监狱管理论文网范文：监狱控制系统在智能视频管理技术基础上的构建及实现分

发布时间：2015-02-02 16:44

第 1 章 绪论

1.1论文研究背景
监狱作为国家维护社会稳定、改造服刑人员的重要国家机器，监狱的安全防范对整个国家的安宁以及社会的稳定起到非常重要的作用。但随着近年来我省监狱押犯总量的不断飙升，监狱监管安全不断面临新的挑战。所以，针对监狱的日常管理工作，需要通过高科技的武装来提高监狱的管理水平。在众多的高科技技术中，视频监控由于其独特的功能，已经成为整个监狱安防体系的基础，可以在监狱的日常管理中保证在押人员的活动都处于值班干警的监视范围，同时，又可以在出现违反监管秩序事件后为及时查证提供资料。
现在，国内的监狱系统所采用的数字化视频监控系统，基本都是通过电视墙来进行画面监控，并采用硬盘录像机实现监控视频的录像和回访。但是，这种传统的视频监控模式更多的考虑事后的查证，难以起到预警和报警的作用。据有关数据统计，由于监狱监控系统缺乏必要的智能，没有实现不同级网络的联动而导致的诸如犯人越狱、打架斗殴、自杀自残和生产安全事故等监狱管理安全事件的比例，已经占到综述七成左右，所以，采用智能视频处理技术来减少监狱安全事件的发生，也就显得非常必要。
其实，智能化的视频监控技术，正是为了解决传统视频监控系统中的各种缺陷而产生的。此类技术能够以网络化的视频监控为基础，对不同目标进行监视和跟踪，可以在出现异常情况下，通过图像和声音来发出报警信息，从而实现监控方式的被动到主动的转变；在实际使用中，可以协助监狱干警完成对各种危机事件的处理，最大限度的减少漏报和误报现象，满足监狱安防系统的智能化需要，，减少监管安全事件的发生，确保监狱的监管安全与稳定。
............................

1.2国内外研究现状及分析
经过长时间的实践应用的验证，监控系统已经逐渐发展为数字式的监控系统和数字化智能决策监控系统。在这两种监控系统中，前者已经发展的非常成熟，且应用性能也得到了广泛验证，已经被非常广泛地应用于多个工程领域，特别是在大型监控工程中屡屡现身；数字视频智能决策监控系统则是在人工智能技术和图像识别和声音识别等技术相结合的基础上，所出现的一种新技术，目前尚处于探索和不断成熟的阶段。接下来，就结合市场上所存在的几种监控系统，对这几种监控系统的特点和性能进行对比分析。
(1)模拟视频监控系统
此类系统通过数字信号来进行控制。在对此类系统优点进行总结的基础上可以发现，该系统的特点主要包括：采集网络主要为单向方式，需要通过专用的传输介质来实现采集传输，也存在一些难以克服的缺点，如：仅适用于小范围的区域类监控；系统难以进行有效扩展；难以形成方便快捷的报警联动。
(2)数字视频监控系统
现在，市面上的视频监控系统可以分为比较大的两种，分别是基于数字录像设备的系统，以及基于视频 WEB 服务器的系统。针对这两种类型系统中的一些概念进行介绍和说明：
1 数字监控录像系统
此类录像系统也可以分为两个不同的类，即：基于 PC 机所构建的多媒体方式，以及嵌入式的数字监控录像系统等。
2 嵌入式的视频监控系统
作为一种以应用为目的而开发出来的专用计算机系统，嵌入式系统的软件和硬件相对于通用计算机系统来说，对一些具体的应用要求进行了精简，实现了对应用系统所有功能的严格限制，确保了系统的可靠性、经济型和适用性等都得到满足。
嵌入式系统所具体的特点不仅表现为系统小、处理速度快、时效性高和稳定性良好，且更加适用于对大容量数据进行处理。但是，此类系统在网络传输和音频视频同步等方面则表现一般。
3 嵌入式视频 Web 服务器方式
嵌入式视频Web服务器方式主要通过嵌入式的实时多任务操作系统来实现，同时还在视频服务器内部移植了一个嵌入式的 Web 服务器。采用嵌入式的实时多任务操作系统，使得监控系统不仅能够实现视频信号的介绍，同时，还能够对数据进行压缩和处理，完成之后，还可以将数据传送到系统中的内置网络服务器上。基于该功能，网络用户就能够通过网络终端来对服务器上的数据进行应用和处理。
...........................

