CN112188170A - 一种室外用智能数字云台控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及监控设备领域，具体为一种室外用智能数字云台控制系统及方法，解决室外监控云台产生大量无用监控视频的技术问题。传感单元周期性监测室外的被监控对象的物理特征状态得到特征电信号；采集模块解析特征电信号得到参数值；分析模块在参数值超出阈值区间后判断是否持续存在，若持续存在则记录参数值的范围，在下一采集周期调整阈值区间，若不持续存在则发送预警信息；云台控制模块接收到预警信息后控制电动云台和录像设备进入预警状态。本发明仅在监测到异常情况时才会触发电动云台和录像设备运行，抗干扰能力强，避免产生误动作和误报异常。本申请中的室外监控技术可以按环境变化智能自控运行。

Description

一种室外用智能数字云台控制系统及方法

技术领域

本发明涉及监控设备领域，具体为一种室外用智能数字云台控制系统及方法。

背景技术

随着监控技术的发展，越来越多的监控云台被运用到室外场景中，代替人工巡逻，帮助人们及时发现室外场景的变动情况，室外的监控云台多数是基于固定云台或二轴电动云台。电动云台由搭载的两台电动机实现水平转动和俯仰转动，转动的同时带动云台上的摄像机变换视野，扩大摄像机的监视范围。基于电动云台的监控云台尤其适用于监视范围较大的室外场景。现有的监控云台可以按照设定的规律自动扫描监视区域，也可以在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。

公开号为CN109739165A的中国专利公开了一种室外墓园监控方法及监控系统，包括：设置监控设备的参数阈值；预设监控设备的控制参数；获取所述监控设备的参数实际值；比较参数实际值与参数阈值，并根据比较结果调整控制参数。监控设备的参数包括压力参数和温度参数，比较结果是参数实际值的变化趋势，控制参数包括监控设备的转速和频率。该申请通过监控设备可以实现自动化监控环境中烟尘等污染物，并根据监测的参数值控制监控设备进行清理，但是，该申请中的方案容易受到干扰而产生误动作，严重时甚至会持续不断地监控。

室外监控云台具有监控范围广、视野远的特点，为拍摄清晰有效的监控视频通常采用像素规格较大的录像设备或者采用长焦设备划分视野依次扫描，产生的监控视频数据量较大；监控云台按固定的转动规律运行，无法根据随时变化的监控情景调整监控规律；并且室外的监控设备所监控的目标情景通常发生的频次少、时间、方位不确定，现有技术用电动云台带动录像设备旋转，在大范围和全时段进行连续扫描录像，不断地产生大内存的视频数据。而视频数据中的绝大多数实则不具备监控价值，不仅导致监控网络被占据较多的网络带宽，还需要耗费大量的算力系统资源或人工进行筛选，影响监控数据的识别效率。所以，现有的室外监控技术不能按环境变化智能自控运行。

