专利名称：基于物联网技术的智能化自动报障系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种报障系统软件，具体地说是传统的模拟视频系统前端设备工作状态M小时实时监控以及故障处理提供完善的解决方案。
背景技术：
进入二十一世纪，全球反恐、安全形势日益严峻，视频监控系统的作用突显， 千千万万个摄像头遍布了城市的每一个角落。
众所周知，由于雷击、供电故障、人为破坏等因素，摄像机、光端机(包括光链路)是传统视频监控系统中最薄弱的环节，而一旦前端设备出现异常，相关区域的监控就形同虚设。哪怕是小型的监控系统，这种设备的异常都有可能造成很严重的后果，然而，这种异常又往往不容易被值守人员所发现。因此，对于“平安城市”、“平安校园”这类动辄几百台上千台摄像机、光端机的大型视频监控系统而言，如何实时监控各前端设备的工作状态、最大限度地实现系统的设计功能，就成了系统操作人员、维护人员最关心、最希望解决的问题。
传统的模拟视频方案在对前端设备的管理中存在着以下几方面不足1、只有值班人员才能知道前端设备的工作状态；2、在一些大型基础设施中，视频监控点数可能成千上万，值班人员无法对所有前端设备进行一一地实时观察；3、仅靠人力对前端设备巡检，时间滞后、效率低下；4、所有前端设备故障都必须到现场处理，增加维护成本。发明内容
为解决上述不足问题，本发明实现对各种前端设备(如摄像枪、高速球、光端机、光纤球等)智能化、集中式管理，并且实现了对这些设备M小时实时监控，一旦发现异常，迅速报警，使得值班人员快速进行确认。
本发明的技术解决方案为以下系统方案步骤基于物联网技术的智能化自动报障系统，其中包括有前端设备和系统服务器，前端设备包括有摄像机、高速球、光端机和/或光纤球，系统服务器收取、设定及调试各前端设备进行编号、状态及确定其安装的具体地址，系统具体方法包括以下步骤由前端设备获取输入系统服务器的待处理图像或视频，系统服务器收到前端设备的采集数据及状态数据；使用原设定及调试的基本状态数据和视频数据，由系统服务器计算这些数据利用视觉算法，与采集状态数据和视频数据进行对照判定是设备故障还是画面异常； 如果设备故障则故障数据和判断结果储存于系统服务器数据库； 如果视频质量出现异常，结合前端设备内设置的触发拍摄视频，并把视频数和判断结果储存于系统服务器数据库。
以上本发明所述的前端设备和系统服务器组成了安防设备，各种前端设备通过网络与系统服务器连接，所述的安防设备安装及系统调试，其内容包括对各前端设备进行编号及确定其安装的具体地址；确定前端设备类型，及对其监测的选项；确定前端设备之间的相互关系；确定前端设备对应的采集服务器(属于系统服务器的一部分)和端口 ；对所有已安装的前端设备进行自检，并确认设备的信息设置正确；通过GIS地图形式和/或树型拓朴图形式把前端设备的布局及相关关系展现出来。
本发明所述的采集数据包括前端设备基本状态数据和视频数据；所述的系统服务器发送预设的命令以轮询的方式的进行的；系统服务器通过以太网发送命令触发前端设备采集数据，系统服务器是通过轮询的方式发送命令的；前端设备采集数据后反馈回系统服务器，依据自主定义的通信协议，系统服务器解析出前端设备的电压，温度，湿度、链路状态、视频数据等信息，并保存在数据库。
所述的前端设备基本状态数据包括电压，温度，湿度和/或链路状态；系统服务器对采集的前端设备状态数据进行分析；根据用户设置的阀值确定温度、湿度是否超出正常范围；根据反馈的链路状态，确认该链路是否正常传输数据；综合各种判断从而确定是否存在故障设备，并把故障数据和判断结果储存于系统服务器数据库。
本发明所述的采集的视频数据进行智能分析，对视频数据进行质量分析，包括视频信号缺失、视频清晰度异常、视频亮度异常、视频噪声、视频雪花、视频偏色、画面冻结和/ 或PTZ运动失控异常情况；通过计算机视觉算法，此算法在对视频图像出的亮度、色偏、清晰度、条纹干扰、画面冻结和/或噪声各信号缺失常见前端设备故障做出准确判断；如果视频质量出现异常，结合前端设备内设置的触发拍摄视频，并把视频数和判断结果储存于系统服务器数据库。
