趙子昂
(漯河市高級中學(xué),河南漯河,462000)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在校園安全管理中的應(yīng)用也日益廣泛。例如各種監(jiān)控系統(tǒng)有效的解決了校園安保人員的巡邏問題,讓保衛(wèi)處人員借助互聯(lián)網(wǎng)和監(jiān)控實(shí)時觀察校園的每個角落。但是在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)安裝中,存在安裝麻煩、信息傳輸速率低、成本高等缺點(diǎn),難以滿足校園安全管理的需要。在無線局域網(wǎng)技術(shù)成熟后,被廣泛的應(yīng)用到視頻監(jiān)控等領(lǐng)域。本文就以校園智能監(jiān)控系統(tǒng)為例,討論無線局域網(wǎng)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。
校園智能監(jiān)控系統(tǒng)是針對校園內(nèi)的建筑、設(shè)備設(shè)施、人員進(jìn)行的監(jiān)控管理,目的在于保障校園設(shè)施、財產(chǎn)和環(huán)境安全,發(fā)現(xiàn)和清除其中的不安全因素,提升校園安全管理水平。一般校園中,可以劃分為若干區(qū)域,包括教學(xué)樓、體育館、操場、圖書館、食堂、學(xué)生宿舍等多個功能區(qū)域。而每個區(qū)域又會分為多個監(jiān)控點(diǎn),例如教學(xué)樓中就需要在每層設(shè)計一個監(jiān)控點(diǎn),樓梯也需要設(shè)計。具體來說校園智能監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控需求包括以下層次結(jié)構(gòu),如圖1所示。
圖1 校園智能監(jiān)控系統(tǒng)需求
從圖1校園監(jiān)控層次可以看出,校園智能監(jiān)控與普通監(jiān)控系統(tǒng)相比,具有很多的特征。例如校園學(xué)生較多,尤其是下課時間分布于各個角落,教室內(nèi)、走廊上、操場中都是學(xué)生,就需要即保障監(jiān)控視頻點(diǎn)的科學(xué),又要保障學(xué)生的隱私權(quán)。另外校園面積較大,所以監(jiān)控面積也大,如果采用傳統(tǒng)的布線方式,不僅會導(dǎo)致安裝成本上升,也讓后期使用與維護(hù)更加不便。最后是校園監(jiān)控系統(tǒng)不僅要具有遠(yuǎn)程報警功能,對視頻內(nèi)容進(jìn)行簡單的分析,了解現(xiàn)場的實(shí)際情況。對監(jiān)控視頻進(jìn)行存儲后,為一些意外傷害事件提供現(xiàn)場支持。并且這些監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)能夠及時的傳輸給控制室,安全保衛(wèi)處能夠?qū)ξkU源進(jìn)行判斷和清除。因此在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中要滿足以下需求。首先每個監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)備要清晰,識別周圍物體和變化,進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)分析。其次監(jiān)控點(diǎn)的信息采集設(shè)備能夠?qū)⒈O(jiān)控到的信息傳輸至平臺,也可以響應(yīng)由平臺發(fā)出的指令,進(jìn)行監(jiān)控角度調(diào)節(jié)等。最后是每個監(jiān)控點(diǎn)要具備一定信息存儲功能,循壞記錄監(jiān)控內(nèi)容。
校園智能監(jiān)控系統(tǒng)的基本原理是:前端設(shè)置網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集,并通過壓縮加密等技術(shù)利用TCP/IP協(xié)議將視頻信息借助無線局域網(wǎng)傳輸至客戶端??蛻舳嗽陔娔X上級可以采用瀏覽器根據(jù)攝像機(jī)的地址進(jìn)行訪問,實(shí)施觀看監(jiān)控視頻或者發(fā)送指令給攝像機(jī),對監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行全方位的實(shí)時監(jiān)控。
2.1.1 無線傳輸方案的確定
在無線局域網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中,首先必須明確選擇合適的信息傳輸方案。目前校園智能監(jiān)控中常用主要是有線傳輸和無線傳輸兩種,但是由于校園內(nèi)布局較多,因此布線比較困難。采用無線局域網(wǎng)的方式更加便捷、成本低、維護(hù)簡單。
表1 常用信息無線傳輸技術(shù)速率、功耗等對比
因此選擇無線局域網(wǎng)要具有良好的覆蓋范圍以保障通信質(zhì)量,可以通過無線模塊來組建無線局域網(wǎng),同時信息傳輸速率也要有一定要求。表1是三種監(jiān)控系統(tǒng)常用無線傳輸技術(shù)的對比。通過對比可以發(fā)現(xiàn)WIFI技術(shù)完全滿足校園智能監(jiān)控系統(tǒng)的需要。
2.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
整個校園中監(jiān)控主要設(shè)計為監(jiān)控終端、區(qū)域WIFI無線局域網(wǎng)、4G互聯(lián)網(wǎng)接入和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成。終端監(jiān)控布置在校園各個角落,提高監(jiān)控覆蓋范圍。主要包括信息采集模塊、控制模塊和無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊??刂颇K負(fù)責(zé)功能協(xié)輸。因此主要設(shè)計了如圖4所示的接口電路。
圖2 校園無線局域網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
微處理器為STM32F103ZET6,首先該芯片能夠滿足模擬信號質(zhì)量和精度需求,采用2通道12位DAC也能夠滿足控制要求。
