吳雪寒,張廷秀,茅 磊,李若瑜,2,朱元彩,2

(1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信電工程學(xué)院,江蘇 徐州 221116;2.徐州市水資源高效利用與生態(tài)安全應(yīng)用技術(shù)工程研究中心,江蘇 徐州 221116)

0 引言

太陽能智慧樹是一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型能源解決方案,可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,同時提供充電、照明、信息傳輸?shù)确?wù)[1]。太陽能智慧樹通過光伏發(fā)電的方式將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,可以減少城市的空氣污染和噪聲,同時為市民提供充電、照明、信息傳輸?shù)确?wù)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù),太陽能智慧樹還可以實(shí)時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù),并通過云端平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理。通過運(yùn)用太陽能智慧樹,可以有效改善城市環(huán)境,減少能源浪費(fèi),促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。因此,研究基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽能智慧樹具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。本文對傳統(tǒng)太陽能智慧樹進(jìn)行改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了基于微信小程序?qū)μ柲苤腔蹣溥M(jìn)行管理。

1 系統(tǒng)架構(gòu)功能設(shè)計

如圖1所示,整個系統(tǒng)架構(gòu)主要包含微信小程序服務(wù)端、太陽能智慧樹硬件及微信小程序客戶端。其中,微信小程序服務(wù)端作為整個系統(tǒng)的后端服務(wù)程序主要負(fù)責(zé)采集和控制智慧樹硬件;太陽能智慧樹為整個系統(tǒng)的硬件終端,負(fù)責(zé)溫濕度感應(yīng)、一鍵報警等功能;微信小程序客戶端主要負(fù)責(zé)統(tǒng)一配置控制太陽能智慧樹并接收服務(wù)端推送的預(yù)警信息。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)

1.1 太陽能智慧樹硬件端介紹

1.1.1 心跳協(xié)議

太陽能智慧樹通過LoRa模塊實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能,為判斷每個太陽能智慧樹的工作情況,太陽能智慧樹會通過傳感器收集周圍環(huán)境信息,并通過定期發(fā)送的心跳信息與服務(wù)器通信確保服務(wù)器能夠掌握所有智慧樹的實(shí)時工作狀態(tài),如果某個智慧樹連續(xù)45 s沒有發(fā)送心跳信息則判定這個智慧樹為離線,微信小程序服務(wù)端則會發(fā)送通知消息給對應(yīng)的維護(hù)人員,同時報送故障信息[2]。

1.1.2 溫濕度報送協(xié)議

太陽能智慧樹可以通過預(yù)先配置的溫濕度傳感器感知周邊環(huán)境溫度,當(dāng)周圍環(huán)境溫度變化超過預(yù)先設(shè)定的閾值,太陽能智慧樹會通過內(nèi)置的溫濕度協(xié)議將當(dāng)前的溫度發(fā)送到服務(wù)器端。

1.1.3 視頻監(jiān)控流推送

太陽能智慧樹基于RTMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)視頻流的傳輸,微信小程序可以通過RTMP協(xié)議連接太陽能智慧樹的攝像頭實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控的效果,同時太陽能智慧樹也會根據(jù)預(yù)先設(shè)定的服務(wù)器地址,將視頻流數(shù)據(jù)推送到流媒體服務(wù)器,確保視頻數(shù)據(jù)能被服務(wù)器實(shí)時分析和保存[3]。

1.1.4 一鍵報警

一鍵報警功能是在緊急情況下,附近的人可以通過按鈕向服務(wù)中心求救。為了防止按鈕誤觸,在發(fā)送報警信息的同時,微信客戶端還會接收按鈕觸發(fā)時的現(xiàn)場截圖來幫助審核人員判斷現(xiàn)場的真實(shí)情況。

1.2 太陽能智慧樹微信端介紹

1.2.1 統(tǒng)一參數(shù)設(shè)置

傳統(tǒng)的太陽能智慧樹不具備統(tǒng)一組網(wǎng)和批量設(shè)置功能,本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽能智慧樹可以通過微信小程序端針對分布在城市各個角落的智慧樹進(jìn)行統(tǒng)一批量設(shè)置,如設(shè)置燈光閾值、心跳時間等。

1.2.2 視頻監(jiān)控查看

微信小程序客戶端可以通過流媒體服務(wù)器查看各個太陽能智慧樹的實(shí)時監(jiān)控視頻,微信小程序后臺服務(wù)端也可以通過AI視頻分析自動發(fā)現(xiàn)視頻監(jiān)控的可疑信息。

1.2.3 預(yù)警信息推送

當(dāng)微信小程序服務(wù)端收到太陽能智慧樹的報警信息或者通過AI視頻分析發(fā)現(xiàn)智慧樹周邊可能存在危險情況時會自動向監(jiān)控中心推送報警信息,同時也可以通過微信小程序查看報警的詳細(xì)信息和報警時的詳細(xì)視頻截圖。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1 AI視頻分析技術(shù)

AI智能視頻監(jiān)控中最主要的就是視頻分析技術(shù),是將運(yùn)動目標(biāo)同背景進(jìn)行有效的分離,然后識別出準(zhǔn)確的目標(biāo),排除其他因素產(chǎn)生的影響,對目標(biāo)行為進(jìn)行追蹤及分析,視頻分析可以分為多個模塊,常見的有目標(biāo)運(yùn)動分析、目標(biāo)移動方向檢測和定位、停止?fàn)顟B(tài)檢測等。太陽能智慧樹將采集到的視頻流推送到流媒體服務(wù)器進(jìn)行存儲分析,利用AI視頻分析技術(shù)后臺可以識別視頻中的主要內(nèi)容進(jìn)而識別一些常見的危險行為并觸發(fā)報警,如跌倒、攀爬等行為。通過AI智能視頻監(jiān)控應(yīng)用,對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、定位及識別,并進(jìn)行有效的分析判斷,不僅能及時對異常行為做出反應(yīng),還可以對群體行為進(jìn)行相應(yīng)分析,保障監(jiān)控區(qū)域的安全,減少事件發(fā)生,降低管理成本。

