多功能智能监测系统及监测方法
技术领域
本发明涉及监控设备，具体涉及一种多功能智能监测系统，本发明还涉及该监测系统的监测方法。
背景技术
监控设备作为城市安防和要地防御的重要组成部分，在人们的生活和工作中起到越来越重要的作用。但对于传统的监控设备，尤其在城市安防中，视频采集一直是监控设备最关键或者是唯一的功能。而在要地防御中，除了视频采集之外，目标的位置信息、特征信息也十分重要。
随着科技进步，各种伪装技术和无人机技术的发展，传统的监控设备仅仅通过人眼观察无法及时发现、锁定和应对可疑目标，对于目标信息的搜集也存在一定的滞后和误判，因此，对于监控设备，功能高度集成化、自动化、智能化显得越来越重要。
发明内容
为了使监控设备适应性更强，智能化更高，本发明所要解决的技术问题是提供一种集监控、测距、跟踪、人工智能识别等多种技术于一体的多功能智能监测系统及监测方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种多功能智能监测系统，包括结构模块、温控模块、电气模块、观测模块、伺服模块、跟踪模块及智能识别模块；
结构模块为其它模块营造必需的工作环境，并提供合适的安装面及结构接口；
温控模块设置在结构模块内，与电气模块连接，通过加热、散热和对流调节装置，维持系统内部环境温度在一定范围内，保障其它模块和系统的正常工作；
电气模块设置在结构模块内，与结构模块、温控模块、电气模块、观测模块、伺服模块、跟踪模块连接，承担着系统内部电源、信号传输及对外输入输出的任务；
伺服模块设置在结构模块内，与电气模块和跟踪模块连接，用于实现系统俯仰和方位的转动；
观测模块设置在结构模块内，与电气模块和智能识别模块连接，进行视频采集及目标方位信息搜集；
智能识别模块设置在结构模块内，与观测模块和跟踪模块连接，对采集的视频进行分析，自动识别出目标特征信息；
跟踪模块设置在结构模块内，与智能识别模块、伺服模块和电气模块连接，在智能识别模块自动识别的目标特征信息中，完成对可疑目标的锁定和跟踪。
所述结构模块是在底座上设支架，在支架上设呈椭球流线型的箱体，在箱体的相对两侧分别设呈弧面的侧盖；在箱体的顶部和前部设置有隔热保护层，在箱体内壁上设计有风道，箱体外壁底部设有多组散热筋。
所述温控模块包括温度传感器、低温温控开关、加热装置、高温温控开关、对流风扇，低温温控开关、加热装置和对流风扇电路串联，高温温控开关和对流风扇电路串联；温度传感器时时将监测到的系统内部环境温度上传至电气模块内，进行信号处理和传输；
所述电气模块包括多组电路板、电气线缆及电气接口，整个监测系统对外设计一组电源连接器和网络连接器，所有控制信号和视频信号经过内部电路处理后采用单IP网络信号通过网络连接器输入和输出。
所述观测模块包括连接板以及设置在连接板上的可见光镜头、高清摄像机、红外热像仪、激光测距仪、激光照明器，光轴调节装置与连接板连接，激光照明器的焦距曲线与可见光镜头的焦距曲线拟合匹配，
所述伺服模块包括俯仰伺服组件和方位伺服组件，每个伺服组件均包含一个伺服电机、光栅编码器和光纤陀螺仪。
所述跟踪模块包括跟踪板和视频处理器，跟踪板与伺服模块连接。
所述智能识别模块包括内嵌到观测模块内的人工智能系统和智能芯片，人工智能系统与观测模块连接。
本发明的监测方法步骤为：
（1）.系统开启，进行正常监控，可见光镜头或红外热像仪自动扇形或手动对监控区域进行视频采集，采集到的视频传输到综合控制板和人工智能系统进行分析处理；
（2）.当监控区域有目标活动时，智能识别模块对其进行物体种类、外貌特征识别，并与其数据库信息进行比对，并对目标特征信息进行显示；
（3）.当目标特征与数据库设定的可疑特征匹配时，发出报警提示，并启动激光测距仪和跟踪模块对可疑目标进行测距和锁定，跟踪模块根据可疑目标的运动轨迹自动调节伺服模块进行方位旋转和俯仰转动，保证目标的时时影像呈现在屏幕中心附近区域，直到可疑目标离开监控区域或人工手动退出为止，返回步骤（1），否则继续该步骤的监控；当目标特征与数据库设定的可疑特征不匹配时，将目标特征信息进行标记显示，返回步骤（1）。
本发明对系统温度的监测方法步骤为：
