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安全防范资料第7章


第七章

入侵路径预测与警情处理系统

本章将要讨论的主要内容是:在硬件(安防设备与器材)构成的安防系统中,加入管理与控 制软件,并让这些软件有效地使硬件设备发挥更大作用,构成一种全新概念的、功能强大的 安防系统。

7.1 概



众所周知,在目前构成的绝大部分安防系统中,基

本上还都是以硬件设备(如前端的摄像机、 入侵探测器及中心控制与显示设备等)构成的系统。这种由硬件为主构成的系统,从某种意 义上讲,是一种“被动接收与感知”的系统。也就是说,防范区域内某部位随机发生的警情 事件,是完全依靠入侵探测器的报警触发或摄像机摄取的图像显示了解情况的。而对于警情 的下一步发展,入侵者的进一步行踪,很难有效地预测与跟踪;当然更难以将有关信息加以 处理并反馈到前端和必要的部位、部门加以控制与处理。这种以硬件构成的、传统的安防系 统是一种信息单向传输的系统,它大大地限制和降低了系统的使用功能。虽然目前在一些系 统中,加入了诸如电子地图显示,多媒体操作平台等带有软件功能的内容,但主要还都是停 留在用软件来实现系统的简单管理与操作上。目前的系统构成,对于某些防范区域小,系统 结构简单、防范目标较为单一的情况,基本上还可以满足要求,但对于防范区域大,系统构 成复杂,防范目标多等情况,则难以满足要求。而对于一些要求无人值守的系统,要想很好 地满足防范要求就更难了。 本章将讨论的内容是,针对上述的情况,在传统的安防系统中,加入管理与控制软件,将 前端入侵探测器的报警信息(报警信号与报警区域显示)和摄像机的图像信息作为该软件 系统的输入信息,加以处理后,一方面预测入侵者下一步的行踪及警情下一步发展的可能 情况,另一方面将分析处理的结果反馈到前端有关设备上加以跟踪与控制,并选取预先制 定的某一种处警方案加以全面处理与控制。在这种新的系统中,采用多媒体技术同时处理 多种信息,并使信息之间、信息与设备之间、设备与设备之间建立逻辑联系,集成为一个 交互性的系统,从而达到自动识别、自动跟踪、自动预测,自动处理警情,使整个安防系 统成为一种具有智能化的“活”的系统,让它发挥巨大、有效、可靠、灵活的系统功能。

7.2 系统的一般要求
这种系统的构成,其一般需求是除传统的、由硬件构成的系统外,在软件方面应具有入 侵路径预测(静态与动态)功能和警情处理功能。 其中,入侵路径预测系统在静态情况下,即在没有发生警情时预测和可以显示入侵者到达重 要防范目标必经的路径;动态情况下就是在警情发生后,自动显示入侵者下一步的行动方向 ·89·

并提出控制与处理的方案加以实施。 而警情处理系统则是根据所构成的安防系统及对其要求, 再结合本部门、本地区处警的能力和条件,制定出若干个处警方案。在警情发生后,根据对 警情的分析及其下一步发展的预测(结合入侵路径预测系统给出的信息及分析处理的结果) , 选取最直接最有效的处警方案加以应用。

7.2.1 基本功能需求
1.建立入侵预测与警情处理两个软件模块; 2.给用户提供前端设备的输出信息与软件之间的软、硬件接口; 3.给用户提供输入电子地图的功能,并对电子地图提供可修改、删除、保存、打印等功能。 4.提供对完整电子地图及局部电子地图入侵路径预测的静态显示; 5.有警情后入侵路径的动态显示与警情信息处理后的反馈控制显示; 6.根据警情选定处警方案并加以实施; 7.系统具有用户身份验证的安全措施; 8.合法并授权的用户具有添加、删除、修改系统有关内容的功能。

7.2.2 用户界面及其他方面的要求
1.界面需求:系统应提供用于绘制电子地图的用户界面、登录界面以及监控界面。通常,该 界面应具有 Windows 风格,并尽可能为用户绘制电子地图等操作提供方便。合法用户应能通 过此界面控制整个系统的运行。 2.打印需求:可将电子地图、报警信息、警情处理方案及处警结果打印出来。 3.性能需求: (1) 灵活性:对于已完成或新绘制的地图都有修改完善的功能;可适合任何室内、室外等各 种建筑与地形的防范区域。 (2) 可扩展性:与前端及中心控制设备软、硬件连接的扩展性以及系统本身的发展能力。 (3) 安全性:包括用户的合法性、授权功能、系统的进入与退出等。

