基于系统集成的智能小区理论与实践研究

王军

摘要：随着现代社会的不断发展，大数据与移动互联网飞速进步，智能家居产业也迎来了新的生机。众多从事新型家居行业的企业也在不断探讨智能小区的未来与发展前景。本文通过对基于系统集成的智能小区理论研究，并通过方案设计对小区智能的系统集成进行研究，通过嵌入式、控制技术、通信技术、无线技术等将智能小区应用更为广泛，形成产业。

关键词：嵌入式；系统集成；智能；家居；无线

1.引言

现代社会发展速度不断加快，在其中也会发生一些不和谐的事件，一些不安定因素开始严重影响到了人们的正常生活。智能的安防系统可以有效避免人们的财产安全受到威胁。现代的犯罪手段不断高科技化，传统的防范手段已经难以满足，先进和安全技术防范体系是大势所趋。计算机讲述的普及与视频压缩技术的实现大大提升了现代基于网络的安防系统性能系数，对于保障安全起到重要的作用。目前视频监控系统与防盗探测报警系统与GPS跟踪系统已经广泛应用于公安领域。

2.目前国内外安防系统的发展现状

鉴于目前市场上对于安防系统的需求不断增多，目前世界上对安防系统的研究机构或企业数量已经非常多，美国政府结合多家高技术IT企业已经对多个小区与家庭提供了全面的安防服务，并正向智能化小区的方向前进。在国际上，对于网络安防技术已经相对成熟，并在基本安防的基础上开始了智能化与自动化系统的研究。通过自动化系统可以有效进行开关灯、提前烧水等一系列运作，同时对于运行的各种设备都可以进行有效监督，利用网络终端设备进行实时查看，及时发现隐患。手机与其他的智能终端是很典型的远程控制方式。甚至无线互联与远程控制的网络化安防是目前此领域研究重点。远程数据采集主要集中于车辆跟踪、空气质量监测、小区安保等方面，大大提升了工作效率与准确度。

随着我国安防技术的不断进步，开始由单一化向集成化方向发展，随着网络信息化的发展，安防的系统集成度与科技水平不断提高。目前我国在GSM远程数据采集与远程监控方面都取得了不错的成就。[1]

3.视频压缩技术的实现

传统的视频信号转化后将会产生十分庞大的数据量，为数据的储存与传输带来了极大的压力，每秒钟的数字化PAL视频需要的空间为33.2M，如果不进行压缩，存储空间将会受到严重威胁。目前的数据传输介质速度大大低于活动视频的存取速度，将会导致数据大量丢失，影响质量。可以说要实现正常的速度传输与播放几乎不可能。所以视频数据在进行储存或压缩前都要进行一定的压缩。

在视频数据压缩过程中，预测编码是一种典型的方法，它利用信号间的关联性，对下一个信号进行提前预测，对实际值与预测值进行编码；变换编码是对图像数据进行正交变换，另外还有统计编码与算术编码等方式。

4.安防系统方案设计

4.1安防系统的整体结构设计

网络化的安防系统需要与工业控制、通信与计算机网络多种技术进行结合的系统，不仅可以对感知区域进行分析，而且能够做出相应的动作，实现报警联动。安防系统首先要保证安全性与可靠性，符合相关部门的关于安全技术防范的指标要求；在经济上符合大众化需求，设计合理；实行可扩展化与结构化，具有良好的开放性与兼容性；操作起来非常简单。[3]

基于以上要求，将安防系统由以下子系统构成。首先是视频监控系统，它的设计是其他一切信息系统的基础，是信息的采集单元；安全报警系统是通过感知对潜在威胁进行报警的装置；辅助系统主要包括电源系统与防雷接地系统。

4.2安防系统的功能设计

首先要能够实现实时监控，接收来自监控区的所有信息，可通过变焦等方式获得进一步明确的信息提取，在同一个显示器上显示多个监控画面；其次要实现数字录像功能；可通过环境变量的变化，进行对其他相关机构的控制；在发生报警时启动相关的设备。

5.安防系统的软硬件设计

5.1安防系统的硬件结构设计

监控中心主要由监控视频服务器、监控主机、网络视频解码器与服务器系统软件组成。通过监控布置图，对硬件进行选型。首先前端探测设备需要进行优化与功能选择，如烟感探测器、温度探测器、温度控制等方面；视频输入设备是最基本的组成，分为宏观与微观监测需求，对于逆光角度，需要补偿摄像机，对于隐藏部位，需要安装针孔式镜头；视频输出设备则主要是指监视器、显示器与打印机等；前端控制器主要包括报警控制器、云台控制器与无端控制模块等。其中最重要的是嵌入式网络视频编码器与解码器。[4]

