基于矿山物联网的移动视频监控系统关键技术研究

摘要

采矿是一个高危行业，据国家安全监督管理总局网站报道，2015年1月到9月，仅煤矿事故全国共发生256起、死亡420人。因而合理的构造矿井下安全检测系统，充分发展矿井安全设备尤为重要。目前，矿山物联网的研究已经取得了一定的成果，它从从系统工程的角度对矿山生产进行统一的自动化调度管理，本课题基于矿山物联网的概念，将井下人员与智能头盔整合为特殊的移动式智能节点，嵌入人员定位系统、环境监测传感器，使其具有通信、环境监测、定位、视频监控的功能。人获取信息的主要途径是通过图像，因此视频监控是井下对象监控的重要组成部分。而目前主流的视频监控形式是在固定位置安装探头采集图像，布置有线网络传输数据。这种监控方式难以适应井下复杂多变的环境，尤其是不能对硐室机电设备的运行状态、采掘工作面的突水突岩隐患等进行有效监控。相比之下，移动视频监控能很好地满足井下使用的要求。本课题的意义在于，提供一个可离线工作的视频监控系统，用以解决生产盲区巡检、安全监控和位置等状态检测跟踪的难题。
　　课题的创新点在于1）提出了一种可在线/离线工作的无线视频监控模式，融合定位信息，为管理者提供直观、形象的监控效果，在网络信号覆盖有限的区域实现“拟实时”的视频监控。该监控系统分为移动端和管理端两部分，移动端采用海思Hi3516A平台，管理端采用C++开发，界面基于Qt，解码内核基于FFMPEG框架。经过测试，已经实现了录像离线保存、在线传输、位置信息和录像信息匹配的功能，能解决信号覆盖范围小的问题。2）提出了将H.265/HEVC用于井下移动视频监控的方案，H.265/HEVC，在保证视频质量不变的情况下，能将码流降低50％。由于嵌入式设备计算能力和井下无线通信带宽的双重限制，H.265/HEVC复杂的算法在实际应用中存在困难，本文对算法进行去复杂化处理，在保证视频质量的前提下，提高编码速度。本文对编码选项进行测试，选取了一系列有代表性的编码选项进行实验，最后推荐了一个快速编码的参数组合，在视频质量相差不多的情况下，编码时间仅为原来的37％。有效地提高了编码的速度。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 矿山物联网研究现状

1．2．2 视频监控研究现状

1．2．3 编解码研究现状

1．2．4 无线网络上的流媒体技术现状

1．3 研究内容和主要工作

1．3．1 矿井下移动视频监控移动端开发

1．3．2 矿井下移动视频监控管理端开发

1．3．3 H．265／HEVC编码算法的参数优化研究

1．4 章节安排

第二章 基于智能头盔平台的移动视频监控平台设计

2．1 智能头盔平台介绍

2．2 移动视频监控系统的软件需求分析

2．2．1 编码软件需求分析

2．2．2 移动视频监控管理软件功能需求分析

2．3 整体实现方案

2．3．1 移动视频监控硬件平台介绍

2．3．2 移动视频监控系统的管理软件实现方案

2．4 本章小结

第三章 移动视频监控平台软件设计和实现

3．1 移动视频监控系统移动端

3．1．1 移动端软件的总体设计

3．1．2 系统控制模块

3．1．3 视频输入模块

3．1．4 视频处理模块

3．1．5 视频编码模块

3．1．6 无线传输模块

3．2 移动视频监控系统管理端

3．2．1 管理端软件的总体设计

3．2．2 设备发现及预览模块

3．2．3 地图模块

3．2．4 录像下载模块

3．2．5 录像回放模块

3．3 移动视频监控系统的功能验证

3．3．1 测试环境

3．3．2 设备列表功能验证

3．3．3 多路视频预览功能验证

3．3．4 地图功能验证

3．3．5 录像下载功能验证

3．3．6 录像回放功能验证

3．4 本章小结

第四章 H．285／HEVC快速编码参数研究

4．1 引言

4．2 HEVC概述及参数选择

4．2．1 HEVC概述

4．2．2 HEVC参数选择

4．3 实验研究

4．3．1 实验平台及配置

4．3．2 实验方法

4．3．3 参数优化的实验结果和分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果及参与的项目