基于ARM的空巢老人远程智能监护系统

摘要

随着我国社会与经济的蓬勃发展，人口流动不断加大，家庭结构也在发生根本性的改变，独居老人越来越多。而社会老龄化的加深，空巢老人家庭的比例必然会快速增长，老年人的安全与健康不仅是家庭问题，也成为社会重大热点问题。针对我国居家老人群体量大和空巢率高的基本特征，本文提出基于社区居家养老监护与服务中心，通过对空巢居家老人的安全、健康和生活状态的多方位信息进行实时采集与智能分析，得出有效的信息和结论，推送到社区监护中心、远端云平台和手机客户端，让社区监护员、子女和民政管理部门能实时监护和掌控老人安全健康信息，即时监护和管理服务的综合解决方案。
　　系统前端基于ARM Cortex-A9构建现场信息采集系统，以嵌入式微控制器FS4412为硬件开发平台，采用Linux操作系统和以太网接口TCP/IP协议设计，实现现场采集信息与云端服务器的通信，并推送到各客户端，实时显示老人现场环境、安全和健康等信息，以及智能分析结果与预判等信息，以达到对老人智能化多方位监护的目标。现场采集信息包括监控视频、室内温度与湿度、红外感应信号、防盗与防火预警等信息。
　　本文对监控视频的处理和智能分析进行深入研究，提出高斯混合建模与背景差分法相结合的算法，实现视频背景与前景的有效分离，并能框定和跟踪目标，生成目标运动轨迹，并解读到监控空间坐标，统计目标活动规律与时限，结合采集的红外感应信号和室内安全信息等进行智能分析，给出老人安全与健康状况预警等级，为相关用户实时推送和共享相关信息，为老人的智能监护提供实时服务干预依据。
　　系统通过构建云端数据库和WEB监护平台，将采集的信息和智能分析结果呈现给用户，对各类用户赋予不同的权限，并可拓展推送到用户的手机客户端。实验测试与运行结果表明，构建的系统达到预期的效果，具有较好稳定、可靠、实时性，并具有较强的可移植性、兼容性和可扩展性，但系统的信息处理的智能化程度与预判信息的精确度有待进一步研究和提高。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 课题的研究意义

1．3 国内外监护发展现状

1．4 研究的主要内容与措施

1．4．1 研究的主要内容

1．4．2 拟采取的措施

1．5 论文的组织结构

2 嵌入式系统设计基础

2．1 嵌入式系统硬件平台的选型

2．2 嵌入式系统软件平台的选型

2．3 交叉编译环境的搭建

2．4 嵌入式Linux操作系统的移植

2．4．1 U-boot的移植

2．4．2 嵌入式Linux内核的移植

2．4．3 根文件系统的建立

2．5 开发板驱动的移植

2．5．1 摄像头

2．5．2 无线网卡

2．6 本章小结

3 远程监护系统的总体方案设计

3．1 系统总体功能

3．2 系统硬件平台搭建

3．2．1 硬件平台总体结构

3．2．2 数据采集端总体设计

3．3 软件设计的整体方案

3．4 系统软件的开发过程

3．4．1 Web服务器BOA模块

3．4．2 mjpg-streamer视频服务器模块

3．4．3 CGI设计

3．4．4 HTML设计

3．4．5 OpenCV移植

3．4．6 基于V4L2的视频图片采集

3．5 本章小结

4 视频采集图像的检测与分析

4．1 视频监控中运动目标的检测的方法

4．1．1 光流法

4．1．2 帧间差分法

4．1．3 背景差分法

4．2 混合高斯背景建模方法

4．2．1 混合高斯模型参数初始化

4．2．2 混合高斯模型的参数更新

4．2．3 背景生成

4．3 混合高斯模型检测法的实现

4．3．1 基于OpenCV的混合高斯模型

4．3．2 基于OpenCV高斯模型的参数更新

4．3．3 视频检测实验结果与分析

4．4 目标的框定和空间动态虚拟

4．4．1 目标的框定

4．4．2 监控目标空间的动态虚拟

4．5 本章小结

5 采集信息的智能处理

5．1 采集信息的分析

5．1．1 信息的数据描述

5．1．2 信息接收模块

5．1．3 sqlite数据库

5．2 采集信息的智能处理方法

5．2．1 采集信息的处理

5．2．2 客户请求的处理

5．2．3 智能预警

5．3 系统测试

5．3．1 监护系统的首页

5．3．2 监护系统的登录页面

5．3．3 实时监控

5．4 本章小结

6 结论

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