丁亞飛，王啟明，王飛飛

(平頂山學(xué)院，信息工程學(xué)院，河南平頂山 467000)

0 引言

視覺物聯(lián)網(wǎng)包含網(wǎng)絡(luò)的感知功能，可利用不同影像來獲取傳感器中的數(shù)據(jù)，其中包括監(jiān)控攝像機中的數(shù)據(jù)、手機中的數(shù)據(jù)、數(shù)碼相機中的數(shù)據(jù)等。一旦獲取人、物等圖像或視頻中的視覺數(shù)據(jù)，需直接提取視覺標(biāo)簽，采用智能分析方法對視覺物聯(lián)網(wǎng)下收集到的信息進(jìn)行處理，為后續(xù)研究提供支持［1］。在最近幾年全球人口普查過程中發(fā)現(xiàn)，我國老年人口以每年3%的速度快速增長，養(yǎng)老機構(gòu)的老年人占90%，為了保證老人生命安全，設(shè)置智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)是具有必要性的［2］。

研究智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)，在信號檢測和測控等方面具有廣闊應(yīng)用前景。采用傳統(tǒng)方法設(shè)計的智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)受到存在控制效果差的問題，不適用于現(xiàn)場監(jiān)測的應(yīng)用需求，在該系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)其它信號干擾的問題，影響了監(jiān)控系統(tǒng)控制實效性，導(dǎo)致對信號的稀疏程度無法進(jìn)行有效控制［3］。為此，提出了視覺物聯(lián)網(wǎng)下智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)。視覺物聯(lián)網(wǎng)是通過視覺傳感器和信息傳輸來智能區(qū)分人和物的，按照實際需求，將任何拍攝到的信息與智能物聯(lián)網(wǎng)相連接，實現(xiàn)信息的交換，進(jìn)而完成對信號的跟蹤、定位與控制。

1 監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)研究

傳統(tǒng)智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)采用紅外線掃描方式，對養(yǎng)老院的人或物進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而實現(xiàn)對信號的控制。該技術(shù)容易受到外界信號的干擾，導(dǎo)致控制效果變差［4］。因此，提出了自適應(yīng)聯(lián)合濾波控制方式，融合濾波控制算法，由視覺系統(tǒng)估計值來進(jìn)行定位控制。具體流程如圖1所示。

由圖1可知:經(jīng)過采集器采集到的信號傳遞到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中，利用轉(zhuǎn)換器完成信號向數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，方便后續(xù)研究。將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳遞給處理器中，進(jìn)行初始化處理，該部分的數(shù)據(jù)具有實效性和精準(zhǔn)性，為此，對該數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計算，確定信號位置，由此完成對信號的控制［5］。

1.1 基于視覺物聯(lián)網(wǎng)的信號分發(fā)

圖1 信號控制流程

在視覺物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下采集的信號是建立在各個采集節(jié)點環(huán)境變化基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，當(dāng)采集時間為T1時，采集節(jié)點是以周期C變化形勢來預(yù)測 ［T1，T1+C］時間段內(nèi)信號密度的，通過分析信號密度來獲取視覺物聯(lián)網(wǎng)下的信號實時變化情況。根據(jù)采集節(jié)點密度來估計數(shù)據(jù)分發(fā)結(jié)果，沿著當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的信號干擾，計算信號傳遞的時間，其中記錄途徑各個節(jié)點受到的傳輸延遲時間，進(jìn)而選擇一條最短路徑，達(dá)到有效控制的目的［6］。針對信號分發(fā)具體過程如下所示:

1)監(jiān)控使用者應(yīng)先注冊用戶名，并登錄管理平臺，根據(jù)管理者搜索的關(guān)鍵字來查看相應(yīng)監(jiān)控影視文件;

2)管理者在客戶端打開影視文件，需通過超文本傳輸協(xié)議來連接信號追蹤器，此時的管理者需通過計算機向服務(wù)器發(fā)送請求，進(jìn)而獲得影像文件表;

3)在客戶端獲取影像文件表，利用采集到的節(jié)點信息，實現(xiàn)信號連續(xù)分發(fā);

4)管理者向追蹤器發(fā)送已經(jīng)分發(fā)的信號信息，此時的系統(tǒng)自行更新影像文件表，進(jìn)而完善各個影像文件表分發(fā)信息;

