（机械电子工程专业论文）智能建筑安防监控中摄像系统优化设计.pdf

摘要 摘要 安全防范技术作为一门相对年轻的学科，在对维护社会公共安全方面 显示了巨大的作用。随着社会的发展，人们对自身所处环境的安全性越来 越关心，对安全防范的需求也愈加迫切。在智能建筑中，如何利用现代控 制技术、网络技术、多媒体应用技术、计算机信息管理技术构筑新一代的 安全防范系统是人们关注的热点之一。 本课题是为重要建筑物的安防设计系统设计和施工单位开发一套基 于a u t o c a d 的实用智能化c a d 系统应用工具，以提高了企业的设计速度和 质量以及企业的经济效益。该工具能使安防系统的设计施工进度大大提 高，缩短工程周期。工具中的算法理论计算有利于克服各个施工单位凭经 验设计施工带来的局限性。传统的c a d 软件和新开发的c a d 软件都没有关 于监控设备安装设计的功能，集成度低软件操作复杂，效率较低，缺少给 用户一些专家的建议，智能化的工具参数化设计功能不够强大。因此通过 把智能化技术引入到安防监控中的摄像系统的设计中，可以相当出色地完 成上述安防监控系统很难完成的任务，并达到良好的效果。另外，该课题 的研究思路和开发方法可以方便地推广到其他c a d 软件的开发中。由此可 见，本课题具有广泛的实用意义和一定的学术价值。 本课题的研究方法是利用a u t o c a d 二次开发技术、信息技术、计算几 何和运筹学的优化理论对监控设备的安装设计作较为详细的分析，从而建 立监控摄像系统设计计算的有关算法，利用v i s u a ll i s p 和c 语言等开发 工具编制了相应的安防设计系统工具，并在实际中得到应用。 关键词：安防系统；设计；监控点；a u t o c a d 二次开发 广东t 业人学- t 学硕i j 论文 a b s t r a c t a l t h o u g ht h et e c h n o l o g yf o rs a f e t ya n dd e f e n s ei sr e l a t i v e l yy o u n g ，i th a s a l r e a d yp l a y e dav e r yi m p o r t a n tr o l ei np u b l i cs a f e t yf o ro u rs o c i e t y w i t h t h e d e v e l o p m e n to ft h es o c i e t y ，p e o p l ea r em o r ea n dm o r ec o n c e r n e dw i t ht h e s a f e t y o fe n v i r o n m e n tt ot h e m s e l v e s s ot h a t t h e yr e q u i r e a s a f e t y e n v i r o n m e n tb a d l y t h u s ，i na ni n t e l l i g e n tb u i l d i n g ，h o wt ou s em o d e r n c o n t r o lt e c h n i q u e ，n e t w o r kt e c h n i q u e ，m u l t i - m e d i aa p p l i c a t i o nt e c h n i q u e ，a n d c o m p u t e ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tt e c h n i q u et of o r man e ws a f e t y d e f e n s e s y s t e mb e c o m e sah o tp o i n t t h i sw o r ka d d r e s s e st h ea u t o m a t i cd e s i g np r o b l e mo fs a f e t ya n dd e f e n s e s y s t e m f o r i n t e l l i g e n tb u i l d i n g s t h eg o a l o ft h i s s t u d yi s t o d e v e l o p t e c h n i q u e sb yu s i n ga u t o c a da sat o o ls ot h a tas o f t w a r es y s t e mc a nb e d e v e l o p e dt o a i de n g i n e e r si nd e s i g n i n gm o n i t o r i n gs y s t e mf o ri n t e l l i g e n t b u i l d i n g b yu s i n gt h i sd e s i g ns y s t e m ，d e s i g ns p e e dc a nb ei n c r e a s e d ，q u a l i t y c a nb eg u a r a n t e e d ，m o r ep