一种基于边缘计算的博物馆火警监控系统
技术领域
本发明涉及火灾监控领域，特别是一种基于边缘计算的博物馆火警监控系统。
背景技术
随着数字视频技术和网络技术的发展，全国重点文物保护单位和国家博物馆大多安装了火警监控系统，对文物保护区域进行火灾预警及检测监控，及时发现并应对火情，减小损失。基于视频监控数据的集中存储、远程调用方式，占用大量存储资源，实时性差，网络带宽要求高，费用昂贵。云计算是近年来快速发展的新型计算模式，云计算技术具有计算能力强大、数据可靠性高、数据扩展性高、成本低等特点，已在火警监测系统中得到广泛应用。但是基于云计算的火警监测系统仍然存在不足，由数据量暴增带来的网络传输拥堵和计算复杂度增强等问题，使得数据在传输过程中时延不断增大，从监控设备采集到的视频图像上传至云计算中心再返回检测结果，给火灾检测带来了新的问题。边缘计算是指在靠近数据源头的边缘侧执行计算的一种新型计算模型。边缘计算模型中边缘设备具有执行计算和数据分析的处理能力，将原有云计算模型执行的部分或全部计算任务迁移到网络边缘设备上，降低云服务器的计算负载，减缓网络带宽的压力，提高数据处理效率。对于文物保护单位和博物馆来说，及时发现火情进行阻止或扑救，有着十分重大的意义与影响。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种基于边缘计算的博物馆火警监控系统，该系统将原有基于云计算和数据中心的部分计算任务，转移到博物馆检测中心即边缘计算模块上，不仅降低云计算中心的处理负担，极大缓解网络带宽与数据中心的压力，而且提高了火警监测的实时性，有效减少或避免文物受损。
技术方案：本发明提出一种基于边缘计算的博物馆火警监控系统，该火警监控系统包括博物馆感知监控设备，博物馆检测中心和云计算中心；博物馆感知监控设备将采集到的数据实时传输到博物馆检测中心，即边缘计算模块，通过边缘计算模块完成火灾检测任务，将处理筛选后的数据传输到云计算中心，云计算中心对各个博物馆的监控画面及数据进行提取，对边缘计算模块传来的火警下达应急指令。
进一步的,所述博物馆感知监控设备包括视频图像采集设备，感烟探测器，感温探测器以及一氧化碳探测器，并通过有线或无线网络将采集的视频图像以及传感器数据实时传输到边缘计算模块。
进一步的，所述博物馆检测中心，即边缘计算模块包括数据汇集单元、数据显示单元、数据存储单元、数据分析处理单元和远程控制单元,数据汇集单元用于接收前端感知监控设备传输过来的监控视频及数据；数据显示单元用于输出监控视频图像和数据；视频和数据基于分布式的模式存储于数据存储单元中，数据存储单元可以对各类数据进行定期删除；数据分析处理单元使用云计算中心提供的火灾识别算法，完成对数据存储单元存储的数据的预处理、图像识别和烟雾识别任务，并将处理后的数据通过网络上传至云计算中心进行进一步处理或存储；远程控制单元用于云计算中心控制前端感知监控设备以及对数据分析处理的单元的算法更新。
进一步的，所述云计算中心的体系架构分为四层，应用层、服务层、硬件层和接入层,应用层为客户端应用提供火警检测的相关服务，例如视频分析模块接口、火灾识别算法接口、火灾预警模块接口，有助于工作人员在客户端更便捷的操作云计算中心提供的功能模块，这些功能模块包括视频数据模块、火警监测模块、火灾报警模块以及算法重配置模块，视频数据模块提供监控视频数据的分布式存储、监控数据实时查询和历史数据下载，火警监测模块配置了火灾识别算法，火灾报警模块提供向云计算中心报警的功能，算法重配置模块提供算法更新与移植的功能；服务层负责系统资源管理和任务管理分配，资源管理包括数据的存储管理和故障检测，任务管理包括任务控制和任务执行；硬件层提供硬件资源，将不同的硬件划分为存储资源、计算资源和网络资源进行管理，存储资源包括大容量的存储设备，计算资源包括运算器等，网络资源包括网络服务器、网卡、网络设备等；接入层为其他模块的数据提供网络接入服务，将火警监测数据和视频图像数据传输至云计算中心。
