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基于BACnet的视频监控系统关键技术研究

蒋文斌  
【摘要】:数据通信网络的统一是当前楼宇自控技术发展的一大趋势。结合楼宇自控网络 BACnet、图象处理、人工智能等技术,本论文对楼宇自控及其视频监控系统中若干关键 技术进行了深入的研究。研究工作得到了建设部攻关项目“建筑设备自动化系统”(批准 号 03-2-043)和图象信息处理与智能控制教育部重点实验室开放基金“基于 Agent 的智能 控制技术研究”(批准号 TKLJ0116)的支持。同时与美国 BACnet 标准委员会及其相关组 织 BMA(BACnet 制造者协会)、BTL(BACnet 测试实验室)开展了广泛的合作。 论文的研究工作主要分为以下几个部分: 第一部分针对 BACnet 标准中没有涉及视频监控子系统的现状,提出了一个关于视频 监控系统的 BACnet 标准扩展方案,充分考虑了 BACnet 良好的扩展性以及视频源控制和 视频流传输的特点,设计并实现了流设备对象和流对象及其相关服务,将视频监控纳入 以 BACnet 为基础的楼宇自控领域,使之与整个楼控系统结合更加紧密,互操作性得到加 强。同时这部分工作也是对 BACnet 标准的完善。 第二部分重点研究视频监控系统中的视频信号分析和处理问题。为了有效解决视频 信号处理中的速度瓶颈,首先提出了一种新的快速块运动估计算法 SSC-APDS,该算法 采用象素点和搜索点联合抽样的策略,显著提高了块运动估计的搜索速度。与最新算法 APDS 比较,SSC-APDS 在保证相同精度的同时,速度平均可以提高 30%,与已有的其他 算法的比较更显示了本文算法的优越性。该方法在视频分析,视频压缩等领域均有很好 的应用前景。接着,解决了视频监控系统中复杂运动背景下目标检测和跟踪涉及的两个 难点问题:一是复杂运动背景的配准。提出了一种基于多直线对匹配的方法,有效地解 决了旋转背景的配准问题,进而将背景消除,得到运动目标。一种改进的局域 Hough 变 换用来寻找多直线对,通过分析所有直线对的情况,得到变换参数。该方法的特点在于 很大程度上减少了点点对应和点线对应所带来的不确定性,提高了算法的速度。另一个 是复杂背景下运动目标的跟踪。一般 PC 在纯软件的条件下,实现运动背景下目标的实时 跟踪存在着速度瓶颈,这里提出了一种基于块运动估计的跟踪算法,用目标上的若干特 征块表征运动的目标,应用前面的 SSC-APDS 算法,在前后两帧之间进行块的运动估计, 得到位移概率矩阵,并通过有效的时间滤波和淘汰算法,最后得到目标的运动。实验证 明该方法具有速度快、鲁棒性好等特点。 I WP=5 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 第三部分致力于将人工智能agent技术引入到楼宇自控系统的统一网络平台BACnet, 提出了一种新的 agent 通信机制,通过综合分析,选择了 BACnet 标准中的文件对象和基 本写文件服务作为 agent 消息的传输手段。每一个 agent 平台指定一个文件对象,其它平 台上的 agent 通过基本写文件服务操作文件对象,实现与对应平台上 agent 的通信。传统 的 agent 消息传输机制(如 HTTP、RMI、CORBA)绝大多数是基于 TCP/IP 协议的,限制 了 agent 技术在楼宇自控领域的发展。本文提出的方法很好的解决了这一问题,同时也为 agent 拓展了新的研究领域。 文章最后,基于上述研究成果,以视频监控系统为重点,提出了 BACnet 网络上基于 agent 技术的楼宇自控管理系统设计框架,并对适合楼控系统的 agent 语言进行了探讨。 通过比较,显示了系统在标准化、可扩展性和互操作能力等方面的优越性。 与已有的研究工作相比,本文的工作主要有以下几点贡献:【1】提出了基于 BACnet 标准的视频监控系统的规范,设计并实现了相关的对象和服务。【2】提出了一种新的快 速块运动估计算法 SSC-APDS。【3】提出了一种基于多直线对特征的高效运动背景配准 及目标检测方法,并基于 SSC-APDS,实现了复杂背景下运动目标实时跟踪。【4】提出 并实现了基于 BACnet 标准的 agent 通信机制,并将以上成果加以融合,探讨了一种新的 agent 楼控管理系统框架。


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