WIFI模塊主要接口信號連接采用Marvell8686,其數(shù)據(jù)接口SD_D0…SD_D3與STM32的PC8…PC11相連接,繼而將監(jiān)控視頻信息上傳至WiFi-4G模塊并
2.2.1 各個模塊描述
根據(jù)校園監(jiān)控需求,可以將監(jiān)控系統(tǒng)劃分為三個模塊。一是校園區(qū)域監(jiān)控終端模塊、WIFI/4G信息傳輸模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控管理模塊。為減少布線等步驟,在終端監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中,采用4G無線通信轉(zhuǎn)WIFI無線組網(wǎng)模式,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控攝像頭與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸。首先是終端監(jiān)控模塊中,要具備數(shù)據(jù)存儲空間,保障24小時不間斷監(jiān)控。在數(shù)字信號傳輸接口功能上,能夠提供串行輸入數(shù)字接口,以方便接受視頻信息,設(shè)計信息傳輸速率為115200bit/s,分辨率12位。WIFI/4G模塊通過轉(zhuǎn)化技術(shù)組間WIFI無線局域網(wǎng),在與遠(yuǎn)程控制中心連接中則采用4G技術(shù)。目前市場上WIFI-4G設(shè)備較多,無須研發(fā)降低成本。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中,則主要是數(shù)據(jù)接收、指令發(fā)送以及視頻信息存儲、處理、管理功能,并且能夠?qū)崿F(xiàn)對視頻信息的查詢、編輯和檢索,以提高監(jiān)控管理效率。根據(jù)校園監(jiān)控的實(shí)際要求,共設(shè)置終端攝像頭100個,數(shù)據(jù)保存時間要大于360d。
2.2.2 智能監(jiān)控終端硬件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
校園智能監(jiān)控終端硬件設(shè)計中主要采用STM32的微型處理器,該處理器內(nèi)核更強(qiáng)大,信息處理快、地址空間大而且能夠驅(qū)動攝像頭模塊將采集的視頻信息與WIFI模塊連接,實(shí)現(xiàn)信息傳調(diào);采集模塊負(fù)責(zé)將監(jiān)控信息發(fā)送到控制中心,并執(zhí)行操作命令;數(shù)據(jù)收發(fā)模塊則主要負(fù)責(zé)接受命令。
組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中,在每個監(jiān)控區(qū)域設(shè)置一個WIFI接入終端以及無線路由器,并配置多個監(jiān)控攝像頭。形成一個WIFI覆蓋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)監(jiān)控攝像頭與遠(yuǎn)程控制中心的連接。
遠(yuǎn)程控制中心主要負(fù)責(zé)信息是接受、存儲并分析視頻信息。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一監(jiān)控點(diǎn)出現(xiàn)異常時,能夠向終端攝像機(jī)發(fā)送指令以及發(fā)出報警信息通知安保人員。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。發(fā)送至遠(yuǎn)程控制端。
圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖
攝像頭模塊主要采用OV2640和外部電路組成。數(shù)據(jù)接口D0…D7與STM32的PC0…PC7相連接,主要負(fù)責(zé)視頻信息與圖像的傳輸。SIOC和SIOD分別與STM32的PB10、PB11相連接通過對這些端口的時序控制實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采集和傳輸。
為了滿足各大高校對于系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用功能需求以及系統(tǒng)硬件的模塊選擇要求,主要是由視頻監(jiān)控模塊軟件設(shè)計、智能終端軟件設(shè)計兩種軟件結(jié)構(gòu),共同組成基于校園無線局域網(wǎng)絡(luò)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)。其中,人體紅外感應(yīng)信息的采集、圖片視頻信息的收集傳遞以及本地報警功能是該視頻監(jiān)控模塊軟件所具備的基礎(chǔ)功能。在智能終端軟件的組成上,主要包含例如智能手機(jī)移動端口、PC電腦APP端口等,此種類型的端口多數(shù)為上位機(jī)型軟件,功能主要集中于能夠讓軟件的使用者更加方便快捷的將監(jiān)控所在地點(diǎn)的相關(guān)視頻數(shù)據(jù)獲取出來。
通過對校園無線局域網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與各個功能模塊的描述,如圖5所示。
圖4
圖5
校園安全是校園管理中最不容忽視的問題,關(guān)系著校園中每個學(xué)子的安全。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,校園安全管理也逐步向數(shù)字化、信息化、智能化發(fā)展,在這一背景下智能監(jiān)控系統(tǒng)在校園管理中的應(yīng)用日益廣泛。而傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)種種方面的不足,影響監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。在校園無線局域網(wǎng)逐步完善的基礎(chǔ),提出基于此的校園監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn),將智能監(jiān)控與校園管理措施有效結(jié)合,有效提升校園管理效率和質(zhì)量,更好實(shí)現(xiàn)校園安全管理目標(biāo)。