敏感區(qū)域的智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)功能設(shè)計(jì)與技術(shù)難點(diǎn)對(duì)策分析

摘要：智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)，能對(duì)可疑動(dòng)態(tài)物體以及靜態(tài)物體進(jìn)行定位、檢測(cè)以及跟蹤，避免監(jiān)控編程過(guò)程中出現(xiàn)機(jī)器運(yùn)行停滯問(wèn)題。另外，為了確保敏感區(qū)域智能監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的安全性，通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存與分析，使用共識(shí)算法完成數(shù)據(jù)的刪除與利用，并對(duì)其中的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行綜合分析。為此，文章通過(guò)敏感區(qū)域的智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)功能設(shè)計(jì)需求以及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的分析，完成功能設(shè)計(jì)工作技術(shù)難點(diǎn)的解決，以此確保敏感區(qū)域的智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行功能以及相關(guān)技術(shù)得到優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：敏感區(qū)域；智能監(jiān)控；預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)；功能設(shè)計(jì)；技術(shù)難點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著智能監(jiān)控的研究發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了多種技術(shù)以及方案，并在遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能交通以及智能實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控等領(lǐng)域中得到了廣泛運(yùn)用，但在敏感區(qū)域的智能監(jiān)控依舊存在許多技術(shù)難題，實(shí)際應(yīng)用效果難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。本文在當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展背景下，通過(guò)敏感區(qū)域智能監(jiān)控以及預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)的功能設(shè)計(jì)，并對(duì)存在的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，確保智能監(jiān)控系統(tǒng)以及預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)的功能得到有效優(yōu)化，促使在更多領(lǐng)域中得到有效運(yùn)用。

1 功能需求與總體結(jié)構(gòu)

在敏感區(qū)域智能監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)工作開展的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)幀差法的有效利用，可以對(duì)動(dòng)態(tài)物體以及可疑物體進(jìn)行檢測(cè)與跟蹤，或者利用背景差分法以及時(shí)間累積法，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)物體的定位與檢測(cè)。在本次研究設(shè)計(jì)工作中，通過(guò)對(duì)媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的有效利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的查看與管理，同時(shí)采取SMTP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的動(dòng)態(tài)監(jiān)督與靜態(tài)監(jiān)督，將系統(tǒng)模塊嵌入MFC框架，利用Open CV實(shí)現(xiàn)完整的智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，其功能主要包含以下幾方面［1］。（1）開啟攝像頭。通過(guò)攝像完成視頻拍攝，掌握動(dòng)態(tài)物體的運(yùn)動(dòng)情況，并對(duì)其進(jìn)行定位與跟蹤，同時(shí)將圖像保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。（2）查詢刪改數(shù)據(jù)庫(kù)。結(jié)合預(yù)警記錄，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的異常物體圖像進(jìn)行查詢與分析。（3）及時(shí)做好預(yù)警信息發(fā)送工作。在圖像查看工作后，及時(shí)將圖像發(fā)送到相關(guān)郵箱中或者給相關(guān)工作人員，對(duì)圖像畫面進(jìn)行分析，并對(duì)敏感區(qū)域進(jìn)行24 h監(jiān)控。（4）解決系統(tǒng)信息儲(chǔ)存安全問(wèn)題。為了避免監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息出現(xiàn)丟失或者被惡意刪除，在功能設(shè)計(jì)中加強(qiáng)了刪除操作的控制功能，對(duì)系統(tǒng)查詢進(jìn)行放行處理。在功能模塊設(shè)計(jì)中，將信息加入?yún)^(qū)塊鏈，對(duì)于信息的管理進(jìn)行二次控制。智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)流如圖1所示。

智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示［2］。智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由界面模塊、視頻捕捉模塊、核心監(jiān)控模塊、處理模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)操作模塊等組成。

2 功能設(shè)計(jì)與技術(shù)難點(diǎn)對(duì)策

2.1 UI設(shè)計(jì)

2.1.1 界面結(jié)構(gòu)

