CN202282831U

CN202282831U - 物联网视频监控融合信息平台系统

Info

Publication number: CN202282831U
Application number: CN2011204189847U
Authority: CN
Inventors: 王慧斌; 包金宇; 沈洁; 徐淑芳; 张丽丽
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2021-10-28

Abstract

本实用新型公开了一种物联网视频监控融合信息平台系统，该平台系统将RFID技术与智能视频监控技术进行了集成和融合，通过搭建基于RFID位置检测网络系统，实时检测携带射频标签的目标物的位置，并将定位信息与视频监控系统相融合，可以迅速而高效地针对特定目标及特定区域实施监控。同时，监控系统平台能够对来自于位置监测网络和视频图像的监控信息进行实时的分析、判断和管理，并提供预警和信息服务，从而增强监控系统的智能性及智能服务。

Description

物联网视频监控融合信息平台系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于在机场进行视频监控及信息服务的智能监控管理平台，属于物联网技术、视频监控技术领域。

背景技术

随着航空业的迅速发展，机场成为倍受关注的公共场所。机场是一个占地较广，建筑物庞大，人流量大的场所，如何通过采用先进而便捷的技术手段，提高机场安全管理及信息服务是一个需要解决的问题。

目前，机场监控系统多采用视频监控网络，通常安装几十到数百台摄像机以采集机场不同区域的视频图像，将监控画面传送到信息管理中心，并通过安全管理员以人工监看的方式发现异常情况并处理相关事件。这种监控方式由于缺乏对各摄像机采集信息的关联处理和分析，较难实现对某个特定对象或某一特定事件的实时、快速的监测和反应。同时，现有视频监控方式实现功能简单，由于缺乏对信息进行关联分析和处理，从而无法有效、充分利用视频信息，致使整个机场监控管理系统作用有限。

当前，机场的信息服务系统主要是以提供航班信息、票务和登机管理为主，主动信息服务能力相对单一。

针对上述情况，有必要设计一个更加智能的监控管理和信息服务系统以提高机场安全管理和服务。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提高和完善传统的视频监控系统的信息分析处理能力，提供一种集监控管理和信息服务为一体的监控管理信息平台。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种物联网视频监控融合信息平台系统，包括射频标签、位置检测网络、视频监控网络、上位监控管理系统、显示设备、报警设备、服务器系统、信息处理系统、信息服务系统；其中：

所述射频标签是旅客进入机场时获得的、存储了旅客信息的电子标签；

所述位置检测网络由分布在机场内的射频阅读器、计算节点和汇聚节点组成；一个计算节点同其附近的三个射频阅读器组成为一组，其中，射频阅读器负责收集标签信息以及射频标签返回的信号强度，并将这些信息传送给计算节点；计算节点负责与其为一组的射频阅读器信息的汇聚，计算出进入该组区域内的标签坐标，并通过自组织形成的Ad hoc网络将该信息传送给汇聚节点；汇聚节点将接收到的信息打包成数据包，传送给上位监控管理系统进行分析处理；

所述视频监控网络采用由分布在机场内的摄像机、交换机组成，每个摄像机提供以太网端口，摄像机通过网线与交换机连接，交换机再将多路监视信号接入上位监控管理系统；

上位监控管理系统用于管理位置检测网络和视频监控网络，提供定位数据和视频数据的获取与传输管理，并通过显示设备、报警设备实现对数据的显示及报警；

服务器系统由多个高性能服务器及媒体数据库组成，提供对监测数据、信息处理结果数据和信息服务数据的存储和管理；

所述显示设备为一组多媒体液晶显示屏幕，用来实时显示视频监控画面以及数据分析和统计结果；

所述信息处理系统用于进行对实时视频图像的分析、目标射频标签的跟踪轨迹分析、目标射频标签分类和统计；

所述信息服务系统用于根据信息处理系统的分析结果，按需将信息通告给旅客。

进一步的，本实用新型提出的一种物联网视频监控融合信息平台系统，所述射频阅读器由射频通信单元、主控制处理单元、无线通信单元以及电源单元组成。

进一步的，本实用新型提出的一种物联网视频监控融合信息平台系统，所述计算节点和汇聚节点分别由无线通信单元、主控制处理单元和电源单元组成。

进一步的，本实用新型提出的一种物联网视频监控融合信息平台系统，所述上位监控管理系统包括网络节点管理模块、实时监测数据管理模块、数据库管理模块和报警管理模块。各模块之间信息交互过程如下图所示，其中网络节点管理模块负责监视整个网络各节点的工作状态，并可对节点进行任务配置；实时监测数据管理模块对监测网络传输过来的实时监测数据进行管理，将得到的视频监测信息和位置监测信息进行分流，再调用后端信息处理系统对实时监测的数据进行分析处理，同时通过调用数据库管理模块对接收到的监测信息进行存储管理，便于查询历史数据；显示管理模块管理显示设备，负责监控系统的显示画面的调度；报警管理模块负责管理报警设备，当后端信息处理系统发现异常时，调用报警管理模块启动报警设备。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型将RFID定位技术与视频监控技术相结合，提高和完善了传统视频监控系统的信息分析处理能力，增强了机场安全监控的分析和预警能力，以及机场信息管理服务的智能性和主动性。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是位置信息检测网络结构示意图；

