基于無線傳感網絡的視頻監控系統設計與實現（一）

摘要：針對傳統的視頻監控系統存在監控盲區、工作效率低等問題，本文基于無線傳感網絡定位技術，設計了一個人群異常活動視頻監控系統。本文首先依據無線信號接收強度指示（RSSI）方法，通過實驗獲取到接收信號強度指示和接收距離的函數關系，并通過曲線擬合技術獲取被監視人員的運動軌跡，然后利用濾波技術過濾軌跡噪聲數據。其次，提出了非安全域的設計思路，系統若發現被監控人員出現在非安全域，則自動觸發報警并對現場進行錄像。最后，設計并實現了一個原型系統，包括底層傳感器節點硬件編程、中間層消息處理和上層數據處理等模塊。實驗結果表明，該系統能夠對人員的活動位置進行較精確的定位，當出現異常活動時，自動觸發報警。

0 引言

視頻監控系統在各行業重點部門或重要場所進行實時監控的過程中發揮著重要的作用。

管理部門可通過其獲取圖像或聲音等有效信息，并對突發性異常事件的過程進行實時監視和記錄，以幫助現場取證和及時布置警力處理案件。

隨著互聯網的普及、計算機、圖像處理、傳輸技術的飛速發展， 視頻監控技術也有長足的發展。高智能、高效率、高安全性的視頻監控系統已經成為國內外發展的必然趨勢。

目前，針對視頻監控系統的研究主要集中在數據傳輸和終端顯示上。文獻利用GPRS對公共照明視頻監控系統捕獲到的數據進行傳輸并在終端進行顯示。文獻設計了一種具有自組織跳轉數據傳輸功能的無線監控系統。文獻提出了一種基于ZigBee 無線通信技術的設備監控系統。然而現有視頻監控系統的終端僅依靠工作人員頻繁切換監控畫面對現場進行監控，這不僅降低了監控系統的工作效率，而且使未被切換到的畫面成為監控盲區，此外，現有監控系統很少具備自動報警功能，這也是視頻監控系統需要重點研究的方向。

本文基于無線傳感網絡定位技術，設計一個人群異常活動視頻監控系統。該系統能夠對人員的活動位置進行較精確的定位，當出現異常活動時，自動觸發報警功能，系統工作人員只需要在接到報警信息后處理現場，從而提高系統的工作效率。本文從系統關鍵技術與難點問題入手，首先針對接收信號強度指示和距離的理想狀態關系模型在實際應用中存在的問題，通過設計實驗，獲取大量數據，并對其采用曲線擬合技術得到接收信號強度指示和距離的關系。然后針對傳感器節點位置信息因受節點供電不穩定等因素影響而產生噪聲數據的問題，設計了一種基于期望值和閾值的濾波技術過濾噪聲數據。其次，提出了非安全域的設計思路，系統若發現被監控人員出現在非安全域，則自動觸發報警。最后，設計并實現了一個原型系統，包括底層傳感器節點硬件編程、中間層消息處理和上層數據處理等模塊。

1 系統關鍵技術與難點問題

1.1 獲取 RSSI 和距離值的對應關系

接收信號強度指示（RSSI,Received Signal STrength Indicator）通過信號在傳播過程中的衰減來估計節點之間的距離[8]。由于信號在傳播過程中信號強度會降低，根據接收機接收到的信號強度，可以估計發射機的距離。無線信道的數學模型如式（1）。

式（1）中，d 是發射機和接收機之間的距離， d0 是參考距離； np 是信道衰減指數；一般取值2-4； p0 是距離發射機d 0 處的信號強度；P（d）是距離發射機d 處的信號強度； p0 可以通過經驗得出，或者從硬件規范定義得到。由此方程可以通過信號強度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）的影響而具有時變性，在特定環境中，嚴重偏離上述模型，通過接收到的信號強度估計出的距離d 有很大的誤差。