建筑节能应用中人数统计和室内定位方法的研究与实现

【摘要】：随着社会经济建设发展进程的不断加快，人类在日常生活和生产中对于自然资源的需求日趋增长，使得环境保护和自然资源的合理利用在当前的社会发展中有着重要的意义。近年来，有大量的学者在建筑节能方面进行了研究。计算机技术，物联网技术和传感器技术的发展使得人数统计和行人定位作为建筑节能的两个重要因素其获取方法也就成为建筑节能的研究重点。 本硕士论文主要通过当今主流的网络摄像头和RFID射频设备，以及由ZigBee和Wifi构成的网络传输体系实现室内人员定位和人数统计的解决方案，并简要介绍室内定位和人数统计技术在建筑节能中的应用。通过对视频检测，行人识别，人数统计，RFID定位算法的调研和深入研究，同时考虑到其统计信息的精确度要求，本文在人数统计中结合改进当前运动探测和追踪算法的基础上提出可调控轮廓追踪人数统计的方法，在RFID定位中改进Landmarc算法以实现人员定位并提高其精确度。本文重点研究了运动探测，行人识别，轮廓追踪和行人定位四个方面并取得了如下成果: 第一，基于随机理论的多适应运动区域探测。本文在普通背景模型的基础上，运用随机理论和图像背景连续性原则，通过三帧图像快速建立一种对室内环境适应性较好的背景模型，以完成当运动物体出现在视频监控区域内时能够快速检测到运动物体的准确轮廓目的。 第二，基于模糊理论的行人识别。通过调研和对比当前的行人判定方法，同时根据室内判定人员的实时性需求。综合肤色探测，人体高宽比探测，人体区域大小窗体限制，并且改进的加入基于模糊理论的拟人因子判定，达到了较高精度判定行人的效果。 第三，基于光流的行人轮廓追踪和分层人数统计技术。如何获取行人的行走轨迹，跟踪行人运动，并在行人进入其他区域时进行区域人数统计是本文的一个重点。在文中采用人工背景区域划定和基于光流的轮廓追踪器来达到行人追踪和人数统计的目的，并且提出了基于层对象理论的人数统计技术来增加追踪的有效性和人数统计的准确性。 第四，基于RFID射频设备的定位系统。为了获取能够实现建筑节能目的的人员室内位置参数，本文中对携带RFID射频卡的活动物体进行识别和定位。文中以Landmarc算法为基础，改进自适应调节值以提高定位精度。最后通过模拟实验验证了其误差值的可接受性和设备损坏时的容错性。 第五，在本文的最后提出了人数统计和室内定位系统的设计和实现方案，并且简要的介绍了人数统计信息和特定人员位置信息在大空间活动场所的节能应用场景，并且进一步探讨提升建筑节能的潜力。 【关键词】：运动探测 轮廓追踪 人数统计 室内定位 大空间建筑节能
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP391.44
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1. 选题背景和意义12-13
• 1.2. 国内外发展状况13-15
• 1.3. 主要研究难点15-17
• 1.4. 论文章节安排17-18
• 1.5. 小结18-19
• 第二章 论文相关理论知识与技术19-25
• 2.1. 人数统计相关理论知识19-22
• 2.1.1. 图像颜色空间及其转换19-20
• 2.1.2. 图像形态学20-21
• 2.1.3. 共轭梯度法21-22
• 2.2. 定位相关理论知识22-24
• 2.2.1. 射频技术应用知识22-23
• 2.2.2. ZigBee 无线数据传输23-24
• 2.3. 小结24-25
• 第三章 行人跟踪与统计技术研究25-52
• 3.1. 基于随机概率的多适应背景模型运动物体检测25-32
• 3.1.1. 运动物体检测方法概述25-26
• 3.1.2. 基于区域随机概率的像素背景模型26-27
• 3.1.3. 三帧差像素背景模型的初始化27-29
• 3.1.4. 前景像素的判定29
• 3.1.5. 影子像素的判定29-30
• 3.1.6. 背景模型的更新30-32
• 3.1.7. 实验结果32
• 3.2. 基于模糊理论的行人识别32-38
• 3.2.1. 运动区域的肤色检测33-37
• 3.2.2. 人体比例检测37-38
• 3.2.3. 综合判定方法与实验结果38
• 3.3. 行人跟踪与人数统计38-51
• 3.3.1. 运动跟踪方法概述38-39
• 3.3.2. 目标特征轮廓的提取39
• 3.3.3. 背景区域层的绘制39-41
• 3.3.4. 基于光流的轮廓追踪器41-46
• 3.3.5. 轮廓追踪器的修正46
• 3.3.6. 人数统计46-47
• 3.3.7. 实验结果47-51
• 3.4. 小结51-52
• 第四章 基于射频的室内定位技术52-60
• 4.1. 硬件布置52-53
• 4.2. 数据传输过程53
• 4.3. 改进的 Landmarc 定位估计53-57
• 4.3.1. 初始数据获取53-54
• 4.3.2. 获取标签强度判定方法54-55
• 4.3.3. 待测试标签位置估计55-56
• 4.3.4. 标签损坏判定机制56-57
• 4.4. 历史运动路径的生成57-58
• 4.5. 实验结果58-59
• 4.6. 小结59-60
• 第五章 系统软件设计与节能应用60-81
• 5.1. 系统需求分析与设计原则60-63
• 5.1.1. 系统软件用例分析60-61
• 5.1.2. 系统功能性分析61-62
• 5.1.3. 系统非功能性分析62-63
• 5.2. 系统功能框架设计63-67
• 5.2.1. 系统总体框架设计64-65
• 5.2.2. 数据接口模块65-66
• 5.2.3. 主控平台模块66
• 5.2.4. 业务功能模块66-67
• 5.2.5. 系统管理模块67
• 5.3. 系统模块实现67-78
• 5.3.1. 人数统计模块68-75
• 5.3.2. 行人定位部分75-77
• 5.3.3. 数据接口部分77-78
• 5.3.4. 主控平台部分78
• 5.4. 系统建筑节能应用78-80
• 5.4.1. 建筑节能概述79
• 5.4.2. 照明节能应用79
• 5.4.3. 空调风机节能应用79-80
• 5.5. 小结80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1. 本文工作总结81
• 6.2. 未来工作展望81-83
• 参考文献83-89
• 致谢89-90
• 附件90

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