一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能化城市安全防范方法
【專利摘要】一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能化城市安全防范方法，包括以下步驟：1）數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集：具有數(shù)據(jù)采集、處理和無線通信功能的智能節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；2）數(shù)據(jù)的視頻壓縮：采用MPEG-4視頻圖象壓縮編碼技術(shù)；3）數(shù)據(jù)的傳輸；4）數(shù)據(jù)的自動(dòng)化接收與處理：利用數(shù)據(jù)采集卡和服務(wù)器，對數(shù)據(jù)的分類采用基于關(guān)聯(lián)度量的決策樹分類方法；5）城市安全防范結(jié)果的輸出：根據(jù)分類處理，輸出對應(yīng)報(bào)警的處理結(jié)果。本發(fā)明提供了一種簡化結(jié)構(gòu)、兼顧成本和防范效果、適用性良好的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能化城市安全防范方法。
【專利說明】一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能化城市安全防范方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)、視頻壓縮、數(shù)據(jù)傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種城市安全防范方法。特別適用于城市安全防范的問題。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長足發(fā)展，人們生活富裕了，如何保護(hù)好這來之不易的經(jīng)濟(jì)建設(shè)成果，成了全社會(huì)的焦點(diǎn)問題。每年的火災(zāi)都造成了無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失，盜竊、燃?xì)庑孤┑劝踩珕栴}，每年也要從人們手中掠奪走數(shù)目驚人的財(cái)富。國家每年都投入大量的人力物力來保安全，建立了較為完備的硬件設(shè)施，但使用效果卻不盡人意。往往是火勢已經(jīng)很嚴(yán)重時(shí)，消防人員才趕到現(xiàn)場，控制處理都變得十分困難。經(jīng)常是警察趕到現(xiàn)場，竊賊已經(jīng)逃之夭夭。
[0003]利用電子技術(shù)對安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)無間斷的連續(xù)控制，能夠提前發(fā)現(xiàn)安全隱患，贏得處理時(shí)間，具有十分重要的實(shí)用價(jià)值，也是安防系統(tǒng)采用的重要手段。現(xiàn)有的安防系統(tǒng)產(chǎn)品，大都是有線的，需要專門的布線施工，就會(huì)破壞用戶的裝修結(jié)構(gòu)，得不到用戶的認(rèn)可，這限制了其發(fā)展應(yīng)用。少數(shù)無線系統(tǒng)由于價(jià)格昂貴，也沒得到很好的推廣。改變這種現(xiàn)狀的最有效辦法，就是充分考慮用戶的需求，研制出價(jià)優(yōu)質(zhì)高、施工方便的無線安防產(chǎn)品。同時(shí)現(xiàn)有的安防系統(tǒng)，往往是獨(dú)立工作，規(guī)模都比較小，無法充分利用社會(huì)資源。造成一邊是社會(huì)人力物力的閑置浪費(fèi)，一邊是險(xiǎn)情得不到及時(shí)處理的尷尬局面。要彌補(bǔ)這些不足，就必須加大安全防范系統(tǒng)智能化的研究，充分利用高新技術(shù)手段和現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，提高安全防范技術(shù)水平和應(yīng)用推廣的力度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有城市安全防范方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能兼顧成本和防范效果、適用性較差的不足，本發(fā)明提供了一種簡化結(jié)構(gòu)、兼顧成本和防范效果、適用性良好的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能化城市安全防范方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能化城市安全防范方法，包括以下步驟:
[0007]I)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集:具有數(shù)據(jù)采集、處理和無線通信功能的智能節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；
[0008]2)數(shù)據(jù)的視頻壓縮:采用MPEG-4視頻圖象壓縮編碼技術(shù)；
