基于云計算的小區(qū)安防系統(tǒng)

劉小兵 楊杰 扈樂華 胡麗霞 譚道軍

[摘 ? ?要]基于云計算的小區(qū)安防系統(tǒng)可將外來人員的遠近距離與外界的環(huán)境光強度相結(jié)合，來控制門禁識別設(shè)備中的部件運動，進而可依據(jù)各外來人員當時所處的遠近情況和光照情況，來調(diào)整攝像頭的拍攝位置，以提高圖像采集的清晰度，以免出現(xiàn)難以準確地分辨外來人員，給不法分子乘機而入的機會，不能夠起到充分的防范作用，而調(diào)節(jié)補光燈的照射位置則能夠在起到補光作用的同時，避免光線直射外來人員面部所造成的負面影響。

[關(guān)鍵詞]云計算; 圖像采集;安防系統(tǒng)

[中圖分類號]TP391.41 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–0–03

[Abstract]The community security system based on cloud computing can combine the distance of outsiders with the ambient light intensity of the outside to control the movement of the components in the access control identification device， and then can be based on the distance and light conditions of the outsiders at that time ， To adjust the shooting position of the camera to improve the clarity of image collection， so as to avoid the difficulty of accurately distinguishing outsiders， giving criminals a chance to enter， and can not play a sufficient preventive role， and adjust the illumination of the fill light The position can not only play a role in supplementing light， but also avoid the negative impact caused by direct light on the faces of outsiders.

[Keywords]cloud computing; image acquisition; security system

小區(qū)安防系統(tǒng)的主要職能是提高安全防范效果，而安全方面給居民生命和財產(chǎn)帶來最大的威脅包括兩方面：①由人為引起的破壞;②非人為引起的破壞。小區(qū)安防系統(tǒng)即為通過有效的措施對這些不安全因素進行防范，以給小區(qū)居民創(chuàng)造安全舒適的居住環(huán)境。

小區(qū)安防系統(tǒng)主要包括住宅報警子系統(tǒng)、門禁控制子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、電子巡更子系統(tǒng)和停車管理子系統(tǒng)五大類，而在現(xiàn)有的小區(qū)安防系統(tǒng)中，難以針對各外來人員所處的遠近不同，以及在光線不足或過強時，來調(diào)整拍攝位置和補光情況，進而達到提高圖像清晰度的效果，不能夠起到充分的防范作用。

為了解決上述缺陷，本系統(tǒng)依據(jù)業(yè)主在手機上安裝安防APP，并在陌生人敲門時來發(fā)出提醒，以及給小區(qū)物業(yè)發(fā)出警報，督促其進行檢查，進而減少小區(qū)的偷竊問題，而將其與現(xiàn)有的小區(qū)安防系統(tǒng)相結(jié)合來說，難以針對各外來人員面部圖像進行模型化分析，以區(qū)分出與戶主交流密切的外來人員，并據(jù)此來完成自主學習階段，進而在保證安全防范效果的同時還能夠減少戶主的處理量。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于云計算的小區(qū)安防系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、匹配對比模塊、信號處理模塊、控制器、動作指令模塊、圖像分析模塊、人員采集模塊、戶主確認模塊和圖像核對模塊。本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

門禁識別設(shè)備由攝像頭1、距離傳感器2、透光板3、齒條4、固定柱5、補光燈6、齒輪7、矩形口8、電動推桿9、第一活動桿10、殼體11、第二活動桿12、電磁鐵13、伸縮彈簧14、滑軌15、第一滑塊16、限位塊17、螺紋桿18、環(huán)境光傳感器19、第二滑塊20、螺紋套筒21、擋塊22和電動馬達23組成。殼體11的一側(cè)嵌入有透光板3，透光板3的一側(cè)中心處開設(shè)有矩形口8，矩形口8的內(nèi)部安裝有固定柱5，固定柱5的外部通過軸承活動連接有齒輪7，齒輪7遠離殼體11的一側(cè)通過連接柱與補光燈6相固定，殼體11的頂部內(nèi)壁靠近透光板3處通過螺釘固定有電動推桿9，電動推桿9的一側(cè)通過螺釘固定有齒條4，且齒條4與齒輪7相嚙合。

