CN107333105A - 一种基于wifi的井下智能视频监控系统和监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于WIFI的井下智能视频监控系统和监控方法，属于视频监控领域。包括井上监控模块、数据通信模块和井下目标监测模块，井上监控模块、数据通信模块和井下目标监测模块之间通过网络连接；在WIFI信号广播区域内的无线网卡接收WIFI信号，分析接WIFI信号中的CSI数据，从而判断WIFI信号广播区域内是否存在移动物体；出现移动物体时，摄像头开启采集视频数据，并发送到井上监控模块中进行分析；制摄像头保持与移动物体同步的速度和方向进行移动，并采集移动物体的视频信息；当没有移动物体时，则摄像头复位，并进入休眠状态。其结构简单，使用方便，实施成本低，针对矿井下封闭区域人员误闯情况能够迅速及时发现。

Description

一种基于WIFI的井下智能视频监控系统和监控方法

技术领域

本发明涉及一种视频监控系统和监控方法，尤其是一种适用于一种煤矿井下使用的基于WIFI的井下智能视频监控系统和监控方法，属于视频监控领域。

背景技术

摄像头又称为电脑相机、电脑眼、电子眼等，是一种视频输入设备，被广泛的运用于视频会议，远程医疗及实时监控等方面。一般的摄像头都是固定设置在区域内，无法移动。大多数情况下监控大范围场景以及动态场景需要使用多个摄像头，这就使得摄像头的数量增加，导致成本较高；而且一般摄像头的布置会产生盲区的问题。

我国大多数煤矿地质条件复杂，煤矿井下封闭区域，特别是砖瓦、木板、水泥等封闭或有其他提示、警示的封闭区域(此区域一般为报废或者潜在空气不安全区域)，一般是不不允许人员进来。因为受井下高度限制，井下单摄像头监控范围有限，井下无人值守区范围很大，要想实现全范围的监控，需要布置多个摄像头。智能移动摄像头是保证该区域安全的重要措施，一方面可解决布置多个摄像头的问题；另一方面又解决一般的摄像头布置会产生监控盲区的问题。

中国专利申请号为CN201510739137.3的移动摄像头，包括底座以及其下方的移动装置和上方的转盘，转盘连接有驱动装置和换向模块，换向模块上连接摄像头，驱动装置和换向模块共同连接有控制器。它提供一种能自由移动，多角度翻转，方便采集现场信息的移动摄像头。但其摄像头存在转动角度较小，难以调节的缺陷，容易导致摄像头不能看到全方位的视野。专利申请号为CN201610665521.8的万向旋转摄像头，包括外壳、安装在外壳上的摄像头固定组件以及摄像头转动组件，摄像头固定组件包括摄像头盖以及安装在摄像头盖中的摄像头本体，摄像头转动组件套设在摄像头盖上并与外壳连接，摄像头盖与摄像头转动组件为过盈的球面配合。其特点在于占用空间小、成本低、易于旋转。专利申请号为CN201310380230.0的智能监控摄像头，其特征在于，包括摄像模块、存储模块、控制模块和感应模块。控制模块上连接有WIFI接口或者网络接口，感应模块包括音频传感器、生物传感器和光线传感器。基于上述重要的模块，该摄像头能够自动检测周边环境并进行监控拍摄，拍摄效果好，安全可靠。

而针对矿井下摄像头的智能移动研究尚存在如下问题：第一，当前的移动摄像头是一种主动的移动方式，一直处于移动状态，难以实现智能地跟随移动目标移动。第二，现有的智能监控摄像头能够自动检测周边环境并进行监控拍摄，但受井下高度限制，井下单摄像头监控范围有限，这势必导致需要布置多个摄像头进行监控解决监控盲区的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、使用方便、监测效果好、无需多个摄像头、避免了监控盲区的基于WIFI的井下智能视频监控系统和监控方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的基于WIFI的井下智能视频监控系统，包括井上监控模块、数据通信模块和井下目标监测模块，井上监控模块、数据通信模块和井下目标监测模块之间通过网络相互连接；

所述井上监控模块包括相互连接的监控服务器和PC机；

所述数据通信模块包括无线路由器和装有英特尔5300AGN无线网卡的计算机；

所述井下目标监测模块包括移动装置和设置在移动装置上的摄像头；

所述移动装置包括设置在巷道顶板上的移动轨道，所述移动轨道的长度与巷道长度一致，摄像头通过移动滑轮与移动轨道活动连接，所述摄像头是具备红外和图像识别功能的可旋转摄像头；其中数据通信模块的无线路由器设置在井下目标监测模块区域，数据通信模块的计算机通过无线网络与摄像头相连接，并可以控制摄像头转动并在移动轨道上移动，摄像头通过无线网络最终于与井上监控模块相连接。

