摘要：校园是一个相对开放的场所，无论从教职员工、学生，还是后勤等人员构成来看，其都相对复杂，存在一定的安全隐患。因此，构筑牢固的校园安全网，及时甄别并妥善处理可能出现的安全问题至关重要。文章在现有研究成果的基础上，依托不同学科类别的技术和方法，构建了较为成熟可靠的智慧校园监测系统，以期为加强校园安全提供理论支持。

关键词：云平台;校园监控系统;设计;实现

中图法分类号：TP308

文献标识码：A

Design and implementation of campus monitoring system based oncloud Dlatform

DENG Youlin

（ Hunnan Vocational Institute of Safety Technology，Changsha 410151 ，China）

Abstract： The campus is a relatively open place， and it is relatively complex in terms of thecomposition of faculty， staff， students， and logistics， so there are certain security risks. Therefore，it is very important to build a solid campus safety net to identify and properly handle possible safetyproblems in a timely manner. Based on the theoretical basis of the existing research results andrelying on the technologies and methods of different disciplines， this paper hopes to build a moremature and reliable smart campus monitoring system， and provide theoretical support forstrengthening campus security.

Key words ： cloud platform ， campus monitoring system ， design ， implementation

随着科技迅猛发展以及互聯网覆盖范围的进一步扩大，先进成熟的信息技术将软硬件部分稳定、高效、安全、可靠地连接在一起，切实推动了校园系统的全面升级和优化。

1 基于云平台的智慧校园监控系统概述

智慧校园监控系统的构建不是单一学科就能解决的问题，需要从经济、技术等多个方面进行全面深入研究和融合，并从中选取较为合适的模块进行模拟演练，使智慧校园监控系统各个模块之问相互独立、相互联系，以此既能够获得稳定的智慧校园监控系统，又有利于该系统后期的升级[1]。现有的Web端监控系统能够对校内人员进行全面高效管理，而智慧校园监控系统不单要实现对校内人员的管理，还要增加多个不同功能的模块，如注册登录模块、后台管理模块等。

2 校园监控系统设计

2.1 校园监控系统架构

M32F103C8是校园监控系统中最为重要的一个构成部分，它包括众多的传感器，并且将这些传感器与系统中不同的模块进行结合，可以实现对校园环境的综合、全面、持续观测，以确保所有的监测值都在正常范围内。例如，当遇到火情时，系统能够实时监测火情，通过传感器精准采集数据，并将这些数据传送至云平台，然后云平台会迅速做出进一步的统计分析，从而将分析的数据清晰直观地显示出来，以便相关人员及时采取解决措施;而当人脸识别不匹配时，系统也会自动发出警告。

2.2 系统硬件设计

智慧校园监控系统主要的主要功能包括监测校园环境、进行人员信息的采集、设置门禁控制等三个部分以及其他细化环节[2]，具体如图1所示。

2.3 系统软件设计

软件部分主要由以下三个方面构成：（1）人员信息采集的软件部分，其主要是针对学校内的教职员工、学生等人员进行实时、精准的信息采集，主要由体温测量程序、88W8782 Wi-Fi模块配置等构成;（2）环境监测软件部分，其主要是对校园整体的环境，包括校园内所有的建筑物进行极其严格的全面监控，并将监控数据实时更新上报，通过数据发送程序发送到终端监控系统：（3）门禁监控软件部分，其主要是为了提高门禁效率，更加智能高效了解进出人员，通过串口接收程序以及电磁所控制程序实时掌握进出人员的数量。

人员信息采集系统主要采集的是人脸信息以及体温数据，在精准采集数据之后将其传输至环境监测系统，具体工作流程如图2所示。

环境监测软件主要由主循环体、系统初始化构成，其具体运行流程如图3所示。

门禁控制软件主要由串口接收程序、电磁锁控制构成，其具体运行流程如图4所示。

3 基于云平台的校园监控系统的实现

像素数量存在一定的正比例关系，通过该正比例关系就能够进一步估算出视频监控场景中的人数。但该方法对提取前景图像的质量要求较高，前景图像的质量也决定了其检测的准确性[3]。

3.1 前景检测算法概述

前景检测，即把图像中运动的像素点独立出来，搜集其中的重要信息。需要将目标从图像中分割出来，我们可以通过以下几种方法来实现分割。

（1）阈值分割法，由于其主要操作是分割，因此为了保证不会出现较大误差，需要在选择操作对象时，确保目标和背景之间有着明显的分界线。

（2）颜色分割法，其原理是利用运动目标颜色，以颜色聚类为依据进行分割。但当背景与目标颜色相近的情形下，还需要利用其他特征进行分割，该方法适用于背景与前景颜色差异较大的情况。