r o f i tc a nb eo b t a i n e d t h i ss o f t w a r ec a na l s o e n h a n c et h ep r o c e s so f d e s ig na n di m p l e m e n t a t i o no fs a f e t ya n dd e f e n s e s y s t e m ，a n d a l s os h o r t e nt h et i m e c y c l e o fe n g i n e e r i n gf o r i n t e l l i g e n t b u i l d i n g s w i t ha c c u r a t ea l g o r i t h m sa n dt o o l si n t h es o f t w a r es y s t e m ，t h e d e s i g no fs a f e t ya n dd e f e n s es y s t e mi sn ol o n g e rd e p e n d e n to ne x p e r i e n c e so f d e s i g n e ra n do p e r a t o ro fc o n s t r u c t i o nu n i t s t h ec o m m o n c a ds o f t w a r el a c k s t h ef u n c t i o no ft h ed e s i g n i n gm o n i t o r i n gp o i n t s ，i t si n t e g r a t i o nd e g r e ei sl o w ， a n dt h e o p e r a t i o n s a r ec o m p l e x m e a n w h i l e ，c o m m o nc a di sn o ta n i n t e l l i g e n ts y s t e ma n di t sp a r a m e t e r i z a t i o nd e s i g ni sn o ts t r o n ge n o u g h ，s oi t i sn o te f f i c i e n tf o r s a f e t ya n dd e f e n s es y s t e md e s i g n b yi n t r o d u c i n g i n t e l l i g e n tt e c h n o l o g yi n t ot h ec m e r as y s t e mi nt h i sw o r k ，i tc a ne x c e l l e n t l y c o m p l e t ea n di m p l e m e n tt h et a s k t h a tt h et r a d i t i o n a ls a f e t ya n dd e f e n s e s y s t e mc a n n o t ，a n dab e t t e rr e s u l tc a nb eo b t a i n e d m o r e o v e r ，t h ei d e aa n d m e t h o du s e di nt h i sw o r kc a nb ea p p l i e dt od e v e l o po t h e rs y s t e m sb a s e do n c a ds o f t w a r e t h u s ，i ti s m e a n i n g f u l i nb o t ha c a d e m i c a n d p r a c t i c a l i l a b s t r a c t a p p l i c a t i o n s i nt h i sw o r k ，w eu s ea u t o c a d - b a s e d d e v e l o p m e n tt e c h n i q u e ， i n f o r m a t i o nt e c h n i q u e ，c o m p u t a t i o n a lg e o m e t r y ，a n do p e r a t i o nr e s e a r c ht o a n a l y z et h ei n s t a l l a t i o no fm o n i t o r i n gc a m e r as y s t e mi nd e t a i ls ot h a tt o c o m p l e t et h ed e s i g n i nt h i sw a y ，w ep r e s e n ta l g o r i t h m sa n dt o o l sf o rt h e d e s i g no ft h em o n i t o r i n ge q u i p m e n ti n s t a l l a t i o nb yu s i n gv i s u a ll i s pa n dc a s p r o g r a m m i n gl a n g u a g e s k e yw o r d s ：s a f e t ya n dd e f e n s es y s t e m ；d e s i g n ；m o n i t o r i n gp o i n t ； a u t o c a d - b a s e dd e v e l o p m e n t 独创性声 蝈 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的研究成果，不包括 本人或其他用途使用过的成果。