煤层气开采远程视频监控系统设计

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作者杨大勇
来源大连理工大学
出版年2015
摘要
我国煤层气开采产业发展迅猛,因此对现场安全情况的监控也就显得尤为重要。为解决人工巡检煤层气开采现场耗时费力等问题,设计了基于改进核密度估计(KDE)前景检测算法的无线远程视频监控系统。首先,对当前的运动目标检测算法做了综述,分析比较了帧差法、高斯背景建模(GM)、混合高斯背景建模(GMM)和核密度估计等算法,发现KDE算法更为适合本项目面临的抽水机往复运动等动态背景环境。接着针对KDE算法实时性差的问题,提出了改进KDE算法。本文算法将背景差分(BS)与核密度算法结合,先用背景差分融合三帧差算法过滤掉非动态背景区域,对于动态背景区域应用核密度算法检测前景。为了兼顾准确性,在前景分割时提出了一种新的动态阂值求取方法,第二背景更新采用随机邻域点更新策略,仿真结果显示:本文算法与核密度估计法和背景差分核密度(BS-KDE)算法相比,准确性更高,平均每帧算法耗时分别降低了94.1%和15.38%。其次,组网方式上,在3G网络上建立虚拟专用网络(VPN)通道来构建网络。在采集端的设计上以FPGA和ARM处理器为基础,工作重点在ARM上程序设计,基于C语言采用多线程方式协调图像采集、处理等工作。视频监控软件则采用C++语言设计,包括预览模块、回放模块、日志模块及参数设置模块。能够及时接收现场异常情况图像并报警,做到了人机交互较为友好。最后,测试了网络性能和算法在ARM上应用效果。网络延迟在100ms以上,为保证数据准确到达,采用包头附加数据的方式定义图像帧,其中包头包含数据长度和站点号等信息。传输图像帧时,利用TCP流协议,图像帧被自动分包发送。在监控端利用多线程,按照包头的数据长度接收各个站点图像数据。在室内外环境中对准确性和实时性做了测试,结果显示,本算法能够准确检测到大小运动目标,但由于ARM内存等资源限制,算法耗时是仿真结果的3到9倍,所以本文算法实时性还需进一步提高。

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