基于物聯網技術的智慧小區聯動監控信息集成平臺

王競菲

（泉州信息工程學院 軟件學院，福建泉州362000）

0 引言

智慧小區是基于智慧城市理念形成的一種新型的管理概念.在互聯網、云計算、物聯網等多種信息技術的支持下，將提升住戶生活體驗、維護社區安全作為最終目標，打造一個智能化與安全性高的智慧型小區，為居民提供更為便捷、舒適、安全的生活環境.智慧小區監控系統是安防系統的重要組成成分.隨著相關技術手段的提升與應用，智慧小區監控系統也在不斷更新升級，能夠實現對人物身份、車輛信息的識別以及圖像可視化處理等，大幅度提升小區安全防護水平［1］.

隨著智慧小區建設的不斷推進，采用物聯網技術和視覺信息識別技術進行監控信息集成，能夠提高智慧小區聯動監控和信息管理能力，因此對這方面的研究受到人們的極大關注［2］.智慧社區聯動監控信息集成是智慧社區安防體系中的重要組成部分，對提升社會安全防護水平，加強社區管理力度具有良好的作用.到目前為止，對于信息集成平臺的研究已經取得了一定的進展，如基于Hadoop 系統的信息集成平臺［3］以及基于大數據的信息集成平臺［4］等，但是在實際應用中發現這兩個平臺存在信息查全率與查準率低的問題，難以達到理想的效果.

1 平臺的總體構架設計

本文所設計的聯動監控信息集成平臺采用B/S架構體系，該平臺建立在物聯網交叉組網結構上，在客戶端進行聯網控制［5］.采用嵌入式的B/S 構架結合云平臺，進行平臺架構的模塊化設計，采用VIX 總線控制技術實現平臺的總線規劃設計，在DSP和FPGA集成處理環境中實現智慧小區聯動監控信息集成平臺的硬件開發設計.

智慧小區聯動監控信息集成平臺主要分為用戶控制模塊、數據處理模塊與輸出模塊，總體構架如圖1所示.

圖1 智慧小區聯動監控信息集成平臺總體構架Fig. 1 Overall framework of Intelligent Community linkage monitoring information integration platform

分析圖1可知，該平臺利用用戶控制模塊進行信息輸入控制，在數據處理模塊中進行智慧小區聯動監控信息的集成處理和分析［6］，在輸出模塊中實現對監控信息的圖像顯示和人機交互.

2 平臺的硬件設計與實現

在上述智慧小區聯動監控信息集成算法設計的基礎上，進行系統的硬件設計，并利用物聯網技術實現平臺各個模塊的聯合控制［7］.平臺硬件由信息采集模塊、上位機通信模塊、程序加載模塊和人機交互模塊組成，對各個模塊功能的描述如下：

（1）信息采集模塊.信息采集模塊能夠實現智慧小區聯動監控信息智能采集.采用物聯網組網技術進行小區監控設備組網設計，在ZigBee 組網協議下進行智慧小區聯動監控信息采集節點部署，基于IEEE488.2標準下的Bus總線，進行信息智能采集.其中，信息采集模塊的電路設計如圖2所示.

圖2 平臺的信息采集模塊Fig. 2 Information acquisition module of the platform

（2）上位機通信模塊.采用PCI總線進行智慧小區聯動監控信息集成平臺的嵌入式開發，在ISA/EISA構架模式下進行智慧小區聯動監控信息集成控制，構建上位機通信模塊，實現信息集成控制和輸出轉換控制［8］，在物聯網接口中進行上位機通信設計，得到上位機通信模塊電路如圖3所示.

高校在“愛校”教育上應做到：組織學生學習校史、校歌、校訓、章程等活動，讓學生了解學校的發展歷史，關心學校的建設和發展；組織“知榮辱、守紀律、有品行”主題教育活動，鼓勵學生自覺地踐行社會榮辱觀，遵紀守法，具有良好的道德品行，爭做文明大學生。

圖3 上位機通信模塊電路Fig. 3 Upper computer communication module circuit

（3）程序加載模塊.采用ADSP-BF537BBC-5A進行智慧小區聯動監控過程的程序加載，在Linux內核配置程序中實現智慧小區聯動監控信息集成和程序加載，程序加載模塊的電路設計如圖4所示.

圖4 程序加載模塊Fig. 4 Program loading module

（4）人機交互模塊.在人機交互模塊中采用16位的196.608KSa/Sec/Chan數字化儀HP E1433A進行智慧小區聯動監控信息集成平臺人機交互，得到人機交互模塊的電路設計如圖5所示.

圖5 人機交互模塊電路設計Fig. 5 Circuit design of human-computer interaction module

綜上分析，實現物聯網技術下的智慧小區聯動監控信息集成平臺優化設計.

3 信息集成算法設計

以上述設計的智慧小區聯動監控信息集成平臺為基礎，進行信息集成處理，結合模糊信息融合技術［9］，構建信息統計分析模型.假設σ表示的是利用物聯網技術進行智慧小區聯動監控信息采樣的初始節點，對物聯網節點采集的信息分量x(tn+1)進行模糊加權，從而得到信息統計樣本分布集為：

式中，IM表示模糊加權系數，Rm×m表示樣本集合.

