尹成宇 朱式博 王鵬杰

摘要：近幾年來(lái)，應(yīng)用到電氣工程中的電氣設(shè)備數(shù)量明顯增加。由此而導(dǎo)致的電氣安全事故發(fā)生頻率也明顯提高。尤其是一旦出現(xiàn)電氣火災(zāi)事故，會(huì)對(duì)電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響。在這種情況下，為了保證電氣系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，降低電氣安全事故的發(fā)生概率，就需要研發(fā)出一種電氣安全智能監(jiān)控系統(tǒng)。而嵌入式電氣安全智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，不僅可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，還可以為電氣火災(zāi)報(bào)警的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性提供保證。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控;計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù);家庭智能監(jiān)控系統(tǒng)

引言

家庭安防系統(tǒng)主要功能包含防盜、防火、煤氣泄漏監(jiān)測(cè)、用電用水安全等，并能夠?qū)崿F(xiàn)緊急求助、自動(dòng)報(bào)警等功能。隨著智能化時(shí)代的到來(lái)，以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭的智能安防監(jiān)控，已經(jīng)有了很好的技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用前景。目前視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)已經(jīng)成為家庭安防的標(biāo)配，借助圖像檢測(cè)識(shí)別、視頻分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，通過(guò)已有的視頻監(jiān)控設(shè)備可以識(shí)別分析家庭盜竊、人員跌倒、火災(zāi)和其它異常事件是否發(fā)生。與傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)相比，該方案省去了安裝玻璃探測(cè)器、門磁傳感器、煙霧與火焰?zhèn)鞲衅鞯仍O(shè)備，靈活性高，能適應(yīng)用戶多變的需求。

1嵌入式電氣安全智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)必要性

電氣系統(tǒng)可能會(huì)因?yàn)殡姄舻纫蛩囟霈F(xiàn)無(wú)法正常運(yùn)行的情況，并產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)損失和生命財(cái)產(chǎn)安全威脅。為了避免電擊等因素的影響，保證電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行，就需要采取一定的防范技術(shù)和保護(hù)措施。而這些防范技術(shù)和保護(hù)措施，就是所謂的電氣安全技術(shù)。電氣安全技術(shù)的關(guān)鍵在于保障電氣設(shè)備與人身安全。在《電氣設(shè)備的安全規(guī)范》中，針對(duì)電氣安全與電氣裝置等的規(guī)定都已經(jīng)非常明確。分析近幾年來(lái)頻繁發(fā)生的電氣安全事故，主要涉及到以下幾種類型：電氣火災(zāi)事故、電器爆炸事故、觸電事故、靜電危害事故等。其中，電氣火災(zāi)事故的發(fā)生率最高，產(chǎn)生的負(fù)面影響最大。造成電氣火災(zāi)事故的原因主要與以下兩方面因素有關(guān)：首先是電氣設(shè)備過(guò)載過(guò)熱。而造成電氣設(shè)備過(guò)載過(guò)熱的原因主要是電流短路、線路接觸不良、電流火災(zāi)和絕緣電阻降低。其次，是存在易燃可燃物質(zhì)。這是一種可以避免的一種電氣火災(zāi)事故因素。要想降低這些電氣安全事故的發(fā)生率，就要引入嵌入式電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)電氣故障的監(jiān)控與管理。因?yàn)榍度胧诫姎獍踩O(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以直接讓工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的用電情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，即便是無(wú)人值守，也可完成配電回路的安全監(jiān)控工作，并在出現(xiàn)電氣安全事故的第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警提示，采取相應(yīng)的應(yīng)急救援措施。

2總體設(shè)計(jì)方案

基于圖像識(shí)別系統(tǒng)的雙輪自平衡監(jiān)控機(jī)器人主要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)包基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的家居安防監(jiān)控機(jī)器人的設(shè)計(jì)括五部分，控制電路部分、運(yùn)動(dòng)算法部分、視覺(jué)分析部分、通訊協(xié)議部分、上位機(jī)監(jiān)控部分。機(jī)器人開機(jī)后，首先會(huì)對(duì)自身設(shè)備進(jìn)行初始化，如相關(guān)傳感器的啟動(dòng)、圖像傳輸系統(tǒng)的初始化、機(jī)器人的姿態(tài)由不穩(wěn)定趨向穩(wěn)定等。初始化完畢后，機(jī)器人按照具體設(shè)定的路線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)器人的圖像傳輸系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)捕獲周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，與此同時(shí)，機(jī)器人所攜帶的陀螺儀傳感器也會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)器人姿態(tài)進(jìn)行糾正，使得機(jī)器人能不斷直立穩(wěn)定地前進(jìn)。當(dāng)圖像傳輸系統(tǒng)獲取到圖像數(shù)據(jù)后，便將原始圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至PC端對(duì)圖像進(jìn)行深度處理。經(jīng)過(guò)PC端的圖像識(shí)別后，PC端會(huì)在圖像中框出出現(xiàn)火情的位置并將相關(guān)災(zāi)害信息發(fā)送至上位機(jī)監(jiān)控部分，同時(shí)也會(huì)發(fā)送機(jī)器人的有關(guān)傳感器數(shù)據(jù)，用戶得以查看室內(nèi)安全隱患情況。