图3是阅读器组成框图；

图4是汇聚节点及计算节点组成框图；

图5是统计分类和信息服务示意图；

图6是阅读器逻辑电路框图；

图7是计算节点与汇聚节点逻辑电路框图；

图8是标签位置信息获取流程图；

图9是目标位置及视频的关联流程图；

图10是基于图像及物联网定位的信息融合的流程图；

图11是数据分析及显示流程图；

图12是主动信息服务流程图。

图13 是上位监控管理各模块之间信息交互过程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，物联网视频监控融合信息平台系统，主要包括射频标签、位置检测网络、视频监控网络、汇聚节点、交换机、上位监控管理、显示设备、报警设备、服务器系统、信息处理、信息服务及通告系统等。

在本系统中，前端的信息获取由位置检测网络、视频监控网络、汇聚节点和交换机组成，射频标签可与位置检测网络交互信息；监控中心由服务器、面向监控管理的上位监控管理、报警设备、显示设备，以及信息处理和信息服务管理等组成。

射频标签是旅客进入机场时获得的电子标签，里面存储了简单的旅客信息（如旅客航班号、手机号码等）。每个RFID标签都具有自身唯一标识符，标签中的信息可以通过射频阅读器进行读取。本系统中的标签采用CY-TPR-151无源RFID标签，工作频率在2.4GHz-2.5GHz，有效识别距离为0-80m。

如图2所示，位置信息检测网络主要由分布在机场内的射频阅读器、计算节点和汇聚节点组成。由于可以部署在某些不方便安装摄像头的特殊区域，所以确保了机场内区域的全面覆盖。一个计算节点同其附近的三个阅读器组成为一组，其中，阅读器负责收集标签信息以及射频标签返回的信号强度，并将这些信息传送给计算节点；计算节点负责与其为一组的阅读器信息的汇聚，计算出进入该组区域内的标签坐标，并通过自组织形成的Ad hoc网络将该信息传送给汇聚节点；汇聚节点将接收到的信息打包成数据包，传送给上位监控管理进行分析处理。每个阅读器内部都存储了自身的机场区域位置信息，并能通过射频通信将位置信息发送给标签。阅读器接收标签发出的射频信号的强度随它们之间的距离的增大而减弱。计算节点根据标签附近三个阅读器的位置信息及它们接收到的射频信号强度信息，可以计算出标签的位置。

位置信息检测网络的核心设备是阅读器、计算节点和汇聚节点，如图3所示，其中阅读器主要由射频通信单元、主控制处理单元、无线通信单元以及电源单元组成。如图4所示，计算节点和汇聚节点主要由无线通信单元、主控制处理单元和电源单元组成。

视频监控网络采用IP视频监控系统，采用分布式结构。每个摄像机提供以太网端口，摄像头通过网线与交换机连接，交换机再将多路监视信号接入上位管理系统。

汇聚节点和交换机分别实现了射频标签信息和视频信息的传输管理功能，帮助监控信息顺利传输到上位监控管理进行处理分析和存储。

上位监控管理主要负责管理位置检测网络和视频监控网络，提供定位数据和视频数据的获取与传输管理，并能够实现对数据的显示及报警。包括网络节点管理模块、实时监测数据管理模块、定位模块，视频处理模块，数据库模块和报警模块，主要功能包括：

（1）管理和控制位置检测网络和视频监控网络，对定位数据和视频数据进行传输管理和存储管理；

（2）读取服务器内的数据，依据采集到的射频标签信息，将各标签位置标注显示；

（3）将位置信息与摄像头监控画面信息建立对应关系，可根据需要，实现对标签所在区域摄像头拍摄画面的切换；

（4）依据设定及信息分析结果，进行报警；

（5）提供历史数据查询。

如图13所示，上位监控管理系统包括网络节点管理模块、实时监测数据管理模块、数据库管理模块和报警管理模块。各模块之间信息交互过程如下图所示，其中网络节点管理模块负责监视整个网络各节点的工作状态，并可对节点进行任务配置；实时监测数据管理模块对监测网络传输过来的实时监测数据进行管理，将得到的视频监测信息和位置监测信息进行分流，再调用后端信息处理系统对实时监测的数据进行分析处理，同时通过调用数据库管理模块对接收到的监测信息进行存储管理，便于查询历史数据；显示管理模块管理显示设备，负责监控系统的显示画面的调度；报警管理模块负责管理报警设备，当后端信息处理系统发现异常时，调用报警管理模块启动报警设备。

