基于多媒体传感网的能量收集与监控分析技术研究

Wireless multimedia sensor networks (WMSNs) is a kind of wireless sensor networks (WSNs) for sensor device equipped with multimedia tools. Compare to conventional WSNs, WMSNs can sense rich multimedia information, such as, audio, videos and images. Video surveillance is the typical application of WMSNs. But in WMSNs, the nodes generally use limited and disposable chemical batteries as power, which has become a bottleneck problem in large-scale applications. Meanwhile, the large mass activities raise a claim of real-time content analysis and timely warning for video surveillance system currently. Based on the above issues, this project will investigate the research on energy harvesting and monitoring analysis technologies based on multimedia sensor networks. Through the study of node's energy management framework based on environmental energy supplying, efficient energy harvesting methods, accurate solar-powered energy harvesting forecasting methods, reasonable task scheduling methods and distributed people counting methods based on multi-cameras, to constitute a complete intelligent people counting monitoring analysis system in WMSNs for public security application. The result of this project would have very important theoretical and practical application significance for the large scale promotion of WMSNs.

无线多媒体传感网(Wireless Multimedia Sensor Networks, WMSNs)是一种扩展的无线传感器网络。WMSNs能够感知信息量丰富的音频、视频、图像等多媒体信息，视频监控是其典型应用。在传感网中，节点一般采用能量有限的化学电池来供电，成为其大规模应用道路上的瓶颈问题。另一方面，当前的各种大型群众性活动给视频监控系统提出了实时内容分析、及时预警的要求。基于以上问题，本课题提出了基于多媒体传感网的能量收集与监控分析技术研究课题，拟通过研究环境供能的节点能量管理框架和高效能量收集方法、精确的太阳能收集功率预测、合理的节点任务调度算法和基于多摄像机的分布式人数统计算法，形成一个可以应用在公众场合智能安保环境下的视频传感网智能人数统计视频监控分析系统。本课题的研究结果将对多媒体传感网的大规模应用推广具有十分重要的理论意义和实际应用价值。

有限的能量供应问题已经成为当前制约无线传感器网络大规模扩展应用的瓶颈问题之一。相对于传统的标量传感器网络，多媒体传感器网络的大数据量使其能量供应问题更加突出。本项目针对多媒体传感器网络节点的有限能源供应和监控应用问题进行研究，采用自然环境中的太阳能进行能量转换给多媒体节点供电以解决节点能量供应问题，然后研究视频监控分析应用问题。按照项目计划书，在子课题环境供能的节点能量管理框架和高效收集研究中提出了基于高斯分布的太阳能能量补给模型，并且设计实现了基于光追踪的高效太阳能收集器；在子课题太阳能收集功率预测和节点任务调度算法研究中，提出了基于天气相似度和基于自适应的季节性ARIMA的太阳能收集功率预测方法，针对节点任务调度问题，提出了基于太阳能补给的异构传感网分簇算法和基于能量收集的多媒体传感网分布式协作图像压缩算法；在子课题基于多媒体传感网的视频监控分析算法研究中，提出了基于张量列秩的视频修复算法、基于吸收马尔科夫链的感知视频片段目标分割算法和基于注意力机制的感知视频目标分割算法研究；最后设计了能量收集的多媒体传感器节点并构建了基于多媒体传感网的智能视频监控仿真系统，从而完成了面向公众场合安保的视频传感网验证应用示范。项目完成了预期计划目标，通过将理论和实践结合起来对所研究的多媒体传感网能量收集和监控分析关键技术和应用进行了验证。本课题的研究成果具有良好的应用前景，课题成果的推广应用将有效推动或者支持当前相关领域的科学研究和相关行业的国民经济发展。