殼體11與透光板3相對的一側(cè)中心處嵌入有滑軌15，滑軌15的兩端均通過點焊固定有擋塊22，滑軌15的內(nèi)部自上而下分別安裝有第一滑塊16和第二滑塊20，第一滑塊16的外端通過鉸鏈活動連接有第一活動桿10，且第一活動桿10的一端通過黏接固定有緩沖海綿塊并與透光板3相配合，殼體11與第一滑塊16相對的頂部內(nèi)壁處通過螺釘固定有電磁鐵13，且電磁鐵13與第一滑塊16之間設(shè)置有伸縮彈簧14，電磁鐵13的一側(cè)通過鉸鏈活動連接有第二活動桿12，且第二活動桿12與第一活動桿10為配合結(jié)構(gòu)，第二活動桿12在第一活動桿10上滑動，且滑動的端點處與第一活動桿10的端點處之間均相距5cm，且第一活動桿10、第二活動桿12和第一滑塊16均為非金屬材質(zhì)的構(gòu)件，伸縮彈簧14為金屬材質(zhì)的構(gòu)件，以免電磁鐵13通電產(chǎn)生磁力并逐漸帶動伸縮彈簧14收縮時，對第一活動桿10與第二活動桿12之間的相對運動造成影響;

第二滑塊20的一側(cè)通過螺栓固定有螺紋套筒21，螺紋套筒21的一側(cè)通過螺釘固定有攝像頭1，攝像頭1的頂部分別設(shè)置有距離傳感器2和環(huán)境光傳感器19，殼體11的底部內(nèi)壁處通過螺釘固定有電動馬達23，電動馬達23的一側(cè)通過聯(lián)軸器活動連接有螺紋桿18，螺紋桿18穿過螺紋套筒21，且一端通過點焊固定有限位塊17，攝像頭1、補光燈6、電動推桿9、電磁鐵13和電動馬達23均與外部電源電性連接。本系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖2所示。

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊用于實時采集外來人員的語音要素信息，并將其傳輸至匹配對比模塊，且語音要素信息包括音高數(shù)據(jù)、音強數(shù)據(jù)、音長數(shù)據(jù)和音色數(shù)據(jù)，而不同的外來人員為不同的發(fā)音體，每個發(fā)音體發(fā)出的聲音在音高、音強、音長和音色上各不相同。

3.2 匹配對比模塊

匹配對比模塊在接收到實時語音要素信息后，將其中的音高數(shù)據(jù)、音強數(shù)據(jù)、音長數(shù)據(jù)和音色數(shù)據(jù)分別與預(yù)設(shè)范圍a、預(yù)設(shè)范圍b、預(yù)設(shè)范圍c和預(yù)設(shè)范圍d進行比較，當滿足上述四者均位于各自的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，則生成一級匹配信號，而其他情況下，則生成指示動作信號，并將上述兩種信號均傳輸至信號處理模塊。

3.3 信號處理模塊

信號處理模塊在接收到實時的一級匹配信號時，控制小區(qū)安防門禁鎖開啟，而在接收到實時的指示動作信號時，控制門禁識別設(shè)備中的距離傳感器2和環(huán)境光傳感器19通電工作，并由距離傳感器2來實時采集外來人員的位置信息，以及環(huán)境光傳感器19來實時采集環(huán)境光強度數(shù)據(jù)，且位置信息包括外來人員與攝像頭1間的垂直距離數(shù)據(jù)和外來人員的額頭處與攝像頭1間的直線距離數(shù)據(jù)，并將位置信息和環(huán)境光強度數(shù)據(jù)均經(jīng)控制器傳輸至動作指令模塊。

3.4 動作指令模塊

動作指令模塊在接收到實時的位置信息和環(huán)境光強度數(shù)據(jù)后，即開始進行對比執(zhí)行操作，具體步驟如下：

（1）獲取到實時的位置信息，并將外來人員與攝像頭1間的垂直距離數(shù)據(jù)標定為Q，以及外來人員的額頭處與攝像頭1間的直線距離數(shù)據(jù)標定為W，且Q與W位于同一平面，并依據(jù)公式，來求得外來人員與攝像頭1間的角度數(shù)據(jù)。

（2）將角度數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)范圍e相比較，當滿足角度數(shù)據(jù)大于預(yù)設(shè)范圍e時，則控制門禁識別設(shè)備中的電動馬達23工作，電動馬達23帶動螺紋桿18順時針方向轉(zhuǎn)動，螺紋桿18帶動螺紋套筒21下降直至角度數(shù)據(jù)位于預(yù)設(shè)范圍e內(nèi);而當滿足角度數(shù)據(jù)小于預(yù)設(shè)范圍e時，則控制門禁識別設(shè)備中的電動馬達23工作，電動馬達23帶動螺紋桿18逆時針方向轉(zhuǎn)動，螺紋桿18帶動螺紋套筒21上升直至角度數(shù)據(jù)位于預(yù)設(shè)范圍e內(nèi)，且當滿足角度數(shù)據(jù)位于預(yù)設(shè)范圍e內(nèi)時，則不控制門禁識別設(shè)備中的電動馬達23工作，而在螺紋桿18帶動螺紋套筒21運動至緊貼電動馬達23處或限位塊17處時，角度數(shù)據(jù)仍不位于預(yù)設(shè)范圍e內(nèi)，則此時關(guān)閉電動馬達23來停止工作，進而依據(jù)外來人員與攝像頭1所呈的角度情況來調(diào)整攝像頭1的拍攝位置，以提高圖像采集的精確度。

