基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能智慧樹系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(yáng)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(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,同時(shí)提供充電、照明、信息傳輸?shù)确?wù)[1]。太陽(yáng)能智慧樹通過光伏發(fā)電的方式將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,可以減少城市的空氣污染和噪聲,同時(shí)為市民提供充電、照明、信息傳輸?shù)确?wù)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),太陽(yáng)能智慧樹還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù),并通過云端平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理。通過運(yùn)用太陽(yáng)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(yáng)能智慧樹具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)傳統(tǒng)太陽(yáng)能智慧樹進(jìn)行改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了基于微信小程序?qū)μ?yáng)能智慧樹進(jìn)行管理。

1 系統(tǒng)架構(gòu)功能設(shè)計(jì)

如圖1所示,整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)主要包含微信小程序服務(wù)端、太陽(yáng)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(gè)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(yáng)能智慧樹為整個(gè)系統(tǒng)的硬件終端,負(fù)責(zé)溫濕度感應(yīng)、一鍵報(bào)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(yáng)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(yáng)能智慧樹硬件端介紹

1.1.1 心跳協(xié)議

太陽(yáng)能智慧樹通過LoRa模塊實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能,為判斷每個(gè)太陽(yáng)能智慧樹的工作情況,太陽(yáng)能智慧樹會(huì)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(shí)工作狀態(tài),如果某個(gè)智慧樹連續(xù)45 s沒有發(fā)送心跳信息則判定這個(gè)智慧樹為離線,微信小程序服務(wù)端則會(huì)發(fā)送通知消息給對(duì)應(yīng)的維護(hù)人員,同時(shí)報(bào)送故障信息[2]。

1.1.2 溫濕度報(bào)送協(xié)議

太陽(yáng)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(yáng)能智慧樹會(huì)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(yáng)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(yáng)能智慧樹的攝像頭實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果,同時(shí)太陽(yáng)能智慧樹也會(huì)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(shí)分析和保存[3]。

1.1.4 一鍵報(bào)警

一鍵報(bào)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(bào)警信息的同時(shí),微信客戶端還會(huì)接收按鈕觸發(fā)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)截圖來(lái)幫助審核人員判斷現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況。

1.2 太陽(yáng)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(yáng)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(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能智慧樹可以通過微信小程序端針對(duì)分布在城市各個(gè)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(shí)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(gè)太陽(yáng)能智慧樹的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻,微信小程序后臺(tái)服務(wù)端也可以通過AI視頻分析自動(dòng)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(yáng)能智慧樹的報(bào)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(xiǎn)情況時(shí)會(huì)自動(dòng)向監(jiān)控中心推送報(bào)警信息,同時(shí)也可以通過微信小程序查看報(bào)警的詳細(xì)信息和報(bào)警時(shí)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(dòng)目標(biāo)同背景進(jìn)行有效的分離,然后識(shí)別出準(zhǔn)確的目標(biāo),排除其他因素產(chǎn)生的影響,對(duì)目標(biāo)行為進(jìn)行追蹤及分析,視頻分析可以分為多個(gè)模塊,常見的有目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析、目標(biāo)移動(dòng)方向檢測(cè)和定位、停止?fàn)顟B(tài)檢測(cè)等。太陽(yáng)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(chǔ)分析,利用AI視頻分析技術(shù)后臺(tái)可以識(shí)別視頻中的主要內(nèi)容進(jìn)而識(shí)別一些常見的危險(xiǎn)行為并觸發(fā)報(bào)警,如跌倒、攀爬等行為。通過AI智能視頻監(jiān)控應(yīng)用,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、定位及識(shí)別,并進(jìn)行有效的分析判斷,不僅能及時(shí)對(duì)異常行為做出反應(yīng),還可以對(duì)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(huì)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(shí)報(bào)送并持久化到數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)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(huì)在/dev目錄下產(chǎn)生視頻設(shè)備文件vedio0, 可以對(duì)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(duì)視頻進(jìn)行壓縮,目前最為常用的編碼標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)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(shí)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(jì)

3.1 微信小程序智慧樹GIS首頁(yè)介紹

微信小程序首頁(yè)可以通過圖形化的方式查看當(dāng)前太陽(yáng)能智慧樹的分布情況,進(jìn)入首頁(yè)后微信小程序首先會(huì)對(duì)當(dāng)前用戶的位置進(jìn)行定位,隨后微信小程序會(huì)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(huì)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(shí)會(huì)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(yáng)圖標(biāo)可以查看當(dāng)前選中太陽(yáng)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(yè)面

消息預(yù)警頁(yè)面主要負(fù)責(zé)接收一鍵報(bào)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(bào)警按鈕時(shí),報(bào)警信息和實(shí)時(shí)照片會(huì)傳送到微信小程序服務(wù)端,服務(wù)端會(huì)通過Websocket協(xié)議將信息實(shí)時(shí)推送到微信小程序客戶端,微信小程序會(huì)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(yè)面詳細(xì)展示了消息的具體內(nèi)容,包含報(bào)警發(fā)生的位置、實(shí)時(shí)圖像等[5]。

3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控頁(yè)面

實(shí)時(shí)監(jiān)控頁(yè)面可以用來(lái)查看智慧樹的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面,如圖3所示。每個(gè)智慧樹的監(jiān)控頁(yè)面包含智慧樹監(jiān)控的設(shè)備名稱、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備類型、設(shè)備地點(diǎn)等信息。頁(yè)面的下方展示了某個(gè)智慧樹下面所包含的攝像頭通道,一個(gè)通道表示一個(gè)攝像頭,一個(gè)智慧樹可以包含多個(gè)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(yǔ)

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