界面結(jié)構(gòu)主要包含了5個(gè)不同的區(qū)域，使用2個(gè)不同的監(jiān)控模塊。其中，模塊一包含了視頻監(jiān)控區(qū)域、郵箱區(qū)域、監(jiān)控異常的預(yù)警區(qū)域；模塊二包含了數(shù)據(jù)庫(kù)查詢模塊、歷史查詢模塊。系統(tǒng)運(yùn)行模塊布置如圖3所示。

2.1.2 多線程設(shè)計(jì)

本次研究采取多線程編程方式。由于系統(tǒng)在運(yùn)行中，視頻監(jiān)控與數(shù)據(jù)庫(kù)查詢運(yùn)行耗費(fèi)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此構(gòu)建了子線程。在用戶點(diǎn)擊“Start”按鍵后，主線程會(huì)自動(dòng)完成子線程創(chuàng)建工作，并將其利用到場(chǎng)景圖像捕捉工作中，通過(guò)智能化分析完成數(shù)據(jù)庫(kù)信息查詢［3］。其中主線程負(fù)責(zé)界面的控制調(diào)度與修改，避免系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)“死機(jī)”問(wèn)題。

2.1.3 消息響應(yīng)機(jī)制

系統(tǒng)通過(guò)多現(xiàn)場(chǎng)的方式完成編碼工作時(shí)，需要運(yùn)用消息響應(yīng)機(jī)制，完成主線程信息發(fā)送功能，并對(duì)界面完成更新操作。其中，消息響應(yīng)機(jī)制主要包含同步和異步兩種方式。由于子線程在運(yùn)行過(guò)程中，需要連續(xù)捕捉場(chǎng)景，為此在實(shí)際信息發(fā)送過(guò)程中采取了異步方式，在子線程向主線程發(fā)送信息后，依舊保持穩(wěn)定性，不需要等待主線程系統(tǒng)發(fā)出反饋信息。

2.2 預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.2.1 數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

在預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工作中，主要包括存放監(jiān)控信息的Exception Image表、存放用戶信息的User表。在智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了能夠?qū)⒁曨l監(jiān)控分析所保存的異常圖形資料進(jìn)行有效儲(chǔ)存，需要建立媒體數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)預(yù)定文件夾可以將拍攝的原始圖形進(jìn)行保存，并將其更新保存到SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)中，由Exception Image表格進(jìn)行記錄，并對(duì)圖形資料進(jìn)行編號(hào)Image Name作為異常圖片名稱，在實(shí)際圖片分析的過(guò)程中，需要將圖形時(shí)間信息進(jìn)行儲(chǔ)存，以此方便圖形信息查閱［4］。Address系統(tǒng)路徑可以儲(chǔ)存異常圖像，并對(duì)其構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，在每次查詢圖像或者圖形更新的過(guò)程中，由于圖像資源信息量相對(duì)較多，容易導(dǎo)致操作緩慢。為此，可以將圖形資料保存到文件夾中，并根據(jù)圖形儲(chǔ)存路徑構(gòu)建媒體數(shù)據(jù)庫(kù)，減少系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)圖形信息容量，提高數(shù)據(jù)庫(kù)查詢速度與更新速度［5］。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過(guò)SQL Server建立媒體數(shù)據(jù)庫(kù)，在系統(tǒng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中，直接與SQL Server連接即可［6］。在本次系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，可以通過(guò)數(shù)據(jù)源的建設(shè)，將其作為默認(rèn)的系統(tǒng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。在數(shù)據(jù)源建立完成后，用戶在打開初始系統(tǒng)的過(guò)程中，通過(guò)ODBC程序與SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接，為程序中的數(shù)據(jù)庫(kù)操作提供一定的幫助。在智能監(jiān)控工作全面開展的過(guò)程中，將異常圖片儲(chǔ)存到文件夾，并將異常物體的屬性編入SQL語(yǔ)句，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)生成條目插入作業(yè)。在用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢的過(guò)程中，通過(guò)編寫SQL語(yǔ)句，可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的所有信息進(jìn)行全面查詢，并調(diào)閱歷史訪問(wèn)信息。在條目信息編入SQL語(yǔ)句的情況下，可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)完成查詢工作，從而顯示歷史異常圖片。在用戶選擇性地刪除圖像條目的過(guò)程中，可以通過(guò)SQL語(yǔ)句，完成數(shù)據(jù)庫(kù)圖形信息刪除作業(yè)，系統(tǒng)文件中的歷史圖片也會(huì)同時(shí)刪除。用戶在退出系統(tǒng)后，DBC程序與SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接會(huì)自動(dòng)切斷。