7.3 系 统 构 成
整个系统的逻辑模型如图 7-1 所示。 图中“防范区域”包含有分布在防范区域的前端入侵探测器、摄像机及其他有关的报警探测、 图像摄取、 报警联动等探测与控制设备。 “控制指挥中心” 包括中心控制设备 (例如报警主机、 视频矩阵切换主机、 监视器、 录像设备、 计算机等) 及相应的软件系统。 “入侵路径预测模块” 与“警情处理模块”则是软件系统中的两个重要软件模块。前端设备与控制中心的软、硬件 系统紧密有机地相互结合,并且具有互动的关系。整个系统的操作集成在控制中心的同一个 操作平台上进行操作控制与管理运行。

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图 7-1 系统的逻辑结构模型

7.3.1 前端设备的布局与软件系统之间基本关系的确定方法
在具有入侵路径预测和警情处理系统的安防工程中,入侵路径预测和警情处理两个软件模块 的内容与前端设备的布局是紧密相关的。这是因为前端入侵探测器所产生的报警信号,是作 为上述两个软件模块的输入信号并加以处理,处理后的结果又变为控制前端设备的输出信号 和电子地图等方面的显示内容。所以二者必须紧密相关。 二者基本关系的确定方法是: (1) 所用前端入侵探测器(包括视频报警设备)所发出的信号均应做为入侵路径预测模块的 输入信号,并在电子地图上均能显示它们的布设位置。同时,各入侵探测器之间的各种相关 性(比如探测器之间布设的距离,各自防范区域、同一防范区域采用多种不同技术原理的探 测器数量和特性等)应能在软件模块中有所体现。这样,一旦系统启动后,才能做出正确预 测并给出处理结果。 而处理后的结果,一是反馈到前端设备加以控制和联动前、后端有关设备,并在电子地图上 显示入侵者入侵后的行踪动向; 同时, 又将处理结果送往警情处理模块调用有关的处警方案。 总之,必须使前端设备与该模块紧密有机地结合起来。 (2) 警情处理系统主要接收来自入侵路径预测模块送来的处理结果,从而启动警情处理模块 给出处警方案。处警方案应根据用户的各种条件和能力制定出迅速、有效、可行的方案。

7.3.2 开发环境与数据库选择
为了便于读者深入了解这种系统的开发与建立,现举例介绍,仅供参考。 ·91·

1.开发环境 以 Windows 98 为操作平台,用 VB6.0 中文版语言实现。 Visual Basic 6.0 中文版是当前 Visual Basic 的较新版本,该版本在 Visual Basic 5.0 中文版的 基础上增强了企业应用的开发能力、数据访问能力及 Internet 应用开发能力,改进了集成开 发环境和自动提示功能,为编程人员提供了更多方便。选取 VB6.0 作为开发本系统的工具有 以下几方面的原因: (1) VB6.0 中的图形功能强大,为开发电子地图提供了方便的环境。 (2) VB6.0 新提供的串口访问控件 MSComm 使调用过程不可见,方便了与串口的通信操作。 (3) VB6.0 中文版强大的帮助能力有利于解决实际编码中遇到的问题。 (4) VB6.0 的使用简单灵活。 2.数据库选择 由于本系统涉及的数据都是单个数据表,表与表之间没有复杂的关系,因此选择比较通用、 操作简单的 Access 数据库存放各种数据。

7.3.3 总体设计
1.系统结构 从整体结构上看,分为七大模块:电子地图绘制模块、入侵路径预测模块、警情处理模块、 登录、用户维护、帮助和演示模块,如图 7-2 所示。

图 7-2

系统模块图

2.系统开发说明 本系统处理的对象是输入给计算机的报警信号, 由于开发时可能受到环境与设备的限制, 所以开发过程中输入信号可采用键盘模拟,处理方法与外接信号相同。对于实际运用中信号 ·92·

接入的实现,可采用串口通信或其它方式完成。 3.数据库结构 根据系统的实际要求,建立两个数据库。一个数据库用来存放合法用户的密码和用户名。另 一个数据库用来存放有关报警点的信息。有下划线的为主键。 密码表(用户的 ID,用户的名称,用户的密码) 报警点表(报警点的 ID,报警点的名称)

