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1、 异常行为监控预警系统的设计与实现 潘洋 杨卓宇 王新华 吴亚联摘 要：针对家政服务行业出现的服务人员虐待幼儿和老人事件，设计了一款监控预警系统。基于机器视觉实时监测家庭运动对象，对家装摄像头获取的图像数据进行实时分析与处理，即对所采集的视频进行运动对象提取、追踪，再进行特征提取，将所提取的特征与异常行为特征进行比对，如果服务人员出现异常行为，系统将会给监护人发送预警信息。系统能在服务人员虐待老人、孩子时及时提醒监护人对突发事件进行干预，以免家人受到严重伤害或二次虐待。关键词：行为识别;语音识别;信息传递;机器视觉;ARM9;WiFi：TP391：A：2095-1302（2019）07-00-
2、040 引 言目前家政服務市场缺乏相关法律对其服务进行规范和约束，使得该行业监管缺位，导致家政行业乱象频生。雇主有可能聘请到品行差的保姆，对老人、孩子缺乏耐心，动辄打骂。新闻报道中不乏保姆虐待照顾对象的事件，而现有监测技术只能拍摄图像内容，却无法对图像内容做进一步分析1，当拍摄图像中监测对象出现异常行为时，用户只能通过观看视频才能发现，若未及时发现异常行为，则很有可能造成极坏的结果。针对上述现象，文中设计并开发了一款异常行为安全预警系统，以辅助解决上述问题。本文主要阐述了异常行为监控预警系统的设计与实现过程，为改善家政服务提供思路。1 系统功能分析与总体设计1.1 系统功能分析针对家庭生活场景
3、，监控预警的安全系统主要设计了以下功能。（1）异常行为识别预警。如果摄像头检测到保姆有推搡、打人等不良行为时，系统将通过短信等方式通知监护人。（2）语音求助。用户在危急情况下可以通过语音向监护人求助。（3）远程查看。监护人可以远程在网上查看摄像头的实时录像。1.2 系统功能设计结合家政服务的需求分析，异常行为监控预警系统将ARM9作为控制器，同时还包含WiFi模块、GSM模块、摄像头模块、电源模块、语音识别模块等。摄像头模块获取图像数据，通过WiFi模块传输给ARM9控制器进行图像数据分析处理，语音识别模块用于识别求助信息，GSM模块用于发送信息给监护人2。系统设计框图如图1所示。2 硬件模块
4、设计与实现2.1 智能控制模块智能控制模块将来自其他模块的有效信息进行处理，以控制系统的调度与运行。系统采用基于ARM920T核心，拥有S3C2440A芯片与0.13 ?m CMOS标准宏单元和存储器单元的ARM9核心开发板。电路原理如图2所示。2.2 WiFi模块WiFi模块又名串口WiFi模块，属于物联网传输层，可将串口或TTL电平转为符合WiFi无线网络通信标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE 802.11b.g.n协议栈以及TCP/IP协议栈。传统硬件设备可利用WiFi联入互联网，实现无线智能家居、M2M等物联网应用。系统采用ESP8266 WiFi模块，实现的主要功能包括串口透
5、传、PWM调控、GPIO控制。ESP8266电路原理如图3所示。2.3 GSM模块GSM模块是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块，以及发送SMS短信、语音通话、GPRS数据传输等功能。开发人员使用ARM或者单片机通过RS 232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令控制GSM模块实现无线通信功能，例如发送短信、拨打电话、GPRS拨号上网等。基于GSM模块产品的开发往往基于ARM平台，使用嵌入式系统进行开发。部分GSM模块具有开放内置平台功能，方便客户将自己的程序嵌入到模块内的软件平台中。本系