2.3 智能監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

2.3.1 智能監(jiān)控區(qū)域

智能監(jiān)控模塊作為智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的主要核心工作模塊之一，可以對(duì)特定的場(chǎng)所完成實(shí)時(shí)智能監(jiān)控，掌握?qǐng)鼍爸兴嬖诘目梢蛇\(yùn)動(dòng)物體或者遺留物，同時(shí)完成圖形資料儲(chǔ)存工作，并在系統(tǒng)界面發(fā)出預(yù)警提示信息。在智能監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)中，主要包括異常發(fā)布郵箱設(shè)置區(qū)域、視頻監(jiān)控區(qū)域以及監(jiān)控異常預(yù)警區(qū)域，甚至可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成遠(yuǎn)程預(yù)警［7］。用戶可以結(jié)合預(yù)警接收郵箱以及郵箱設(shè)置，及時(shí)對(duì)郵箱信息進(jìn)行提示，工作人員可以第一時(shí)間完成郵箱信息查詢作業(yè)，掌握智能監(jiān)控所拍攝的異常圖像動(dòng)、靜屬性，及時(shí)對(duì)圖形的拍攝時(shí)間進(jìn)行記錄。智能監(jiān)控流程如4所示。

2.3.2 幀差算法

（1）捕捉圖像。在設(shè)計(jì)工作全面實(shí)施的過(guò)程中，結(jié)合敏感區(qū)域智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)建立CvCapture類型變量capture，在攝像頭完成圖像資料拍攝，并將其直接保存到全局變量global-gt;image中。對(duì)圖形畫面的異常情況進(jìn)行綜合分析，同時(shí)建立8個(gè)不同的通道，以此完成圖形變量保存工作，對(duì)圖像的幀頻變化操作進(jìn)行有效控制。

（2）幀差操作。為了能夠?qū)D像的二值化進(jìn)行分析與操作，并能夠?qū)Σ噬珗D形完成分析作業(yè)，需要將智能監(jiān)控所拍攝的圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，使用IplImage類型的數(shù)組buf完成前一幀灰度圖像保存工作。在每次拍攝的圖形灰度化處理后，可以及時(shí)保存到buf中，并對(duì)前一幀的圖像進(jìn)行及時(shí)刪除，完成buf更新作業(yè)。在準(zhǔn)備工作完成后即可對(duì)灰度圖像進(jìn)行幀差操作。

（3）消除噪聲。在對(duì)智能監(jiān)控所拍攝的圖像前景與背景進(jìn)行分離處理的過(guò)程中，由于圖像幀頻存在不穩(wěn)定性，會(huì)導(dǎo)致圖形區(qū)域出現(xiàn)噪聲問(wèn)題。物體在移動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的光影，會(huì)被認(rèn)為是移動(dòng)物體的前一部分。除此之外，物體體積較大的情況下，在移動(dòng)拍攝的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)孔洞，從而產(chǎn)生噪聲。為此，在本次設(shè)計(jì)研究的過(guò)程中，采取了高斯濾波完成噪聲去除工作，同時(shí)對(duì)圖形完成采樣作業(yè)，并對(duì)噪聲消除的方法進(jìn)行全面控制［8］。在高斯濾波方式應(yīng)用的過(guò)程中，可以對(duì)圖像中的任意點(diǎn)像素值完成加權(quán)平均工作，可以有效降低圖像中所產(chǎn)生的高斯噪聲。另外，通過(guò)圖像向下采樣，可以利用濾波器完成卷積作業(yè)，避免系統(tǒng)中儲(chǔ)存的圖像存在偶數(shù)行與偶數(shù)列。此外，還可以利用膨脹操作，將采集前景圖像區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)比例的擴(kuò)大，及時(shí)消除圖像中存在的空洞問(wèn)題與破碎問(wèn)題。最終完成向上采樣作業(yè)，及時(shí)使用濾波器完成高斯卷積作業(yè)，從而恢復(fù)原有圖像的大小。