以上本发明所述实现对前端设备基本状态数据分析，判断前端设备的状态是否正常，前端设备的状态有电压状态、温度状态、湿度状态和/或链路状态；所述实现对视频数据质量分析，分析类型分成视频信号缺失、视频清晰度异常、视频亮度异常、视频噪声、视频雪花、视频偏色、画面冻结和/或PTZ运动失控；上述两项分析均把判断结果储存于系统服务器数据库，以供历史故障详情并统计分析监控系统的故障数、故障率。
本发明所述的分析结果，如果前端设备状态出现异常情况，则系统服务器生成故障诊断报告，并对用户发出实时报警；使用户能够在第一时间内准确地知道监控链路的情况，并进行确认以及维护；另外，对用户发出实时报警，可以有语音、声光及手机短信方式报Sfc目。
本发明的系统步骤也可简单概括为以下四点(1)安防设备安装及系统调试；(2)系统服务器发送预设的命令触发前端设备采集数据；前端设备基本状态数据分析；(3)将步骤( 得到的视频数据进行视频质量分析；(4)综合前端设备基本状态数据分析与视频质量分析的结果，诊断监控链路与前端设备状态是否正常，并向用户报告诊断结果。
其中，步骤(1)所述的安防设备包括了前端设备和系统服务器，前端设备又包括摄像枪、高速球、光端机、光纤球。各种前端设备通过网络与系统服务器连接。步骤(1)所述的安防设备安装及系统调试，其内容包括对各前端设备进行编号及确定其安装的具体地址；确定前端设备类型，及对其监测的选项；确定前端设备之间的相互关系，如本设备的子设备是哪些，父设备又是哪个；确定前端设备对应的采集服务器(属于系统服务器的一部分)和端口 ；对所有已安装的前端设备进行自检，并确认设备的信息设置正确；通过某种方式把前端设备的布局及相关关系展现出来。
进一步，把前端设备的布局及相关关系展现出来可选的方案有GIS地图形式和树型拓朴图形式。相比较而言，树型拓朴图的方式从开发难度，资金需求等方面要求较低。
步骤( 所述的采集数据包括前端设备基本状态数据和视频数据。步骤( 所述的系统服务器发送预设的命令以轮询的方式的进行的。系统服务器通过以太网发送命令触发前端设备采集数据，系统服务器是通过轮询的方式发送命令的；前端设备采集数据后反馈回系统服务器，依据自主定义的通信协议，系统服务器解析出前端设备的电压，温度，湿度、链路状态、视频数据等信息，并保存在数据库。
步骤C3)所述的前端设备基本状态数据包括电压，温度，湿度、链路状态。系统服务器对步骤( 采集的前端设备状态数据进行分析。根据用户设置的阀值确定温度、湿度是否超出正常范围；根据反馈的链路状态，确认该链路是否正常传输数据；综合各种判断从而确定是否存在故障设备，并把故障数据和判断结果储存于系统服务器数据库。
步骤(4)根据步骤( 采集的视频数据进行智能分析，对视频数据进行质量分析， 包括视频信号缺失、视频清晰度异常、视频亮度异常、视频噪声、视频雪花、视频偏色、画面冻结、PTZ运动失控等异常情况。在分析了大量的实际监控视频的基础上，建立了视觉匹配模型，并能够不断学习和改善模型，提高模型的匹配的准确率。最终形成了自主研发的计算机视觉算法，此算法在对视频图像出的亮度、色偏、清晰度、条纹干扰、画面冻结、噪声各信号缺失等常见前端设备故障做出准确判断。如果视频质量出现异常，结合前端设备内设置的触发拍摄视频，并把视频数和判断结果储存于系统服务器数据库。
步骤C3)和步骤(4)实现的是系统的两个分析模块，步骤C3)实现对前端设备基本状态数据分析，判断前端设备的状态是否正常，前端设备的状态有电压状态，温度状态， 湿度状态、链路状态；步骤(4)实现对视频数据质量分析，分析类型分成视频信号缺失、视频清晰度异常、视频亮度异常、视频噪声、视频雪花、视频偏色、画面冻结、PTZ运动失控。
进一步，步骤(3)和步骤(4)都把判断结果储存于系统服务器数据库，以供历史故障详情并统计分析监控系统的故障数、故障率等情况。
