智能小区安防监控系统的设计研究

蒋润青 丁富强 李战克 周敏杰

摘 要：目前小区存在着安全问题，加之小区需要对用户进行科学化管理，及时了解小区内出现的安全问题，以便快速做出反应，制定相关处理策略，这就需要在整个小区内建立智能安防系统。文章从智能化入手，基于当今科技发展水品，探究了智能小区安防监控系统的设计和实现方法。

关键词：智能小区；安防监控；设计实现；科学管理

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）06-00-03

0 引 言

随着社会的发展，人们生活水平随之提高的同时，居住环境的安全性逐渐成为大众关注的焦点。依据中国现状，大多数城市居民都以小区为单位进行娱乐活动或身体锻炼，小区不仅为广大居民提供了开阔舒适的休闲场所，其安防系统也担负着保护小区居民人身安全与财产安全的重任，因此文章研究设计了智能小区安防监控系统。

1 数据采集子系统的设计与实现

1.1 红外检测模块

红外检测模块是系统的数据采集部分，它布置在潜在的入侵入口处，采用光束红外对射器检测非法入侵。其可以实现数据的采集录入，并将这些数据通过有线或无线的连接方式传输到报警主机。报警主机是检测部分的关键控制部分，用来与传感器通信，以获取相关信号，并根据内置检测算法进行相应的入侵判断从而发出相应警报。

红外对射器的工作原理是基于监测射光线的变化情况，从而识别判断不同的入侵状况。非法入侵的物体通过对射器时，会遮挡对射光线，导致对射器感应的信号出现波动变化，这样的波动信号由相应的信号处理模块处理，然后将综合信号传输给主机，主机根据自身算法，通过相应处理之后，将信号传给数据处理中心。

系统采用红外传感器对外界入侵进行检测，以充分适应夜晚光照弱的环境。获取红外信号后，系统通过总线传输到红外报警主机。

必须保证红外传感设备的持续通联。让主机周期性地向红外设备发送keep-alive信息，红外进行相关应答。当报警主机发生配置变化或设备出现意外状况时，主机可以利用继电器联动控制视频监测系统，对相关区域进行视频监控。主机发送keep-alive的心跳信号后，如果在1秒内没有收到响应，则会重新发包，直到得到响应为止。如果在一定的时间内没有收到反馈（系统设为5秒），超时后则认为传感器掉线。在实际情况中，我们在红外传感器和主机之间采用UDP的方式通信，红外设备侦听具体的UDP端口，针对主机传来的数据进行不同的应答。

1.2 视频检测模块

视频检测模块布置在小区的各出入口、停车场出入口、小区的主要通道以及小区的其他重要公共场所。视频检测模块主要由终端的一组或多组监视器构成。通过这些分布在各个点的摄像机网络，组成了极其复杂的“智能虚拟墙”。当有非法物体入侵虚拟墙时，摄像机会采集相关数据，触发警报。把警报传达给更高级的视频设备和视频系统，如PTZ摄像机和高速球机，这些系统更加复杂和智能，可以对入侵物体进行实时追踪，有利于罪证采集和对犯罪分子的控制。

摄像机实时采集各个点的数据信息，所采取的视频检测的关键技术就是图像分析技术。对于一个动态图像处理模块的输入而言，即一组时间上离散的图像序列。由于运动的图像原本在时间上是连续的，故可利用移动连贯性的特征来做一些预判和假设。先验的预判和假设有助于降低模块计算的复杂度，进而达到降低成本和实现复杂度的目的。

摄像机摄录到的视频信号是时间和空间二维维度上的复杂信号。在各种各样的传感信号中，图像信号是最复杂的，数据量也是最大的。对于采集到的图像数据，高效的图像分析技术是实现解析和识别的必要手段。在摄像机不停采集信号的过程中，相关的信号也随时间的推移快速增长。基于图像信号在时间维度上的相关特性，其可以实现压缩处置功能。对于运动物体的图像信号，帧数的选取也非常重要，需要权衡储存复杂度和效率，而这也是系统中的难点。

在处理运动图像信息时，一般涉及到4个步骤的处理，分别为预处理、目标检测、目标识别和目标追踪。

当通过基本的分析模块分析完成后，把分析结果和相关数据发送给控制模块。整个通信过程建立在互联网络之上，而通过采用TCP/IP技术，通讯互联网络信号传输范围更加具有鲁棒性。