2.2 騰訊地圖API

騰訊地圖API可以為微信小程序提供基礎(chǔ)的位置標(biāo)記能力。微信小程序客戶端會依據(jù)預(yù)先配置好的微信小程序服務(wù)端地址,把智慧樹的經(jīng)緯度信息實(shí)時報送并持久化到數(shù)據(jù)庫中以供微信小程序客戶端查詢和訪問,小程序端利用微信小程序服務(wù)端提供的REST接口獲取或者搜索智慧樹分布數(shù)據(jù),微信小程序客戶端收到包含智慧樹經(jīng)緯度的數(shù)據(jù)的信息后使用MAP組件提供的Makers屬性將智慧樹渲染到界面上。騰訊地圖可以根據(jù)智慧樹不同的狀態(tài)如在線、離線顯示不同的圖標(biāo)以便維護(hù)人員能夠直觀地了解智慧樹終端的在線情況。

2.3 視頻采集技術(shù)

系統(tǒng)通過V4L2 (video for linux 2)采集圖像,將采集到的YUM格式的視頻通過UDP協(xié)議發(fā)送到服務(wù)端以便存儲和分析[4]。V4L2是基于Linux的框架,在Linux中一切設(shè)備都是文件,攝像頭接入后會在/dev目錄下產(chǎn)生視頻設(shè)備文件vedio0, 可以對其進(jìn)行讀、寫等操作。系統(tǒng)通過讀取設(shè)備文件可以獲取YUM格式的視頻文件,但所采集到的視頻占用的內(nèi)存資源較多,因此需要對視頻進(jìn)行壓縮,目前最為常用的編碼標(biāo)準(zhǔn)有國際電信聯(lián)盟的H.261、H.263、H.264,考慮到兼容性和大小系統(tǒng)采用H.264作為編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn),在視頻傳輸時為了保證視頻流傳輸?shù)乃俣仁褂肬DP協(xié)議進(jìn)行傳輸,具體視頻采集傳輸流程如圖2所示。

圖2 視頻采集傳輸流程

3 系統(tǒng)主要界面設(shè)計

3.1 微信小程序智慧樹GIS首頁介紹

微信小程序首頁可以通過圖形化的方式查看當(dāng)前太陽能智慧樹的分布情況,進(jìn)入首頁后微信小程序首先會對當(dāng)前用戶的位置進(jìn)行定位,隨后微信小程序會將當(dāng)前用戶的位置發(fā)送給服務(wù)端,服務(wù)端程序收到當(dāng)前用戶位置后會將當(dāng)前用戶周邊的智慧樹分布數(shù)據(jù)返回給微信小程序,當(dāng)小程序收到服務(wù)端發(fā)送的數(shù)據(jù)時會根據(jù)智慧樹的坐標(biāo)渲染到地圖上,點(diǎn)擊地圖上的小太陽圖標(biāo)可以查看當(dāng)前選中太陽能智慧樹的具體信息。在地圖的下方展示當(dāng)前可視化窗口內(nèi)包含智慧樹的數(shù)量及在線的智慧樹的數(shù)量。若需要查找的智慧樹不在當(dāng)前窗口內(nèi),還可以在下方搜索框內(nèi)搜索相關(guān)的關(guān)鍵字查詢其他智慧樹信息。

3.2 消息預(yù)警頁面

消息預(yù)警頁面主要負(fù)責(zé)接收一鍵報警的預(yù)警消息和智慧樹狀態(tài)的變化消息。當(dāng)有人按下智慧樹報警按鈕時,報警信息和實(shí)時照片會傳送到微信小程序服務(wù)端,服務(wù)端會通過Websocket協(xié)議將信息實(shí)時推送到微信小程序客戶端,微信小程序會以消息通知的形式展現(xiàn)給用戶,用戶可以點(diǎn)擊查看消息的詳情,消息詳情頁面詳細(xì)展示了消息的具體內(nèi)容,包含報警發(fā)生的位置、實(shí)時圖像等[5]。

3.3 實(shí)時監(jiān)控頁面

實(shí)時監(jiān)控頁面可以用來查看智慧樹的實(shí)時監(jiān)控畫面,如圖3所示。每個智慧樹的監(jiān)控頁面包含智慧樹監(jiān)控的設(shè)備名稱、設(shè)備編號、設(shè)備類型、設(shè)備地點(diǎn)等信息。頁面的下方展示了某個智慧樹下面所包含的攝像頭通道,一個通道表示一個攝像頭,一個智慧樹可以包含多個通道,點(diǎn)擊下方不同的通道可以切換到不同的攝像頭一邊看到不同的攝像頭視角。

4 結(jié)語

本文介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽能智慧樹微信小程序設(shè)計與開發(fā),微信小程序通過REST接口方式配置、控制太陽能智慧樹硬件端;同時,微信小程序可以通過WebScoket協(xié)議實(shí)時接受太能智慧樹的報警通知。事實(shí)證明,本研究能對行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,能夠為太陽能智慧樹設(shè)計人員提供參考。