步骤( 综合步骤C3)步骤(4)的分析结果，如果前端设备状态出现异常情况，则系统服务器生成故障诊断报告，并对用户发出实时报警。使用户能够在第一时间内准确地知道监控链路的情况，并进行确认以及维护。
进一步，对用户发出实时报警，可以有语音、声光报警及手机短信报警等方式。
本发明的优点在于(1)以树型拓朴图显示所有接入系统的前端设备的分布区域，出现设备异常区域给出红色警告，前端设备的分布以及设备异常的情况一目了然；(2)全天M小时实时监控所有前端设备的工作状态，监控项目包括视频、电压、温度、 湿度等；(3)前端设备出现异常时，系统自动弹出故障信息窗口，同时语音播报故障信息；此外， 系统可即时触发声光报警和手机短信报警，从而实现维护人员的无人值守；(4)可以对出现异常的设备进行统计查询，内容包括各区域的设备正常率、各项故障的出现几率等，查询结果还能以Excel表格输出；
(5)部分故障类型可进行远程维护(如断电复位等)；
(6)界面美观，操作简捷；
(7)易于安装和维护；
(8)多种操作权限设置，方便管理；
(9)系统扩展性强；
(10)提供多种报警模式。
图1是本发明的系统功能方框图。
图2是本发明的系统分布式网络构架图。
图3是本发明的软件多层结构方框图。
图4是本发明的数据采集层框架图。
图5是本发明的系统启动界面。
图6是本发明的用户权限进行管理界面。
图7是本发明的系统的树型拓朴图界面。
图8是本发明的区域操作和下位机操作界面。
图9是本发明的串口设置界面。
图10是本发明的修复机器界面。
图11是本发明的查询统计界面。
图12是本发明的修改数据界面。
图13是本发明的操作日志界面。
图14是本发明的树形拓朴图界面。
图15是本发明的设备运行状态界面。
具体实施例方式根据图1至图15任一项所示，本发明系统方案有如下步骤
基于物联网技术的智能化自动报障系统，其中包括有前端设备和系统服务器，前端设备包括有摄像机、高速球、光端机和/或光纤球，系统服务器收取、设定及调试各前端设备进行编号、状态及确定其安装的具体地址，系统具体方法包括以下步骤
由前端设备获取输入系统服务器的待处理图像或视频，系统服务器收到前端设备的采集数据及状态数据；
使用原设定及调试的基本状态数据和视频数据，由系统服务器计算这些数据利用视觉算法，与采集状态数据和视频数据进行对照判定是设备故障还是画面异常； 如果设备故障则故障数据和判断结果储存于系统服务器数据库； 如果视频质量出现异常，结合前端设备内设置的触发拍摄视频，并把视频数和判断结果储存于系统服务器数据库。以上本发明所述的前端设备和系统服务器组成了安防设备，各种前端设备通过网络与系统服务器连接，所述的安防设备安装及系统调试，其内容包括对各前端设备进行编号及确定其安装的具体地址；确定前端设备类型，及对其监测的选项；确定前端设备之间的相互关系；确定前端设备对应的采集服务器(属于系统服务器的一部分)和端口 ；对所有已安装的前端设备进行自检，并确认设备的信息设置正确；通过GIS地图形式和/或树型拓朴图形式把前端设备的布局及相关关系展现出来。本发明所述的采集数据包括前端设备基本状态数据和视频数据；所述的系统服务器发送预设的命令以轮询的方式的进行的；系统服务器通过以太网发送命令触发前端设备采集数据，系统服务器是通过轮询的方式发送命令的；前端设备采集数据后反馈回系统服务器，依据自主定义的通信协议，系统服务器解析出前端设备的电压，温度，湿度、链路状态、视频数据等信息，并保存在数据库。所述的前端设备基本状态数据包括电压，温度，湿度和/或链路状态；系统服务器对采集的前端设备状态数据进行分析；根据用户设置的阀值确定温度、湿度是否超出正常范围；根据反馈的链路状态，确认该链路是否正常传输数据；综合各种判断从而确定是否存在故障设备，并把故障数据和判断结果储存于系统服务器数据库。