基于移動終端的實驗室視頻監控系統設計與應用

薛勝蘭

(韓山師范學院 教育技術系, 廣東 潮州 521041)

基于移動終端的實驗室視頻監控系統設計與應用

薛勝蘭

(韓山師范學院 教育技術系, 廣東 潮州 521041)

通過智能手機、PDA等移動終端對實驗室內進行視頻監控,可以隨時掌握實驗室的運作情況,對加強實驗室管理、提高效益有很大的幫助。結合實際,進行基于移動終端的實驗室視頻監控系統的設計、軟硬件配置及應用。

移動終端； 實驗室視頻監控； 設計應用

加強實驗室器材、藥品、人員管理,是實驗室工作者應重視的問題[1]。構建實驗室內部視頻監控系統,通過手機、平板計算機等移動終端,實現對實驗室的遠程視頻監控,一旦貴重器材、藥品等被動用,能及時通過語音提示、電子郵件等形式,提醒管理者,并截圖存檔,對加強實驗室管理、提高實驗室利用有很大的幫助。隨著科技的發展,傳輸帶寬不斷提升,數據資費、電子產品的價格持續下降；同時,軟硬件設備不斷智能化,技術門檻越來越低,基本上實現即插即用,實驗室管理員、教師不需要專業人員的幫助就能實現所管轄實驗室內視頻監控系統的安裝、使用[2]。

1 系統設計

1.1 系統結構原理

移動終端視頻監控系統結構如圖1所示,主要由視頻監控主機、路由器組成,門磁探頭、煙霧探頭視需要情況配置。監控主機攝錄現場的視頻信號經編碼后,形成能在互聯網上傳輸的實時信號流,同時保存在SD卡等內置存儲設備上,以供回放查看。

圖1 系統結構

實驗室遠程視頻監控系統,因視頻信號在傳輸過程中必須通過校園網上的多級路由、計費網關、防火墻等,要實現跨校園網視頻監控必須進行端口映射或虛擬IP,處理起來比較麻煩,而且涉及校園網上的數據安全,校園網管理上通常不允許,這就是以前的網絡監控硬盤錄像機要實現移動終端視頻監控,只能在校園網內實現,如果要跨越校園網以外實現視頻監控,難度大、設置麻煩的原因[3]。目前,隨著計算機云應用的興起,基于云連接的3C卡應用給遠程網絡監控帶來很大的方便。3C 卡是云通信卡,它能夠實現不同局域網之間大容量傳輸數據,應用它不需要域名,也不需要進行端口映射就能實現遠程視頻監控和視頻通話,而且本身不會產生額外資費。3C卡被廣泛應用于視頻通話、遠程監控等網絡服務領域,3C卡隨監控主機配帶,無需另外購置[4]。系統硬件配置見表1。

表1 系統硬件

1.2 監控點的設計

實驗室內視頻監控點根據實驗室具體情況而定,因為通過手機遠程控制鏡頭的上下、左右轉動,能實現比固定鏡頭更大的監控視角,通常在實驗室單間設置一臺監控主機就可以。監控主機安放在實驗室內部,對安裝要求不高,通常安置在稍高的臺面上,如實驗臺、空調柜機、櫥柜上,方便電源及網絡連接。安放時要考慮室內光線的方向,以免逆光影響成像效果[5]。在保證視角覆蓋實驗室出入口的前提下,應盡可能監視重點區域,如實驗操作臺面、貴重儀器、存儲柜等。

1.3 重點防區設計

1.3.1 門磁探頭

應用門磁探頭實現對貴重器材、藥品的實時監管。門磁探頭如圖1所示,它由2部分組成,較小部件為永磁體,較大部件是門磁主體,當二者吸合在一起時,門磁探頭處于工作待命狀態,一旦分開,會觸發門磁,發射包含地址編碼和自身識別碼的無線信號。監控主機接收到信號后,向綁定的手機及郵箱發出提示信息,可以即時“查看”實驗室情況[6]。門磁探頭的2部分可用不干膠分別固定在存儲柜、儀器柜等的柜體和柜門內部,保證柜門關閉時吸合,開門時分離,從而實現開門觸發的功能。一臺監控主機可以匹配多個門磁,實現對多臺設施的重點布控。