服务器系统是由多个高性能服务器及媒体数据库组成，提供对监测数据、信息处理结果数据和信息服务数据的存储和管理。

显示设备为一组多媒体液晶显示屏幕，用来实时显示视频监控画面以及数据分析和统计结果。

信息处理主要包括对实时视频图像的分析、目标（标签）的跟踪轨迹分析、目标（标签）分类和统计。

如图5所示，信息服务主要是根据信息处理的分析结果，并按需将信息推给旅客。方式主要有广播提醒，电子告示以及短信服务。

每位旅客的射频标签中都包含了旅客的航班信息以及简单的个人信息。当旅客携带射频标签在机场区域内活动时，射频标签将与位置检测网络中的阅读器交互通信，阅读器将接收到射频标签中的位置信息和旅客信息传送到汇聚节点，再传送到监控中心进行分析处理。根据旅客信息可以对旅客进行分类标记，并能统计出已经进入机场的各航班旅客的人数和各区域的各航班的旅客人数，建立表格，帮助机场管理人员进行核实比对和管理服务。

具体实施例：

1、位置检测网络的部署和设计；

位置信息检测网络主要由分布在机场内的射频阅读器、计算节点和汇聚节点组成。位置检测网络的部署设计如下：

如图2所示，以等边三角形为基本结构进行网络拓扑设计。其中，三个阅读器分别为等边三角形的三个顶点，计算节点为三角形的中心，由于识别距离最大为80m，因此阅读器与阅读器之间的距离应小于80m。阅读器与计算节点之间通过无线通信进行数据传输。计算节点与计算节点之间通过无线自组织方式形成Ad hoc网络，每个计算节点同时具有路由功能，能够借助多跳转发技术来弥补无线设备的有限传输距离的不足，将信息顺利传送到汇聚节点。每个计算节点到汇聚节点的多跳路径在布设时依据传输最短原则设定，并设定冗余路径，以保证传输的可靠性。

位置检测网络节点的设计如下：

阅读器主要由射频通信单元、主控制处理单元、无线通信单元以及电源单元组成。计算节点和汇聚节点主要由无线通信单元、主控制处理单元和电源单元组成。

如图6所示，阅读器的射频单元采用FM1725非接触式IC卡芯片，完成数据调制、解调的功能，并能对射频调制的信号进行整流和发射。控制处理单元采用Atmel的Atmega64为主控芯片，负责运行读写标签信息、计算标签坐标的程序，提供FM 1725的控制信号，并通过SPI接口与无线通信模块NanoPAN相连，完成与计算节点的数据通信。

如图7所示，计算节点与汇聚节点的主控制处理单元也采用Atmega64为主控芯片，主要负责信息打包封装，缓存处理并通过SPI接口完成与无线通信模块的连接，实现无线通信。

阅读器将接收到的信息通过无线通信的方式发送给计算节点，计算节点将接受到的信息以多跳方式发送给汇聚节点，汇聚节点将接收到的信息通过有线通信方式传送给上位监控管理。

2、标签位置信息获取，如图8所示。

本系统中采用的是无源的RFID标签。当标签进入位置信息检测网络后，将接收到附近阅读器发送的射频信号，建立与阅读器的射频通信。每个阅读器内部都存储了自身的机场区域位置信息。阅读器接收标签发出的射频信号的强度随它们之间的距离的增大而减弱。根据标签附近若干个阅读器的位置信息及它们接收到的射频信号强度信息，计算出标签的位置。具体的步骤如下：

携带射频标签的旅客在机场内活动，射频标签接收到附近阅读器发送的通信请求信号；

标签与附近的阅读器确立建立通信；

阅读器将接收到的标签信息以及射频信号强度信息发送给计算节点；

计算节点根据阅读器接收到的N个射频信号强度对标签进行定位计算（N的取值一般为3，当局部区域要求较高的定位精度，部署更多阅读器时，N的取值大于3）；

根据阅读器位置信息的加权因子定位公式

（其中，

(k=1,2,…N)表示参与定位阅读器接收到的信号强度）以及标签位置信息坐标求取公式

(其中，

(i=1,2,…N)为参与定位阅读器的位置坐标)，计算出标签位置坐标；

计算节点将计算出来的标签位置和标签内信息发送给汇聚节点；

汇聚节点将信息传送给上位监控中心；

监控中心接收到信息，在机场平面监控平台中标注显示。

3、目标位置及视频的关联，流程图如图9所示。

本系统不仅能够准确获得目标标签的位置信息，而且能够与视频监控建立联系。对于感兴趣的目标，在获取目标位置信息后，能够及时调用目标所在区域的摄像头监控画面，更好的实现监控管理。具体实现步骤如下：