第 2 章 相关技术研究

2.1嵌建入式开发平台
为了能够对嵌入式的平台进行构建，需要完成对嵌入式开发板不同操作系统的选择，为了能够完成嵌入式的交叉开发环境，还需要对嵌入式交叉开发环境进行构建，并对其进行合理配置。
.............................

2.2内核裁减及其模块移植
在所选用的LJD-2410DVK-I板子中，厂商所选用的Linux内核为2.4的版本，所以，就需要对更高版本的内核进行移植。文中我们监狱选用了 Linux-2.6.24.7。
考虑到在 LJD-2410DVK-I 主板上，厂商所提供给的内核为 2.4 版本的 Linux内核，所以就有必要对其进行 2.6 版本的内核移植。文中主要选用 Linux-2.6.24版本。在此基础上，针对嵌入式监控系统的一些特性，还将系统中不需要的一些内核配置进行去除，此外，还完成了相应的 LCD 驱动和网卡驱动的更新和移植。

2.3视频压缩编码技术
通过对几种常用的主流视频压缩方案和技术协议的比较，从 MPEG2000、MEPG-6 和 H.263 之间进行选择，考虑到 MJPEG 具备另外两种压缩标注不具备的特点和优势，最后选用了MJPEG2000压缩 标准和技术。具体来说，MJPEG2000所具备的特性主要有：
(1)该标准具备最佳的压缩性能，该技术标准以 JPEG2000 静态图像压缩技术为基础，还对现今流行的小波变换和嵌入式算术编码进行了综合应用，对压缩后的失真率进行了最佳处理，使得该技术能够在任何的码率条件系都拥有最佳的图像质量和压缩效果。
(2)硬件实现比较简单，成本低，由于采用了帧内压缩技术，使得在得到理想压缩性能的同时，还可以有效降低硬件实现的复杂度。
(3)容易进行编辑，其他两种技术标准的帧间压缩会造成不同帧之间数据的相关性，进而将码流复杂化。而通过 Jpeg2000 编码技术，可以确保不同帧数据之间的相互独立性，这样 MJPEG2000 标准就可以非常便利的进行插入、移动、删除或者修改其中的任意一帧，同时对其他帧不会产生影响。
.............................

第 3 章 监狱视频监控系统需求分析........................................ 16
3.1 系统特点............................................. 16
3.2 系统功能分析........................................ 17
3.3 系统性能需求................................. 19
3.3.1 性能需求........................................20
3.3.2 性能指标......................................20
3.3.3 功能要求........................................21
3.3.4 系统管理需求..........................................22
3.4 本章小结..................................... 22
第 4 章 监狱视频监控系统设计................................ 23
4.1 系统体系结构................................... 23
4.1.1 系统总体设计图....................................23
4.1.2 主要功能.....................................23
4.1.3 不同部分之间的关系......................................24
4.1.4 数据结构和关键算法..................................25
4.2 本地监控预警结构体系................................. 26
4.2.1 体系结构......................................27
4.2.2 各部分功能说明..................................27
4.2.3 各部分联系描述....................................27
4.2.4 关键的技术、算法和数据结构说..............................28
4.3 本章小结........................................ 32
第 5 章 监狱视频监控系统的实现................................... 33
5.1 前端监控系统的硬件选择及设计...................................... 33
5.1.1 S3C2410A 芯片简介..................................... 33
5.1.2 LJD2410DVK-I 介绍......................................33
5.1.3 硬件总体方案......................................35
5.2 数据传输............................................. 36
5.3 图像的人工智能识别....................................... 40
5.3.1 人工智能与图像识别..................................40
5.3.2 图像分割算法.................................41
5.4 本章小结........................................ 42