（3）同時獲取到實時的環(huán)境光強度數(shù)據(jù)，并將其標定為R，且將環(huán)境光強度數(shù)據(jù)R與預(yù)設(shè)范圍r相比較;當滿足環(huán)境光強度數(shù)據(jù)R大于預(yù)設(shè)范圍r時，則控制門禁識別設(shè)備中的電磁鐵13工作，電磁鐵13通電產(chǎn)生磁力來帶動伸縮彈簧14逐漸向上運動收縮，伸縮彈簧14帶動第一滑塊16逐漸向上滑動，第一滑塊16帶動第一活動桿10運動，而依據(jù)第二活動桿12與第一活動桿10為配合結(jié)構(gòu)，且第二活動桿12在第一活動桿10上滑動，以及第一活動桿10與第一滑塊16、第二活動桿12與電磁鐵13均為鉸鏈活動連接，即第一活動桿10在運動時為圓周式的下降過程，直至第一活動桿10一端的緩沖海綿塊與透光板3相接觸。

當滿足環(huán)境光強度數(shù)據(jù)R小于預(yù)設(shè)范圍r時，則控制門禁識別設(shè)備中的電動推桿9工作，電動推桿9推出并帶動齒條4向下運動，而依據(jù)齒條4與齒輪7相嚙合，以及固定柱5與齒輪7間為軸承活動連接，即齒條4帶動齒輪7順時針轉(zhuǎn)動，而依據(jù)齒輪7與補光燈6之間通過連接柱相固定，即齒輪7帶動補光燈6向上運動直至預(yù)定處，同時控制補光燈6開啟，且當滿足環(huán)境光強度數(shù)據(jù)R位于預(yù)設(shè)范圍r內(nèi)時，則不控制門禁識別設(shè)備中的電動推桿9工作，同時直接控制補光燈6開啟，且預(yù)定處為補光燈6與水平面間所夾的銳角呈30°的位置，進而依據(jù)外來人員當時所處的光照情況，來調(diào)整攝像頭1的拍攝光線，以提高圖像采集的清晰度，而調(diào)節(jié)補光燈6的照射位置則能夠在起到補光作用的同時，還可避免光線直射外來人員面部所造成的負面影響。

（4）最后控制攝像頭1開啟來采集實時的外來人員面部圖像，并生成圖像信號傳輸至圖像分析模塊。

3.5 圖像分析模塊

圖像分析模塊在接收到實時的圖像信號時，將外來人員面部圖像傳輸至戶主手機中，且戶主手機與圖像分析模塊和小區(qū)安防門禁鎖之間均為電性連接，并由戶主確認后將小區(qū)安防門禁鎖開啟，同時對圖像信號進行模型化分析，以得到戶主交流度系數(shù)Zi，并將其傳輸至戶主確認模塊。

3.6 戶主確認模塊

戶主確認模塊用于將戶主交流度系數(shù)Zi與預(yù)設(shè)值z相比較，當戶主交流度系數(shù)Zi大于預(yù)設(shè)值z時，將與Zi相對應(yīng)的外來人員面部圖像的鼻尖到外眼角的距離T、鼻尖到下巴中心位置的距離Y和鼻尖到外眉尖的距離U均傳輸至圖像核對模塊，且圖像分析模塊還將實時獲取到的圖像信號中外來人員面部圖像的鼻尖到外眼角的距離T、鼻尖到下巴中心位置的距離Y和鼻尖到外眉尖的距離U均傳輸至圖像核對模塊。

3.7 圖像核對模塊

圖像核對模塊用于將戶主確認模塊與圖像分析模塊中傳輸?shù)谋羌獾酵庋劢堑木嚯xT、鼻尖到下巴中心位置的距離Y和鼻尖到外眉尖的距離U均進行比較，并在上述三者均相同時，則生成二級匹配信號并傳輸至信號處理模塊，并由其來直接控制小區(qū)安防門禁鎖開啟，則無需戶主再進行確認，將外來人員面部圖像傳輸至戶主手機中僅為通知作用，而當戶主交流度系數(shù)Zi小于等于預(yù)設(shè)值z時，不生成任何信號進行傳輸。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計了基于云計算的小區(qū)安防系統(tǒng)，將外來人員的進出時間點、進出時長和進出次數(shù)分別進行賦值式標定，并依據(jù)其對與戶主熟悉程度的影響占比進行權(quán)重分配，將外來人員面部圖像傳輸至戶主手機中，進而能夠?qū)Ω魍鈦砣藛T面部圖像進行模型化分析，以區(qū)分出與戶主交流密切的外來人員，并據(jù)此來完成自主學習，進而在保證安全防范效果的同時還能夠減少戶主的處理量。

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