发明内容

本发明提供了一种室外用智能数字云台控制系统及方法，解决现有的室外监控技术不能按环境变化智能自控运行的技术问题。

本发明提供的基础方案为：一种室外用智能数字云台控制系统，包括采集模块、分析模块云台控制模块、电动云台、录像设备和传感单元；

传感单元：用于周期性监测室外的被监控对象的物理特征状态得到特征电信号；

采集模块：用于解析特征电信号得到参数值；

分析模块：用于在参数值超出阈值区间后判断是否持续存在，若持续存在则记录参数值的范围，在下一采集周期调整阈值区间；若不持续存在则发送预警信息；

云台控制模块：用于接收到预警信息后控制电动云台和录像设备进入预警状态。

本发明的工作原理及优点在于：

本发明中传感单元周期性监测室外的被监控对象的物理特征状态，得到特征电信号，再由采集模块解析特征电信号得到参数值，分析模块判断参数值超出阈值区间的情况是否持续存在；若持续存在则记录参数值的范围和在下一周期调整阀值区间，使系统跟随室外大环境的变化而适应性地调整感知能力；若不持续存在则发送预警信息到云台控制模块，云台控制模块根据接收到的预警信息控制电动云台和录像设备进入预警状态。现有技术以设定的单一阈值界限来判断环境异常，在大环境变化时容易发生误判或漏判。例如被监控对象的物理特征状态按正常规律变动，而阈值界限是定值，容易在参数值达到阈值界限后长时间维持电动云台和录像设备在预警状态，或者特征状态在异常变动时参数值不足以触及阈值界限。本发明中分析模块以阈值区间来判断异常情况，对于物理特征状态的加强变动或减弱变动都能感知到，阈值区间还能跟随物理特征状态的正常变动而适应性改变。

本发明过滤了监测环境中的干扰情况，抗干扰能力强，还不受大环境变动的影响，仅在监测到异常情况时才会触发电动云台和录像设备运行，避免产生误动作和误报异常；产生的监控视频数量较少，都是监控到了异常情况的监控视频，在监控前筛选出环境异常情况进行监控，针对性强，减少了监控产生的数据量。

进一步，分析模块在参数值超出阈值区间后开始计时，参数值恢复到阈值区间内或采集周期结束时结束计时，若大于预设的时长则判断为参数值超出阈值区间的情况持续存在，若小于预设的时长则判断为参数值超出阈值区间的情况不持续存在。以量化的方式即时判断参数值是否长期超出阈值区间，利于系统适应大环境的变化。

进一步，若参数值超出阈值区间的情况持续存在，分析模块则记录参数值在计时区间内的最大参数值和最小参数值构成的参数值变动范围。参数值的最大值和最小值反映了被监控对象的物理特征状态目前的变化范围和趋势。

进一步，分析模块在下一采集周期将参数值变动范围的中间值作为参数中值，并根据参数中值重新划定阈值区间。以参数中值为基准划定新的阈值区间更能使系统平稳的适应大环境变化。

进一步，分析模块在参数中值的基础上增加半径值得到阈值区间最大值、减少半径值得到阈值区间最小值。划定的阈值区间范围更恒定。

进一步，分析模块根据不同特征时段自动调整半径值。使阈值区间也随环境变化。

进一步，物理特征包括河流的水位信息或室外设施的外壳振动信息。适用的室外的多种监控对象，应用范围广。

进一步，预警信息包括多个预警等级，预警等级根据参数值超出阈值区间的差值确定，差值越大，预警等级越高。根据参数值的变化幅度来划分预警等级，利于适应性地监控不同程度的异常情况。

进一步，预警状态包括提高电动云台的扫描速度或频率以及启动录像设备。利于及时发现异常情况，减少产生无用监控数据。

本发明提供基础方案二：一种室外用智能数字云台控制方法，使用上述一种室外用智能数字云台控制系统。

附图说明

图1为本发明一种室外用智能数字云台控制系统实施例1的逻辑框图；

图2为本发明一种室外用智能数字云台控制系统实施例4中基座的纵向截面图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例1

如图1所示：

一种室外用智能数字云台控制系统，包括采集模块、分析模块、云台控制模块、电动云台、录像设备和传感单元。传感单元用RS485连接到采集模块，采集模块串行连接分析模块，分析模块串行连接云台控制模块，云台控制模块用RS485控制连接监控云台、用继电器控制连接录像设备。监控云台采用轻载数字云台(顶载)HFC-E10，录像设备采用海康威视DS-2ZCN3008 C型日夜型网络高清一体机。

传感单元采用伟函中控的WHSBP2881HM21水位传感器，投放到河流中采集水位信息，周期性监测河流水位特征状态得到水位特征电信号,周期时长为120s。在另一实施例中，水位传感器投放到水库中采集水库的水位信息。

采集模块采用DFRobot开发的DFR0233传感器数据采集模块，解析水位特征电信号得到水位值。

分析模块采用基于ARM9架构的飞凌FL2416开发板，在水位值超出阈值区间后判断是否持续存在，阈值区间为90～92米。分析模块在水位值超出阈值区间后开始计时，水位值恢复到阈值区间内或采集周期结束时结束计时，若大于60s则判断为水位值超出阈值区间的情况持续存在，若小于60s则判断为水位值超出阈值区间的情况不持续存在。

