一种基于嵌入式的消防辅助监测的方法-尊龙凯时官方app下载

文档序号:36265765发布日期:2023-12-06 09:23阅读:1来源:国知局
一种基于嵌入式的消防辅助监测的方法

1.本发明涉及消防安全领域,具体涉及一种基于嵌入式
linux
的便携式监测消防人员人身安全的设备及设计方法


背景技术:

2.在有火情或重大灾害时往往需要消防员深入现场进行救援,但灾害的未知性往往会给消防员带来比较大的人身安全的威胁,但目前单一的报警装置不能及时得确定消防员的情况与当前的所处位置,给后续的消防调度工作带来比较大的不确定性,有部分厂家选择使用气体传感器进行现场报警,提醒消防员当前环境有毒气体含量达到危险数值,有一定的效果,但面对可能存在危险的情况,消防人员还是必须坚持工作,且工作环境中存在有毒气体只是消防员工作环境中存在的危险因素的一部分,能否保障消防员的人身安全或者说在发生了危险情况后如何补救从而避免产生难以预料的后果才是我们应该想办法解决的主要问题

3.嵌入式即嵌入式系统,是用于进行集中控制

监控以及传输的装置,可以说是软件与硬件的集合体,因在独立的便携式的设备开发中有比较大的优势,例如具有功耗低

实时性强

可靠性高等优点,所以常常应用在智能家居以及智慧交通领域

4.监控视频的传输使用流媒体技术,流媒体进行视频传输保证了资料的实时性与交互性,相比起打包好整个视频进行发送,流媒体技术在实时监控领域具有相当大的优势,对于不具有大存储空间的移动端设备更是如此

5.使用
h.265
视频压缩技术对产生的图像信息进行压缩,
h.265
技术的特点在于相比其他压缩模式拥有可变量的尺寸

多种的帧内预测模式和更精准的运动补偿,能实现更高效的传输,也为后续实现对视频的分析提供了更多的细节信息

6.以上技术在算法的加成下能实现更强大的功能,实现更大的便利



技术实现要素:

7.基于以上的不足之处,本发明提供一种集成监控

预警

定位的便携式消防辅助监测装置,通过一系列的实时监控

定位手段解决消防员在营救工作中可能会存在在面对危险情况下无法及时与外界沟通而使得自己的人身安全问题得不到保障的问题

通过实时的高清监控以及辅助的定位模块和传感器模块,能实现前后方的情报同步,有助于统一得部署和推进工作,既能拥有更好的保护功能,也具有嵌入式系统体积小

集成度高

功耗低的优点

8.本发明的目的是这样实现的:以中央的
arm
控制芯片为主体,外部连接有图像传感器

多个气体传感器
、gps
北斗双定位模块以及通信模块,内部还包含图像处理模块以及室内定位算法等作为该设备的软件支撑,以上内容全部都是基于嵌入式
linux
进行开发

9.设备主板内部的芯片选择为
arm
双核,采用了集成新一代
isp、
最新的
h.265
视频压缩编码算法的
soc
,同时集成了高性能的
nnie
,同时内核中带有
v4l2
摄像设备的驱动支持,
同时还搭载了两路
usb
接口,为通信网络的配置提供了不少方便,支持最大分辨率为
2699*1944
的视频输入,
mipi
总线连接视频输入,预留的
gpio
端口可以连接其他的外部模块,为设备增添其他的功能

10.所述的图像传感其模块
cmos
图像传感器,片上
10

adc
和图像信号处理器,实现了高性能和低功耗的集成,通过拓展的
mipi
接口连接主板,这里的
mipi
接口相较于并口接法,该模组传输速度更快,传输数据量更大,功耗低且抗干扰能力更强,有了硬件的依托就可以将从图像传感器传入的视频画面的清晰度设置得更高一些,将从
mipi
接口传入的图像数据存入内存中的公共缓冲池中,然后将捕获的视频数据输入指定的下一个模块

11.在获取到视频图像之后需要对视频进行一个简单的图像处理,减少视频中的干扰信息,这里使用基于
haze-line
的去雾算法对图像进行帧处理,
haze-line
算法以大气退化模型为核心,应用暗原色先验理论,考虑到消防员的营救环境,在大部分情况下,是处于一个烟雾较为密集的环境,
haze-line
算法通过估计初始透射率,正则化和去雾能使视频帧达到相对明亮清晰的状态,且
haze-line
算法在嵌入式板端也可以进行快速运算处理,能满足本发明对于实时性的要求