（4）框出異常。在對(duì)前景運(yùn)動(dòng)圖像處理作業(yè)完成后，需要完成圖像輪廓定位工作，使用變量store將圖像輪廓信息全部?jī)?chǔ)存，再完成輪廓編輯，對(duì)輪廓的面積進(jìn)行綜合判斷。圖像輪廓面積較小的情況下，需要及時(shí)對(duì)其刪除；圖像輪廓面積大于預(yù)定面積的情況下，需要及時(shí)做好圖像輪廓信息分析工作，結(jié)合圖像幀對(duì)原始圖像進(jìn)行矩形框勾勒，從而對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行檢測(cè)。另外，還要控制好時(shí)間，5 s內(nèi)完成圖像異常分析作業(yè)，并對(duì)移動(dòng)的物體進(jìn)行全面檢查。結(jié)合圖像前景，對(duì)移動(dòng)或者動(dòng)態(tài)物體進(jìn)行行為分析、特征分析，以此判斷捕捉的圖像中的物體是否屬于人體，如果屬于人體，則對(duì)人體的行為動(dòng)作進(jìn)行判斷分析，對(duì)人體的異常行為進(jìn)行檢測(cè)。為了確保智能監(jiān)控方便圖像查詢，或者在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成時(shí)間統(tǒng)計(jì)與信息統(tǒng)計(jì)，需要通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)所產(chǎn)生的異常圖像信息資料進(jìn)行保存與分析［9］。

2.3.3 背景差分算法

在本次設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)背景差分法與時(shí)間累積的有效運(yùn)用，完成靜態(tài)遺留物體的檢測(cè)與分析。考慮智能監(jiān)控系統(tǒng)在拍攝圖像的過(guò)程中，存在啟動(dòng)延時(shí)的情況，需要?jiǎng)h除前兩幀圖像，以拍攝的第三幀圖像為背景圖像，并根據(jù)第三幀背景圖像對(duì)之后的每一幀圖像進(jìn)行差分運(yùn)算，以獲取第三幀的前景圖像，并及時(shí)消除前景圖像中的噪聲，時(shí)間檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的方式完成之后的一系列操作。

2.4 預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用模塊設(shè)計(jì)

預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用模塊設(shè)計(jì)工作在實(shí)際開展的過(guò)程中，為了能夠有效查詢媒體數(shù)據(jù)庫(kù)所儲(chǔ)存的圖像信息，需要在界面中顯示最終的查詢結(jié)果，并對(duì)每一個(gè)查詢結(jié)果進(jìn)行查詢與分析，同時(shí)對(duì)異常或者無(wú)價(jià)值的圖像進(jìn)行逐條刪除。預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用模塊中包含了數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)果查詢、歷史異常查詢。在數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)果查詢中通過(guò)MFC中的List Control控件完成圖像查找［10］。對(duì)于預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)而言，需要通過(guò)加密的方式備份，限定權(quán)限，避免出現(xiàn)圖像隨意增加或者刪減行為的事件發(fā)生，可以提高數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存安全。但該技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，對(duì)于人的要求相對(duì)較高。而區(qū)塊鏈技術(shù)具備防篡改以及公開透明的特點(diǎn)，在使用過(guò)程中能使其在智能監(jiān)控領(lǐng)域中得到有效利用。由于敏感區(qū)域智能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息量相對(duì)較多，需要選擇重要的圖像信息儲(chǔ)存到區(qū)塊鏈中，并由工作人員決定圖像信息的儲(chǔ)存與刪減。