若水位值超出阈值区间的情况持续存在，分析模块则记录水位值在计时区间内的最大水位值和最小水位值构成的水位值变动范围，水位值的最大值和最小值反映了河流水位目前的变化范围和趋势。最大水位值和最小水位值分别为91米和95米时，分析模块在下一采集周期将水位值变动范围的中间值93米作为参数中值，并根据参数中值重新划定阈值区间。阈值区间的半径值为阈值区间两端值之差的一半，当前的半径值为1米，分析模块在参数中值93米的基础上增加半径值得到阈值区间最大值94米、减少半径值得到阈值区间最小值92米，重新划定的阈值区间为92～94米。其中，由于河流水位在不同季节的水位波动幅度不同，分析模块还根据不同的季节时段自动调整半径值，在春夏季节时半径值为1米，在秋冬季节时半径值为0.5米，使阈值区间也随环境变化。

若水位值超出阈值区间的情况不持续存在，则发送预警信息，包括3个预警等级，分别为一级预警、二级预警和三级预警。预警等级根据水位值超出阈值区间的差值确定，差值越大，预警等级越高，水位值超出阈值区间0～0.3米时对应一级预警，水位值超出阈值区间0.3～0.5米时对应二级预警，水位值超出阈值区间大于0.5米时对应三级预警。

云台控制模块采用基于STM32微控制器的阿波罗STM32H743开发板，接收到预警信息后控制电动云台和录像设备进入预警状态。预警状态包括提高电动云台的扫描速度或频率以及启动录像设备。具体为：接收到任一预警等级后启动录像设备；接收到一级预警后控制电动云台以1.5度每秒的水平速度、0.5度每秒的垂直速度慢速转动，每次转动运行时长为60秒、停止转动的间隔时长为30秒；接收到二级预警后控制电动云台以3度每秒的水平速度、1度每秒的垂直速度慢速转动，电动云台连续运转；接收到三级预警后控制电动云台以4.5度每秒的水平速度、1.5度每秒的垂直速度慢速转动，电动云台连续运转；接收到任一预警等级后1小时内未新接收到预警等级则停止控制电动云台运动和关闭录像设备。

本实施例过滤了河道中水位的正常扰动情况，还不受河流水位周期性变动的影响，抗干扰能力强，仅在监测到异常情况时才会触发电动云台和录像设备运转，避免产生误动作和误报异常；产生的监控视频数量较少，仅针对水位异常的情况下进行监控，在监控前就进行了筛选，减少了监控产生的数据量。

本发明的另一目的，还提供一种室外用智能数字云台控制方法，使用上述室外用智能数字云台控制系统。

实施例2：

实施例2和实施例1大致相同，不同之处仅在于，传感单元采用GJ100磁电式振动速度传感器，螺纹固定到室外设施的外壳内侧，本实施例中的室外设施优选为配电箱，周期性监测箱体外壳的振动速度特征状态得到振动速度电信号,周期时长为60s。采集模块解析振动速度电信号得到振速值。室外的配电箱容易发生的异常情况包括冰雹的击打、人为破坏和配电箱内部爆发性故障等，测量配电箱的外壳振动速度时会受到雨水打击、过往人车等因素的影响。

分析模块在振速值超出阈值区间后判断是否持续存在，阈值区间为2～6毫米每秒。分析模块在振速值超出阈值区间后开始计时，振速值恢复到阈值区间内或采集周期结束时结束计时，若大于30s则判断为振速值超出阈值区间的情况持续存在，若小于30s则判断为振速值超出阈值区间的情况不持续存在。