[0009]3)數(shù)據(jù)的傳輸:首先利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信信道來完成相關(guān)數(shù)據(jù)的短距離傳輸；其次采用互聯(lián)網(wǎng)和PSTN網(wǎng)作為傳輸信道，完成了相關(guān)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化傳輸；
[0010]4)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化接收與處理:利用數(shù)據(jù)采集卡和服務(wù)器，對數(shù)據(jù)的分類采用基于關(guān)聯(lián)度量的決策樹分類方法，包括以下步驟:
[0011]首先，在采集的數(shù)據(jù)集中選擇需要建立決策樹的數(shù)據(jù)集，設(shè)為D ；
[0012]其次,在D中選擇若干個(gè)屬性構(gòu)成條件屬性集Ai (i=l, 2,…，η),選擇一個(gè)屬性作為決策屬性B，Ai與B構(gòu)成新的數(shù)據(jù)集D1 ;此時(shí)，若選擇的決策屬性值超過3個(gè)，則提示是否進(jìn)行決策屬性預(yù)處理，若進(jìn)行，則根據(jù)處理要求將屬性值“濃縮”成較少的若干個(gè)值；并通過計(jì)算各條件屬性與決策屬性間有無關(guān)聯(lián)，刪除一些與分類相關(guān)性小的屬性；計(jì)算方法為:對于所有的條件屬性AiQ=I, 2，...，]!)及決策屬性B,計(jì)算AiQ=I, 2，...，]!)與B的x2統(tǒng)計(jì)量，與B無關(guān)的屬性將從條件屬性集中被刪除，形成處理后的數(shù)據(jù)集D2 ；
[0013]再次，計(jì)算D2中各條件屬性Ai (i=l, 2，…，m;m≤η)與決策屬性B的系數(shù)PiQ=I, 2，...，m),對于所有的 AiQ=I, 2，...，m)，選擇 Ajk=I, 2，...，m, and Pk=Hiax(Pi);此外，根據(jù)上面的劃分結(jié)果建立決策樹。每一次劃分將建立決策樹一層新的結(jié)點(diǎn)，每一個(gè)D2k (k=l, 2，…，I)對應(yīng)決策樹一個(gè)結(jié)點(diǎn)，前述若對應(yīng)一葉結(jié)點(diǎn)，其值為一完整類；
[0014]最后，由于建立的決策樹已采用閾值τ實(shí)施了剪枝，因此，通過決策樹上各分枝，可直接生成形如“IF條件land條件2and...and條件nTHEN決策”的分類規(guī)則；
[0015]5)城市安全防范結(jié)果的輸出:根據(jù)分類處理，輸出對應(yīng)報(bào)警的處理結(jié)果。
[0016]進(jìn)一步，所述步驟I)中，首先利用WSN中的空分多址技術(shù)的兼容節(jié)點(diǎn)對，按最小能耗最多配對準(zhǔn)則，找出最佳的數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)；然后以兼容節(jié)點(diǎn)對的位置特征作為權(quán)值來源，使用加權(quán)最大配對算法，得出各匯聚節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的最優(yōu)配對節(jié)點(diǎn)對集合；直到找出具有最多配對數(shù)目和最大覆蓋集的數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)集合P’，訪問集合P’的近似最短路徑即是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的最終路徑。
[0017]更進(jìn)一步，所述步驟2)中，MPEG-4在基于對象的視頻編碼中，編碼的基本單元是對象，該編碼過程分為三步:
[0018](2.1)對原始視頻流中采用全自動(dòng)、半自動(dòng)、人工等方法分割出視頻對象；
[0019](2.2)對視頻對象進(jìn)行編碼，對不同視頻對象的運(yùn)動(dòng)信息、形狀信息和紋理信息分配不同的碼字；
[0020](2.3)對各個(gè)視頻對象的碼流進(jìn)行復(fù)合；
[0021]然后，對視頻對象進(jìn)行分割，先對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化以利于分割，通過低通濾波、中值濾波、形態(tài)濾波來完成；其次對視物圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，再基于某種均勻性標(biāo)準(zhǔn)來確定分割決策，根據(jù)所提取特征將視頻數(shù)據(jù)歸類，最后是進(jìn)行相關(guān)后處理，以實(shí)現(xiàn)濾除噪聲及準(zhǔn)確提取邊界。