与我一起工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导老师签字： 论文作者签字： 乃鸦 盥竿弘 二零零八年四月二十五日 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 智能建筑是信息时代的必然产物，安全防范( 简称安防) 自动化技术是 智能建筑弱电技术中的一项重要技术。它综合应用了计算机网络技术、现 代通讯技术、现代自动控制技术、图象显示技术等现代科技，以实现各种 安全防功能及其管理功能。该项技术应用于智能建筑方面就构成了智能建 筑安防系统，安防系统是智能建筑方面的一个重要子系统【l 】。随着信息产 业的迅猛发展，智能建筑安防系统在公共安全中的重要性就日益突出，人 们对智能建筑的安全性能的要求越来越高。公共安全成为了整个社会十分 关注的问题之一，智能建筑安防系统也应运而生，智能建筑监控中的摄像 系统设计必将得到进一步发展。一个安防系统设计的好坏，直接影响到监 控的效率。 由项目基于仿真的可视化智能建筑安防系统设计系统研究的可行 性分析报告可知，各种建筑设施中安防监控系统是公共安全的一个重要的 环节，几乎在所有较为重要的建筑物中都安装了安防监控系统。由于不同 的建筑物的结构不同、重要程度不同，对智能建筑安防系统的要求也就不 同。这就给智能建筑物安防系统的设计带来挑战： 1 ) 每一座建筑物需要设计不同的系统，工作量巨大，设计时间长； 2 ) 如何验证设计的系统满足用户的要求是一个没有解决的问题； 3 ) 即使设计者知道所设计的系统能够满足用户的要求，但设计者缺乏有 效的手段去给用户显示； 4 ) 在安防系统设计中需要选择各种各样的监控装置，这些装置的技术参 数各不相同，如何根据需要选择合适的装置，以最低的成本达到最佳 的效果是设计人员追求的目标。 从安防系统的情况看，智能建筑是未来最具发展潜力的安防系统应用 领域，即其在未来的需求潜力巨大。机场、海关、公安部门的安防需求比 1 东工业人学t 学硕i j 论文 较稳定，其次是金融、交通、教育和电信方面。在监视产业方面，估计到 2 0 0 8 年中国市场总额可达到10 亿美元( 不含工程费用) ，市场规模巨大。 业内人士对安防产品应用领域需求情况的发展预测包括以下方面：安防工 程数量会持续高速增长；智能楼宇、各类学校的安防设备需求将会快速增 长；奥运、亚运带来的商机，会极大地刺激需求；监控市场需求会有很大 增长，中长期看，这种需求会渐趋稳定。因此基于未来大量的安防工程投 入使用，智能建筑安防监控设计系统能节省施工单位大量的设计施工时 间，由此而开发出来的产品将具有广阔的市场前景。 对于各类重要的建筑物而言，如银行、保险、税务等建筑物，安防系 统的有效设计，将会使这些建筑的监控有效性大在增强，从而可提高安全 性，降低犯罪率。而对于大型运动会、展览会、大型聚会等场合的安防系 统设计，由于有时间方面的要求，如果通过试凑的方法来施工的话，可能 会延误时间，并可能存在很多监控盲点，而这些盲点将给犯罪分子提供可 趁之机。因此安防监控设计系统的软件开发非常迫切。 1 2 智能建筑安防系统的概述 1 2 1 智能建筑的概念 建筑是一个统称，它包括建筑物和构筑物两类。凡是供人类在其中生产、生 活或其它活动的房屋或场所都叫“建筑物”，如住宅、学校、办公楼等。而人们不 在其中生产、生活的建筑则叫“构筑物，如纪念碑、水塔堤坝、桥梁等。智能建 筑( i n t e l l i g e n tb u i l d i n g ) ，不仅仅指智能化民用建筑中的商业楼，而且还应包括智 能化小区，因此智能建筑、智能大厦及智能小区关系可以用图1 1 描述。 图1 - 1 智能建筑、智能大厦及智能小区的关系 2 第一章绪论 f i g 1 1t h er e l a t i o no f t h ei m e l l i g e n tb u i l d i n g s ，e d i f i c ea n dr e g i o n 在我国，智能建筑被广泛接受的描述性定义【2 l 为通过对建筑的结构、系统、 服务和管理四大基本要素以及它们之间的内在联系，以最优化的设计，采用最先 进的计算机技术( c o m p u t e r ) 、控制技术( c o n t r 0 1 ) 、通信技术( c o m m u n i c a t i o n ) 和图 形显示技术( c r t ) 的所谓4 c 技术，建立一个由计算机系统管理的一体化集成系统， 提供一个投资合理、又拥有高效、舒适、便利、高度安全的环境空间。