采用網格分塊化監控方法，進行智慧小區聯動監控的終端融合處理［10］，構建信息優先級列表，排序為：

采用物聯網技術進行智慧小區聯動監控信息的輸出狀態特征轉換，得到轉換輸出為：

式中，eλ1表示信息聚合參數，Xm+1(i)表示輸出轉換參量，Xk+1(i)表示信息輸出狀態特征參量.

采用圖像融合技術，對監控信息進行圖像邊緣重構，輸出重構信息為：

假設智慧小區聯動監控信息的圖像視覺分布的期望值為mk、標準差為εk，對智慧小區聯動監控信息的圖像視覺分量?kj進行模糊度預測，建立智慧小區聯動監控信息預測的優化迭代模型［11］，產生的一組替代的信息時間序列yk，得到監控信息融合結果為：

在智慧小區聯動監控信息高斯分布集合N中產生一個初始值x0，結合模糊狀態預測方法，得到信息的高階累積特征量為si=(xi,xi+τ,???,xi+(m-1)τ)T，該特征量是一組短時離散信息分布集，在智慧小區聯動監控信息融合的嵌入空間中，構建監控信息同步控制函數，表示為：

結合空間均衡調度方法，構建智慧小區聯動監控信息集成的狀態空間均衡性控制，表示為：

智慧小區聯動監控信息集成輸出的特征分解表達式為：

式中，表示信息集成輸出特征參量.

通過子空間信息聚類方法，從L+1 到2L維依次對智慧小區聯動監控信息的空間融合，得到信息集成的模糊類推式為：

設計對智慧小區聯動監控信息集成算法，結果表示為：

4 實驗測試分析

通過實驗測試本文設計的智慧小區聯動監控信息集成平臺的實際應用效果.仿真測試環境為Visual DSP++，設定智慧小區聯動監控信息集成平臺的幀動態采集頻率為12 KHz，分辨率為24 KBps，物聯網監測節點數量為2 000，根據上述仿真參數設定，測試智慧小區聯動監控信息集成平臺的綜合性能.

由于基于Hadoop系統的信息集成平臺設計方法與基于大數據的信息集成平臺設計方法以及研究方法都是在云平臺上開發的，但是這三種方法在信息集成平臺設計過程中使用了不同的架構，為比較不同方法的綜合性能，因此將這三種方法作為實驗方法.

比較了不同平臺的信息查準率和查全率，得到測試結果如圖6和圖7所示.

圖6 查全率比較Fig. 6 Recall ratio comparison

圖7查準率比較Fig. 7 Precision ratio comparison

分析圖6和圖7得知，與文獻方法相比，研究方法的信息查全率和查準率較高，原因在于文獻方法不能實現監控信息的快速同步，導致這兩個平臺的適用性差，而研究方法在智慧小區聯動監控信息融合的嵌入空間中，構建監控信息同步控制函數，結合子空間信息聚類方法進行信息空間融合，實現監控信息集成，因此平臺具有較高的查全率與查準率.

測試不同方法的集成時間，得到對比結果見表1.

表1 集成時間對比Tab. 1 Comparison of integration time

分析表1可知，基于Hadoop系統的平臺設計方法的集成時間在15.45～28.44 ms之間變化，基于大數據的平臺設計方法在12.34～32.13 ms之間變化，而利用研究進行智慧小區聯動監控信息集成的時間開銷較小，集成效率較高.原因在于本文采用IEEE488.2標準下Bus總線協議進行集成平臺的物聯網組網監控設計，這種方法能夠有效提升數據傳輸效率，縮短了信息集成的時間開銷.

5 結語

為建設智慧小區，必須要加強安全防范措施，提高小區治安管理的科技含量.本文以智慧小區聯動監控系統為切入點，基于物聯網技術構建了一種高性能的信息集成平臺，旨在構成一個多種防范手段、多道防線、安全可靠、管理靈活的智慧小區聯動監控體系.主要采用智能化的信息處理和物聯網組網技術，進行智慧小區聯動監控信息采集，對采集到的智慧小區聯動監控信息進行處理，完成構建智慧小區聯動監控信息集成平臺的總體構架的設計.采用交叉編譯技術進行智慧小區聯動監控信息的嵌入式加載和輸出轉換控制，在人機交互模塊中采用16位的196.608KSa/Sec/Chan數字化儀HP E1433A進行智慧小區聯動監控信息集成控制，在DSP集成信息處理環境下實現智慧小區聯動監控信息集成平臺的硬件設計.采用物聯網技術進行平臺的聯合控制，結合空間均衡調度方法，進行智慧小區聯動監控信息集成的狀態空間均衡性控制，通過子空間信息聚類方法進行信息空間融合，完成智慧小區聯動監控信息集成算法設計.分析得知，本文方法的信息查全率與查準率高，集成效率高，綜合性能較強.本文研究為智慧小區聯動監控系統信息集成技術的進一步發展提供了新思路，提升了智慧社區監控系統的性能，增強社區生活的舒適性與安全性.