Luận văn thạc sĩ UEB hệ thống giám sát và cảnh báo sử dụng cảm biến và camera trong gia đình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LÊ VĂN KHANH

HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO SỬ DỤNG CẢM

BIẾN VÀ CAMERA TRONG GIA ĐÌNH

Ngành: Công nghệ thông tin

Chuyên ngành: Quản lý hệ thống thông tin

Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHÀNH QUẢN LÝ CNTT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐINH VĂN DŨNG

Hà Nội – 2014

DANH MỤC NỘI DUNG

DANH MỤC ẢNH.......................................................................................................2

DANH MỤC BẢNG BIỂU..........................................................................................2

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU..........................................................................................3

CHƢƠNG 2: ƢU VÀ NHƢỢC ĐIỂM CÁC HỆ THỐNG HIỆN TẠI.......................5

2.1 Đánh giá các hệ thống hiện tại........................................................................5

2.1.1 Hệ thống giám sát của FPT.....................................................................5

2.1.2 Hệ thống giám sát của VNPT..................................................................6

2.1.3 Hệ thống giám sát của Viettel..................................................................7

2.2 Các nhƣợc điểm chung của các hệ thống hiện tại..........................................8

CHƢƠNG 3: CÁC CƠ SỞ LÍ THUYẾT.....................................................................9

3.1 Tổng quan về hệ thống giám sát cho gia đình.................................................9

3.2 Giới thiệu về camera trong hệ thống giám sát và cảnh báo............................9

3.2.1 Định nghĩa..................................................................................................9

3.2.2 Phân loại.....................................................................................................9

3.3.2.1 Phân loại theo kĩ thuật hình ảnh..............................................................9

3.3.2.2 Phân loại theo kĩ thuật đƣờng truyền....................................................10

3.3.2.3 Phân loại theo tính năng sử dụng..........................................................11

3.2.3 Các thông số cơ bản của camera...............................................................12

3.3 Kỹ thuật phân tích hình ảnh trong giám sát và cảnh báo..............................15

3.2.1 Phát hiện và bám đối tƣợng chuyển động:...............................................16

3.2.2 Nhận dạng đối tƣợng, vật thể...................................................................18

3.3.2.1 Nhận dạng khói bằng camera................................................................19

3.3.2.2 Nhận dạng lửa bằng camera..................................................................20

3.3.2.3 Nhận dạng con ngƣời bằng camera......................................................21

3.4 Sử dụng cảm biến trong hệ thống giám sát và cảnh báo...............................22

CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH ĐỀ XUẤT CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHO GIA ĐÌNH

DÙNG CAMERA VÀ CẢM BIẾN............................................................................24

4.1 Bài toán và mô hình chung của hệ thống......................................................24

4.2.1 Hệ thống giám sát và cảnh báo cho gia đình.............................................24

4.2.2 Mô hình hệ thống đề xuất.........................................................................26

4.1.2.1 Mô hình hệ thống giám sát và cảnh báo cơ bản....................................26

4.1.2.2 Mô hình hệ thống giám sát và cảnh báo chuyên nghiệp........................30

4.2 Lựa chọn camera cho dịch vụ giám sát và cảnh báo.....................................33

4.3 Thiết kế kiến trúc phần mềm........................................................................36

4.4 Mô hình thƣơng mại hóa hệ thống...............................................................37

CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN...........................................39

5.1 Kết luận........................................................................................................39

5.2 Hƣớng phát triển của đề tài..........................................................................39

TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................40

1

DANH MỤC ẢNH

Hình 2-1: FPT Cloud Camera.......................................................................................5

Hình 2-2: Cài đặt camera cho dịch vu MegaCamera....................................................6

Hình 3-1: Dome Camera.............................................................................................11

Hình 3-2: Box camera.................................................................................................12

Hình 3-1: Bảng góc quan sát của camera....................................................................14

Hình 3-3: Các thông số liên quan đến tiêu cự của camera..........................................15

Hình 3-4: Mô hình áp dụng xử lý ảnh trong giám sát và cảnh báo.............................16

Hình 3-5: Mô hình phát hiện chuyển động.................................................................18

Hình 3-6: Mô hình nhận dạng trong xử lý ảnh............................................................18

Hình 3-7: Sơ đồ tổng quát một hệ nhận dạng.............................................................19

Hình 3-8: Phát hiện khói bằng camera........................................................................20

Hình 3-9: Phát hiện lửa bằng camera..........................................................................20

Hình 3-10: Mô hình áp dụng phát hiện ngƣời bằng camera.......................................21

Hình 3-11: Mô hình áp dụng nhận biết ngƣời bằng camera.......................................22

Hình 3-12: Cảm biến chuyển động.............................................................................22

Hình 3-13: Cảm biến từ..............................................................................................23

Hình 3-14: Cảm biến vùng.........................................................................................23

Hình 3-15: Cảm biến khói..........................................................................................23

Hình 3-16: Cảm biến khói..........................................................................................23

Hình 4-1: Mô hình hệ thống giám sát thông thƣờng..................................................24

Hình 4-2: Mô hình hệ thống cảm biến........................................................................25

Hình 4-3: Mô hình hệ thống giám sát và cảnh báo cơ bản..........................................27

Hình 4-4: Quy trình xử lí cảnh báo.............................................................................29