（1）. 温控模块对系统温度进行监控，当系统温度异常并高于设定最高温度时，转步骤（2），当系统温度异常并低于设定最低温度时，转步骤（3）；
（2）. 高温温控开关闭合，对流风扇启动，加速散热，直到系统温度降低到设定的合适温度时，转步骤（1）；
（3）. 低温温控开关闭合，加热装置启动加热，对流风扇启动，直到系统温度升到设定的合适温度时，转步骤（1）。
本发明采用上述技术方案所设计的多功能智能监测系统，不仅增强了传统监控设备的环境适应性和视频采集质量，还实现目标位置信息的测量、目标类型的识别和判断、可疑目标的锁定和跟踪：
第一，多功能智能监测系统采用全曲面流线型结构外形，大幅度降低了风阻系数，使此系统具有更高的抗风性，能够适应更恶劣的大风环境。另外，流线型结构外形更美观，更具艺术感；
第二，观测模块采用箱体外布局、箱体外光轴调节、模块整体安装的设计方式降低了箱体内操作带来的空间局限性及操作难度，提高了光学元器件安装、光轴校准和电路布线的效率；激光测距仪的应用使此监控系统不仅可以被动地“观察目标”，还能够主动地“测量目标”；激光照明器的应用弥补了可见光镜头低亮度环境中观察能力不足的问题，通过激光照明器对低亮度监控区域进行补光操作，使得可见光镜头可以观察到更多的细节；
第三，多功能智能监测系统温控模块通过对温度调节和控制，在不影响性能和外形的前提下，提升了监测系统对于低温和强日照环境的适应能力；
第四，单IP网络信号输入和输出提高了多功能智能监测系统操作便利性，降低了系统控制复杂性和故障率；
第五，能够实现对可疑目标的持续不间断自动跟踪观察，不再需要人工手动控制伺服模块进行跟踪，降低了人工劳动强度；
第六，高清镜头结合人工智能系统，不仅能够看得清，看得远，还能对监控区域目标看得准，解决了人工手动识别难度大、识别频率低、目标易遗漏的问题。
附图说明
图1是本发明多功能智能监测系统结构方框示意图；
图2是本发明多功能智能监测系统外形正面示意图；
图3是本发明多功能智能监测系统外形背面示意图；
图4是本发明多功能智能监测系统内部构造示意图；
图5是本发明多功能智能监测系统观测模块安装示意图；
图6是本发明多功能智能监测系统工作原理示意图；
图7是本发明多功能智能监测系统温控模块工作示意图。
图中：1—侧盖，2—箱体，3—支架，4—底座，5—网络信号连接器，6—电源连接器，7—方位伺服组件，8—高温温控开关，9—加热装置，10—俯仰伺服组件，11—隔热保护层，12—观测模块，13—对流风扇，14—低温温控开关，15—散热筋，16—高清摄像机，17—光轴调节装置，18—激光测距仪，19—激光照明器，20—连接板，21—红外热像仪，22—可见光镜头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明多功能智能监测系统作具体说明。
参见图1至图5，本发明多功能智能监测系统包括结构模块、温控模块、电气模块、观测模块、伺服模块、跟踪模块及智能识别模块。
结构模块为其它模块营造必需的工作环境，并提供合适的安装面及结构接口。结构模块主要由底座4、支架3、箱体2、侧盖1等机加件组成，为了降低系统风阻，提升监测系统的环境适应性，外形上底座4采用风阻系数相对较小的圆柱形结构，支架3则采用一体成型的不规则曲面构建，箱体2被设计成椭球流线型，侧盖1主要迎风面则由弧面构成，与支架3的配合曲面处平滑过渡。
温控模块设置在结构模块内，与电气模块连接，通过加热、散热和对流调节装置，维持系统内部环境温度在一定范围内，保障其它模块和系统的正常工作。温控模块主要由温度传感器、低温温控开关14、加热装置9、散热筋15、隔热保护层11、高温温控开关8、对流风扇13组成。低温温控开关14、加热装置9和对流风扇13电路串联，高温温控开关8和对流风扇13电路串联。温度传感器可时时将监测到的系统内部环境温度上传至电气模块内，进行信号处理和传输。在箱体2的顶部和前部设置有隔热保护层11，可减少外壳和箱体2内部的热传递。另外，在箱体2内壁上设计有风道，箱体2外壁底部设计多组散热筋15。
电气模块设置在结构模块内，与各模块连接，承担着系统内部电源、信号传输及对外输入输出的任务。电气模块由多组电路板、电气线缆及电气接口组成，负责本发明的电源分配、信号处理及传输。整个监测系统对外设计一组电源连接器6和网络连接器5，所有控制信号和视频信号经过内部电路处理后采用单IP网络信号通过网络连接器5输入和输出。