同时，智 能建筑能帮助业主和物业管理者在费用开支、商务活动和人身安全等方面的利益 有最大回报。 这一描述包含两层含义：一是智能建筑对使用者的承诺，要求提供 全面的、高质量的、安全舒适的、高效快捷的灵活应变的综合服务功能。二是智 能建筑应具备的特征，采用多种信息的传输、处理、监控、管理以及一体化集成 的高新技术，以实现信息、资源共享，达到建设的投资优化，运营的低成本和高 回报。从这个定义可以看出，只要是带有智能化的建筑物，并具有这样的目标， 便可称之为智能建筑。 智能建筑是以建筑为平台，兼备建设设备、办公自动化及通信网络系统，集 结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、 舒适、便利的建筑环境。我国的这个定义是人们在对国内外很多智能建筑定义分 析和研究后建立起来的概念1 3 】。 智能建筑的基本内涵是，以综合布线系统为基础，以计算机网络为桥梁，综 合配置建筑及建筑群内的各功能子系统，全面实现对通信网络系统、办公自动化 系统、建筑及建筑群内各种设备( 空调、供热、给排水、变配电、照明、电梯、消 防、安全防范) 等的综合管理【4 】。 1 2 2 安全防范的概念 对于智能建筑而言，有安全保障系统是第一重要的，安全防范系统是保障智 能建筑能够正常运行必不可少的系统。安全防范系统是以维护社会公共安全为目 的，以现代电子技术、传感技术和计算机网络技术为基础研发安全防范设备【4 j 。 运用安全防范产品和其他相关产品所构成的系统，或是由这些系统为子系统组合 或集成的电子系统或网络【3 】。 安全防范包括人力防范( p e r s o n n e lp r o t e c t i o n ) 、物理防范( p h y s i c a lp r o t e c t i o n ， 也称为实体防护) 和技术防范( t e c h n i c a lp r o t e c t i o n ) 三个方面的综合防范体系。 广东t 业人学工学硕j j 论文 对于保护建筑物目标来说，人力防范主要有保安站崴、人员巡更、报警按钮、有 线和无线内部通信；物理防范主要是实体防护，如周晃栅栏、围墙、入口门栏等； 技术防范则是以各种现代科学技术、运用技防产品、实旌技防工程为手段，以各 种技术设备、集成系统和网络来构成安全保证的屏障。 安全防范需贯彻“技防、物防、人防 三种基本手段相结合的原则。任何安 全防范工程的设计，如果背离了“技防、物防、人防 相结合的原则，不恰当的、 过分地强调某一手段的重要性，而贬低或忽视其他手段的作用，都会给系统的持 续、稳定运行埋下隐患，使安全防范工程的实际防范水平不能达到预期的效果。 1 人力防范( 人防) ( p e r s o n n e lp r o t e c t i o n ) 。执行安全防范任务的具有相应素质 人员或人员群体的一种有组织的防范行为( 包括人、组织和管理等) 。 2 实体防范( 物防) ( p h y s i c a lp r o t e c t i o n ) 。用于安全防范目的、能延迟风险事件 发生的各种实体防护手段，包括建( 构) 筑物、屏障、器具、设备、系统等。 3 技术防范( 技防) ( t e c h n i c a lp r o t e c t i o n ) 。利用各种电子信息设备组成系统或 网络以提高探测、延迟、反应能力和防护功能的安全防范手段。 安全防范是指以维护社会公共安全为鹜的，综合运用安全防范技术和其 也科 学技术，为建立具有防入侵、防盗窃、防抢劫、防破坏、防爆炸安全检查等功能 ( 或其组合) 的系统两实旌的工程，通常也称为技防工程。 安全防范有三个基本防范要素，即探测( d e t e c t i o n ) 、延迟( d e l a y ) 、和反应 ( r e s p o n s e ) 。首先，要邋过各种传感器和多种技术途径( 如电视监视和门禁报警 等) ，探测到环境物理参数的变化或传感器囱身工作状态的变化，及时发现是否有 人强行或非法侵入的行为；然后，通过实体阻挡和物理防护等设施来起到威慑和 阻滞的双重作用，尽量推迟风险的发生时间。理想的效果是在此段时间内使入侵 不能实际发生或者入侵很快被中止。最后，是在防范系统发出警报后采取必要的 行动来制止风险的发生，或者制服入侵者、及时处理突发事件、控制事态的发展。 安全防范的三个基本要素中，探测、反应、延迟的时间必须满足公式t 樱涮+ t 反应t 延迟的要求，必须相互协调。否则，系统所选用的设备无论怎样先进，系 统设计的功能无论怎样多，都难以达到预期的防范效果冽。 总之，安全防范就是保障人们在生产、生活和一切社会活动中人身、生命、 财产和生产、生活设施不受侵犯，防止侵害行为的总称1 5 j 。 4 第一章绪论 1 2 3 国内外研究现状 根据广东暨通发展有限公司委托广东省科学技术情报研究所的智能建筑安 防系统科技查新报告，国内仅见有实现安全监控功能的安防系统的文献报道和具 体一个建筑物的方案研究设计。所述的智能建筑安防系统主要通过对楼宇的综合 布线，闭路电视监控( 多媒体) ，防盗报警等实现一种安全监控，与本课题关于监 控设备的优化布置不同。