所述装有英特尔5300AGN无线网卡的计算机作为接收信道状态信息的工具。

使用上述基于WIFI的井下智能视频监控系统的监控方法，包括如下步骤：

步骤1.布置在井下的无线路由器对周围区域广播WIFI信号，同时设置在WIFI信号广播区域内的计算机利用无线网卡接收WIFI信号，并分析接收到的WIFI信号中的CSI数据，利用CSI数据的WIFI检测算法得到检测信号，从而判断WIFI信号广播区域内是否存在移动物体；

步骤2.当计算机判断WIFI信号广播区域内出现移动物体时，数据通信模块把检测信号传递给监控服务器，监控服务器根据检测信号与预设控制信息匹配从而控制摄像头开启，摄像头开启后采集视频数据，并将视频数据通过网络发送到井上监控模块中进行分析；

步骤3.监控服务器根据摄像头采集到的视频数据分析出移动物体的移动方向和移动速度，监控服务器控制摄像头在移动装置的辅助下保持与移动物体同步的速度和方向进行移动，并采集移动物体的视频信息，在视频采集的同时将数据通过网络发送到井上监控模块中存储起来；当计算机判断WIFI信号广播区域内没有移动物体时，则移动装置控制移动滑轮将摄像头复位，并进入休眠状态。

判断WIFI信号广播区域内是否存在移动物体的方法：对计算机接收的WIFI信号的通道信息状态进行分析，利用加权平均法对通道状态信息进行预处理；以时间窗口k构建通道状态信息协方差矩阵；计算协方差矩阵特征值；利用支持向量机对得到的特征值进行分类，获得无静止状态和移动状态两种分类。

监控服务器端向移动装置和摄像头发送移动和开启的控制方法：

步骤1.根据数据通信模块传递的检测信号，监控服务器把监测信号转换为控制信号；

步骤2.监控服务器控制摄像头开启并进行图像识别，包含移动目标侦测算法，从而获取移动目标的移动方向和移动速度；

步骤3.摄像头把获取的移动目标信息传输给监控服务器，监控服务器根据该信息通过移动装置控制移动滑轮的移动方向和速度；

步骤4.连接移动装置上的移动滑轮拉动摄像头保持与移动物体同步的速度和方向移动；

步骤5.摄像头在移动过程中对移动物体进行视频采集，并将数据通过网络发送到井上监控模块中存储起来。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本申请结构简单，使用方便，充分利用了现有的无线局域网设备，降低了设备的成本，安装部署的费用，易于普及；

2.本申请无需人体携带任何有源设备、电子标签等，进一步降低了监测的成本，在矿井下封闭区域是否有人员误闯的监测具有一定的应用价值；

3.利用信道状态信息作为监测移动目标的物理量，具有稳定、可靠、精度高的优点；

4.在特定移动装置上安置旋转摄像头，在有效减少解决当前井下高度限制和井下单摄像头监控范围有限从而产生监控盲区的问题。

附图说明

图1是本发明的基于WIFI的井下智能视频监控系统结构示意图；

图2是本发明的基于WIFI的井下智能视频监控方法示意图。

图中：1-移动装置，2-移动滑轮，3-摄像头，4-无线路由器，5-计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

如图1所示，本发明的基于WIFI的井下智能视频监控系统，包括井上监控模块、数据通信模块和井下目标监测模块，井上监控模块、数据通信模块和井下目标监测模块之间通过网络相互连接；

所述井上监控模块包括相互连接的监控服务器和PC机；所述数据通信模块包括无线路由器4和装有英特尔5300AGN无线网卡的计算机5，所述装有英特尔5300AGN无线网卡的计算机作为接收信道状态信息的工具；所述井下目标监测模块包括移动装置1和设置在移动装置1上的摄像头3；所述移动装置1包括设置在巷道顶板上的移动轨道2，所述移动轨道2的长度与巷道长度一致，摄像头3通过移动滑轮2与移动轨道活动连接，所述摄像头3是具备红外和图像识别功能的可旋转摄像头；其中数据通信模块的无线路由器4设置在井下目标监测模块区域，数据通信模块的计算机5通过无线网络与摄像头3相连接，并可以控制摄像头3转动并在移动轨道上移动，摄像头3通过无线网络最终于与井上监控模块相连接。