1.3.2 煙霧探頭

煙霧探頭的作用是探測室內煙霧的濃度,達到設定值時觸發報警,監控主機發出蜂鳴聲,并向綁定手機發出警告信息,使火警初期得到有效的控制,有潛在火災隱患的實驗場地必須配置。

2 硬件安裝及軟件配置

2.1 硬件系統的安裝

監控主機安裝簡單,不需要專業的布線,只需要電源和網絡連接,如果采用WiFi無線連接,則只需要提供電源即可,為了方便移動,通常不固定安裝,順光置于稍高的臺面上即可。

監控主機、移動終端必須與互聯網聯通,否則會出現離線而無法監控的情況。但是連接在校園網上的計算機、監控主機等設備,要聯通互聯網都要通過計費網關,監控主機本身不能直接登錄校園網計費系統,因此不能直接連接在校園網上,必須通過路由器再連接到校園網上,并通過與此路由器相連的計算機,用它登錄計費系統,通過此路由器連接到校園網外,保證監控主機能與互聯網聯通,監控視頻信號流才能通過校園網的計費網關[7]。

2.2 移動端軟件安裝

在手機上正確安裝運行2cu軟件,輸入需要訪問監控主機的3C ID號(隨機配送)、訪問密碼,設置綁定的手機號碼、郵箱等,出現如圖2所示軟件運行界面,通過添加“聯系人”增加已安裝監控系統的實驗室名稱,即可實現對實驗室的遠程監控、雙向視頻通話、視頻回放、遠程設置等。

圖2 手機端程序界面

在移動終端上下載并安裝免費APP軟件2cu,蘋果IOS用戶可以到蘋果商店AAP Store中下載,安卓(Android)用戶可以在谷歌官方網站Google play中下載[8]。2cu是專為移動終端開發的應用程序,它采用P2P網絡傳輸技術,具有遠程監控、視頻通話、視頻錄像、智能報警等功能。

3 應用

以教育電聲技術實驗室中的實驗項目為例,進行遠程實驗過程回放、遠程實驗指導的應用分析。

3.1 實時監控、遠程回放

手機隨時遠程監控,劃動屏幕能使鏡頭上下左右移動,從而實現傳統的云臺功能,可以遠程抓拍現場的圖片,保存在手機上,用于教學展示或取證[9]。實驗時的出勤情況、實驗中的學習態度、實驗后的儀器設備歸位、線材收整情況、離開時門窗電源是否關閉等細節,都盡在掌握中,有利于培養學生良好的工作習慣。

監控主機支持大容量內存卡,32 G可以保存約20天的視頻[10]。利用工作之余、旅途閑暇的時間,在手機上回放學生實驗過程,從而發現實驗中存在的問題。在本實驗項目中,通過回放檢查發現,學生在實驗操作中存在拉扯電纜、搖動接插件、亂撥旋鈕等一些平時實驗教學中容易忽視的問題。把典型的實驗視頻拷貝出來在課堂上回放,具有很強的說服力,對實驗教學有很好的指導作用?；胤挪僮骱唵?只要點擊圖2中的“回放”,就會顯示按時間排序的視頻文件,點播即可。

3.2 可視對講、遠程指導

監控系統提供雙向可視對話功能,在實驗室管理中可以充分利用,管理員在實驗室之外跟學生進行可視對講,對學生實驗過程中出現的問題進行遠程雙向可視指導,提示實驗流程、儀器設備的使用,解答實驗問題等,就像面對面的交流。

當實驗過程遇到問題時,利用實驗室內的監控系統,接通指導教師手機,監控主機屏幕上顯示教師的影像,教師手機上顯示學生實驗過程的畫面，中景或全景攝像場面較大,顯示整個實驗的全貌,可以了解學生實驗步驟、系統組裝是否正確等；特寫攝像畫面,可以觀察實驗的細節,如設備端口標注、旋鈕位置、器皿刻度等。在本實驗項目中,最常碰到系統無聲音問題,指導教師通過手機顯示畫面,第一步檢查系統中話筒、播放器、功放、音箱之間的連接是否正確,可以移動視頻監控主機,按信號流向掃攝各個端口的連線、接插件,通過手機上顯示的畫面來檢查連接是否正確；第二步掃攝各設備的按鍵、旋鈕、推子、開關的調整