本发明所述的采集的视频数据进行智能分析，对视频数据进行质量分析，包括视频信号缺失、视频清晰度异常、视频亮度异常、视频噪声、视频雪花、视频偏色、画面冻结和/ 或PTZ运动失控异常情况；通过计算机视觉算法，此算法在对视频图像出的亮度、色偏、清晰度、条纹干扰、画面冻结和/或噪声各信号缺失常见前端设备故障做出准确判断；如果视频质量出现异常，结合前端设备内设置的触发拍摄视频，并把视频数和判断结果储存于系统服务器数据库。以上本发明所述实现对前端设备基本状态数据分析，判断前端设备的状态是否正常，前端设备的状态有电压状态、温度状态、湿度状态和/或链路状态；所述实现对视频数据质量分析，分析类型分成视频信号缺失、视频清晰度异常、视频亮度异常、视频噪声、视频雪花、视频偏色、画面冻结和/或PTZ运动失控；上述两项分析均把判断结果储存于系统服务器数据库，以供历史故障详情并统计分析监控系统的故障数、故障率。本发明所述的分析结果，如果前端设备状态出现异常情况，则系统服务器生成故障诊断报告，并对用户发出实时报警；使用户能够在第一时间内准确地知道监控链路的情况，并进行确认以及维护；另外，对用户发出实时报警，可以有语音、声光及手机短信方式报
Sfc目。本发明的技术构思为首先确定了系统的功能需求，再从整体上对软件的构架及网络构架进行了设计，并对系统中的重点技术接口设计与视频质量分析，进行分析与研系统功能
如图1所示，其中，实时监控与数据处理功能为系统的核心功能。软件构架
(1)软件的整体应用构架，采用多层结构如图3；
(2)而数据采集层为整个框架的核心，它的框架如图4，在图中，虚线表示系统今后将开发的功能插件。网络构架本系统采用分布式网络构架如图2，在图中，客户1的数据采集储存在服务器上，然后在客户1的局域网内通过浏览器就可以查看前端设备的实时状态。并且，通过互联网，在澳视的局域网内也可以查看客户1的前端设备的实时状态。对客户2也同样如此。接口设计
为了提高系统的扩展性，系统模块之间通过接口提供各种服务。数据访问接口 使得系统可以通过各种访问方式将数据存储与数据库。数据采集接口 使得系统可以以多种方式来采集数据，如串口或网络。并针对不同厂家的视频存储设备开发了不同的访问驱动，扩大了系统的使用范围。视频质量分析
(1)直接依据视频图像特征来分析视频故障，无需添加其他设备，也不破坏现有设备， 能兼容各种类型的视频输入和传输设备；
(2)使用基于计算机视觉算法的视频分析方法，模拟人的视觉特性，检测到的故障以及故障严重程度与人的主观感受一致，可替代以往由人工完成的视频故障巡检工作；
(3)使用基于机器学习的故障检测器，检测结果客观、可重复性强；
(4)视频质量检测技术为后继的视频分析、处理提供了保障。上述系统包括 机器设置
(1)区域设置，可进行区域新增、修改和删除；
(2)下位机设置，可进行机位新增以及每个下位机的所属机器、区域、串口和地址等信息的修改；
(3)串口设置，对计算机的串口进行设置； 实时监控
(1)能与前端设备进行实时通信；
(2)对监控数据进行采集、分析和存储；
(3)对出现异常信息进行实时报警，包括语音、声光报警及手机短信报警；
(4)能够通过互联网查看所有本公司客户的前端设备在线状态； (5 )客户能够在自己的局域网内查看前端设备的在线状态； (6)数据处理；能够查询和统计以往数据。用户管理
(1)对用户数量进行管理，可对用户进行添加、信息修改、删除；
(2)对用户权限进行管理，实现对系统所有的角色和系统所有人员所拥有的权限进行管理。系统维护
(1)记录系统的操作日志，部分运行日志会显示在软件界面，但是所有的运行日志都可选择保存在文件中，以备跟踪；
(2)对采集到的数据进行备份和还原；
(3)根据需要选择连接的数据库。视频质量检测
(1).视频信号缺失检测自动检测因前端摄像机工作异常、损坏、人为恶意破坏或视频传输环节故障而引起的间发性或持续性的视频缺失现象；
(2).视频亮度异常检测自动检测由于摄像头故障、增益控制紊乱、照明条件异常或人为恶意遮挡蔽等原因引起的画面过暗、过亮或忽明忽暗；根据监控场所的实际光亮度，可设置不同亮度阀值(如40，210)。当低于相应阀值时，系统提示过暗，反之，亦然；
