無線傳感網絡（WSN）設計經典參考實例（三）

　三、基于無線傳感網絡的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現

　　摘要：針對傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在監(jiān)控盲區(qū)、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?；顒右曨l監(jiān)控系統(tǒng)。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(jiān)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(tǒng)若發(fā)現被監(jiān)控人員出現在非安全域，則自動觸發(fā)報警并對現場進行錄像。最后，設計并實現了一個原型系統(tǒng)，包括底層傳感器節(jié)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(tǒng)能夠對人員的活動位置進行較精確的定位，當出現異?；顒訒r，自動觸發(fā)報警。

　　0 引言

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)在各行業(yè)重點部門或重要場所進行實時監(jiān)控的過程中發(fā)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(fā)性異常事件的過程進行實時監(jiān)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(fā)展， 視頻監(jiān)控技術也有長足的發(fā)展。高智能、高效率、高安全性的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經成為國內外發(fā)展的必然趨勢。

　　目前，針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)。文獻提出了一種基于ZigBee 無線通信技術的設備監(jiān)控系統(tǒng)。然而現有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的終端僅依靠工作人員頻繁切換監(jiān)控畫面對現場進行監(jiān)控，這不僅降低了監(jiān)控系統(tǒng)的工作效率，而且使未被切換到的畫面成為監(jiān)控盲區(qū)，此外，現有監(jiān)控系統(tǒng)很少具備自動報警功能，這也是視頻監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠對人員的活動位置進行較精確的定位，當出現異?；顒訒r，自動觸發(fā)報警功能，系統(tǒng)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(tǒng)的工作效率。本文從系統(tǒng)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(tài)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(jié)點位置信息因受節(jié)點供電不穩(wěn)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(tǒng)若發(fā)現被監(jiān)控人員出現在非安全域，則自動觸發(fā)報警。最后，設計并實現了一個原型系統(tǒng)，包括底層傳感器節(jié)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(tǒng)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(jié)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(fā)射機的距離。無線信道的數學模型如式（1）。

　　式（1）中，d 是發(fā)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(fā)射機d 0 處的信號強度；P（d）是距離發(fā)射機d 處的信號強度； p0 可以通過經驗得出，或者從硬件規(guī)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(huán)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。