是否正確,能很快發現問題,并同步給予語音指導。另外,如果實驗不成功,教師可以先通過回放學生實驗過程的錄像,發現并指出學生實驗中存在的問題。

3.3 內部通訊、遠程管理

監控系統不僅能在手機、平板、電腦之間進行視頻監控,而且在2臺監控主機之間也可以進行視頻通話,實驗室之間的交流變得簡單方便[11]。作為院系實驗室的分管領導,可以將所管轄的實驗室添加到手機上集中管理,如圖2是教育技術學專業實驗室安裝視頻監控系統后所顯示的界面,對實驗室的視頻監控、與管理人員的通話、視頻回放,都只需點擊屏幕上的對應按鍵即可實現,隨時掌握實驗的出勤、開放、安全、衛生等情況,實現遠程管理。

4 結束語

我院教育技術學專業的新聞演播實驗室、影視用光實驗室、現代教學體驗室等,因實驗性質和教學需要,必須開放管理,但有數碼相機、攝像機等貴重設備,有易于隨手帶走的電池、標簽紙等實驗耗材,還有高溫高壓燈光設備,容易丟失存儲卡、鏡頭蓋等小配件,開放管理難度大,管理教師工作壓力大。自應用移動終端視頻監控系統以來,分管領導、實驗室主任、管理教師等相關人員都能隨時了解實驗室內部情況,有效地減輕了實驗室管理的壓力,提升了實驗教學效果。

References)

[1] 宋軍.高等師范院校實驗室安全體系的建設[J].實驗技術與管理，2013，30 (11):4-8.

[2] 崔瑞琳.移動互聯網視頻監控應用分析[J].電信技術，2013(2):9-11.

[3] 余彬.高校實驗室視頻監控管理方案探討[J].中國高新技術企業，2012(2):129-141.

[4] 武文軍.開展安防視頻監控構建平安校園[J].現代電信科技，2010(8):29-31.

[5] 王玉峰.實驗室數字視頻監控系統的組建與應用[J].科技信息,2010(11):54-55.

[6] 韓金輝.從視頻監控深度應用淺析智能高清監控系統[J].中國公共安全，2010(8):139-142.

[7] 岳建.智能視頻監控系統在高校實驗室的應用研究[J].知識庫,2012(12):37-38.

[8] 范波,劉利強,將軍強.基于WDS網絡的實驗室視頻監控系統設計[J].電子技術與軟件工程，2014(1):75-76.

[9] 湯志軍.智能視頻監控系統在高校實驗室的應用研究[J].信息系統工程，2012(12):86-88.

[10] 張曉丁,劉靜.基于手機的遠程可視化醫學技術研究[J].中國醫療器械信息,2010(10):28-34.

[11] 於秋萍,孫見君,吳志威.基于網絡技術的實驗室開放管理[J]. 實驗教學與儀器,2014(5):66-67.

Design and application of laboratory video monitoring system based on mobile terminal

Xue Shenglan

(Department of Educational Technology, Hanshan Normal College, Chaozhou 521041, China)

Monitoring the laboratory internal video through smart phones,PDA and other mobile terminals,can grasp the operation situation of the laboratory anytime and anywhere, and it is of great help to strengthen management and improve benefits. Combined with practical experience, the design of laboratory video monitoring system, software and hardware configuration and application can be carried out.

mobile terminal; laboratory video monitoring; design and application

2015- 03- 03 修改日期：2015- 03- 12

教育部2013年度人文社會科學研究規劃青年基金課題“移動學習教學游戲積件的設計與開發研究”(13YJC880056)

薛勝蘭(1974—),男,廣東梅州,碩士,高級實驗師,主要研究校園信息化環境和教育科學相關專業實驗室建設和管理.

E-mail：1951230115@qq.com

G482

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1002-4956(2015)9- 0230- 03