伺服模块设置在结构模块内，与电气模块连接，用于实现系统俯仰和方位的转动。伺服模块由俯仰伺服组件10和方位伺服组件7组成，每个伺服组件包含一个伺服电机、光栅编码器和光纤陀螺仪。方位伺服组件7的伺服电机能够使本发明做方位旋转，光栅编码器用于监测和反馈本发明方位角度信息，光纤陀螺仪既可用于监测本发明方位旋转速度，根据使用场景需要也可用于此系统的视频稳像。俯仰伺服组件10的伺服电机能够使本发明做俯仰转动，光栅编码器用于监测和反馈本发明俯仰角度信息，光纤陀螺仪既可用于监测本发明俯仰转动速度，根据使用场景需要也可用于此系统的视频稳像。
观测模块设置在结构模块内，进行视频采集及目标方位信息搜集。观测模块作为本发明的眼睛，由可见光镜头22、高清摄像机16、红外热像仪21、激光测距仪18、激光照明器19、连接板20和光轴调节装置17组成，区别于传统监控设备需要各个光学元器件单独与箱体2固定安装、分别调节光轴的方式，本发明的观测模块采用箱体外布局、箱体外光轴调节、模块整体安装的设计方式。可见光镜头22和高清摄像机16主要负责白天对监控区域进行视频采集，红外热像仪21则负责夜晚对监控区域红外热影像进行采集，激光测距仪18可对监控目标进行精确的距离测量，不仅可实现对静止目标单次触发单次测距，还可实现对运动目标单次触发连续多次测量，激光照明器19则可以配合可见光镜头22和高清摄像机16在夜晚进行对监控区域进行超远距离、高清细节的观察，将激光照明器19的焦距曲线与可见光镜头22的焦距曲线拟合匹配，使不同视场下输出最合适的激光光斑尺寸，以保证成像质量，弥补红外热像仪21夜晚无法清晰观察目标细节的不足，连接板20和光轴调节装置17负责各光学元器件的安装固定及元器件间的光轴一致性调节。
智能识别模块与观测模块和跟踪模块连接，可以采集的视频进行分析，自动识别出目标特征信息，由跟踪模块完成对可疑目标的锁定和跟踪。智能识别模块主要由内嵌到高清摄像机16内的人工智能系统和智能芯片构成，人工智能系统根据高清摄像机16采集到的视频信息，分析目标形状和目标动态信息，可进行物体类别、车型种类、人脸信息识别和比对，进而发现可疑目标。
跟踪模块设置在结构模块内，与智能识别模块连接，在智能识别模块自动识别的目标特征信息中，完成对可疑目标的锁定和跟踪。跟踪模块由跟踪板和视频处理器组成，既可对地跟踪，也可对空跟踪，跟踪目标选择可手动圈选，也可自动选择。对于系统识别出的可疑目标，进行锁定，跟踪板根据目标大小、运动轨迹和运动速度将伺服运动指令反馈给伺服控制模块，调节方位旋转角度和俯仰转动角度，将跟踪目标视频图像一直保持在屏幕中心附近。
参见图6，本发明的监测方法步骤为：开启工作时，可见光镜头22或红外热像仪21自动扇形或手动对监控区域进行视频采集，采集到的视频传输到综合控制板和人工智能系统进行分析处理，当监控区域有目标活动时，智能识别模块对其进行物体种类、外貌特征识别，并与其数据库信息进行比对，并对目标特征信息进行显示。当目标特征与数据库设定的可疑特征匹配时，发出报警提示，并启动激光测距仪18和跟踪模块对可疑目标进行测距和锁定，跟踪模块根据可疑目标的运动轨迹自动调节伺服模块进行方位旋转和俯仰转动，保证目标的时时影像呈现在屏幕中心附近区域，直到可疑目标离开监控区域或人工手动退出为止。
参见图7，本发明对系统温度的监测方法步骤为：当本发明工作在低温环境，系统内部温度降至设定温度时（优选-20摄氏度），低温温控开关14闭合，电路接通，加热装置9开始加热，同时对流风扇13开始旋转，导致内动气流加速流动，使内部环境温度缓慢上升。当内部环境温度加热到设定温度时（优选-10摄氏度），低温温控开关14自动断开，加热装置9停止加热，对流风扇13停止旋转。当本发明处于光照度较强的区域，系统内部温度升高至设定温度时（优选40摄氏度），高温温控开关8闭合，接通对流风扇电路，对流风扇13启动，内部气流流动加速，热量通过箱体2内壁上的风道和箱体2外壁底部的散热筋15快速释放到外部大气中。当本发明内部温度降至设定温度时（优选30摄氏度），高温温控开关8断开，对流风扇13停止工作。