上述分割方法的适用前提是目标部分和背景图可以清晰辨别，若背景比较复杂，则难以辨别，即上述分割方法不适用。因此，需要采用接下来介绍的方法。

3.2 帧间差分法

帧间差分法的理论依据是：若检测范围内存在运动的物体，那么所收集到的图像中，连续两帧图像一定有所区别，通过对连续两帧图像进行对比和计算，即可利用相关数学公式求出对应目标的运动情况。

数学公式为：

Dij（x，y）

（l）其中，Dij（x，y）为连续两帧图像间的差分图像，（x，y）和J（x，y）分别表示t时刻和t+l时刻的图像，T为选取的阈值。当Dij（x，y）值为1时，则该点为前景;当Dij（x，y）值为0时，则该点为背景。

帧间差分法具有很大的应用优势：首先，其原理比较简单，操作较为方便，因此分离目标和背景图效率比较高，适用范围广;其次，因为连续两帧图像之间差异很小，所以光线的改变基本不会对它们造成太大影响。但是，帧间差分法也具有一定的缺陷，即其处理的图像内部区别不大，因此在分离目标时，非常容易导致某个目标部分丢失，同时，不同的图像范围会出现不同的效果。

3.3 背景减除法

背景减除法的理论依据是：所监控区域的某一个部分固定不变，即背景不变，把每一张图像都和背景图做比较，然后得到对应的变化，从而分析出目标的运动趋势。背景减除法的应用基础是存在一个合适的背景，当背景非常适合时，就可以准确高效地对图像进行处理。此外，光线和其他背景的变化也会对处理效果造成一定影响。

现阶段，建立和更新背景模型的方法较多，主要可以分为两种，即参数化背景建模和非参数化背景建模。

3.4 参数化背景建模法

参数化背景建模法的理论依据是：通过建立数学模型的方法对图像进行處理，首先建立每个点的高斯或混合高斯函数，然后采用一定的追踪方式和多背景的函数模型对图像随时进行修改。其中，较为典型的是Stauffer和Grimson方法，即自适应的背景减除方法，解决了前景分割的问题。目前，出现了很多针对该方法的改进手段，但一直没有实现突破性的发展。今后，随着研究的不断深入，对于图像背景中一直存在的质量缺陷，或许可以采用三层Wallflower方法进行解决。

Haritaoglu等人在上述研究的基础上，提出了新的W4方法，其是利用中值法在若下个初始化后的图像中，分离得到背景图像，并且得到相邻两个图像背景间像素差的最大值，然后分析得到背景图像像素的最值，最后把这些数据应用到图像的初始化中[4]。相对应的，还有非参数化背景模型法，其是通过建立密度分布函数的方法对单个像素点进行处理。非参数化的背景模型的鲁棒性更强，对背景不够稳定或下扰较多的复杂场景能够有较强的适应性。

比较上述背景建模能够发现，在前景检测过程中依然很容易出现误差，能否实现最精确的检测，关键在于建立的模型是否能够真正切合研究对象。只有模型准确无误，才能在分析模型时将误差出现的概率降至最低。不仅如此，模型建立之后并不是一成不变的，对于不同的研究对象，我们也应该根据它的具体情况进行调整。若上述问题能够得到解决，分割后的前景图像就会比较精确，反之则会出现很多噪点或空洞，甚至导致背景图像被误检成前景，影响后续图像处理的准确度。

4 结论

本文设计及实现了基于OneNet云平台和百度人工智能云平台的智慧校园监控系统，探讨了通过物联网开放云平台、物联网技术来改善校园安防状况，以降低校园安全事件发生的可能性。

参考文献：

[1]潘丽丽，吴加春.基丁云平台的校园监控系统设计与实现[J].大众标准化，2021（3）：52-54.

[2]陈晓琴.基于云平台的智慧校园监控系统的设计与实现[D].重庆：重庆三峡学院，2020.

[3]石刚.基于云平台的校园机房物联网动环监控系统[C].中国计算机用户协会网络应用分会2019年第二十三届网络新技术与应用年会沦文集，2019：114-118.

[4]赵彦，许常青，邓小龙，等.基于OneNet云平台的智慧平安校园远程监控系统[J].电讯技术，2018，58（9）：1103-1107.

作者简介：

邓优林（1982-），本科，副教授，研究方向：电子与通信工程。