若振速值超出阈值区间的情况持续存在，分析模块则记录振速值在计时区间内的最大振速值和最小振速值构成的振速值变动范围，振速值的最大值和最小值反映了配电箱的外壳振动速度目前的变化范围和趋势。最大振速值和最小振速值分别为3毫米每秒和7毫米每秒时，分析模块在下一采集周期将振速值变动范围的中间值5毫米每秒作为参数中值，并根据参数中值重新划定阈值区间。阈值区间的半径值为阈值区间两端值之差的一半，当前的半径值为2毫米每秒，分析模块在参数中值5毫米每秒的基础上增加半径值得到阈值区间最大值7毫米每秒、减少半径值得到阈值区间最小值3毫米每秒，重新划定的阈值区间为3～7毫米每秒。其中，由于配电箱的外壳在不同的温度环境下振动特性不同，分析模块还根据不同的季节时段自动调整半径值，在夏秋季节时半径值为2毫米每秒，在秋冬季节时半径值为1毫米每秒，使阈值区间也随环境变化。

若振速值超出阈值区间的情况不持续存在，则发送预警信息，包括3个预警等级，分别为一级预警、二级预警和三级预警。预警等级根据振速值超出阈值区间的差值确定，差值越大，预警等级越高，振速值超出阈值区间0～4毫米每秒时对应一级预警，振速值超出阈值区间4～10毫米每秒时对应二级预警，振速值超出阈值区间大于10毫米每秒时对应三级预警。

本实施例过滤了配电箱的外壳振动速度的干扰情况，还不受外壳随季节温度变化而周期性变动振动特性的影响，抗干扰能力强，仅在监测到异常情况时才会触发电动云台和录像设备运转，避免产生误动作和误报异常；产生的监控视频数量较少，且都是监控到了异常情况的监控视频，在监控前就针对外壳振动速度的异常情况进行了筛选，减少了监控产生的数据量。

实施例3

与实施例1的区别是，采集模块还包括声音传感单元，声音传感单元可用现有的拾音器，声音传感单元位于电动云台内，能够隔离部分外界声音，又能检测到电动云台内的声音，由采集模块的声音传感单元检测电动云台运转的运行声音，例如电动云台上需要由电机带动检测部件转动时所产生的运行声音，以运行声音作为状态信息。

由分析模块获取运行声音与预设声音进行匹配，预设声音为电动云台在无故障时运转产生的声音加上外界的干扰噪声形成，在运行声音与预设声音匹配时，由分析模块判断电动云台的硬件故障，例如当电动云台上检测部件不能转动时电机运行时因负载较大而产生的运行声音，此时的运行声音就与预设声音不能匹配。

从声音维度检测电动云台是否具有故障，让电动云台故障检测的维度更完整丰富，故障检测更准确，便于在电动云台工作过程中就检测到故障，更及时。

实施例4

与实施例3的区别在于，如图2所示，附图标记包括：基座1、安装槽2、声音传感单元3、弹片4、衔铁5、敲击头6、发声音叉7、电磁铁8。

声音传感单元3固定安装在基座1侧壁上，基座1固定在电动云台内侧壁上，声音传感单元3的下方设置故障检测单元，故障检测单元包括固定安装在基座1上的发声音叉7和能够敲击到发声音叉7的敲击器，敲击器包括电磁铁8、弹性件和敲击头6，电磁铁8信号连接有微控制器，微控制器可用现有的单片机芯片，微控制器控制电磁铁8等间隔通电后再断电，微控制器使用内部时钟确定等间隔的时长，如可以间隔24小时控制电磁铁8通电后再断电，基座1侧壁上开设安装槽2，安装槽2的槽口朝向右侧，安装槽2位于声音传感单元3的下方，电磁铁8固定安装在安装槽2的下侧壁上，弹性件包括弹片4和衔铁5，弹片4一端通过螺钉固定在安装槽2的左侧壁上，弹片4的另一端与衔铁5的一端固定连接，衔铁5的另一端与敲击头6一端固定连接，衔铁5位于电磁铁8的正上方，敲击头6能够敲击到发声音叉7；微控制器控制电磁铁8通电的同时向分析模块发送检测信号，分析模块将收到检测信号前后的前声音信息与后声音信息相减得到的声音信号，分析模块将声音信号与单独的敲击头6敲击发声音叉7的声音对比，当声音信号与敲击头6敲击发声音叉7的声音相同时，分析模块判断声音传感单元3工作正常，当声音信号与敲击头6敲击发声音叉7的声音不同时，分析模块判断声音传感单元3故障，分析模块通过通信模块发送出声音传感单元3故障信息。