(3).视频噪声干扰检测自动检测由于线路老化，传输故障，或者接触不良，或受到电磁干扰，视频图像中混有呈带状、波纹、网状等带有周期性的叠加噪声；
(4).视频雪花干扰检测自动检测由于线路老化，传输故障，或者接触不良，或受到电磁干扰，视频图像中一阵阵杂乱的飞点、刺、线状干扰导致的雪花、图像抖动或滚屏等现象； 检测原理基于雪花动力学及光度测定模型；
(5).视频偏色检测自动检测由于线路接触不良、外部干扰或摄像头故障等原因造成的视频中的画面偏色现象；主要包括全屏单一偏色或多种颜色混杂的带状偏色；经过大量数据验证取偏色因子为0. 339能够准确地检测出视频的偏色情况；
(6).清晰度检测自动检测视频中由于聚焦不当、镜头损坏或异物遮蔽引起的视野主体部分的图像模糊；
(7).PTZ运动检测自动检测由于传输故障、编解码器设置错误或前端设备故障导致前端云台和镜头全部或部分地无法按用户指令执行正确运动；
(8).画面冻结检测自动检测由于视频传输调度系统故障引起的视频画面冻结。实施例2
如实施例1所述，下面将以光端机实施方式为例进行说明 参照图5 ；图6系统启动界面，对用户权限进行管理，实现对系统所有的角色和系统所有人员所拥有的角色进行管理，并保存。其中，对不同角色用户进行不同权限管理设置，还可以选择不同机器上的数据库存用来存储机器返回的数据。当用户设置完登陆界面后，后续就进入到树型拓朴图界面，如图7 ； 树型拓朴图界面即显示所有接入系统的前端设备的分布区域
(1)在树型拓朴图界面可以任意添加前端设备的下一级不同区域；
(2)当某区域出现设备异常时给出红色警告，这些信息以日志形式显示前端设备的运行状态；
(3)在树型拓朴图界面可以注销用户、用户管理、查询统计、操作
日志、串口设置、备份恢复、修改密码、系统设置、修复机器、开始采集等操作；如图8 ； 图9 ；图10 ；图11 ；图12 ；图13 ；
当用户点击树型拓朴图前端设备的分布区域时，如图14后续进入到一区域内的设备分布状况界面。区域内的设备分布状况即用户可以看到某一个区域内前端设备的位置和运行状态；可以任意添加某一个区域前端设备。当用户点击区域内设备分布状况的某一设备时，如图15后续进入到前端设备即前端设备运行状态界面。(1)在前端设备运行状态界面，可以很清楚、直观里看到所有前端设备工作状态是否正常，视频是否正常；(2)当前端设备出现异常时，系统自动弹出故障信息窗口，同时语音播报故障信息； 以上对本发明所提供一种简单、快捷的操作方法及系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，再具体实施方式
及应用范围上均有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.基于物联网技术的智能化自动报障系统，其特征在于以下系统方案步骤基于物联网技术的智能化自动报障系统，其中包括有前端设备和系统服务器，前端设备包括有摄像机、高速球、光端机和/或光纤球，系统服务器收取、设定及调试各前端设备进行编号、状态及确定其安装的具体地址，系统具体方法包括以下步骤由前端设备获取输入系统服务器的待处理图像或视频，系统服务器收到前端设备的采集数据及状态数据；使用原设定及调试的基本状态数据和视频数据，由系统服务器计算这些数据利用视觉算法，与采集状态数据和视频数据进行对照判定是设备故障还是画面异常；如果设备故障则故障数据和判断结果储存于系统服务器数据库；如果视频质量出现异常，结合前端设备内设置的触发拍摄视频，并把视频数和判断结果储存于系统服务器数据库。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能化自动报障系统，其特征在于所述的前端设备和系统服务器组成了安防设备，各种前端设备通过网络与系统服务器连接，所述的安防设备安装及系统调试，其内容包括对各前端设备进行编号及确定其安装的具体地址；确定前端设备类型，及对其监测的选项；确定前端设备之间的相互关系；确定前端设备对应的采集服务器和端口 ；对所有已安装的前端设备进行自检，并确认设备的信息设置正确；通过GIS地图形式和/或树型拓朴图形式把前端设备的布局及相关关系展现出来。