12.高清的视频无法避免需要更高的压缩比率,否则会因为产生的数据量过大而造成传输问题,本发明使用
h.265
视频压缩技术对产生的图像信息进行压缩,
h.265
技术的特点在于相比其他压缩模式拥有可变量的尺寸

多种的帧内预测模式和更精准的运动补偿,能实现更高效的传输,也为后续实现对视频的分析提供了更多的细节信息,片中的
venc
模块负责处理编码的工作,将缓存块中的数据按照
h.265
协议的规定进行编码处理放到板内的共享内存空间里,同时
region
模块将气体传感器获取的数据作为视频数据的叠加
osd
显示在视频下方,这部分数据也一起进行编码放在同一文件中

13.对实时性的要求主要体现在对流媒体传输技术的应用上,其特点在于流媒体技术具有能传输的数据量大,延迟敏感和持续时间长的特点,无论是在用户层面还是提供给算法决策层面以音视频为主的实时流媒体数据都表现出先显著的优势,基于对要求的现场情况监视数据量比较大,对传输数据的实时性要求较高,而且现场的网络波动可能会对视频码流的传输造成影响的情况下,放弃传统的
ip
网络传输协议,采用实时流式传输
(rtsp)
方式实现视频图像的传输,将临时共享内存中的视频按帧进行流式传输,该步骤主要包含创建
rtsp
服务器,随后进行初始化,规定其
url
和端口等创建服务器所需信息,使用该服务器将数据发送给端口即
url
匹配的上位机端等

14.定位模块分为室内定位模块以及室外定位模块,室外定位依托于
gps
北斗的双模块定位系统即可实现,二者可以实现联合定位,能提供精度更高的定位信息,在室外的火情援助时作用更明显

15.上位机获取到所需的视频监控数据以及定位信息后,可以对视频数据进行进一步的处理,室内定位功能的实现依靠单目
orb-slam
算法,其特征在于,
orb_slam
包含跟踪

建图

重定位

闭环监测几个模块,由于
orb-slam
是基于特征点的
slam
算法,可以实时计算摄像头轨线,并生成场景的稀疏三维重建结果,通过设备上的摄像头获取到图像信息传输并封装后,在上位机端
orb-slam
开始分析获取的图像数据,提取处理关键帧,随后在
ros
中广播,而后通过建图与定位模块从而可以在上位机中获取到当前设备所处的位置,然后需要对当前的数据进行一次分析和回环检测

当前的算法主要是用于进行无
gps
信号下的大致
的室内定位,但因为人类的运动具有比较大的不确定性,在进行室内定位的时候,会通过粒子滤波的方法,融合
imu
进行里程估算,产生一个相对可靠的路径

16.通过
nb-iot
,即窄带物联网技术进行通信,其特征在于其低功耗以及支持广域网的蜂窝数据连接,满足火灾场景下工作区域较为广泛,且需要较为及时的汇报与反馈的需要

附图说明
17.图1为本发明的整体结构示意图

18.图2为本发明的整体操作流程图
具体实施方式
19.为了能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,并结合其附图,对本发明进行详细阐述

20.本发明提供了一种集成监控

预警

定位的便携式消防辅助监测装置

21.本发明的目的是这样实现的:以中央的
arm
控制芯片为主体,外部连接有图像传感器

多个气体传感器
、gps
北斗双定位模块以及通信模块,内部还包含图像处理模块以及室内定位算法等作为该设备的软件支撑,以上内容全部都是基于嵌入式
linux
进行开发

22.设备主板内部的芯片选择为
arm
双核,采用了集成新一代
isp、
最新的
h.265
视频压缩编码算法的
soc
,同时集成了高性能的
nnie
,同时内核中带有
v4l2
摄像设备的驱动支持,同时还搭载了两路
usb
接口,为通信网络的配置提供了不少方便,支持最大分辨率为
2699*1944
的视频输入,
mipi
总线连接视频输入,预留的
gpio
端口可以连接其他的外部模块,为设备增添其他的功能