未见国内有可在a u t o c a d 基础上通过二次开发来实现 各类算法及建立数据库，直接利用建筑物的设计图纸进行安防系统的设计，以及 通过参数化设计和优化设计等技术特点的智能建筑安防系统设计系统的研究的文 献和成果报道。国外有关于艺术画廊问题的理论探索研究，并未见国外有关基于 a u t o c a d 的智能建筑安防设计工具的开发。 目前，有许多公司从事各种工程c a d 应用软件的开发研究，并推出了许多 功能强大的应用系统。然而相对而言，专门从事通用c a d 应用软件开发并能推 出商品化实用系统的公司和研发人员还是少数。任何一个通用c a d 软件都不可 能解决某个特定行业用户在产品设计与制造的全部问题。所以，在c a d 应用领 域，更多的用户和技术人员要在基于某个应用系统( 如c a t i a 、u g 、p r o e 和 a u t o c a d 等) 的基础上，针对企业或行业的特殊需求进行二次开发，以满足本企 业或某行业在产品设计、制造上的特殊要求，或针对c a d 的某个应用领域进行 专用c a d 软件开发，以完成特殊的造型、计算、分析等专业应用要求1 6 j 。根据在 i n t e m e t 上查阅的有关资料，深圳清华斯维尔软件科技有限公司有基于a u t o c a d 关于建筑设计和建筑经济方面的软件开发，杭州家园科技有限公司有基于 a u t o c a d 有关园林城市设计方面的软件开发，尚未有基于a u t o c a d 有关智能建 筑安防监控系统方面软件的开发。 1 3 系统开发的意义 本论文就是利用信息技术、计算机强大的计算能力和a u t o c a d 的图形功能 及二次开发技术，借助计算几何的相关算法和运筹学的优化理论对监控系统的摄 像部分硬件设备进行参数化布置以及优化布置。为智能建筑安防设计施工单位提 供一套集监控点的设计、监控效果的分析和监控摄像系统参数化选择等为一体的 智能建筑安防监控摄像设计系统。传统的c a d 软件都是关于建筑或机械方面的 广东工业人学t 学硕i ：论文 一般设计功能集成软件，没有关于监控点的设计功能集成。因此，本课题拓展了 c a d 的设计功能，能提高安防设计施工单位的设计速度和施工质量，以便缩短设 计周期，提高设计效率，节约施工成本，从而推动安防行业设计施工技术的进步。 由此可见，本系统的研究和开发，对智能建筑安防监控系统的设计和实施具有重 要的意义，不仅可以促进安防监控系统设计方面的技术进步，还可以使许多建筑 施工单位取得显著的经济效益和社会效益，也具有广阔的应用前景。该课题的研 究思路和方法，可以方便地推广到其他c a d 软件的开发中。总之，本课题具有 广泛的实用意义和一定的学术价值。 1 4 开发环境及开发工具 a u t o c a d 软件是目前工程设计中应用较广的软件，它是由美国a u t o d e s k 公 司开发的通用计算机辅助设计软件，广泛应用于机械、建筑等行业。a u t o c a d 提 供了a u t ol i s p 、a d s 、a r x 等内嵌式编程语言，用户可以利用这些编程语言 进行二次开发，扩充a u t o c a d 的功能。 1 4 1l i s p 概述 l i s p 语言( 1 i s tp r o c e s s i n gl a n g u a g e ) 是人工智能学科领域中广泛采用的一种设 计语言，是一种计算机表处理语言，又称为符号式语言( s y m b o l i cl a n g u a g e ) 。5 0 年年代末，j o h nm e c a r t h y 为支持a l o n z oc h u r c h 的入微积分而发明了l i s p 语言。 以后十多年的发展过程中，l i s p 语言产生了多种版本，比如m a cl i s p 、i n t e rl i s p 、 z e t al i s p 、c o m m o nl i s p 等，主要用于人工智能、机器人、专家系统、博弈、定 理证明等领域。其中，c o m m o nl i s p 是美国的几所大学( m i t 、s t a n f o d 、c m u 、 r u t g e r s 等) 和工业界( b e l l 实验室、d e c 公司、h p 公司等) 的人工智能研究人员 协同推出的，它概括了m a cl i s p 、i n t e rl i s p 、z e t al i s p 等版本的特点，功能较 强且拥有其他版本的一些优点，是目前l i s p 语言比较完整的版本【_ 丌。 l i s p 语言的内部数据结构非常适合用表表示，而且表中还可以嵌套其他的 表，这种构成表的符号表达式包括在一对括号中。这种符号表达式( s y m b o l i c e x p r e s s i o n ) 是l i s p 语言中最基本的数据类型，处理符号是l i s p 语言的特性之一， l i s p 语言的程序和数据都以符号表达式的形式表示，也就是说，一个l i s p 程序 可以把另一个l i s p 程序作为它的数据处理。所以，l i s p 很容易去定义和调用用 6 第一章绪论 户编写的函数，这使得l i s p 语言的编程十分灵活【7 j 。 a u t ol i s p 语言是嵌入在a u t o c a d 内部的l i s p 编程语言，是l i s p 语言与 a u t o c a d 有机结合的产物。