐标、宽度，路段边的起始点和终止点编码，建立路网数据结构，路网的几何信息同样如图1所示，并使用Arcmap软件加载目标路网结构和现有监控摄像机路网结构的矢量数据文件进行可视化显示；然后具体按如下步骤进行执行，针对监控摄像机路网结构进行优化。
步骤001.针对监控摄像机路网结构中的各个监控摄像机，根据监控摄像机的视域半径，计算监控摄像机沿其主光轴与其所监控路面的最短距离，确定各个监控摄像机所监控的路面，据此删除监控摄像机路网结构中未覆盖目标路网结构中道路的监控摄像机，更新监控摄像机路网结构，如图2所示。
步骤002.分别针对监控摄像机路网结构中的各个监控摄像机，根据监控摄像机主光轴与其所覆盖目标路网结构中道路方向之间夹角不小于预设夹角阈值的原则，如图3所示，计算判断该监控摄像机针对其所覆盖的道路是否存在适宜视线角度范围，是则获得该监控摄像机的适宜视线角度范围，否则删除该监控摄像机，如此更新监控摄像机路网结构，如图4所示，并获得监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的适宜视线角度范围。
步骤003.分别针对监控摄像机路网结构中的各个监控摄像机，根据监控摄像机主光轴与其适宜视线角度范围之间的几何关系，计算获得该监控摄像机的适宜主光轴范围，如此获得监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的适宜主光轴范围。
上述步骤003中，针对监控摄像机，根据如下公式，求解其适宜主光轴范围；
Direction_min＝Ang_min-AOV/2,
Direction_max＝Ang_max+AOV/2,
其中Direction_min和Direction_max表示监控摄像机适宜主光轴范围的最小值和最大值，Ang_min和Ang_max表示监控摄像机适宜视线角度范围的最小值和最大值，AOV表示监控摄像机的视域角。
步骤004.如图5所示，根据监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的适宜视线角度范围、适宜主光轴范围，以覆盖目标路网结构中道路数量最多、目标路网结构中覆盖道路总长度最长、监控摄像机数量最少为目标，基于多目标粒子群优化算法计算各个监控摄像机最优主光轴方向，获得对应监控摄像机路网结构的各套监控摄像机布局方案，并利用Arcmap软件针对各套监控摄像机布局方案进行可视化显示，如图6所示为所求各套监控摄像机布局方案中的其中一种。
步骤005.用户根据自己的应用需求，预先设置好上述三个目标的偏好参数，即预设目标路网结构中道路数量权重、预设目标路网结构中覆盖道路总长度权重、预设监控摄像机数量权重；然后分别针对监控摄像机路网结构的各套监控摄像机布局方案，采用预设目标路网结构中道路数量权重、预设目标路网结构中覆盖道路总长度权重、预设监控摄像机数量权重，按如下公式：
针对监控摄像机布局方案中的目标路网结构中道路数量、目标路网结构中覆盖道路总长度、监控摄像机数量进行模糊效用函数计算，获得该监控摄像机布局方案的模糊效用函数值，即为该监控摄像机布局方案的评价值，其中，Si表示第i个粒子的模糊偏好效用函数值，N是决策者的个数，m是优化目标的个数，Fij表示表示第i个粒子的第j个目标的模糊隶属度值，y由该优化目标的最大和最小值确定，ωhj表示第h个决策者对第j个目标赋予的偏好权重值，βh表示决策者相对权重。
通过上述执行过程，获得监控摄像机路网结构各套监控摄像机布局方案的评价值，并获得最大评估值所对应监控摄像机布局方案，即为监控摄像机路网结构的最优监控摄像机布局方案。