报警控制器主要是对接收的信号进行警报处理的一种系统装置，负责接收信号，控制延迟时间，进行驱动报警输出。报警控制主机一般会安装在隐藏的地方以便进行撤防。主机进行编程，对报警的单元进行信号判断，确认是否真实有报警出现。

云台是固定摄像机的支撑设备，可以在远端控制中心人为控制下进行监视对象，进行自动扫描。一般来讲，云台控制是基于RS485总线的数据采集与控制模块，能够适应更为复杂的环境与现场。同时实现模拟、数字信号的采集与现场设备的驱动。

监控中心的指令一般都是通过嵌入式网络视频编码器的数据通道进行传输的，从而实现了远距离的控制。对于嵌入式网络视频编码器的选择，一般采用三个性能指标进行。首先是支持的网络协议，如IP、TCP、UDP等；其次是采用的编码形式与视频压缩算法。目前M-JPEG技术已经相对成熟，需要较为清晰的图像进行进一步分析与追溯；第三就是支持的视频帧速率与音频编码标准。需要达到25帧每秒的速度，一般采用G.711标准，支持远程控制的H.244协议。

5.2安防关键技术研究

由于安防技术是对电子技术与计算机技术、通信技术的结合产物，所以需要根据市场的需求进行合理化的功能侧重。基于网络的安防系统主要是视频监控子系统与安全报警系统。需要解决如音视频编解码技术、网络传输技术、远程设备控制技术等多个关键技术。

音频视频编解码是对模拟音频视频进行采样、编码、压缩并解码的过程。对于没有经过编码与解码的音视频数据是非常大的，对于存储非常不利，而且传输也有非常大的难度，容易造成数据丢失，影响质量。随着多媒体技术的发展，一些压缩技术广泛应用系统中，如MPEG、小波变换等。[5]

在网络传输过程中，如果信息发生丢失将会影响到控制中心的观看质量，多媒体远程图像技术的出现，提供了一个稳定的途径，它能够把远端的多媒体数据通过网络进行实时传输，并让多个部门同时进行观看或是查询，由于信息的数据量大，网络的稳定性要求也非常高。随着我国电信业的发展，对于网络技术的发展也是呈现出了稳定性趋势。这是未来网络发展的基础。

5.3软件系统的实现

每一种开发工具都会提供相应的标准控件。控件可以重复利用，可在不同的编码间进行转化。图像压缩与解压缩组件的实现是软件的重要组成部分；利用建模技术，设计了系统的多种模型，实现的界面可以完成视频切换、视频显示与云台控制、环境设备控制等方面。

另外一个重要技术是对于数据库的设计。其最常用的方法是概念性数据模型法。用E-R图描述实体，不会涉及到实现方法。它比较接近人们的平时思维模式，利用简单的符号即可进行表达分析与理解，适应的人群更加广泛。

将基本E-R图转换为与选择好的产品所支持的数据模型相答的逻辑结构这一过程实现的设计称为逻辑结构设计。一般DBMS产品会支持网状与层次等多种方式。设计逻辑结构可以分为三个步骤。首先是将概念灵气进行转换，一般为转换成关系、网状或是层次模型；其次是将转换好的模型向特定的DBMS支持下的数据模型进行转换；第三，需要对数据模型进行优化。

在硬件与软件均实现的情况下，需要对总体的方案进行测试调试。测试的主要目的就是为了验证它是否符合设计预期的目标。在平台测试中，需要对硬件平台与软件平台进行确定。系统一般安装WindowsAPI函数，对Access数据库进行连接测试；对应用程度与串口驱动进行安装。

6.结语

通过对基于网络的安防系统进行设计实现，对优点也进行明确。该系统能够实现对监控区的远程监控，不需要专门的蹲点职守，大大节省了人力与物力；可以控制变量，降低安全事故的概率；利用较低成本的硬件实现了数字图像的编解码压缩，在实现可保障图像清晰的前提下，大大提高了数据传输的安全性与稳定性；可供回放查询，便与人机交互。

随着我国科技的发展，安防领域会在网络的基础是进行进一步细分，如基于GPS、GPRS、无线技术的研究。安防将向着智能化与便捷化方面发展，大大促进了安防事业的前进，为保障人身安全与财产安全奠定了坚实基础。

参考文献：

[1]张丽宁.基于网络的安防系统的研究与实现[D].西安科技大学,2009.

[2]周涛.基于无线传感器网络的智能家居安防系统[D].太原理工大学,2011.

[3]杨海川.基于物联网的智能家居安防系统设计与实现[D].上海交通大学,2013.

[4]赵果珍.基于ARM9和GPRS安防系统的研究与实现[D].河北工程大学,2010.

[5]宋国建.基于智能传感网络的城市安防系统研究[D].北京邮电大学,2011.

[6]李欣.基于无线传感器网络的智能安防系统研究[D].山东建筑大学,2012.