[0022]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:針對目前城市安全防范存在的問題，結(jié)合具體環(huán)境應(yīng)用和通信需求以及經(jīng)濟(jì)性等方面的特點(diǎn)，并考慮現(xiàn)有的技術(shù)成果，提出一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能化城市安全防范方法。通過該方法有效實(shí)現(xiàn)城市安防的自動(dòng)報(bào)警與處理，具有廣泛的適用性。
[0023]本發(fā)明引入無線傳感網(wǎng)絡(luò)和視頻圖像壓縮等技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市安防的自動(dòng)報(bào)警與處理，首先，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的空分多址(SDMA)技術(shù)獲取城市安全防范圖象信息和狀態(tài)信息。其次，為了節(jié)約數(shù)據(jù)傳輸帶寬，使用先進(jìn)的MPEG4視頻圖象壓縮編碼技術(shù)，在保證圖象質(zhì)量的前提下，減少了傳輸數(shù)據(jù)量，最終得到最優(yōu)的聚類劃分。再次，為了實(shí)現(xiàn)城市安全防范基本信息的傳輸，先利用無線通信信道來完成相關(guān)信息的短距離傳輸，再采用互聯(lián)網(wǎng)和PSTN網(wǎng)作為傳輸信道，完成了相關(guān)信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)化傳輸。最后，為了實(shí)現(xiàn)城市安全防范信息的自動(dòng)化接收和處理，利用數(shù)據(jù)采集卡和服務(wù)器結(jié)合，完成信息的自動(dòng)接收、保存、分類和對應(yīng)報(bào)警的處理輸出。[0024]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明有效地克服了傳統(tǒng)城市安全防范方法存在的不足，有效實(shí)現(xiàn)城市安防的自動(dòng)報(bào)警與處理，具有廣泛的適用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是基于MPEG-4視頻圖象壓縮編碼方法框架。
[0026]圖2是PSTN組成圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0028]參照圖1和圖2，一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能化城市安全防范方法，包括以下步驟:
[0029]I)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集:無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)是由大量具有數(shù)據(jù)采集、處理和無線通信功能的智能節(jié)點(diǎn)組成的自組織的測量網(wǎng)絡(luò)，這里首先利用WSN中的空分多址(SDMA)技術(shù)的兼容節(jié)點(diǎn)對，按最小能耗最多配對準(zhǔn)則，找出最佳的數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)；然后以兼容節(jié)點(diǎn)對的位置特征作為權(quán)值來源，使用加權(quán)最大配對算法(Hopcroft-Karp算法)，得出各匯聚節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的最優(yōu)配對節(jié)點(diǎn)對集合；直到找出具有最多配對數(shù)目和最大覆蓋集的數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)集合P’，訪問集合P’的近似最短路徑即是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的最終路徑；
[0030]2)數(shù)據(jù)的視頻壓縮:為了節(jié)約數(shù)據(jù)傳輸帶寬，在保證圖像質(zhì)量的前提下，需減少傳輸數(shù)據(jù)量，這里采用MPEG-4視頻圖象壓縮編碼技術(shù)。MPEG-4在基于對象的視頻編碼中，編碼的基本單元是對象，主要針對紋理、形狀、運(yùn)動(dòng)這三種信息的編碼技術(shù)，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，其中形狀、運(yùn)動(dòng)與紋理編碼模塊是其核心模塊。通常，該編碼過程分為三步:
[0031](2.1)對原始視頻流中采用全自動(dòng)、半自動(dòng)、人工等方法分割出視頻對象。
[0032](2.2)對視頻對象進(jìn)行編碼，對不同視頻對象的運(yùn)動(dòng)信息、形狀信息和紋理信息分配不同的碼字。
[0033](2.3)對各個(gè)視頻對象的碼流進(jìn)行復(fù)合。