井上监控模块作用：用于在煤矿井上工作点对井下环境进行监控，接收通过数据通信模块传来的检测信号，对接收到的信号进行处理并将处理后的数据结果提供给井下目标监测模块，对移动装置1以及摄像头3做出正确的操作指示。此外，井上监控模块应具有数据管理功能，保存管理历史数据；

数据通信模块作用：用于井上监控模块与井下目标监测模块之间数据的处理、传输。布置在井下的无线路由器4对周围区域广播WIFI信号，同时设置在WIFI信号广播区域内的计算机5利用无线网卡接收WIFI信号，并分析接收到的WIFI信号中的CSI数据，CSI的WIFI检测算法检测信号，从而判断WIFI广播区域内是否有移动物体。所述数据通信模块通过局域网，将获取检测信号送入井上监控模块的监控服务器；

井下目标监测模块作用：采用摄像头智能移动算法，对井上监控模块所传输的控制信息作出相应的操作。当计算机5判断WIFI信号广播区域内出现移动物体时，监控服务器将获取到的监测信号转化为控制信号控制摄像头3开启，摄像头3开始采集视频数据。摄像头3开启图像识别功能后利用移动目标侦测算法，能够获取移动物体的移动方向和移动速度，并将移动信息传送给监控服务器，监控服务器控制移动装置1带动移动滑轮2上的摄像头3跟随移动目标移动，摄像头采集移动目标信息，并将信息传输给井上监控模块。

如图2所示，一种使用基于WIFI的井下智能视频监控方法，步骤如下：

步骤1.布置在井下的无线路由器4对周围区域广播WIFI信号，同时设置在WIFI信号广播区域内的计算机5利用无线网卡接收WIFI信号，并分析接收到的WIFI信号中的CSI数据，利用CSI数据的WIFI检测算法得到检测信号，从而判断WIFI信号广播区域内是否存在移动物体；判断WIFI信号广播区域内是否存在移动物体的方法为：对计算机5接收的WIFI信号的通道信息状态进行分析，利用加权平均法对通道状态信息进行预处理；以时间窗口k构建通道状态信息协方差矩阵；计算协方差矩阵特征值；利用支持向量机对得到的特征值进行分类，一类为无静止状态，一类为移动状态；

步骤2.当计算机5判断WIFI信号广播区域内出现移动物体时，数据通信模块把检测信号传递给监控服务器，监控服务器根据检测信号与预设控制信息匹配从而控制摄像头开启，摄像头3开启后采集视频数据，并将视频数据通过网络发送到井上监控模块中进行分析；

步骤3.监控服务器根据摄像头3采集到的视频数据分析出移动物体的移动方向和移动速度，监控服务器控制摄像头3在移动装置1的辅助下利用移动滑轮2保持与移动物体同步的速度和方向进行移动，并采集移动物体的视频信息，在视频采集的同时将数据通过网络发送到井上监控模块中存储起来；当计算机5判断WIFI信号广播区域内没有移动物体时，则移动装置1控制移动滑轮2将摄像头3复位，并进入休眠状态。

在监测过程中，数据通信模块通过局域网，将获取检测信号送入井上监控模块的监控服务器；井上监控模块把检测信息转化为控制信息并将其发送给井下目标监测模块，以控制移动装置的移动和摄像头开启图像识别功能。

当监测有人员出现后，摄像头3利用移动目标侦测算法，在特定的轨道上移动寻找目标并进行监控。解决当前井下高度限制和井下单摄像头监控范围有限，以及一般摄像头布置会产生监控盲区的问题。

若WIFI广播区域内有物体移动信号，监控服务器控制摄像头3开启图像识别功能后，利用移动目标侦测算法在特定的轨道上移动寻找目标并进行监控。所述移动目标侦测算法，能够获取当前时段移动目标的移动方向和移动速度。

所述基于CSI的WIFI检测算法：使用了商用的5300AGN的无线网卡计算机5采集通道状态信息；利用加权平均法对通道状态信息进行预处理；以时间窗口k构建通道状态信息协方差矩阵；计算协方差矩阵特征值；利用支持向量机对得到的特征值进行分类，一类为无静止状态，一类为移动状态。

所述WIFI检测信号转化为控制信号的过程，根据数据通信模块发送的检测信号，井上监控模块的监控服务器将监测信号转化为控制信号，监控服务器端向移动装置1和摄像头3发送移动和开启的控制信息。

