無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )（WSN）設計經(jīng)典參考實(shí)例（三）

　三、基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的視頻監控系統設計與實(shí)現

　　摘要：針對傳統的視頻監控系統存在監控盲區、工作效率低等問(wèn)題，本文基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )定位技術(shù)，設計了一個(gè)人群異?；顒?dòng)視頻監控系統。本文首先依據無(wú)線(xiàn)信號接收強度指示（RSSI）方法，通過(guò)實(shí)驗獲取到接收信號強度指示和接收距離的函數關(guān)系，并通過(guò)曲線(xiàn)擬合技術(shù)獲取被監視人員的運動(dòng)軌跡，然后利用濾波技術(shù)過(guò)濾軌跡噪聲數據。其次，提出了非安全域的設計思路，系統若發(fā)現被監控人員出現在非安全域，則自動(dòng)觸發(fā)報警并對現場(chǎng)進(jìn)行錄像。最后，設計并實(shí)現了一個(gè)原型系統，包括底層傳感器節點(diǎn)硬件編程、中間層消息處理和上層數據處理等模塊。實(shí)驗結果表明，該系統能夠對人員的活動(dòng)位置進(jìn)行較精確的定位，當出現異?；顒?dòng)時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)報警。

　　0 引言

　　視頻監控系統在各行業(yè)重點(diǎn)部門(mén)或重要場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)時(shí)監控的過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要的作用。

　　管理部門(mén)可通過(guò)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(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監視和記錄，以幫助現場(chǎng)取證和及時(shí)布置警力處理案件。

　　隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的普及、計算機、圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展， 視頻監控技術(shù)也有長(cháng)足的發(fā)展。高智能、高效率、高安全性的視頻監控系統已經(jīng)成為國內外發(fā)展的必然趨勢。

　　目前，針對視頻監控系統的研究主要集中在數據傳輸和終端顯示上。文獻利用GPRS對公共照明視頻監控系統捕獲到的數據進(jìn)行傳輸并在終端進(jìn)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(wú)線(xiàn)監控系統。文獻提出了一種基于ZigBee 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的設備監控系統。然而現有視頻監控系統的終端僅依靠工作人員頻繁切換監控畫(huà)面對現場(chǎng)進(jìn)行監控，這不僅降低了監控系統的工作效率，而且使未被切換到的畫(huà)面成為監控盲區，此外，現有監控系統很少具備自動(dòng)報警功能，這也是視頻監控系統需要重點(diǎn)研究的方向。

　　本文基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )定位技術(shù)，設計一個(gè)人群異?；顒?dòng)視頻監控系統。該系統能夠對人員的活動(dòng)位置進(jìn)行較精確的定位，當出現異?；顒?dòng)時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)報警功能，系統工作人員只需要在接到報警信息后處理現場(chǎng)，從而提高系統的工作效率。本文從系統關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)問(wèn)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(guān)系模型在實(shí)際應用中存在的問(wèn)題，通過(guò)設計實(shí)驗，獲取大量數據，并對其采用曲線(xiàn)擬合技術(shù)得到接收信號強度指示和距離的關(guān)系。然后針對傳感器節點(diǎn)位置信息因受節點(diǎn)供電不穩定等因素影響而產(chǎn)生噪聲數據的問(wèn)題，設計了一種基于期望值和閾值的濾波技術(shù)過(guò)濾噪聲數據。其次，提出了非安全域的設計思路，系統若發(fā)現被監控人員出現在非安全域，則自動(dòng)觸發(fā)報警。最后，設計并實(shí)現了一個(gè)原型系統，包括底層傳感器節點(diǎn)硬件編程、中間層消息處理和上層數據處理等模塊。

　　1 系統關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)問(wèn)題

　　1.1 獲取 RSSI 和距離值的對應關(guān)系

　　接收信號強度指示（RSSI，Received Signal Strength Indicator）通過(guò)信號在傳播過(guò)程中的衰減來(lái)估計節點(diǎn)之間的距離［8］。由于信號在傳播過(guò)程中信號強度會(huì )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(wú)線(xiàn)信道的數學(xué)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(guò)經(jīng)驗得出，或者從硬件規范定義得到。由此方程可以通過(guò)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(shí)變性，在特定環(huán)境中，嚴重偏離上述模型，通過(guò)接收到的信號強度估計出的距離d 有很大的誤差。