3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能化自动报障系统，其特征在于所述的采集数据包括前端设备基本状态数据和视频数据；所述的系统服务器发送预设的命令以轮询的方式的进行的；系统服务器通过以太网发送命令触发前端设备采集数据，系统服务器是通过轮询的方式发送命令的；前端设备采集数据后反馈回系统服务器，依据自主定义的通信协议，系统服务器解析出前端设备的电压，温度，湿度、链路状态、视频数据等信息，并保存在数据库。
4.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能化自动报障系统，其特征在于所述的前端设备基本状态数据包括电压，温度，湿度和/或链路状态；系统服务器对采集的前端设备状态数据进行分析；根据用户设置的阀值确定温度、湿度是否超出正常范围；根据反馈的链路状态，确认该链路是否正常传输数据；综合各种判断从而确定是否存在故障设备，并把故障数据和判断结果储存于系统服务器数据库。
5.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能化自动报障系统，其特征在于所述的采集的视频数据进行智能分析，对视频数据进行质量分析，包括视频信号缺失、视频清晰度异常、视频亮度异常、视频噪声、视频雪花、视频偏色、画面冻结和/或PTZ运动失控异常情况；通过计算机视觉算法，此算法在对视频图像出的亮度、色偏、清晰度、条纹干扰、画面冻结和/或噪声各信号缺失常见前端设备故障做出准确判断；如果视频质量出现异常，结合前端设备内设置的触发拍摄视频，并把视频数和判断结果储存于系统服务器数据库。
6.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能化自动报障系统，其特征在于所述实现对前端设备基本状态数据分析，判断前端设备的状态是否正常，前端设备的状态有电压状态、温度状态、湿度状态和/或链路状态；所述实现对视频数据质量分析，分析类型分成视频信号缺失、视频清晰度异常、视频亮度异常、视频噪声、视频雪花、视频偏色、画面冻结和/或PTZ运动失控；上述两项分析均把判断结果储存于系统服务器数据库，以供历史故障详情并统计分析监控系统的故障数、故障率。
7.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能化自动报障系统，其特征在于所述的分析结果，如果前端设备状态出现异常情况，则系统服务器生成故障诊断报告，并对用户发出实时报警；使用户能够在第一时间内准确地知道监控链路的情况，并进行确认以及维护； 另外，对用户发出实时报警，可以有语音、声光及手机短信方式报警。
全文摘要
本发明涉及基于物联网技术的智能化自动报障系统，具体地说是完善的模拟视频系统前端设备工作状态24小时实时监控以及故障处理提供解决方案。它公开了安防设备安装及系统调试；系统服务器发送预设的命令触发前端设备采集数据；前端设备基本状态数据分析；将得到的视频数据进行视频质量分析；综合前端设备基本状态数据分析与视频质量分析的结果，诊断监控链路与前端设备状态是否正常，并向用户报告诊断结果。它实现对各种前端设备(如摄像枪、高速球、光端机、光纤球等)智能化、集中式管理，并且实现了对这些设备24小时实时监控，一旦发现异常，迅速报警，使得值班人员快速进行确认。
文档编号H04N17/00GK102497573SQ201110389740
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者于辉, 周维林, 龙昊波 申请人:广州市澳视光电子技术有限公司