进一步的，所述数据汇集单元能够直连博物馆感知监控设备，通过前端传输过来的监控视频及数据在数据存储单元中进行存储，并由数据分析处理单元对数据进行分析处理，完成火灾检测任务，并将处理后的数据传输至云计算中心进行存储，当系统监测到火时发出警报，并上报云计算中心。
进一步的，所述边缘计算模块配备视频及数据存储单元，能够对于博物馆感知监控设备采集到的数据进行存储，不必将全部数据上传至云计算中心，将经过处理筛选过后的数据上传至云计算中心进行存储，监测到火情时及时向云计算中心报警，云计算中心可对边缘计算机存储的历史视频及数据进行查看下载或使用。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的技术方案将原有基于云计算中心的部分计算任务，下放到博物馆检测中心的边缘计算模块上，有效降低了云计算中心的处理负担，减缓网络带宽与数据中心的压力，降低了处理和传输时延，提高了火灾检测和预警的实时性。
附图说明
图1为博物馆的火警监控系统框架图；
图2为云计算中心的体系架构图；
图3为博物馆火警监控系统的流程图。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体监控方案。
参照图1，一种基于边缘计算的博物馆火警监控系统：该火警监控系统包括博物馆感知监控设备，博物馆检测中心和云计算中心；博物馆感知监控设备将采集到的数据实时传输到博物馆检测中心，即边缘计算模块，通过边缘计算模块完成火灾检测任务，将处理筛选后的数据传输到云计算中心，云计算中心能够对各个博物馆的监控画面及数据进行提取，调度各个博物馆的火灾检测任务，在监测到火灾时及时进行报警并下达应急指令。
博物馆部署感知监控设备包括视频图像采集设备，感烟探测器，感温探测器以及一氧化碳探测器，实时采集博物馆内的视频图像及烟浓度、温度、一氧化碳浓度数据，并通过有线或无线网络将采集的视频图像以及传感器数据实时传输到边缘计算模块。
博物馆检测中心，即边缘计算模块部署数据汇集单元、数据显示单元、数据存储单元、数据分析处理单元和远程控制单元；数据汇集单元接收到前端感知监控设备传输过来的监控视频及数据；实时的监控视频及数据信息可以通过数据显示单元进行调取查看，还可以调取指定时间指定区域的本地缓存数据进行查看；视频和数据基于分布式的模式存储于数据存储单元中，数据存储单元可以对各类数据进行定期删除，存储单元支持本地播放和远程点播；数据分析处理单元使用云计算中心提供的火灾识别算法，完成对数据存储单元存储的数据的预处理、图像识别和烟雾识别等计算任务，进行数据边缘处理，提高数据分析速度，降低处理和传输时延，实时分析视频内容特征，动态调整视频流参数(帧率、分辨率等)，减少冗余数据，降低存储节点的能耗，提高监控视频分析速度，保证监控的实时性；云计算中心接收边缘计算模块上传的视频并进行存储，还可以通过远程控制单元对前端感知监控设备以及对数据分析处理的单元的算法更新，以及对博物馆检测中心存储的历史视频及数据进行检索回放和下载。
当博物馆检测中心对前端传输来的数据检测到火灾画面或烟雾数据超标时，系统将发出警报，并及时上报云计算中心，检测中心的工作人员接收到警报后，将第一时间查看监控视频进行火情确认，发出火警警报并组织现场人员的撤离，云计算中心根据该区域的文物特征计算出最优的火灾扑救措施，并及时下放到博物馆检测中心，博物馆检测中心接收到云计算中心的命令后执行救火行动。基于边缘计算的博物馆火警监控系统将火灾检测任务下放到边缘计算模块，降低了云计算中心的处理负担，有效降低了处理和传输造成的时延，提高了火灾检测和预警的实时性，当发生火灾时，更快报警并做出应对措施，对于博物馆文物的保护有十分重要的影响。
