一种校园施工用防护栏监控系统的制作方法

本发明涉及校园施工监控，尤其涉及一种校园施工用防护栏监控系统。

背景技术：

1、在当今社会，随着校园规模的不断扩大和教育资源的增加，学校内部施工项目频繁，如新建学院楼、宿舍和其他设施的建设与维护，这些施工活动虽然是校园发展的必要部分，但同时也带来了一系列安全管理挑战，传统的安全监控系统多依赖于基础的视频监控和人工巡逻，缺乏高效的入侵检测、环境监测和紧急响应机制，难以满足日益增长的校园安全管理需求。

2、此外，环境保护也成为校园施工过程中不可忽视的重要问题，施工活动可能导致的噪音污染、空气质量下降等环境问题，对校园师生的健康和学习环境造成影响，然而，现有的监控系统往往没有将环境监测作为重点，缺少对施工区域内环境状况实时监控和管理的能力，无法及时发现并处理可能的环境安全问题。

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了一种校园施工用防护栏监控系统。

2、一种校园施工用防护栏监控系统，包括视频监控模块、入侵检测模块、紧急响应模块、通讯模块以及环境监测模块，其中；

3、视频监控模块负责实时监控防护栏内外情况；

4、入侵检测模块用于分析视频数据并识别潜在的非法入侵行为；

5、紧急响应模块在检测到入侵时激活警报和通知相关安全人员；

6、通讯模块确保信息流畅传递以及与外界的通信；

7、环境监测模块用于监测施工区域内的环境条件，包括空气质量指数aqi、噪音水平，以确保施工区域的环境安全不会对校园师生造成影响。

8、进一步的，所述视频监控模块包括多个高清摄像头，均匀安装于防护栏上，视频监控模块通过图像处理技术，实时识别和记录防护栏内外的活动，包括人员移动、车辆进出和潜在的安全威胁。

9、进一步的，所述入侵检测模块使用adaboost(adaptive boosting)算法，adaboost通过多个弱分类器来构建一个强分类器，用于提高二分类问题的分类性能,具体包括：

10、特征提取：从监控视频中提取关键特征，关键特征包括移动对象的大小、形状、速度和移动路径；

11、弱分类器的训练：在adaboost算法中训练多个弱分类器；

12、逐步增强：adaboost算法通过迭代过程逐渐增强模型的性能；

13、弱分类器的组合：adaboost算法将所有训练得到的弱分类器按照性能权重进行组合，形成一个强分类器；

14、入侵行为的识别：在完成训练后，强分类器被用于实时视频流中，以识别潜在的非法入侵行为。

15、进一步的，所述adaboost算法具体包括：

16、初始化权重：对于给定的训练数据集(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，其中xi是特征向量，yi是对应的标签(入侵:+1，非入侵:-1)，初始时，每个样本的权重wi设置为

17、对每个弱分类器进行迭代训练：在每次迭代t中，训练一个弱分类器ht(x)来最小化加权错误率：其中，i(·)是指示函数，如果yi≠ht(xi)(即预测错误)，则i(·)＝1，否则i(·)＝0；

18、计算弱分类器的权重：弱分类器ht(x)的权重αt计算为：其中，αt表示该弱分类器在最终决策中的重要性，错误率越低的分类器获得的权重越大；

19、更新样本权重：对于每个样本i，更新其权重为：wi←wiexp(-αtyiht(xi))，然后对所有的wi进行归一化处理，以确保所有的wi的和为1；

20、组合弱分类器：最终的强分类器h(x)是所有弱分类器的加权和，计算公式为：

21、其中，t是总的迭代次数，sign(·)函数根据参数的正负返回+1或-1，代表入侵或非入侵的最终判定。

22、进一步的，所述紧急响应模块具体包括：

23、激活警报系统：紧急响应模块激活内置或外部连接的警报系统，发出声音或光线信号，以警告附近的人员并阻止非法入侵者的行动；

24、发送通知：紧急响应模块利用通讯模块自动向预设的安全人员发送紧急通知，紧急通知包含入侵事件的关键信息，关键信息包括发生时间、地点以及获取的入侵者特征信息，通知方式包括短信、电子邮件、应用推送通知；

25、启动监控录像：为了记录事件并为后续调查提供证据，紧急响应模块将指令视频监控模块在检测到入侵的区域启动或增强监控录像的保存和标记。

26、进一步的，所述通讯模块具体包括：

27、建立统一通信协议：通讯模块采用统一的通信协议来规范视频监控模块、入侵检测模块、紧急响应模块以及环境监测模块之间的数据交换格式和通信规则，确保数据传输的一致性和准确性；