3 系統(tǒng)測(cè)試及性能分析

3.1 系統(tǒng)測(cè)試

本次研究集成測(cè)試結(jié)果如表1所示，在測(cè)試完成后，智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。為確保系統(tǒng)的應(yīng)用效果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，選擇在燈光較暗的室內(nèi)完成系統(tǒng)驗(yàn)證工作，如圖5所示。在監(jiān)測(cè)完成后，點(diǎn)擊“CheckDB”，可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄數(shù)據(jù)信息進(jìn)項(xiàng)查看與刪除。

系統(tǒng)預(yù)警信息的發(fā)送，以郵件發(fā)送為例進(jìn)行測(cè)試，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的郵箱列表完成預(yù)警信息群發(fā)功能，工作人員可在第一時(shí)間收到預(yù)警信息，并結(jié)合預(yù)警數(shù)據(jù)做出決策，避免計(jì)算機(jī)決策落實(shí)存在不確定性。

3.2 性能分析

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行中存在流暢度低等問(wèn)題，主要是由于系統(tǒng)功能存在漏洞。在本次系統(tǒng)研究中，視頻流暢度方面的控制效果相對(duì)較低，但對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)用并未造成影響。對(duì)視頻監(jiān)控模塊進(jìn)行分析，將子線程中的某一幀圖像進(jìn)行捕捉與處理，將時(shí)間納入文件，如圖7所示，同時(shí)將主線程畫面輸入文件中。

本次研究結(jié)果顯示，現(xiàn)場(chǎng)圖像顯示時(shí)間間隔僅為0.12 s。從視頻觀察角度分析，人類肉眼每24幀圖像切換時(shí)間小于0.041 s；從監(jiān)控意義角度分析，任何監(jiān)控視角下的物體從出現(xiàn)到消失，時(shí)間應(yīng)超出0.06 s，而視頻畫面切換時(shí)間僅為0.12 s。所以，監(jiān)控影響具備一定的參考性，同時(shí)也說(shuō)明智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)流系統(tǒng)功能與運(yùn)行性能滿足實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)化要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，敏感區(qū)域智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)功能設(shè)計(jì)工作的開展，存在一定的技術(shù)難點(diǎn)。由于功能需求相對(duì)較多，增加了設(shè)計(jì)難度。本文對(duì)其功能需求以及設(shè)計(jì)總體框架進(jìn)行了闡述，完成了UI設(shè)計(jì)、預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)以及智能監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)，可以有效完善敏感區(qū)域智能監(jiān)控與預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，確保在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)揮出具體功能作用，為相關(guān)領(lǐng)域提供相應(yīng)的幫助。

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Functional design and technical difficulties analysis of intelligent monitoring and early

warning database in sensitive areas

TanYingliang1， ShaoWei2， HuangYu2

（1.Hangzhou Saiji Electronic Commerce Co.， Ltd.， Hangzhou 311100， China;

2.Hangzhou Yiliang Haoche Internet Technology Co.， Ltd.， Hangzhou 311200， China）

Abstract： The realization of intelligent monitoring and early warning database can locate， detect and track suspicious dynamic objects and static objects， so as to avoid the problem of machine running stagnation in the process of monitoring programming. In addition， in order to ensure the security of intelligent monitoring operation data information in sensitive areas， relevant data storage and analysis are realized by using blockchain technology， data deletion and data utilization are completed by using consensus algorithm， and the technical difficulties are comprehensively analyzed. Therefore， this paper analyzes the functional design requirements and structure of the intelligent monitoring and early warning database in dry areas， completes the functional design work and solves the technical difficulties， so as to ensure that the operating functions of the intelligent monitoring and early warning database in sensitive areas and related technologies are optimized.

Key words： sensitive area; intelligent monitoring; early warning database; functional design; technical difficulties