7.3.4 详细设计
现以电子地图绘制模块、入侵路径预测模块和警情处理模块的一部分内容举例介绍。 1.电子地图绘制模块 电子地图模块细分图如图 7-3 所示。

图 7-3 电子地图模块细分图

2.电子地图的基本绘制 电子地图是本系统所防范的区域在屏幕上的表示,需要清晰地表示出防范区的内部结构以及 各种报警探测器在防范区域的位置和分类。同时电子地图也是入侵路径演示和警情处理演示 的地图,因此选择绘制防范系统的平面地图作为电子地图。根据建筑物内部的基本组成,需 要绘制以下几种基本的图元:墙、门、窗、其它需防范的部位、防范的目标(例如,银行的金 库)以及各种报警探测器分布的点(以下简称为报警点) 。基本平面地图绘制好以后,电子地 图并不完整,还需要用户对输入的报警点进行编辑。编辑的内容有:各报警点的相邻路径编 辑,其中需要用户指出路径是否经过门、窗或墙;一号报警区范围(最重要的防范区域或部 位)编辑;可能的入侵点和目标编辑;各报警点信号的编辑。由以上编辑的要求,还需要绘 制出四种图元:路径(例如两条路径) ,二、三号报警区的范围(重要、次要的防范区域或周 界、路径等防范区域) ,入侵报警点和目标报警点(其中入侵报警点表示可能的入侵点) 、报 警信号编辑标志(表示已经编辑过的报警点)等。 由于以上的图元都可由用户动态的添加,无法事先知道确切的数目,所以可选择自定义一个 图元类 Drawobject(以后简称大类) ,生成大类的同时创建一个图元集合 mcol,所有绘制的 图元都加到这个集合中。每一种图元有不同的属性,因此为不同的图元从大类中派生不同的 类如 Draw Wall,Draw Door,Draw Window,Draw Dot,Draw Tag 等(以后简称小类) ,这 些小类有自己私有的函数,并可以调用大类中公有的函数。 ·93·

大类具有以下函数:生成、删除集合;添加、删除集合中的成员;将集合中的成员属性存入 文件、从文件中读出成员属性;调用各图元小类的函数获得图元的属性等。

图 7-4 图元分类举例

各图元的小类一般包含类别、颜色、坐标等属性,还包括改变和获得属性、绘制、移动、打 印等函数。图元的分类举例如图 7-4 所示。 绘制一个图元的具体过程如下:鼠标点下画板时,根据工具栏上选择的图元调用相应小类中 的新建函数;在鼠标移动的过程中不断调用此小类的移动函数;在鼠标抬起时,调用此小类 的绘制函数重画此图元并将此图元加入集合中。 每一种图元调用上述过程完成电子地图的基本绘制。对于报警点编辑中绘制的图元,例如报 警点之间的路径,首先需要在鼠标点击时判断鼠标所在位置是否是报警点标志,如果是,则 接下来的步骤与上述过程相同。绘制过程如图 7-5 所示。

图 7-5 图元绘制过程

3.电子地图的修改和删除 (1) 删除 在选中一个图元以后点击工具栏上的删除键,调用大类的删除集合成员函数,同时根据现有 的集合成员重画整个画板。 (2) 修改 类似于 3D MAX 、AUTO CAD 等绘图软件,提供两种修改方式:一是使用鼠标拖动图元的 边界,直接在画板上修改。二是使用属性窗口对属性进行直接修改。 第一种方法要求在鼠标移动的过程中不断调用大类中的函数, 判断当前位置是否有图元, 并在图元的边界和图元上显示不同的鼠标指针。当鼠标指针改变时,即可拖动图元的边界。 拖动时调用小类的移动函数,修改图元的属性,鼠标停止时重画修改的图元。 第二种方法在属性窗口中修改图元属性之后,调用小类的改变属性函数修改图元的属性,然 后重画修改的图元。