通过Socket将图像摄录器材和视频处理单元连接上。为了增强系统的稳定性，采集设备将数据发给视频处理单元时，需要进行简单的差错控制，将错误的数据忽略。

1.3 无线射频模块

除了静态的红外对射器和摄像头外，我们还布置了动态的巡更系统。建议巡更系统在小区保安管理系统的基础之上对保安配置无线射频模块。具体来说，每个保安都会携带无线手持巡查器。在保安的巡逻过程中，保安会到各处的刷卡点进行巡视，然后及时把相关的巡视信息通过无线系统发送给控制中心进行处理。

在车辆管理单元中，无线射频模块不可或缺。读写器通过读取电子标签，将数据传给相关处理单元，经过进一步分析，如果出现非法状况，将发出数据采集系统的报警信号。

射频模块在该系统的构成中扮演着重要的角色，具体分为设备管理模块、数据库管理模块、通信保障模块、过滤模块、设备管理模块5个子单元。设备管理单元：该单元管理读写器的部分。设备管理模块的主要作用在于完成读写器的设置，读取、写出读写器的状态；处理数据单元：该单元用以整合读写器的数据；过滤数据单元：该单元对数据处理单元获取的基本数据进行属性、冗余、行为和规则滤除。它将增强数据的可用性；通信服务单元：该单元的基本功能为在网络层之间进行数据传递。该安防监控系统对网络的要求高，使用环境复杂。通信保障单元需要保证连接在不同类型、对象、时间和方式下，都能顺利地进行数据传输。为了简化系统的设计，我们实现了统一的通信接口，方便上层调用。

系统内之所以设置数据库管理单元，其目的在于更大程度的体现数据库的使用效果。拟达到期望数据调取的速度和效率尽可能地高。基于该单元，用户可以进行数据库访问以及数据的缓存操作。其中，数据缓存是把常用的数据缓存起来，后面的请求直接返回缓存的数据。通过这样的设计使查询数据库的效率得到了很大的提升。

2 数据处理子系统的设计与实现

依据前文所述，系统设计过程包含大规模的数据储存过程。所以应当从数据库整体的层面实现数据库设计。

2.1 数据库设计

在SQLServer2005平台中，数据库引擎保障了结构化与关系型数据的有效储存，不管是安全性，还是可靠性都相对较高，很少出现错误。其用户管理接口简洁方便，上手容易。除此之外，它还具有较好的并行处理性能，贴切地满足了本系统的各项需求。数据储存流程需要良好的控制。首先初始化系统，然后根据需求判断是否需要额外建立新的表格，其次判断系统是否有数据需要更新，如果需要更新，则将数据解包，然后写入相关的数据表中。最终完成数据库的有关操作。

本系统共计包含3个数据库需求，分别为管理员需求、报警图片与数据的储存要求、历史文件查询需求。

（1）管理员需求

①管理员先输入密码，认证成功后进入系统，观察监测视频信息，也可以根据需求将历史报警图像打印出来，或者进行相关图像内容的下载。

②VIP管理员的系统使用权限是最大的，可以进行很多系统操作。

（2）报警图片与数据的储存要求

①在拍摄到视频检测图像之后，系统会将这些文件进行储存，数据库内储存的信息主要有视频的路径、起始时间、文件信息、拍摄装置信息参数等。

②如果视频中发生了违规事件，那么智能分析系统会将该部分图片储存起来，并且详细记录违规事件的储存路径、事件类型、拍摄时间以及拍摄设备信息参数等。

（3）历史文件查询需求

①管理员能够根据需求对报警信息及图片进行查询或打印，查询打印方法主要有报警事件类型及事件发生区域等。

②管理员在系统中输入视频的位置信息、事件信息以及拍摄设备参数信息等。

2.2 报警事件信息过滤

数据采集系统直接处理后产生的报警信息不准确，里面含有大量重复、无效和误报的信息，因此本系统中设计了过滤模块，用以实现数据采集系统的解析与排队过程。然后通过规则匹配器对报警信息进行筛选，最终得到合适的报警信息，传给接下来的模块作进一步的处理。如何合理有效地设定报警信息的过滤原则非常重要，在系统里，我们只接受顺利排队的信息。报警信息的解析步骤进行时要注意应先从接受队列中提取信息，然后通过IP地址和通信号来判断报警是否合法。若合法，信息才会顺利排队。