第 6 章 监狱视频监控系统的测试

6.1测试环境
在系统的具体测试过程中，将所设计和开发的监控系统放置于局域网环境进行测试和分析研究。首先，需要完成的就是将系统的测试摄像头都连接到嵌入式监控系统开发板的的 UBS 扩功能接口上，然后，再将该开发板通过局域网接入网内的一台主机，完成对该开发板的 IP 地址设置。在图 6-1 中，对整个系统所处于的测试环境进行了展示和说明：

监控系统光有硬件还不行，还需要软件的支持。本智能化监控系统的软件配置情况，具体而言及时在系统的监控中心中配置了 Window XP 操作系统，安装调试了 WildPack 本地预警系统，还配置和安装了本地和远程用户数据库登录认证接口和环境平台等多种软件，此外，还针对系统所采集的视频和音频数据在数据分析服务器上配置了专门的智能分析软件。

6.2功能测试
从前面的系统设计分析和详细分析中，可以发现本文系统是一个综合了视频采集、传输、分析、预警和身份认证的智能化分析和监控系统。所以，就需要根据系统所具备的不同功能和结构，对相应功能性测试进行设计，试验完成后还应该对相应的结果进行深入分析，以便确认所研发的系统已经达到了系统设计需要中所制定的相关目标与需求。所以，文中通过如下的几个用例来对系统的相关功能进行测试。
(1)针对视频数据的采集、传输和各种视频设备的控制功能
通过对系统的全面测试，对各种软件所应该具备的功能进行分析，针对软件功能，从系统摄像头就进行单帧、多帧和视频流的采集功能进行检测。
测试的过程，首先通系统所设置的监控中心发出数据采集指令，而视频采集和调度模块在接收指令的基础上，采集模块通过对采集调度程序的调用，实现对线程 Grab 的调度，从而实现对数据的采集过程；之后，就可以将系统所采集到的数据，通过系统所配置的采集线程进行传输，最后将数据都集中到数据分析服务器上进行处理和分析。为了将测试过程进行简化，就需要将采集得到的数据直接传输到监控终端上。
.............................

第 7 章 总 结

7.1论文总结
通过对相关内容的深入研究，作者所在的课题研发小组完成了对这个系统的设计和开发工作，而作者本人所具体负责和实现的工作顺利完成。
对嵌入式操作系统的研究，主要针对其内核裁剪、移植和相关驱动的移植来进行。作为一种应用在嵌入式系统的软件平台，嵌入式操作系统能够为上层应用开发提供实用的平台和技术。为了对监控系统中的视频流进行处理，首先应该解决的就是针对视频信号的编码和压缩问题。考虑到系统的数据需要经过大量的采集和处理过程，为了能够有效提高数据的传输效率，就应该在数据传输之前对其进行压缩和编码，将数据量的有效压缩。论文在对多种视频图像信息的压缩标准进行研究的基础上，最后选择了 MPEG 编码技术，主要是考虑到 MPEG 编码技术不但能够对其他几种编码进行兼容，同时，其在大数据量的视频压缩方面效果较好，此外，在高压缩比前提下的图像失真率较小，相对于其他压缩技术表现出非常明显的优势。
对监控系统的智能决策识别功能进行研究，主要针对图像智能识别中的图像分割和图像聚类来进行，其根本目标是能够有效提高图像识别的准确率。本文所设计和开发的智能化监控系统，作为一个专门针对监狱行业的嵌入式智能监控和识别系统，其根本的出发点是要求系统能够对监狱内的异常情况进行及时的发现和识别，同时触发相应的报警信号。该监控系统能够在对监狱里在押人员的各种异常行为现象进行图像采集，然后再利用正确的图像分割和图像聚类算法对采集到的图像进行分类和识别，所以，采用何种算法来实现该目标，则会给图像的分类和匹配成功率产生直接影响。
.............................
参考文献（略）

本文编号：11841