[0034]然后，對視頻對象進(jìn)行分割，通常先對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化以利于分割，這可通過低通濾波、中值濾波、形態(tài)濾波來完成，其次對視物圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，可以是顏色、紋理、運(yùn)動(dòng)、幀差、位移幀差乃至語義等特征，再基于某種均勻性標(biāo)準(zhǔn)來確定分割決策，根據(jù)所提取特征將視頻數(shù)據(jù)歸類，最后是進(jìn)行相關(guān)后處理，以實(shí)現(xiàn)濾除噪聲及準(zhǔn)確提取邊界；
[0035]3)數(shù)據(jù)的傳輸:為了實(shí)現(xiàn)城市安全防范基本數(shù)據(jù)的傳輸，首先利用無線通信信道來完成相關(guān)數(shù)據(jù)的短距離傳輸；其次采用互聯(lián)網(wǎng)和PSTN網(wǎng)作為傳輸信道，完成了相關(guān)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化傳輸，其中PSTN作為世界上發(fā)展最早的通信網(wǎng)絡(luò)，是普及率最高，業(yè)務(wù)量最大，覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)。這里在城市安全防范智能化系統(tǒng)中，首選PSTN固定電話網(wǎng)來傳送防火、防盜、防燃?xì)庑孤﹫?bào)警信息，其基本結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，其中電話機(jī)等是用戶直接使用的工具，主要完成將用戶的聲音信號(hào)和電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。同時(shí)用戶終端設(shè)備還具有發(fā)送和接收電話呼叫的能力，用戶通過電話機(jī)來發(fā)起呼叫，通過振鈴知道有電話呼入；
[0036]4)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化接收與處理:為了實(shí)現(xiàn)城市安全防范數(shù)據(jù)的自動(dòng)化接收和處理，利用數(shù)據(jù)采集卡和服務(wù)器結(jié)合，完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)接收、保存、分類和對應(yīng)報(bào)警的處理輸出，其中數(shù)據(jù)的分類方法是其關(guān)鍵，這里對數(shù)據(jù)的分類主要采用基于關(guān)聯(lián)度量的決策樹分類方法，首先在采集的數(shù)據(jù)集中選擇需要建立決策樹的數(shù)據(jù)集，設(shè)為D ;其次，在D中選擇若干個(gè)屬性構(gòu)成條件屬性集Ai (i=l, 2，…，η)，選擇一個(gè)屬性作為決策屬性B，Ai與B構(gòu)成新的數(shù)據(jù)集D1 ;此時(shí)，若選擇的決策屬性值超過3個(gè)，則提示是否進(jìn)行決策屬性預(yù)處理，若進(jìn)行，則根據(jù)處理要求將屬性值“濃縮”成較少的若干個(gè)值；并通過計(jì)算各條件屬性與決策屬性間有無關(guān)聯(lián)，刪除一些與分類相關(guān)性小的屬性，從而簡化訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。計(jì)算方法為:對于所有的條件屬性Ai (i=l, 2，..., η)及決策屬性B,計(jì)算AiQ=I, 2，…，η)與B的χ2統(tǒng)計(jì)量,與B無關(guān)的屬性將從條件屬性集中被刪除，形成處理后的數(shù)據(jù)集D2 ;再次，計(jì)算D2中各條件屬性AiQ=I, 2，…，m;m；^ η)與決策屬性B的系數(shù)Pi (i=l, 2，…，m),對于所有的Ai (i=l, 2，…，m)，選擇八」!^=:^〗，…，!]!^]^! Pk=Iiiax(Pi);此外,根據(jù)上面的劃分結(jié)果建立決策樹。每一次劃分將建立決策樹一層新的結(jié)點(diǎn)，每一個(gè)D2k(k=l，2，…，I)對應(yīng)決策樹一個(gè)結(jié)點(diǎn)。前述若對應(yīng)一葉結(jié)點(diǎn)，其值為一完整類；最后，由于建立的決策樹已采用閾值τ實(shí)施了剪枝，因此，通過決策樹上各分枝，可直接生成形如“ IF條件land條件2and...and條件nTHEN決策”的分類規(guī)則；
[0037]5)城市安全防范結(jié)果的輸出:在實(shí)現(xiàn)上述城市安防數(shù)據(jù)的采集、傳輸及處理后輸出相應(yīng)結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能化城市安全防范方法，其特征在于:所述城市安全防范方法包括以下步驟: 1)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集:具有數(shù)據(jù)采集、處理和無線通信功能的智能節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集； 2)數(shù)據(jù)的視頻壓縮:采用MPEG-4視頻圖象壓縮編碼技術(shù)； 