a u t o d e s k 公司的主要奠基人j o h nw a l k e r 早在8 0 年代 中期即认识到l i s p 语言与a u t o c a d 之间具有潜在的协同工作的能力。即可以提 供非常简单的宏操作，又可以为类似的操作提供高级编程语言中广泛的资源，因 而a u t o d e s k 公司从a u t o c a d r 2 1 开始引入a u t ol i s p 作为编程的接口。a u t ol i s p 既沿用了l i s p 的语法和习惯约定，具有l i s p 语言的特性，又针对a u t o c a d 增 加了许多功能。例如a u t ol i s p 可以方便调用a u t o c a d 的绘图命令，使设计和绘 图完全溶为一体；还可以实现对a u t o c a d 当前数据库的直接访问、修改，为实 现对屏幕图形的实时修改、交互设计、参数化设计以及在绘图领域中应用人工智 能提供了方便。概括地说，a u t ol i s p 综合了人工智能语言l i s p 的特性和a u t o c a d 强大的图形编辑功能的特点，可谓是一种人工智能绘图语言【7j 。 自从a u t ol i s p 嵌入a u t o c a d 之后，a u t o c a d 便不再仅仅作为交互式的图 形绘制、编辑软件，而真正成为能进行计算机辅助设计、绘图的c a d 软件【6 j 。 近几年，随着a u t o d e s k 产品人机交互性的进一步提高，在a u t o c a dr 1 4 以后 版本中均附带了v i s u a ll i s p 作为a u t ol i s p 的开发环境。v i s u a ll i s p 不仅继承了 a u t ol i s p 程序设计的优点，还允许用a u t ol i s p 程序维护a u t o c a d 的资源。v i s u a l l i s p 提供了友好方便的操作编辑界面及强大的调试功能，这些特性使得编写、修 改代码以及测试和调试程序变得更加容易，简化了自定义a u t o c a d 操作的开发 过程，使得a u t ol i s p 的开发效率更高。 面向对象编程技术v i s u a ll i s p 同m i c r o s o f ta c t i v e x 、o b j e c ta r x 和m i c r o s o f t v i s u a lb a s i c 一样都是面向对象编程的。通过a u t o d e s k 开发的v i s u a ll i s p a c t i v e x 接口，a u t o c a d 对象模型在交叉应用集成方面具有更好的适应性，这就 使用户所开发的应用程序不仅兼容a u t o c a d 软件，而且同其它a c t i v e x c o m p l i a n t 应用程序一样通过联合库可以方便地引用，从而解决了多年带来的应用程序智能 化、集成化的问题。此外，它还引入了最具特色的“反应堆对象”，可以监测设计 过程中某些感兴趣的对象事件，进而实现对设计过程的事件进行编程。 a u t od e s k 公司推出的新一代可视化l i s p 编程软件v i s u a ll i s p 无论是对 解决用c c + + v c 编程语言开发a u t o c a d 系统和程序的困难、满足全球超过18 0 广东丁业大学t 学顾l ：论文 万a u t o c a d 合法用户中的多数习惯于a u t ol i s p 编程的用户，以及自8 6 年以来 计算机软件开发商和用户已经用a u t ol i s p 编写出了数以万计的实用系统和应用 程序的巨大资源等方面，都可谓是对一笔巨大的资源和财富继承和发展，也为开 发基于a u t o c a d 的智能c a d 系统提供了另一种功能强大的开发工具【8 】。 1 4 2d c l 对话框 单纯的l i s p 程序，都是使用文字操作模式。用户在载入l i s p 程序后，只能 在命令行窗口根据系统提供的提示语句输入数据，与系统进行交流。每次只有一 句提示语句，用户也只能一次输入一点信息。在c 语言和b 语言大力推崇对象化 设计的时候，l i s p 语言奋力追赶潮流，推出了自己的对话框设计语言d c l ( d i a l o g c o n t r o ll a n g u a g e ) 【8 】。d c l 语法结合了l i s p 和d c l 两种语法功能，可以让使用 者半自动地架构出“图形模式对话框使用界面，这被称为可编程对话框( p d b ， p r o g r a m m a b l ed i a l o g u eb o x e s ) 的功能。 采用图形模式的对话框输入界面，可以将需要的输入的各项数据全部以表格 或图形的模式，一次性放在对话框里。用户对于需要输入的数据一览无余，可相 互参照随时修正，直到单击o k 或“确定”按钮之后，全部的输入数据才会整批 送入l i s p 执行。 1 4 3c 语言概述 c 语言源于b 语言。1 9 6 0 年出现的a l g o l 语言是一种面向问题的高级语言， 但是不适合要求接近硬件的系统软件的开发。