6、统采用GPRS-GA6模块，电路原理如图4所示。通过GSM模块将信息发送给监护人，方便监护人及时了解家庭情况。2.4 语音识别模块系统采用LD3320语音控制芯片实现简单的语音识别。LD3320芯片上集成有高精度的A/D和D/A接口，无需外部转化电路，即可实现简单的语音识别、声音控制、人机对讲等功能;无需特定人员的语音，只需要将关键词进行动态编辑即可。语音识别模块电路原理如图5所示。3 系统软件设计与实现3.1 软件功能介绍基于机器视觉的家人安全监控预警系统的软件需要在以ARM9为微处理器的控制设备上运行，主要包括行为识别、语音识别及发送。（1）行为识别完成运动检测、目标跟踪、分析识别等任务。
7、（2）语音识别具有结果确认、ASR识别、复位识别等功能。（3）发送具有建立通信连接、发送指令等功能。3.1.1 行为识别端软件功能（1）运动检测：通过摄像头采集的视频数据识别家庭内的运动物体，从序列图像中将变化区域从背景图像中提取出来3。（2）跟踪质心检测：在序列图像中实时找到感兴趣的运动目标，并跟踪质心4-7。（3）分析识别：进行帧间目标特征的匹配，匹配成功则发送预警信息8-9。3.1.2 语音识别端软件功能（1）ASR识别：将人类语音中的词汇内容转换为计算机可读的二进制编码。（2）结果确认：识别流程结束后，查看是否有识别结果。（3）复位识别：当LD模块接收到音频信号时，判断是否获得识别结果
8、，如果没有则重新配置寄存器，准备下一次识别。3.1.3 发送端软件功能（1）建立通信连接：检查模块通信是否正常，配置SIM卡是否就绪，被叫号码是否显示，设置短消息为文本模式。（2）发送指令：发送串口数据。3.2 系统软件设计3.2.1 软件总流程设计系统由行为识别端、语音识别端、发送端构成，摄像头捕捉视频图像传送至行为识别端后开始工作。语音识别模块捕捉声音信息，一旦发现异常行为或求助语音，则发送端开始工作，并将预警信息发送至监护人手机。系统软件流程如图6所示。3.2.2 行为识别端软件流程设计行为识别主要完成对视频图像的分析，及时分析出异常行为，预警监护人10-11，行为识别端软件流程如图7所
9、示。3.2.3 语音识别端软件流程设计语音识别端用于判断是否存在求助语言，其软件流程如图8所示。3.2.4 发送端软件流程设计发送端用于预警短信的发送，发送端软件流程设计如图9所示。4 创新点分析4.1 系統技术先进系统采用基于计算机视觉的人体行为识别技术，是计算机视觉与模式识别领域内一个新兴的研究方向。4.2 智能化应用本系统解决了视频监控网络图像内容分析依靠人工实时观看、手动调阅的问题，节省了人力劳动。4.3 成本低廉、实用性高以ARM系列嵌入式平台作为核心处理器，充分利用了ARM体积小、功耗低、成本低、性能优越等特点。5 结 语本文完成了异常行为监控预警系统的设计，以ARM9微处理器为核
10、心，将硬件传感器模块和系统软件设计相结合，突破了当前家政服务市场的监控盲区。根据识别算法对视频图像进行实时分析处理，整合监控、行为识别及报警功能，在保姆虐待老人孩子时及时警告监护人，提醒监护人对突发事件进行干预，以免对其家人造成严重伤害或二次虐待。随着家庭监控市场的发展与普及，相信异常行为监控预警系统能够有效改善家政服务市场的气象，为家庭成员提供安全保障。参 考 文 献1杨清永.智能分析技术原理及现状J.中国公共安全，2015（5）：142-145.2周真，苑惠娟.传感器原理与应用M.北京：清华大学出版社，2011.3谢敏.视频序列图像中运动目标的分割和识别的研究D.苏州：苏州大学，2002.
11、4王金洋，余红英，樊永生.基于混合高斯模型的运动目标跟踪算法J.中国科技信息，2015（2）：77.5余聪.基于块匹配的光流计算方法研究D.南昌：南昌航空大学，2014.6罗德超.改进均值漂移算法在智能视频监控中的应用D.重庆：重庆大学，2010.7黄超群.基于混合高斯模型和Kalman滤波器的运动目标检测与跟踪D.昆明：云南大学，2010.8李秀秀.基于目标运动特征学习的行为分析D.西安：西北工业大学，2007.9李志娜.智能视频监控中人体异常行为识别研究D.武汉：武汉理工大学，2014.10徐羊元.基于多层特征融合的人体行为识别D.重庆：西南大学，2016.11张广拓.嵌入式网络视频监控系统的研究与设计D.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007. -全文完-