23.所述的图像传感其模块
cmos
图像传感器,片上
10

adc
和图像信号处理器,实现了高性能和低功耗的集成,通过拓展的
mipi
接口连接主板,这里的
mipi
接口相较于并口接法,该模组传输速度更快,传输数据量更大,功耗低且抗干扰能力更强,有了硬件的依托就可以将从图像传感器传入的视频画面的清晰度设置得更高一些,已知所有的视频通道都可以从公共视频缓冲池中分得缓存块用于存储采集到的视频数据,具体将从
mipi
接口传入的图像数据存入内存中的公共缓冲池中,操作主板中的
vi
模块将缓冲池中的数据读入,分成一块块的缓冲块,缓冲块发送给
vpss
模块进行处理,绑定设备的通道,输入缓存块经过
vpss
处理后,会解放占用的缓存区,然后将输出的缓存视频数据输入指定的下一个模块

24.在获取到视频图像之后需要对视频进行一个简单的图像处理,减少视频中的干扰信息,这里使用基于
haze-line
的去雾算法对图像进行帧处理,
haze-line
算法以大气退化模型为核心,应用暗原色先验理论,考虑到消防员的营救环境,在大部分情况下,是处于一个烟雾较为密集的环境,
haze-line
算法通过估计初始透射率,正则化和去雾能使视频帧达到相对明亮清晰的状态,且
haze-line
算法在嵌入式板端也可以进行快速运算处理,能满足本发明对于实时性的要求

25.高清的视频无法避免需要更高的压缩比率,否则会因为产生的数据量过大而造成传输问题,本发明使用
h.265
视频压缩技术对产生的图像信息进行压缩,
h.265
技术的特点在于相比其他压缩模式拥有可变量的尺寸

多种的帧内预测模式和更精准的运动补偿,能
实现更高效的传输,也为后续实现对视频的分析提供了更多的细节信息,片中的
venc
模块负责处理编码的工作,将缓存块中的数据按照
h.265
协议的规定进行编码处理放到板内的共享内存空间里,同时
region
模块将气体传感器获取的数据作为视频数据的叠加
osd
显示在视频下方,这部分数据也通过与
venc
编码模块叠加放在同一通道中

26.对实时性的要求主要体现在对流媒体传输技术的应用上,其特点在于流媒体技术具有能传输的数据量大,延迟敏感和持续时间长的特点,无论是在用户层面还是提供给算法决策层面以音视频为主的实时流媒体数据都表现出先显著的优势,基于对要求的现场情况监视数据量比较大,对传输数据的实时性要求较高,而且现场的网络波动可能会对视频码流的传输造成影响的情况下,放弃传统的
ip
网络传输协议,采用实时流式传输
(rtsp)
方式实现视频图像的传输,将临时共享内存中的视频按帧进行流式传输,该步骤主要包含创建
rtsp
服务器,随后进行初始化,规定其
url
和端口等创建服务器所需信息,使用该服务器将数据发送给端口即
url
匹配的上位机端等

27.定位模块分为室内定位模块以及室外定位模块,室外定位依托于
gps
北斗的双模块定位系统即可实现,二者可以实现联合定位,能提供精度更高的定位信息,在室外的火情援助时作用更明显

28.上位机获取到所需的视频监控数据以及定位信息后,可以对视频数据进行进一步的处理,室内定位功能的实现依靠单目
orb-slam
算法,其特征在于,
orb_slam
包含跟踪

建图

重定位

闭环监测几个模块,由于
orb-slam
是基于特征点的
slam
算法,可以实时计算摄像头轨线,并生成场景的稀疏三维重建结果,通过设备上的摄像头获取到图像信息传输并封装后,在上位机端
orb-slam
开始分析获取的图像数据,提取处理关键帧,随后在
ros
中广播,而后通过建图与定位模块从而可以在上位机中获取到当前设备所处的位置,然后需要对当前的数据进行一次分析和回环检测

当前的算法主要是用于进行无
gps
信号下的大致的室内定位,但因为人类的运动具有比较大的不确定性,在进行室内定位的时候,会通过粒子滤波的方法,融合
imu
进行里程估算,产生一个相对可靠的路径

29.通过
nb-iot
,即窄带物联网技术进行通信,连接好相关模组之后进行运营商核心网配置,其低功耗以及支持广域网的蜂窝数据连接,满足火灾场景下工作区域较为广泛,且满足较为及时的汇报与反馈的需要

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