5)當(dāng)客戶端完成信號分發(fā)后，需在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下停留一段時間，否則將會給系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞，利用信號分發(fā)控制機制，對節(jié)點進(jìn)行嘗試性連接，可有效防止系統(tǒng)功能衰竭［7］。

在跟蹤服務(wù)器中添加信號分發(fā)控制，可統(tǒng)計管理者信號傳輸?shù)目偭?，分發(fā)信號量較多的管理者，將被賦予最高權(quán)限;反之，分發(fā)信號量較少的管理者，將被賦予較低權(quán)限;而對于不分發(fā)的管理者，將無權(quán)限，也就不具有信號控制資格［8］。該分發(fā)機制為信號定位與控制奠定了基礎(chǔ)，充分保證信號分發(fā)控制系統(tǒng)的實效性。

1.2 自適應(yīng)聯(lián)合濾波信號定位

采用自適應(yīng)聯(lián)合濾波信號定位方法，可有效改善傳統(tǒng)技術(shù)受到其它信號干擾的影響，自動推算定位遞增累計的信號傳遞方向，通過對采集的影像進(jìn)行處理，可得到信號傳遞的方向偏差αn，通過影像編碼器可獲取信號傳遞的距離Sn。自適應(yīng)聯(lián)合濾波信號定位方法如圖2所示。

由圖2可知:(a0，b0)是時間為tn時信號發(fā)射的初始位置［9］。

當(dāng)時間為tn時，信號所在位置(ai，bi)為:

圖2 自適應(yīng)聯(lián)合濾波信號定位方法

根據(jù)上述計算方法，在每一個采樣周期內(nèi)，如果信號位置估算取決于上一個周期，那么覆蓋以前周期有關(guān)的誤差就會變得異常困難，因此，應(yīng)對信號定位所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行適當(dāng)補償，保證信號定位的有效性，為信號控制技術(shù)的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)［10］。

1.3 養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)的實現(xiàn)

綜合上述研究的信號定位機制來實現(xiàn)養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號的控制，該部分的實現(xiàn)過程如3圖所示。

圖3 養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制實現(xiàn)過程

由圖3可知:需先登錄監(jiān)控系統(tǒng)，完成對用戶的認(rèn)證，根據(jù)獲取的權(quán)限，對管理者劃分等級。只有滿足閾值范圍內(nèi)的管理者，才可對信號進(jìn)行直接定位;如果不滿足閾值范圍內(nèi)的管理者，則被強制退出。區(qū)域性訪問控制子模塊，計算該區(qū)域監(jiān)控影像文件的信譽度，如若滿足要求，則對其產(chǎn)生的信號進(jìn)行監(jiān)控［11］。

當(dāng)管理者登錄系統(tǒng)后，系統(tǒng)會賦予管理者新的權(quán)限和角色，主要用于對監(jiān)控影像的查看，而系統(tǒng)內(nèi)部自動傳達(dá)查看命令。監(jiān)控系統(tǒng)會自動判斷信號是否滿足控制監(jiān)控影像信號范圍，如若滿足，則該管理者具有查看監(jiān)控影像的權(quán)力。在管理者查詢影像的過程中，系統(tǒng)需同時監(jiān)控管理者行為和可信度，其中管理者行為是所有監(jiān)控子模塊中最重要的行為。在對信號控制過程中，該行為會判斷出信號的有效性和無效性，如果為有效性，則可直接對其進(jìn)行控制;如果為無效性，則需強制管理者停止控制，并重啟監(jiān)控系統(tǒng)，由此實現(xiàn)對視覺物聯(lián)網(wǎng)下智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號的控制。

2 驗證分析

設(shè)計實驗驗證分析視覺物聯(lián)網(wǎng)下智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)的可靠性，并根據(jù)實驗內(nèi)容得出實驗結(jié)論。

2.1 實驗條件設(shè)置

2.1.1 實驗環(huán)境

采用C語言作為實驗開發(fā)語言，構(gòu)建面向物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的安全訪問機制實驗環(huán)境，將Web作為主要服務(wù)裝置，SQL數(shù)據(jù)庫作為實驗數(shù)據(jù)庫，從該數(shù)據(jù)庫中直接選取實驗數(shù)據(jù)，保證實驗數(shù)據(jù)的不間斷性。將密鑰安置在服務(wù)程序之中，使每一臺主機都有四個內(nèi)核處理器和16GB的內(nèi)存，通過千兆以太網(wǎng)實現(xiàn)主機之間的連接。