对机场大厅平面构建坐标，根据每个摄像头监控画面范围，标定出每个摄像头监控区域的坐标范围，建立监控区域坐标与摄像头画面的对应表单；

标签位置成功获取；

根据标签位置的坐标，结合各摄像头监控画面坐标范围，查找到对应的监控画面；

调用该监控画面。

4、基于图像及物联网定位的信息融合

结合位置信息检测网络获得的目标位置信息，本系统能够实现在监控画面中对目标的定位和跟踪。通过目标标签位置与监控画面关联以及监控图像平面坐标转换定位和追踪目标图像，并提取目标的颜色特征，帮助现场的机场管理人员快速发现目标，及时处理。

如图10所示，具体步骤如下：

对机场平面建立坐标系，并根据视频监控网络中各监控画面确定各监控画面的坐标范围；

机场内标签位置成功获取；

基于位置与视频的关联方法建立各标签位置与各摄像机监控区域的对应关系；

根据标签的位置信息，结合各摄像头监控画面坐标范围，调用监控画面；

根据监控画面坐标范围，以坐标范围中坐标最小的点作为原点对监控画面建立新坐标系；

将目标标签坐标的值减去监控画面坐标系中原点的坐标值，得到目标标签在监控画面坐标系下的相对坐标，实现标签目标和图像中的目标的映射，完成目标匹配；

定位目标图像，并提取对象的颜色特征；

通过不断的定位目标图像，实现对目标图像的跟踪。

5、信息分析及显示设计

信息分析内容主要包括：（1）根据各标签的定位信息，为每个标签建立历史活动轨迹；（2）基于各标签信息对各个标签按照航班号分类，并找出不在指定区域的标签；

将屏幕分为多个区域（本设计为四个区域），每个区域显示不同类型的分析结果；每个区域都可以放大为全屏模式。

如图11所示，信息分析及显示的主要步骤如下：

标签信息成功获取；

根据获得的标签中的航班信息对各标签进行分类；主要包括按照航班号、出发时间和到达目的地进行分类。

对分类后的标签的位置更新信息进行分类存储，并能够根据位置信息建立历史活动轨迹图；

统计出各区域的各航班旅客人数分布情况，并将所处位置予以显示，区分出不在指定区域的标签；

各区域各航班统计结果在屏幕的不同区域同时显示，需要仔细观察某区域的分析结果时，可以全屏显示。

信息分析与显示的流程；

6、主动信息服务

本系统能够对旅客提供主动信息服务，主动信息服务是指系统可通过机场广播，电子告示或者手机短信的形式向旅客发送提示信息，使旅客避免出现延误安检而无法按时登机等情况。

如图12所示，主要实现步骤如下：

标签位置成功获取；

根据各航班所需要的安检和登机时间要求，判断是否有该航班信息的标签不在正确位置；

没有则继续监控；有则向监控中心人员发出提醒；

根据标签位置与监控视频的关联表，及时调用标签位置区域摄像头的画面，帮助监控人员进行分析；

监控人员及时处理，以广播，电子告示或者发送短信等形式提醒旅客；

处理结束，继续监控。

综上所述，本实用新型提出一种基于物联网技术的机场视频监控信息平台，提供了对机场区域实施监控、管理及信息服务方法。该平台将RFID技术和视频监控技术相结合，通过RFID和监控摄像头获取机场旅客位置和机场环境信息，并将采集的信息传输至监控管理中心进行处理，监控中心将根据获取的旅客位置数据以及视频监控数据对机场内的目标物（旅客和行李等）状态进行分析、判断和显示，帮助监控人员了解和掌握机场安全情况，并依据系统分析、统计的数据结果为旅客提供信息服务。该方法不仅能够快速提供机场所有监控目标的状态，快速定位异常区域，加快判断预警速度；而且可以通过主动信息服务的方式及时提醒旅客准时安检和登机，避免延误航班。

Claims

1.一种物联网视频监控融合信息平台系统，其特征在于：包括射频标签、位置检测网络、视频监控网络、上位监控管理系统、显示设备、报警设备、服务器系统、信息处理系统、信息服务系统；其中：

2.根据权利要求1所述的一种物联网视频监控融合信息平台系统，其特征在于：所述射频阅读器由射频通信单元、主控制处理单元、无线通信单元以及电源单元组成。

3.根据权利要求1所述的一种物联网视频监控融合信息平台系统，其特征在于：所述计算节点和汇聚节点分别由无线通信单元、主控制处理单元和电源单元组成。