1 9 6 3 年，英国剑桥大学推出的c p l ( c o m b i n e dp r o g r a m m i n gl a n g u a g e ) 满足了接近硬件的要求，但c p l 规模庞大， 所以在系统软件开发中存在较大的难度。1 9 7 6 年，出现了c p l 语言的简化版b c p l ( b a s i cc o m b i n e dp r o g r a m m i n gl a n g u a g e ) 语言。19 7 0 年，贝尔实验室的k e n t h o m p s o n 进一步简化了b c p l 语言，叫b 语言，并且用b 语言编写了早期的操 作系统u n i x 操作系统。但是b 语言还是存在一些不足：简单且功能有限。1 9 7 2 年至1 9 7 3 年间，贝尔实验室的d m r i t c h i e 在b 语言的基础上设计出了c 语言。 c 语言较为接近硬件，又克服了b 语言的很多不足【9 】。 c 语言是当前最流行的程序设计语言，它像其它高级语言一样，面向解题的过 程，编程者不必熟悉具体的计算机内部结构和指令；c 语言又像汇编语言一样， 第一簪绪论 可以对机器硬件进行操作，如进行端口i 0 操作、位操作、地址操作，并可内嵌 汇编指令，将汇编指令当作它的语句一样1 0 l 。因而，本论文采用c 语言进行算法 研究。 1 5 本文的主要工作 各章的内容安排如下： 第一章绪论。本章主要介绍了本课题的背景，概述了智能建筑安防设计系统 的相关概念和国p q # l - 研究现状，简要说明了研究本课题涉及的相关开发工具，阐 述了本课研究的相关内容和研究意义。 第二章智能建筑安防设计系统问题的描述。详细描述建筑安防设计系统的内 容，着重介绍了摄像系统的组成，描述了安防监控设计系统的相关内容。 第三章算法研究。通过介绍几何算法，结合求解监控点的实际应用，初步探 索了监控点求解的一般算法。 第四章监控设计系统研究。介绍了系统各组成部分的主要内容，分析了各相 关的程序运行的流程。 第五章系统设计和实现。基于论文提出的思路和方案，介绍了各组成部分的 结构和运行界面。 9 广东t 业人学1 学硕f j 论文 第二章监控设计系统描述 2 1 安防系统概述 2 1 1 系统概述 智能建筑安全防范系统的主要任务是根据不同的防范类型和防护风险需要， 为保障人身与财产的安全，运用计算机通信、电视监控及报警系统等技术形成综 合的安全防范体系。它包括建筑物闭路电视监控监控、入侵探测及周界防护报警、 建筑物范围内人员及车辆出入的门禁管理和及巡更等其它防护功能四大部分，以 及集成这些系统的上位管理软件，组成框图如图2 1 所示。确保建筑物的安全是 系统第一位重要的任务【3 1 。 网络连接 图2 1智能建筑安全防范系统组成 f i g 2 - 1t h ec o m p o n e n t so fs a f e t ya n dd e f e n s es y s t e m 闭路电视c c t v ( c l o s e dc i r c u i tt e l e v i s i o n ) 监控系统是一种应用广泛的安防 设施。尤其在银行、政府、星级饭店、重要交通路口等环境下。闭路电视监控系 统根据其使用环境、使用部门和系统功能的不同而具有不同的组成方式。无论规 模大小和功能多少，一般闭路电视监控系统通常由摄像、传输、控制、图像处理 与显示等四个部分组成。闭路电视监控系统通过摄像部分把系统所监视目标的光、 声信号变成电信号，然后送入系统的传输分配部分。传输分配部分将摄像机输出 的视频( 有时包括音频) 信号馈送到中心机房或其他监视点。系统通过控制部分 可在中心机房通过有关设备对系统的摄像和传输分配部分的设备进行远距离遥 控。系统传输的图像信号可依靠相关设备进行切换、记录、重放、加工和复制等 l o 第一二章临控设汁系统描述 图像处理功能。摄像机拍摄的图像则由彩色( 或黑白) 监视器重现出来。其系统 的组成，如图2 2 所示。 图2 2 闭路电视监控系统的组成 f i g 2 2t h ec o m p o n e n t so fm o n i t o r i n gs y s t e m 闭路电视监控系统从摄像机到监控主机一般为点对点的连接( 7 5q 阻抗) ，以 监控主机为中心构成星形网络。为了控制摄像机云台和镜头的转动方向，通常使 用云台镜头控制器。为了能够做到实时监控，当系统较大时由监视器组成电视墙。 为达到长期保存现场录像的目的，一般还安装长延时录像机，并配备大容量录像 设备( 数字硬盘录像监控系统) 以备查询使用【1 1 , 1 2 j 。闭路电视监控系统的主要功 能是辅助安防系统对防范的重要方位和现场实况进行实时监视。通常情况下，由 多台电视摄象机监视楼内的公共场所( 如各个楼门口、地下停车场) 、重要出入口 ( 如电梯口、楼层通道) 等处的人员活动情况。当安防系统发生警报时会联动摄 像机开启，并将该报警系统所监视区域的画面切换到主监视器或屏幕上，同时启 动录像机记录现场实况，供管理人员和保安人员及时、迅速、准确地处理。 闭路电视系统是一种计算机控制的图像矩阵交换系统。利用c c t v 系统控制 台，操作人员可以选取各种摄像机，将其图象显示在监视器上。