一种基于节点通信和设备协同的目标跨域追踪方法

技术领域

本发明涉及安防监控技术领域，具体涉及一种基于节点通信和设备协同的目标跨域追踪方法。

背景技术

随着智慧城市和智慧安防的发展，安防监控系统在我们的日常生活中得到广泛应用。由于摄像机在执行监控任务时存在位置固定、视野范围窄等缺陷，导致监控系统存在较多视野盲区，无法及时发现目标。即使监控节点发现闯入目标，由于同一目标在不同视角下的图像差异可能很大，导致传统基于外观特征匹配的目标跨域追踪效果不佳。同时，大规模安防监控系统产生的数据量非常庞大，在当前算力下进行实时目标检索依然不够现实。因此，如何构建监控节点拓扑图，实现节点间定向通信，缩小检索节点规模，构建高差异性的复合特征，提高目标跨域追踪的速度和准确率，一直是安防监控领域的主要问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于公开一种基于节点通信和设备协同的目标跨域追踪方法。本发明根据监控节点间的位置关系，并充分考虑障碍物对节点视野范围的影响，构建节点拓扑图和通信路由表；通过节点间的定向通信，缩小跨域目标检索范围，提高运动目标在节点间身份交接的准确性；通过建立目标监视权机制，在保证目标处于视野范围的前提下为目标合理分配监控资源；本发明方法具有目标跨域追踪速度快，准确率高的优点。

本发明提供一种基于节点通信和设备协同的目标跨域追踪方法，包括以下步骤：

步骤1：节点拓扑图和通信路由表的构建

根据监控节点的实际位置关系，衡量监控节点邻接关系，计算障碍物导致的视野盲区，转换目标探测方位区间，构建节点拓扑图和通信路由表；节点拓扑图中图的节点代表监控节点，图的边代表顶点对应的节点之间存在重叠监控区域，通信路由表包括监控节点的坐标位置、IP地址、探测方位区间和节点状态；

步骤2：多节点协同的目标追踪

根据通信路由表与目标来向的节点交流目标方位、轨迹和外观特征信息，缩小目标跨域检索范围，通过建立目标监视权机制，在保持目标处于视野范围的前提下，为目标合理分配监控资源，实现多节点协同的目标追踪。

本发明中，步骤1中，节点拓扑图的构建方法具体如下：

(1)根据监控系统内各节点的具体信息，生成监控节点列表A，具体为

A＝{a

其中，a

(2)遍历监控节点列表A，为每个监控节点a

(x

其中，(x

(3)以探测距离r为半径分别作监控节点a

若监控节点a

(4)根据邻接列表P

V＝{a

其中，点集V采用列表方式存储，边集E由大小为N×N的二维矩阵表示，若δ

(5)根据节点拓扑图,构建各监控节点的通信路由表，通信路由表包括监控节点的坐标位置，IP地址，探测方位区间和节点状态，节点状态包括异常状态、离线状态、工作状态和阻塞状态。

本发明中，步骤2中，多节点协同的目标追踪方法具体如下：

(1)建立目标监视权机制，若监控节点拥有目标监视权，移动监控云台实时追踪目标，每个目标到监视权对应一个监控节点，用于协助移动目标在监控节点间到身份交接，防止多台监控云台共同追踪目标导致的监控资源浪费；

(2)监控节点检测到目标，根据目标来向查找通信路由表对应的邻接节点，若不存在邻接节点，表明目标来自外界未监控区域，节点直接获得目标监视权并追踪目标；

(3)监控节点检测到目标，根据目标来向查找通信路由表对应的邻接节点，若存在邻接节点，表明目标来自邻接监控区域，监控节点与邻接节点通信并获得周围目标信息，缩小目标跨域检索范围，快速识别目标身份。

本发明中，步骤2中，多节点协同的目标追踪方法具体如下：

(1)监控节点a

(2)当目标p在监控节点a

req

其中(x

(3)邻接节点{a

p

host

其中feat

邻接节点a

(4)监控节点a

select

对于select

对于相似度阈值D，当满足dist

(5)邻接节点a

(6)监控节点a

(7)本次响应后，多节点协同的目标追踪基本完成。

进一步的，为避免目标p在监控重叠区间来回走动，导致监视权Host

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明利用毫米波雷达提供的目标位置信息，通过监控节点间相互通信，协同控制云台监视方向，缩小跨域目标检索范围，快速完成目标追踪任务在节点间的身份交接。本发明可有效解决传统监控系统视野盲区多、目标检索速度慢等问题。