28、多通道通信能力：通讯模块设计包含有线和无线通信能力，根据现场环境和网络状况自动选择最佳的通信路径；

29、加密与安全机制：为保证通信的安全性，通讯模块实施端到端加密技术，确保传输的信息都受到保护，防止数据在传输过程中被截获或篡改；

30、紧急通信优先级管理：在紧急情况下，检测到非法入侵事件，通讯模块能够自动提高紧急信息的传输优先级，确保关键信息及时处理和传达；

31、外部接口与集成：通讯模块提供与外界通信的接口，支持与校园安全网络、当地警方和紧急服务部门的接口对接；

32、网络自适应调整：通讯模块具备网络状态监测和自适应调整功能，根据当前的网络质量和负载动态调整数据传输速率和优先级，确保关键数据及时传输，且优化网络资源的使用。

33、进一步的，所述建立统一通信协议包括统一通信协议的设计、模块间的数据交换实现以及通讯模块的优化与安全性，其中；

34、所述统一通信协议的设计包括：

35、数据交换格式：通讯模块定义一套标准化的数据交换格式，包括数据的编码、结构和类型；

36、通信规则：设定通信规则，包括数据发送频率、重试机制、数据验证和错误处理；

37、所述模块间的数据交换实现包括：

38、视频监控模块向入侵检测模块实时传输视频数据，通讯模块确保视频数据按照规定的格式和协议进行编码和传输；

39、入侵检测模块分析接收到的视频数据，并将检测结果按照统一格式发送到紧急响应模块，通讯模块在发送到紧急响应模块的过程中负责数据的格式化和传输控制；

40、紧急响应模块在接收到入侵警报或环境监测警报时，通过通讯模块按规定协议向安全人员发送警报信息，并激活警报系统；

41、环境监测模块将监测到的环境数据(如aqi、噪音水平)按照统一的数据格式进行分析和处理；

42、所述通讯模块的优化与安全性包括：

43、加密与安全：通讯协议包含数据加密和安全验证机制，以防数据在传输过程中被截获或篡改；

44、性能优化：通过优化通信协议和数据传输机制，通讯模块在不同网络条件下保持数据传输性能，减少延迟和数据丢失。

45、进一步的，所述环境监测模块具体包括：

46、部署环境监测传感器：在施工区域及其周边布置多个环境监测传感器，用于实时采集空气质量指数aqi和噪音水平的环境参数；

47、数据采集与预处理：采集的环境参数通过通讯模块传输至数据处理中心；

48、环境数据分析算法：采用改进的环境质量评估算法对预处理后的环境参数进行分析，计算aqi和噪音水平的实时值；

49、环境安全阈值设定与警报触发：基于校园安全标准，为各项环境参数设定安全阈值，当监测到的aqi或噪音水平超过安全阈值时，环境监测模块将自动触发警报，并通过通讯模块将警报信息发送至紧急响应模块和相关管理人员。

50、进一步的，所述改进的环境质量评估算法包括改进的aqi计算公式以及改进的加权平均噪音水平计算公式，其中；

51、所述改进的aqi计算公式为：

52、

53、其中，c是污染物的浓度，clow、chigh分别是该污染物浓度的低高断点值，ilow、ihigh分别是对应的aqi的低高索引值,tweight是时间权重因子，用于根据施工活动进行时间(如上课时间、放学后)调整aqi值，以反映不同时间段对校园环境质量的敏感度不同，sfactor是区域敏感度因子，根据校园内不同区域对污染的敏感程度进行调整；

54、所述改进的加权平均噪音水平计算公式为：

55、

56、其中，li是在第i个时间间隔内记录的噪音水平，wi是基于噪音级别的基础权重，ti是考虑噪音持续时间影响的权重因子，较长时间的噪音对环境和人的影响更大，ri是根据校园区域(如教学区、宿舍区)和时间段(如考试期间、夜间)敏感性的动态权重调整，lavg是计算得到的时间段内的改进加权平均噪音水平。

57、本发明的有益效果：

58、本发明，通过采用统一的通信协议，确保了视频监控模块、入侵检测模块、紧急响应模块以及环境监测模块之间的数据交换格式和通信规则的一致性，从而优化了信息流的准确性和实时性，确保了系统各部分之间的高效协同工作。

59、本发明，通过图像处理技术和adaboost算法，有效提高了非法入侵行为的识别准确率，此外，环境监测模块能够实时监控施工区域内的空气质量和噪音水平，确保施工活动不会对校园师生造成不利影响。

60、本发明，通过引入紧急响应模块，使得一旦检测到潜在的安全威胁或环境问题，能够立即激活警报并通知相关安全人员，采取相应的预防或应对措施。这不仅大大缩短了响应时间，而且也提高了校园应对紧急情况的能力。