如果摄像机镜头 具备推拉、转动等遥控功能，那么操作人员可以通过操纵杆或控制台上其他按键 遥控摄像机。录像机、图象分割器及图象处理设备均可接入本系统，并通过闭路 电视控制台遥控。c c t v 系统可以自动地管理外部报警信号，也可以由选定的监 视器依照程序显示。系统能够监视摄像机的图像信号电平，如果摄像机出现故障， 那么c c t v 系统会及时做出报警反应并将故障记录下来。 c c t v 系统的外围设备可以通过系统辅助通信接口进行联动控制，例如门禁、 广播系统等可以直接由c c t v 系统控制台控制。该系统可以设计成适应各种场合 的应用，包括智能安防系统联网实现连锁联动，或与其他系统( 防火系统) 联网。 系统町以配置多台c c t v 副控制台，它们可以同时操作，也可以各自独立操作i l 。 闭路电视监控分为一般性监控和密切监控两类，采用云台扫描可作为全方位 大面积的巡视；而对于固定场所或目标的监控，宜采用定位定焦死盯方式；监控 广东t 业大学t 学顺七论文 部位应注意少留盲区与死角，对电梯内外的监控要引起重视并从技术上予以保证。 以硬盘录像机d v r ( d i g i t a lv i d e or e c o r d e r ) 为核心的闭路电视监控系统，如图 2 3 所示： 警灯 图2 3 以d v r 为核心的闭路电视监控系统 f i g 2 3d v r - b a s e dc c t vm o n i t o r i n gs y s t e m 在建筑的出入口、周界、主要通道、车库等重要场所安装摄像机，将监测区 域的情况以图像方式实时传送到建筑值班管理中心，值班人员通过电视屏幕可以 随时了解这些重要场所的情况【3 】。 2 1 2 摄像系统介绍 摄像系统( 即摄像部分) 是闭路电视监控系统的前端，是整个系统的“眼睛”， 它的功能和质量直接影响监控系统的运行和功能的发挥。该系统有摄像机、镜头、 云台、摄像机防护罩等几部分的硬件设备 1 2 , 1 3 】。 1 摄像机 在闭路监控系统中，摄象机( c a m e r a ) 又称摄像头。严格来说，摄像机是指 摄像头和镜头的总称。而实际上，摄像头与镜头大部分是分开购买的，用户根据 目标物体的大小和摄像头与物体的距离，通过计算得到镜头的焦距，所以每个用 户需要的镜头都是依据实际情况而定的，不要以为摄像机( 头) 上已经有镜头。 目前主要使用的是c c d 和c m o s 两种半导体成像器件。c m o s 采用互补性 氧化金属半导体( c o m p l e m e m a r ym e t a l o x i d es e m i c o n d u c t o r ) ，性能般，但价 1 2 第二章监控设计系统描述 格便宜。c c d ( c h a r g ec o u p l ed e v i c e ) 采用感光耦合组件，性能教好，可实现精 密感光。c c d 的工作原理【13 】是，被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到 c c d 芯片上，c c d 根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期放电，产生表示一幅 幅画面的电信号，经过滤波、放大处理，通过摄像头的输出端子输出一个标准的 复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、v c d 机、家用摄像机的视 频输出是一样的，所以也可以录像或接到监视器或电视上观看。视频信号连接到 监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。 摄像机系列有彩色枪式摄像机( 图2 4 ) 、半球型摄像机( 图2 5 ) 、一体化摄 像机( 图2 6 ) 、中高速智能球机( 图2 7 ) 、带红外灯半球机( 图2 8 ) 、飞碟摄像 机( 图2 - 9 ) 、红外灯防水摄像机( 图2 1 0 ) 、板机( 图2 1 1 ) 、烟感型摄像机( 图 2 1 2 ) 、带红外灯球机( 图2 1 3 ) 。 蘸 图2 4 彩色枪式摄像机 f i g 2 - 4t h e c o l o rc a m e r a 虬警t v r s ，r 。e r 鬈 厶噬搿矿一 图2 - 6 一体化摄像机 f i g 2 6 t h ei n t e g r a t i v ec a m e r a 叠 图2 5 半球型摄像机 f i g 2 5t h eh e m i s p h e r ec a m e r a i l i l _ i 。z 。秀豢銎登黪 o o 瓤，嘲9 爹 i 二i 姆 图2 7 中、高速智能球机 f i g 2 7t h em i d d l ea n dh i g hi n t e l l i g e n tc a m e r a 图2 - 8 带红外灯半球机 f i g 2 - 8t h eh e m i s p h e r ec a m e r aw i t hi n f r a r e d 1 3 图2 - 9 飞碟摄像机 f i g 2 - 9t h ec a m e r ao ft h ef l