通过微控制器控制电磁铁8等间隔通电后再断电，电磁铁8能够产生磁性系统衔铁5，衔铁5向下移动至电磁铁8处的过程中带动弹片4产生弹性形变，同时衔铁5带动敲击头6敲击到发声音叉7产生声音供声音传感单元3检测，让分析模块对声音传感单元3在敲击发声音叉7前、后的声音信号进行减法处理得到单独的发声音叉7的声音信号，并判断该声音信号是否是发声音叉7受到敲击时产生的声音，由此能够判断到声音传感单元3是否在正常工作，当声音传感单元3故障时，应该是不能检测到任何音频信号的；由于发声音叉7不容易因积累灰尘而改变音质以及不容易损坏，发声音叉7产生声源的质量不会具有太大改变，而灰尘可能会影响声音传感单元3的工作，同时敲击发声音叉7后，发声音叉7能够因震动而抖掉灰尘，检测声音传感单元3固定的声源不会发生异常，发声音叉7的音质不会改变，声音传感单元3的故障检测更准确，避免因声音传感单元3自身的异常造成电动云台故障的误判断。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种室外用智能数字云台控制系统，其特征在于：包括采集模块、分析模块云台控制模块、电动云台、录像设备和传感单元；

传感单元：用于周期性监测室外的被监控对象的物理特征状态得到特征电信号；

采集模块：用于解析特征电信号得到参数值；

分析模块：用于在参数值超出阈值区间后判断是否持续存在，若持续存在则记录参数值的范围，在下一采集周期调整阈值区间；若不持续存在则发送预警信息；

云台控制模块：用于接收到预警信息后控制电动云台和录像设备进入预警状态。

2.根据权利要求1所述的室外用智能数字云台控制系统，其特征在于：所述分析模块在参数值超出阈值区间后开始计时，参数值恢复到阈值区间内或采集周期结束时结束计时，若大于预设的时长则判断为参数值超出阈值区间的情况持续存在，若小于预设的时长则判断为参数值超出阈值区间的情况不持续存在。

3.根据权利要求2所述的室外用智能数字云台控制系统，其特征在于：若参数值超出阈值区间的情况持续存在，分析模块则记录参数值在计时区间内的最大参数值和最小参数值构成的参数值变动范围。

4.根据权利要求3所述的室外用智能数字云台控制系统，其特征在于：分析模块在下一采集周期将参数值变动范围的中间值作为参数中值，并根据参数中值重新划定阈值区间。

5.根据权利要求4所述的室外用智能数字云台控制系统，其特征在于：分析模块在参数中值的基础上增加半径值得到阈值区间最大值、减少半径值得到阈值区间最小值。

6.根据权利要求5所述的室外用智能数字云台控制系统，其特征在于：分析模块根据不同特征时段自动调整半径值。

7.根据权利要求1所述的室外用智能数字云台控制系统，其特征在于：所述物理特征包括河流的水位信息或室外设施的外壳振动信息。

8.根据权利要求1所述的室外用智能数字云台控制系统，其特征在于：所述预警信息包括多个预警等级，所述预警等级根据参数值超出阈值区间的差值确定，差值越大，预警等级越高。

9.根据权利要求1所述的室外用智能数字云台控制系统，其特征在于：所述预警状态包括提高电动云台的扫描速度或频率以及启动录像设备。

10.一种室外用智能数字云台控制方法，其特征在于：使用上述权利要求1-9任一项的室外用智能数字云台控制系统。

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