無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）設(shè)計(jì)經(jīng)典參考實(shí)例（三）

　三、基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　摘要：針對(duì)傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在監(jiān)控盲區(qū)、工作效率低等問題，本文基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)人群異常活動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本文首先依據(jù)無線信號(hào)接收強(qiáng)度指示（RSSI）方法，通過實(shí)驗(yàn)獲取到接收信號(hào)強(qiáng)度指示和接收距離的函數(shù)關(guān)系，并通過曲線擬合技術(shù)獲取被監(jiān)視人員的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后利用濾波技術(shù)過濾軌跡噪聲數(shù)據(jù)。其次，提出了非安全域的設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)若發(fā)現(xiàn)被監(jiān)控人員出現(xiàn)在非安全域，則自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警并對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行錄像。最后，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)原型系統(tǒng)，包括底層傳感器節(jié)點(diǎn)硬件編程、中間層消息處理和上層數(shù)據(jù)處理等模塊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)θ藛T的活動(dòng)位置進(jìn)行較精確的定位，當(dāng)出現(xiàn)異常活動(dòng)時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。

　　0 引言

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)在各行業(yè)重點(diǎn)部門或重要場所進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的過程中發(fā)揮著重要的作用。

　　管理部門可通過其獲取圖像或聲音等有效信息，并對(duì)突發(fā)性異常事件的過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和記錄，以幫助現(xiàn)場取證和及時(shí)布置警力處理案件。

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及、計(jì)算機(jī)、圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展， 視頻監(jiān)控技術(shù)也有長足的發(fā)展。高智能、高效率、高安全性的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為國內(nèi)外發(fā)展的必然趨勢。

　　目前，針對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究主要集中在數(shù)據(jù)傳輸和終端顯示上。文獻(xiàn)利用GPRS對(duì)公共照明視頻監(jiān)控系統(tǒng)捕獲到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸并在終端進(jìn)行顯示。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了一種具有自組織跳轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)傳輸功能的無線監(jiān)控系統(tǒng)。文獻(xiàn)提出了一種基于ZigBee 無線通信技術(shù)的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。然而現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的終端僅依靠工作人員頻繁切換監(jiān)控畫面對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，這不僅降低了監(jiān)控系統(tǒng)的工作效率，而且使未被切換到的畫面成為監(jiān)控盲區(qū)，此外，現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)很少具備自動(dòng)報(bào)警功能，這也是視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要重點(diǎn)研究的方向。

　　本文基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)人群異?；顒?dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)θ藛T的活動(dòng)位置進(jìn)行較精確的定位，當(dāng)出現(xiàn)異?；顒?dòng)時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警功能，系統(tǒng)工作人員只需要在接到報(bào)警信息后處理現(xiàn)場，從而提高系統(tǒng)的工作效率。本文從系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)問題入手，首先針對(duì)接收信號(hào)強(qiáng)度指示和距離的理想狀態(tài)關(guān)系模型在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，獲取大量數(shù)據(jù)，并對(duì)其采用曲線擬合技術(shù)得到接收信號(hào)強(qiáng)度指示和距離的關(guān)系。然后針對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)位置信息因受節(jié)點(diǎn)供電不穩(wěn)定等因素影響而產(chǎn)生噪聲數(shù)據(jù)的問題，設(shè)計(jì)了一種基于期望值和閾值的濾波技術(shù)過濾噪聲數(shù)據(jù)。其次，提出了非安全域的設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)若發(fā)現(xiàn)被監(jiān)控人員出現(xiàn)在非安全域，則自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。最后，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)原型系統(tǒng)，包括底層傳感器節(jié)點(diǎn)硬件編程、中間層消息處理和上層數(shù)據(jù)處理等模塊。

　　1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)問題

　　1.1 獲取 RSSI 和距離值的對(duì)應(yīng)關(guān)系

　　接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI，Received Signal Strength Indicator）通過信號(hào)在傳播過程中的衰減來估計(jì)節(jié)點(diǎn)之間的距離［8］。由于信號(hào)在傳播過程中信號(hào)強(qiáng)度會(huì)降低，根據(jù)接收機(jī)接收到的信號(hào)強(qiáng)度，可以估計(jì)發(fā)射機(jī)的距離。無線信道的數(shù)學(xué)模型如式（1）。

　　式（1）中，d 是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離， d0 是參考距離； np 是信道衰減指數(shù)；一般取值2-4； p0 是距離發(fā)射機(jī)d 0 處的信號(hào)強(qiáng)度；P（d）是距離發(fā)射機(jī)d 處的信號(hào)強(qiáng)度； p0 可以通過經(jīng)驗(yàn)得出，或者從硬件規(guī)范定義得到。由此方程可以通過信號(hào)強(qiáng)度P（d）求出d 。

　　然而，信道因受到多徑衰減（Multi-path Fading）和非視距阻擋（Non-of-Sight Blockage）的影響而具有時(shí)變性，在特定環(huán)境中，嚴(yán)重偏離上述模型，通過接收到的信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)出的距離d 有很大的誤差。