2.1.2 實驗參數(shù)

利用C語言實現(xiàn)智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)的研究，設(shè)計實驗來驗證該技術(shù)的可靠性，為此，需設(shè)計實驗參數(shù)，如表1所示。

表1 實驗參數(shù)

該實驗配置包括5臺相同配置的監(jiān)控，在其中一臺上安裝信號管理平臺，該平臺包括共享分發(fā)控制功能和信號追蹤功能，在剩下的4臺監(jiān)控中分別配置信號虛擬發(fā)射機和接收機，總共8臺虛擬發(fā)射機和接收機作為下載節(jié)點，與種子資源共同構(gòu)成信息資源分發(fā)環(huán)境。

2.2 實驗結(jié)果與分析

為了驗證該技術(shù)應(yīng)用的可靠性，將傳統(tǒng)技術(shù)與視覺物聯(lián)網(wǎng)下的控制技術(shù)分別在同頻干擾、互調(diào)干擾、雜散干擾和鄰道干擾下，對智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制效果進(jìn)行對比分析。

2.2.1 同頻干擾

同頻干擾指的是不同監(jiān)控器拍攝的覆蓋重疊部分，其場強是分別來自各個監(jiān)控器中信號的場強之和，受到信號傳播途徑、傳播介質(zhì)和發(fā)射設(shè)備的不同，導(dǎo)致各個監(jiān)控器所發(fā)出的信號與理論上發(fā)出信號的時間不一致。說明各個信號之間存在時延誤差，進(jìn)而產(chǎn)生各個信號的相對相位差。正是由于相位差的存在，使得各個重疊區(qū)域的信號受到同頻干擾，直接影響系統(tǒng)正常監(jiān)控。采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下的控制技術(shù)不會受到同頻干擾，而傳統(tǒng)技術(shù)會受到同頻干擾影響，導(dǎo)致控制效果較差，為了驗證該點，將兩種技術(shù)進(jìn)行對比，結(jié)果如圖4所示。

圖4 同頻干擾下兩種技術(shù)控制效果對比

由圖4可知:兩種技術(shù)最初控制效果都大于等于80%，隨著同頻信號的干擾逐漸下降。當(dāng)同頻干擾信號強度為50 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為79%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為83%;當(dāng)同頻干擾信號強度為100 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為70%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為82%;當(dāng)同頻干擾信號強度為150 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為60%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為81%;當(dāng)同頻干擾信號強度為200Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為60%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為90%;當(dāng)同頻干擾信號強度為250 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為55%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為80%;當(dāng)同頻干擾信號強度為300 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為40%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為82%。由對比結(jié)果可知，在同頻干擾下，采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)對信號的控制效果要好。

2.2.2 互調(diào)干擾

互調(diào)干擾指的是受到其它設(shè)備產(chǎn)生的頻率干擾，使射頻信號在某臺發(fā)射機中產(chǎn)生了新的頻率特性，該具有非線性屬性。采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下的控制技術(shù)不會受到互調(diào)干擾，而傳統(tǒng)技術(shù)會受到互調(diào)干擾影響，使控制效果較差，為了驗證該點，將兩種技術(shù)進(jìn)行對比，結(jié)果如圖5所示。

圖5 互調(diào)干擾下兩種技術(shù)控制效果對比

通過圖5所示的對比結(jié)果可知:當(dāng)互調(diào)干擾等級為1時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為50%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為90%;當(dāng)互調(diào)干擾等級為2時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為38%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為82%;當(dāng)互調(diào)干擾等級為3時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為37%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為81%;當(dāng)互調(diào)干擾等級為4時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為36%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為81%;當(dāng)互調(diào)干擾等級為5時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為35%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為80%;當(dāng)互調(diào)干擾等級為6時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為30%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為80%。由對比結(jié)果可知，在互調(diào)干擾下，采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)對信號的控制效果要好。