所述摄像头3智能移动算法包括以下步骤：

步骤1.根据数据通信模块传递的检测信号，监控服务器把监测信号转换为控制信号；

步骤2.移动监测目标过程：所述监测过程按照以下步骤进行：

步骤2.1.监控服务器根据控制信号控制摄像头3开启图像识别功能，所述图像识别功能包含移动目标侦测算法，能够获取移动目标的移动方向和移动速度；

步骤2.2.摄像头把获取的移动目标信息传输给监控服务器，监控服务器根据该信息控制移动装置1的移动方向和速度；

步骤2.3.监控服务器控制移动装置1移动，所述移动装置1下方有移动滑轮2；

步骤2.4.连接移动装置1上的移动滑轮2拉动摄像头3，使摄像头3可以保持与移动物体同步的速度和方向进行移动；

步骤3.摄像头3对移动物体进行视频采集，在视频采集的同时将数据通过网络发送到井上监控模块中存储起来。

Claims (5)

1.一种基于WIFI的井下智能视频监控系统，其特征在于：它包括井上监控模块、数据通信模块和井下目标监测模块，井上监控模块、数据通信模块和井下目标监测模块之间通过网络相互连接；

所述井上监控模块包括相互连接的监控服务器和PC机；

所述数据通信模块包括无线路由器和装有英特尔5300AGN无线网卡的计算机；

所述井下目标监测模块包括移动装置和设置在移动装置上的摄像头；

所述移动装置包括设置在巷道顶板上的移动轨道，所述移动轨道的长度与巷道长度一致，摄像头通过移动滑轮与移动轨道活动连接，所述摄像头是具备红外和图像识别功能的可旋转摄像头；其中数据通信模块的无线路由器设置在井下目标监测模块区域，数据通信模块的计算机通过无线网络与摄像头相连接，并可以控制摄像头转动并在移动轨道上移动，摄像头通过无线网络最终于与井上监控模块相连接。

2.根据权利要求1所述的基于WIFI的井下智能视频监控系统，其特征在于：所述装有英特尔5300AGN无线网卡的计算机作为接收信道状态信息的工具。

3.一种使用权利要求1所述基于WIFI的井下智能视频监控系统的监控方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1.布置在井下的无线路由器对周围区域广播WIFI信号，同时设置在WIFI信号广播区域内的计算机利用无线网卡接收WIFI信号，并分析接收到的WIFI信号中的CSI数据，利用CSI数据的WIFI检测算法得到检测信号，从而判断WIFI信号广播区域内是否存在移动物体；

步骤2.当计算机判断WIFI信号广播区域内出现移动物体时，数据通信模块把检测信号传递给监控服务器，监控服务器根据检测信号与预设控制信息匹配从而控制摄像头开启，摄像头开启后采集视频数据，并将视频数据通过网络发送到井上监控模块中进行分析；

步骤3.监控服务器根据摄像头采集到的视频数据分析出移动物体的移动方向和移动速度，监控服务器控制摄像头在移动装置的辅助下保持与移动物体同步的速度和方向进行移动，并采集移动物体的视频信息，在视频采集的同时将数据通过网络发送到井上监控模块中存储起来；当计算机判断WIFI信号广播区域内没有移动物体时，则移动装置控制移动滑轮将摄像头复位，并进入休眠状态。

4.根据权利要求3所述的监控方法，其特征在于判断WIFI信号广播区域内是否存在移动物体的方法：对计算机接收的WIFI信号的通道信息状态进行分析，利用加权平均法对通道状态信息进行预处理；以时间窗口k构建通道状态信息协方差矩阵；计算协方差矩阵特征值；利用支持向量机对得到的特征值进行分类，获得无静止状态和移动状态两种分类。

5.根据权利要求3所述的监控方法，其特征在于监控服务器端向移动装置和摄像头发送移动和开启的控制方法：

步骤1.根据数据通信模块传递的检测信号，监控服务器把监测信号转换为控制信号；

步骤2.监控服务器控制摄像头开启并进行图像识别，包含移动目标侦测算法，从而获取移动目标的移动方向和移动速度；

步骤3.摄像头把获取的移动目标信息传输给监控服务器，监控服务器根据该信息通过移动装置控制移动滑轮的移动方向和速度；

步骤4.连接移动装置上的移动滑轮拉动摄像头保持与移动物体同步的速度和方向移动；

步骤5.摄像头在移动过程中对移动物体进行视频采集，并将数据通过网络发送到井上监控模块中存储起来。