2.3 报警事件类别判定与处理

对于报警事件类别的判定过程是，首先收集经滤除虚假和干扰信息后的报警资料消息，在综合其余各采集数据单元的即时状态，与前期设计好的警情判断标准来比较辨别和认定，其流程为：首先从队列中读取相关的报警信息，然后通过数据库检索，判断是否是重复的冗余报警信号。当报警信号第一次出现，应该结合报警准则完成匹配，之后才可以联合控制管理报警。最后系统将相关的报警信息储存在历史信息中，供之后查看与分析。

3 监控管理子系统的设计与实现

监控管理子系统需要实现良好的用户接口，本文采用C#语言来设计实现系统的监控管理界面的要求。在所有的计算机语言中，C#为代表性较高的语言，其具有简单、面向对象的特点。

3.1 管理主界面设计

管理端可以实现数据信息的配置，同时把完成配置的数据进行储存，系统模块就可以从数据库内调用这些信息。设置信息也有很多，比如用户管理、报警设置以及服务器设置等，用户在这个过程中仅仅完成管理端的管理工作。

主控界面主要包含登录注册，信息设置，系统帮助等功能界面。

新用户需要在管理员的授权之下注册，然后才可以登录系统。为保证系统的安全性，系统设置了一些出错处理机制与容错处理机制，具体功能可以查看测试部分。如果用户可以登录本系统，系统将呈现给用户一个监控管理界面。

当发生危险报警或预警时，采集并保存在数据库中的监测数据，这些将会显示在监控管理模块中，包括报警事件显示单元和报警位置显示单元。

当收到报警信息后，首先系统会解析报警设备的id号，并关联查询到相关防区的信息和报警用户的信息。接着，系统将报警事件资料记录在数据库中，同时在用户界面（UI）中显示现场的相关情况。根据我们查询的报警相关信息，显示相关报警位置，并且播放声音提示。之后激活系统的联动设备，完成详细地检测与处理过程。本文所设计的监控管理系统包含操作员管理、用户管理、系统管理3个部分。管理员的权限有很多，比如实时监控视频、查询与打印历史视频信息、下载所需视频图像信息等。除此之外，管理员还可进行数据信息的多种操作，比如删除、管理监控装置的区域信息与名称等。

3.2 Web服务器端软件实现

服务器端的作用在于得到完成配置的设备数据，将图像信息传递给客户端，并且进行事件报警，服务器端还可以对客户端的运行状态进行监视，比如用户权限、连接通道及IP等。

服务器端采用TCP侦听。首先初始化视频监控设备（各种类型的摄像头）以及网络端口号，开启视频监控服务。之后视频设备采集视频信息，并且捕捉所需信息，接收来自客户机的用户请求。如果服务器端与客户端形成了连接，那么服务器端能够进行TCP数据传输，将视频数据传递给客户端。若一直有监控任务，就一直传输数据。如果终止了监控任务，服务器则彻底关闭Socket，结束视频采集线程，关闭相关采集硬件。

3.3 客户端软件实现

客户端结合用户输入的用户名与密码，确定用户的权限信息，然后将配置数据装载到客户端。服务器与客户端的TCP连接的主要过程：用户首先创建Socket通信，确定合适的服务器端口号与主机地址。接着两者进行三次握手通信连接，数据传输在此后开始。最后完成数据传输，客户端将TCP连接关闭。不管是用普通PC还是手机终端作为客户端，当已注册用户成功登录客户端之后，程序开启视频处理线程，在网络连接良好的情况下，建立远程请求；在成功建立TCP连接之后，就可以接收图像并显示于终端。当监控终止时，视频线程也将被终止，客户端访问结束。

系统以一定的时间间隔查询报警消息队列，如果发现警情消息，则开始解析。首先判断消息是否合法有效。然后从数据库内调用数据信息，也可以调用报警事件的时间信息。如果有相关的报警图像信息，则根据报警类型，将相关的图像信息显示在控制的软件（客户端监控界面）中。

4 结 语

文章对系统的设计与实现进行了具体介绍，包括综合系统设计，具体的软件实现和部署方案。文中设计了3个子系统，首先是采集子系统，其次是数据处理模块，最后是监控管理子模块，并逐一介绍了其设计过程。

参考文献

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