附图说明

图1为本发明的框架流程图。

图2为无障碍物时探测方位区间计算示意图。

图3为有障碍物时探测方位区间计算示意图。

图4为监控节点拓扑关系和通信路由表结构示意图。

图5为目标跨域追踪方法流程图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明做进一步的详细描述。

本发明所采用的技术方案是：一种基于节点通信和设备协同的目标跨域追踪方法。本方法分为节点拓扑图和通信路由表的构建、多节点协同的目标追踪两部分，具体框架如图1所示，本方法根据监控节点的实际位置关系，构建节点拓扑图和通信路由表，实现节点间定向通信，缩小目标跨域检索范围，提高目标身份识别的速度；通过建立监视权机制，协助移动目标在监控节点间到身份交接，防止多台监控云台共同追踪目标导致的监控资源浪费。

节点拓扑图和通信路由表存放了各监控节点的邻接关系，邻接节点间具有重叠的监视区域，可根据通信路由表与目标来向的节点建立通信，有助于目标跨域检索策略的改进和协同云台转动。节点拓扑图和通信路由表的构建步骤如下：

步骤1：根据监控系统内各节点的具体信息，生成监控节点列表A，具体为

A＝{a

其中，a

步骤2：遍历监控节点列表A，为每个监控节点a

(x

其中，r表示监控节点实际探测的半径范围，若a

步骤3：对于每个监控节点a

若a

δ

若a

θ′

其中θ′

δ

若δ

步骤4：根据邻接列表P

V＝{a

其中，点集V采用列表方式存储，边集E由大小为N×N的二维矩阵表示，若δ

监控系统的节点拓扑图G为更新各监控节点的通信路由表提供依据；

步骤5：根据节点拓扑图G，如图4所示，构建各监控节点的通信路由表。每个节点a

T

其中，节点t

其中，异常状态是指节点出现宕机、通信线路中断等故障；k为允许的最大通信失败次数，若a

步骤6：若需要修改、增加、删除监控节点，可更改监控节点列表A，并重复步骤2-5，更新相应的节点拓扑图和各节点通信路由表信息

多节点协同的目标追踪根据通信路由表，与目标来向的监控节点交流目标方位和外观特征信息，缩小目标跨域检索范围；建立目标监视权机制，控制云台转动时机，在保持目标处于视野范围的前提下，优化资源分配策略。如图5所示，多节点协同的目标追踪步骤如下：

步骤1：监控节点a

若d

步骤2：根据毫米波雷达提供的目标p角度信息

req

其中(x

步骤3：邻接节点{a

x

y

根据当前探测到的目标集合{p

p

host

其中feat

邻接节点a

步骤4：监控节点a

select

对于select

dist

dist＝a*dist

其中，dist

若对于相似度阈值D，存在候选目标p

步骤5：节点a

步骤6：节点a

步骤7：本次响应后，多节点协同的目标追踪基本完成。为避免目标p在监控重叠区间来回走动，导致监视权Host

本发明涉及一种基于节点通信和设备协同的目标跨域追踪方法，其实现方式为：

(1)首先根据得到的监控节点信息(包括世界坐标系下的坐标、监控节点IP地址等内容)，以及区域内障碍物信息(包括障碍物轮廓、坐标等内容)，输入到节点拓扑图和通信路由表的构建算法；

(2)节点拓扑图和通信路由表的构建算法生成监控区域的节点拓扑图，并将通信路由表存放于各监控节点的边缘设备。其中，通信路由表包含坐标位置，IP地址，探测方位区间和节点状态等信息；

(3)监控节点检测到目标进入到监控区域，运行多节点协同的目标追踪算法。目标来向方位同通信路由表的探测方位区间进行比对，若不存在邻接节点，说明目标来自监控区域外围，监控节点为目标生成新身份信息，并实时跟踪目标；若存在邻接节点，通过通信路由表项对应的IP地址进行节点间通信，同步目标身份，计算目标到两个节点间的距离，选择最近的监控节点转动云台，实时跟踪目标。

针对本发明方法，在操场、马路等常规场景下，对50多个视频片段进行测试，目标跨域跟踪的准确率可提升至83％，由边缘节点处理的响应时间约0.1s；将基于图像的目标跨域追踪算法(OSNET)部署在后端服务器时，目标检测准确率为72％，由后端服务器处理的响应时间约0.3s。