3家庭智能監(jiān)控系統(tǒng) 關(guān)鍵技術(shù)

3.1監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格信息化

現(xiàn)階段遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建立在相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)上，在一定程度上造成遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中存在較為明顯的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中需要依靠相應(yīng)設(shè)備獲取信息，而在進(jìn)行信息傳遞時(shí)主要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，首先通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將相應(yīng)的信息內(nèi)容轉(zhuǎn)換成可以被計(jì)算機(jī)識(shí)別的信息，并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將信息進(jìn)行快速且準(zhǔn)確的傳遞。以及為保證信息傳遞過(guò)程中的安全性需要提升相關(guān)技術(shù)人員監(jiān)控系統(tǒng)的識(shí)別能力，以及保證工作人員在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中更好達(dá)到對(duì)信息進(jìn)行分類與分級(jí)，提升系統(tǒng)信息處理的能力與質(zhì)量。

3.2應(yīng)用和顯示層

應(yīng)用和顯示層建立處理功能，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理。在應(yīng)用層，主要涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理及分析等功能的實(shí)現(xiàn)，這是實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控管理的基本要素。在應(yīng)用層建立以MYSQL為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于滿足機(jī)房環(huán)境智能監(jiān)控所需的數(shù)據(jù)信息資源。此外，在數(shù)據(jù)處理中，不僅需要強(qiáng)化機(jī)房降耗的設(shè)計(jì)目標(biāo)，而且需要智能預(yù)警報(bào)告中，建立智能化信息監(jiān)控體系。為此，在數(shù)據(jù)處理中，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，能夠基于大數(shù)據(jù)信息庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房環(huán)境監(jiān)控的精準(zhǔn)預(yù)警分析，做出不同等級(jí)的預(yù)警報(bào)告，這是智能化監(jiān)控管理的顯著特點(diǎn)，更是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化監(jiān)控管理的關(guān)鍵所在。

3.3操作界面友好化

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，其涉及的內(nèi)容更加豐富多樣。技術(shù)人員在進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)管理與維護(hù)的過(guò)程中的工作量以及工作難度也在不斷增多，為提升技術(shù)人員的工作質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控部門對(duì)相應(yīng)的界面進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，保證維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)的過(guò)程中能快速分塊維護(hù)，以及快速找出系統(tǒng)中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

3.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的應(yīng)用

在智能監(jiān)控管理的實(shí)現(xiàn)中，算法的有效選擇及應(yīng)用，是確保智能化程度的關(guān)鍵所在。為此，在電力機(jī)房環(huán)境智能監(jiān)控管理中，選擇采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。該算法能夠在較好的收斂性中，滿足對(duì)電力機(jī)房環(huán)境狀況的預(yù)警分析。電力機(jī)房環(huán)境BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型。在整個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型中，通過(guò)“溫度”“濕度”和“煙霧濃度”的輸入層建立，在對(duì)機(jī)房環(huán)境狀況的整體指標(biāo)分析中，能夠通過(guò)對(duì)比相關(guān)指標(biāo)閾值，進(jìn)而對(duì)當(dāng)前的機(jī)房環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行預(yù)警分析，并做出預(yù)警等級(jí)，這是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)警的關(guān)鍵。因此，BP網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)算法模型的建立及應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)電力機(jī)房環(huán)境智能監(jiān)控管理的重要基礎(chǔ)，也需要注重算法模型優(yōu)化。

結(jié)束語(yǔ)

本文利用OpenCV開源計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)設(shè)計(jì)家庭智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)基于傳感器的智能安防監(jiān)控。對(duì)視頻監(jiān)控中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行提取與分析，檢測(cè)定位人體，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭內(nèi)部的人員入侵、跌倒等異常行為進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，及時(shí)效地對(duì)家庭中的突發(fā)事件進(jìn)行報(bào)警。下一步將研究其他家庭智能視頻監(jiān)控的應(yīng)用場(chǎng)景：如火焰、煙霧報(bào)警等。另外，為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度，識(shí)別家庭成員的人臉，使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)也是將來(lái)研究的方向。

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