上述技术方案所设计的监控摄像机路网覆盖优化方法，针对监控摄像机路网进行优化设计，解决了现有技术监控摄像机布局与调度规划中难以根据实际应用需求实现监控摄像机网络动态调度的问题，在考虑监控目标运动方向和摄像机成像角度的基础上，快速求解最优监控摄像机布局方案，并对方案中覆盖道路数量、覆盖道路总长度、监控摄像机数量进行精确分析评价，充分调度已有监控摄像机路网中的监控摄像机，实现了摄像机监控资源利用率的最大化。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种监控摄像机路网覆盖优化方法，基于目标路网结构，针对目标路网中的监控摄像机进行优化设计，其特征在于，包括如下步骤：
步骤001. 删除监控摄像机路网结构中未覆盖目标路网结构中道路的监控摄像机，更新监控摄像机路网结构；
步骤002. 分别针对监控摄像机路网结构中的各个监控摄像机，计算判断该监控摄像机针对其所覆盖的道路是否存在适宜视线角度范围，是则获得该监控摄像机的适宜视线角度范围，否则删除该监控摄像机，如此更新监控摄像机路网结构，并获得监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的适宜视线角度范围；
步骤003. 分别针对监控摄像机路网结构中的各个监控摄像机，根据监控摄像机主光轴与其适宜视线角度范围之间的几何关系，计算获得该监控摄像机的适宜主光轴范围，如此获得监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的适宜主光轴范围；
步骤004. 根据监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的适宜视线角度范围、适宜主光轴范围，以覆盖目标路网结构中道路数量最多、目标路网结构中覆盖道路总长度最长、监控摄像机数量最少为目标，计算各个监控摄像机最优主光轴方向，获得对应监控摄像机路网结构的各套监控摄像机布局方案；
步骤005. 分别针对监控摄像机路网结构的各套监控摄像机布局方案，采用预设目标路网结构中道路数量权重、预设目标路网结构中覆盖道路总长度权重、预设监控摄像机数量权重，针对监控摄像机布局方案中的目标路网结构中道路数量、目标路网结构中覆盖道路总长度、监控摄像机数量进行计算，获得该监控摄像机布局方案的评价值，如此获得监控摄像机路网结构各套监控摄像机布局方案的评价值，并获得最大评估值所对应监控摄像机布局方案，即为监控摄像机路网结构的最优监控摄像机布局方案。
2.根据权利要求1所述一种监控摄像机路网覆盖优化方法，其特征在于：所述步骤001具体包括，针对监控摄像机路网结构中的各个监控摄像机，根据监控摄像机的视域半径，计算监控摄像机沿其主光轴与其所监控路面的最短距离，确定各个监控摄像机所监控的路面，据此删除监控摄像机路网结构中未覆盖目标路网结构中道路的监控摄像机，更新监控摄像机路网结构。
3.根据权利要求1所述一种监控摄像机路网覆盖优化方法，其特征在于：所述步骤002中，分别针对监控摄像机路网结构中的各个监控摄像机，根据监控摄像机主光轴与其所覆盖目标路网结构中道路方向之间夹角不小于预设夹角阈值的原则，计算判断该监控摄像机针对其所覆盖的道路是否存在适宜视线角度范围。
4.根据权利要求1所述一种监控摄像机路网覆盖优化方法，其特征在于：所述步骤004具体包括，根据监控摄像机路网结构中各个监控摄像机的适宜视线角度范围、适宜主光轴范围，以覆盖目标路网结构中道路数量最多、目标路网结构中覆盖道路总长度最长、监控摄像机数量最少为目标，基于多目标粒子群优化算法计算各个监控摄像机最优主光轴方向，获得对应监控摄像机路网结构的各套监控摄像机布局方案。
5.根据权利要求1所述一种监控摄像机路网覆盖优化方法，其特征在于：所述步骤005中，分别针对监控摄像机路网结构的各套监控摄像机布局方案，采用预设目标路网结构中道路数量权重、预设目标路网结构中覆盖道路总长度权重、预设监控摄像机数量权重，针对监控摄像机布局方案中的目标路网结构中道路数量、目标路网结构中覆盖道路总长度、监控摄像机数量进行模糊效用函数计算，获得该监控摄像机布局方案的模糊效用函数值，即为该监控摄像机布局方案的评价值。
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