2.2.3 雜散干擾

雜散干擾指的是由于發(fā)射機頻率器的濾波特性較差，使發(fā)射機的二次和三次諧波分量出現(xiàn)了雜波輻射信號。若發(fā)射機裝置指標(biāo)不合理，則會使載波中心的噪聲分布變寬，甚至在幾兆赫茲的頻帶內(nèi)形成干擾雜散信號。采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下的控制技術(shù)不會受到雜散干擾，而傳統(tǒng)技術(shù)會受到雜散干擾影響，使控制效果較差，為了驗證該點，將兩種技術(shù)進(jìn)行對比，結(jié)果如圖6所示。

圖6 雜散干擾下兩種技術(shù)控制效果對比

通過圖6所示的對比結(jié)果可知:當(dāng)雜散干擾為30 Hz時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為60%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為75%;當(dāng)雜散干擾為60 Hz時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為70%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為71%;當(dāng)雜散干擾為90 Hz時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為70%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為70%;當(dāng)雜散干擾為120 Hz時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為72%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為69%;當(dāng)雜散干擾為150 Hz時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為70%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為65%;當(dāng)雜散干擾為180 Hz時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為55%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為62%;當(dāng)雜散干擾為210 Hz時，采用傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為42%，而采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為75%。由對比結(jié)果可知，在雜散干擾下，采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)對信號的控制效果要好。

2.2.4 鄰道干擾

鄰道干擾指的是相鄰波道之間的干擾信號，由于調(diào)頻信號頻譜較寬，使發(fā)射機產(chǎn)生的諧波分量分別散落到不同接收機中的通帶內(nèi)，該現(xiàn)象的產(chǎn)生會嚴(yán)重干擾鄰道信號的正常發(fā)送。采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下的控制技術(shù)不會受到鄰道干擾，而傳統(tǒng)技術(shù)會受到鄰道干擾影響，使控制效果較差，為了驗證該點，將兩種技術(shù)進(jìn)行對比，結(jié)果如圖7所示。

圖7 鄰道干擾下兩種技術(shù)控制效果對比

由圖7可知:兩種技術(shù)最初控制效果都大于等于60%，隨著鄰道干擾逐漸下降。當(dāng)鄰道干擾信號強度為50 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為55%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為75%;當(dāng)鄰道干擾信號強度為100 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為45%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為70%;當(dāng)鄰道干擾信號強度為150 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為40%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為70%;當(dāng)鄰道干擾信號強度為200 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為35%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為68%;當(dāng)鄰道干擾信號強度為250 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為30%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為65%;當(dāng)鄰道干擾信號強度為300 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為20%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為64%;當(dāng)鄰道干擾信號強度為350 Hz時，傳統(tǒng)技術(shù)控制效果為19%，視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)的控制效果為60%。由對比結(jié)果可知，在鄰道干擾下，采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)對信號的控制效果要好。

2.3 實驗結(jié)論

綜上所述:視覺物聯(lián)網(wǎng)下智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)是具有可靠性的。在同頻干擾下，采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)最高控制效果可達(dá)到83%;在互調(diào)干擾下，采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)最高控制效果可達(dá)到90%;在雜散干擾下，采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)最高控制效果可達(dá)到75%;在鄰道干擾下，采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下控制技術(shù)最高控制效果可達(dá)到75%。由此可知，采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)效果較好。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)，改善了傳統(tǒng)技術(shù)存在的控制效果差問題。使用自適應(yīng)聯(lián)合濾波信號定位方法，使信號的傳輸具有可靠性，有效減少了信號干擾而導(dǎo)致時延問題出現(xiàn)的次數(shù)，并緩解信號傳輸壓力，實現(xiàn)高效信號分發(fā)控制的目的。

在視覺物聯(lián)網(wǎng)下對信號進(jìn)行監(jiān)控，可支持管理者直接對系統(tǒng)的控制，通過實驗驗證結(jié)果可知，該系統(tǒng)具有良好控制效果，且最高控制效果可達(dá)到90%，滿足養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制要求。

3.2 展望

采用視覺物聯(lián)網(wǎng)下智能養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)信號控制技術(shù)，在未來研究過程中，可作為主要研發(fā)機制，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)所生產(chǎn)的某種監(jiān)控系統(tǒng)之中，為提高大規(guī)模養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)性能奠定堅實基礎(chǔ)，也為我國交通監(jiān)控和航天監(jiān)控領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù)。