3)數(shù)據(jù)的傳輸:首先利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信信道來完成相關(guān)數(shù)據(jù)的短距離傳輸；其次采用互聯(lián)網(wǎng)和PSTN網(wǎng)作為傳輸信道，完成了相關(guān)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化傳輸； 4)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化接收與處理:利用數(shù)據(jù)采集卡和服務(wù)器，對數(shù)據(jù)的分類采用基于關(guān)聯(lián)度量的決策樹分類方法，包括以下步驟: 首先，在采集的數(shù)據(jù)集中選擇需要建立決策樹的數(shù)據(jù)集，設(shè)為D ； 其次，在D中選擇若干個(gè)屬性構(gòu)成條件屬性集Ai (i=l, 2，…，η)，選擇一個(gè)屬性作為決策屬性B，Ai與B構(gòu)成新的數(shù)據(jù)集D1 ;此時(shí)，若選擇的決策屬性值超過3個(gè)，則提示是否進(jìn)行決策屬性預(yù)處理，若進(jìn)行，則根據(jù)處理要求將屬性值“濃縮”成較少的若干個(gè)值；并通過計(jì)算各條件屬性與決策屬性間有無關(guān)聯(lián)，刪除一些與分類相關(guān)性小的屬性；計(jì)算方法為:對于所有的條件屬性Ai (i=l, 2，…，η)及決策屬性B，計(jì)算Ai (i=l, 2，…，η)與B的X2統(tǒng)計(jì)量，與B無關(guān)的屬性將從條件屬性集中被刪除，形成處理后的數(shù)據(jù)集D2 ； 再次，計(jì)算D2中各條件屬性Ai (i=l, 2，…，m;m ( η)與決策屬性B的系數(shù)PiQ=I, 2，…，m),對于所有的Ai (i=l , 2，…，m),選擇Ak|k=l, 2，…，m, and Pk=Hiax(Pi);此外,根據(jù)上面的劃分結(jié)果建立決策樹，每一次劃分將建立決策樹一層新的結(jié)點(diǎn)，每一個(gè)D2k(k=l，2，…，I)對應(yīng)決策樹一個(gè)結(jié)點(diǎn)，前述若對應(yīng)一葉結(jié)點(diǎn)，其值為一完整類； 最后，由于建立的決策樹已采用閾值τ實(shí)施了剪枝，因此，通過決策樹上各分枝，可直接生成形如“ IF條件land條件2and...and條件nTHEN決策”的分類規(guī)則； 5)城市安全防范結(jié)果的輸出:根據(jù)分類處理，輸出對應(yīng)報(bào)警的處理結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能化城市安全防范方法，其特征在于:所述步驟I)中，首先利用WSN中的空分多址技術(shù)的兼容節(jié)點(diǎn)對，按最小能耗最多配對準(zhǔn)則，找出最佳的數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)；然后以兼容節(jié)點(diǎn)對的位置特征作為權(quán)值來源，使用加權(quán)最大配對算法，得出各匯聚節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的最優(yōu)配對節(jié)點(diǎn)對集合；直到找出具有最多配對數(shù)目和最大覆蓋集的數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)集合P’，訪問集合P’的近似最短路徑即是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的最終路徑。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能化城市安全防范方法，其特征在于:所述步驟2)中，MPEG-4在基于對象的視頻編碼中，編碼的基本單元是對象，該編碼過程分為三步: (2.1)對原始視頻流中采用全自動(dòng)、半自動(dòng)、人工等方法分割出視頻對象； (2.2)對視頻對象進(jìn)行編碼，對不同視頻對象的運(yùn)動(dòng)信息、形狀信息和紋理信息分配不同的碼字； (2.3)對各個(gè)視頻對象的碼流進(jìn)行復(fù)合； 然后，對視頻對象進(jìn)行分割，先對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化以利于分割，通過低通濾波、中值濾波、形態(tài)濾波來完成；其次對視物圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，再基于某種均勻性標(biāo)準(zhǔn)來確定分割決策，根據(jù)所提取特征將視頻數(shù)據(jù)歸類，最后是進(jìn)行相關(guān)后處理，以實(shí)現(xiàn)濾除噪聲及準(zhǔn)確提取邊界。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103581667SQ201310554169
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】肖亮, 王璐雅, 陳庭貴, 袁霄, 魏建良 申請人:浙江工商大學(xué)