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4.电子地图的保存与打印 (1) 保存 集合中的每个成员都有其特有的属性,所以使用二进制文件的保存形式将各种图元保存。当 询问用户是否保存修改,回答“是”时,将现存集合中的成员分别调用其保存函数 save,将 其属性以二进制的形式,按顺序写入用户指定的文件中。同时对报警点数据库中相应数据表 进行检查,删除不在图形文件中的报警点的记录。 (2) 打印 与保存相同,调用图元各自小类的函数 Print 即可完成。 5.入侵路径预测模块的实现 用户完成报警点编辑之后,系统根据用户连接的路径动态生成一个二维数组 Dynarr(count1,count1)(count1 表示报警点的个数) ,其中存放报警点之间的权重,例如两个 报警点之间是普通路径则其权重为 1,两个报警点之间是通过门的路径则其权重为 10,相同 报警点之间的权重是 0,没有直接路径的报警点之间的权重为最大值(程序中使用的是 10000) 。根据两点之间的最短路径弗洛伊德(Floyd)算法,求出任意两个报警点之间的最短路 径并存放在一个二维集合数组 Path(count1,count1)中,任意两个报警点之间最短路径的长度存 放在二位数组 Length(count1,count1)中。 对于用户编辑的可能的入侵点和目标都动态的生成一 维数组 Dynarr1(s1),Dynarr2(s2),Dynarr3(s3),例如其中 s1,s2,s3 分别表示可能的门入侵点、窗 入侵点、目标的个数。用户输入的一号区和二号区内的报警点也存放在两个一维数组 Dynarr4(s4)和 Dynarr14(s14)中,s4 和 s14 也表示其报警区域内的个数。以上操作可在检测通 讯口中完成。 根据用户的要求在电子地图上动态的表示出路径。走出此路径的方法如下:选出两个报警点 之间最短路径的 Path 集合,取出一个报警点标号,调用闪烁函数 flash 将其用红色闪烁 5 次, 判断是否是集合中的最后一个元素,若不是则调用走动函数 lianjie 将此点与下一个点连接。 若是则最后一个报警点只调用 flash 函数将其闪烁 5 次。 为了将路径完整连接显示, 重新取出 Path 集合中的第一个报警点,再取出下一个报警点,判断是否是最后一个报警点。若不是则 调用 lianjie 函数画线连接两个报警点,若是则延时几秒钟后将连线擦除。 以上操作在入侵路径演示中完成。 6.警情处理模块的实现 在 Keyup 事件中,由用户输入报警点的相应信号,依据信号调用大类中的函数得出报警点的 标号,并将其报警点的报警属性值取反。然后判断此报警点是否报警,若是,从数据库中调 出此报警点的名称, 在屏幕上显示出此报警点报警的提示信息并调用已制定的某一处警方案, 例如向 110 报警,并播放报警的声音文件。若不是,则判断提示信息是否关闭报警点的信息, 是则将信息取消。最后取出所有正在报警点的标号,使用入侵路径预测模块中的存放权重的二 位数组 Dynarr(count1,count1),将所有与这些报警点相关报警点的预警属性值赋为 true。 在 Timer 事件中,不断取出每一个报警点的报警属性值,当其为 true 时,用红色将此报警点 在电子地图上的标识覆盖,延时后擦除红色。若此报警点不报警而预警,将这些报警点在电 ·95·

子地图上的标识变成黄色。 若报警点的报警属性值和预警属性值都为 false 则用绿色在电子地 图上重画其报警点。最后判断是否有报警点报警,没有报警时将电子地图全部重画,关闭声 音文件。 以上,入侵路径模块和警情处理模块的参考流程图,如图 7-6 和图 7-7 所示。

图 7-6

入侵路径模块流程图

7.帮助模块功能的实现 为了便于用户使用,在该系统中可设立帮助模块。帮助模块分为主题、关于、工具栏各种键 的介绍以及图例说明。主题、关于部分与通常软件相同,主题中有详细的使用说明,这里就 不多介绍了。工具栏中的帮助在用户作图时,简单的提示用户电子地图中有哪些项目没有编 辑。需要用户注意的是,由于监控时安全性的考虑,所以帮助功能在端口检测之后便不可以 ·96·

使用,同样用户维护、演示程序也将在端口检测后不可使用。请使用此软件的用户在编辑电 子地图时认真察看帮助,以免开始监控时不知如何使用。图例中可介绍绘制的电子地图中各 种图元绘制出来的图案以及表示的含义。

图 7-7 警情处理 Keyup 事件流程图

上述介绍给读者的有关内容,仅供参考使用。如果读者需要建立一个实用系统,还要根据安 防工程的实际要求和其它有关内容去完成。

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