Hình 4-5: Mô hình sử dụng đầu ghi hình....................................................................31

Hình 4-6: Ghi hình sử dụng máy tính.........................................................................32

Hình 4-7: Hệ thống ghi hình trên máy chủ dịch vụ.....................................................33

Hình 4-8: Camera của Panasonic................................................................................34

Hình 4-9: Nền tảng ứng dụng mở của camera Axis....................................................36

Hình 4-10: Thiết kế tổng thể phần mềm quản lý thông tin giám sát và cảnh báo.......37

Hình 4-11: Mô hình cung cấp dịch vụ........................................................................38

Hình 4-12: Mô hình cung câp dịch vụ........................................................................38

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1: Các đặc điểm của dịch vụ Cloud Camera.....................................................6

Bảng 2-2: Các đặc điểm của dịch vụ MegaCamera......................................................7

Bảng 2-3: Bảng gói dịch vụ IP Camera của Viettel.......................................................7

Bảng 3-1: Bảng góc quan sát của camera…………………………………………… 15

2

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay cùng với sự nâng cao chất lƣợng cuộc sống thì một nhu cầu đảm bảo sự

an toàn của mỗi tổ chức cũng nhƣ gia đình càng trở nên cấp thiết. Trong cuộc sống

hàng ngày mỗi gia đình phải đối mặt với rất nhiều rủi ro nhƣ: cháy nổ, đột nhập, song

song đó là sự gia tăng của các loại hình tội phạm đang diễn biến ngày càng phức tạp,

các vụ hỏa hoạn ngày càng gia tăng, chủ yếu do bất cẩn trong sinh hoạt, làm việc và

các sự cố về điện. Con ngƣời ngày càng áp dụng nhiều phƣơng pháp để giảm thiểu

các thiệt hại từ các nguy cơ này từ giai đoạn xây dựng, giám sát và cảnh báo.

Nếu nhƣ trƣớc đây chỉ là các vụ trộm cắp tài sản nhỏ thì hiện nay chúng đã tổ chức

và thực hiện với quy mô rất lớn. Một đặc điểm chung là các hành vi này đang đƣợc

thực hiện ngày càng tinh vi, táo bạo, liều lĩnh, gây thiệt hại nặng nề về ngƣời và tài

sản, gây hoang mang cho toàn xã hội. Mục tiêu mà các đối tƣợng trộm cắp này nhắm

đến chủ yếu vẫn là các ngân hàng, tiệm vàng, trung tâm thƣơng mại, cơ quan, nhà

máy, khu công nghiệp, biệt thự, nhà riêng…Ngoài ra thì nguy cơ cháy vẫn còn tiềm ẩn

đối với bất kỳ công trình nào.

Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, con ngƣời đã áp dụng một cách hiệu quả

trong việc giám sát và cảnh báo các nguy cơ. Ví dụ nhƣ các loại cảm biến phát hiện

khói, phát hiện cháy, phát hiện rò rỉ ga hay phát hiện chuyển động. Đặc biệt với sự

phát triển của công nghệ hình ảnh, con ngƣời đã tạo ra camera, giúp việc giám sát

bằng hình ảnh đƣợc áp dụng mọi nơi, từ cơ quan, doanh nghiệp, trƣờng học, gia đình

đến trên phƣơng tiện di chuyển và những nơi công cộng. Công nghệ của camera đã

phát triển hơn 50 năm, từ những camera tƣơng tự đễn camera IP và hình ảnh đƣợc cải

thiện với chất lƣợng cao.

Ngoài ra với sự phát triển của Internet thì việc giám sát bằng camera qua mạng

Internet đã giúp việc giám sát cảnh báo hiệu quả hơn, mọi lúc mọi nơi. Một trong

những dịch vụ phát triển mạnh mẽ trong thời gian gần đây là dịch vụ giám sát và cảnh

báo thông qua Internet. Đặc biệt với sự phổ thông của điện thoại thông mình thì việc

cảnh báo cho ngƣời dùng thông qua điện thoại thông mình càng hiệu quả hơn bao giờ

hết.

Tại các nƣớc phát triển, việc giám sát hình ảnh bằng camera đã đƣợc triển khai

rộng khắp từ nhiều năm. Tại Việt Nam, camera cũng bắt đầu đƣợc triển khai nhƣng

vẫn còn hạn chế, theo đánh giá thì Việt Nam mới triển khai đƣợc 5%, do vậy thị

trƣờng camera giám sát vẫn rất lớn. Từ năm 2010, một số nhà cung cấp đã triển khai

các dịch vụ giám sát hình ảnh bằng camera bằng Internet đến các doanh nghiệp, tổ

chức lẫn hộ gia đình nhƣ dịch vụ Megavnn của VNPT, dịch vụ IP Camera của Viettel

hay dịch vu Camera Cloud của FPT. Tuy nhiên, vì còn nhiều hạn chế nên các dịch vụ

trên chƣa phổ biến. Việc tìm hiểu các ƣu nhƣợc điểm của các dịch vụ hiện tại và nhu

cầu của khách hàng có vai trò quan trọng trong việc mở rộng dịch vụ giám sát và cảnh

báo sử dụng camera và cảm biến.

1.2 Phạm vi nghiên cứu và hƣớng tiếp cận

Đề tài nghiên cứu và đƣa ra một mô hình của hệ thống giám sát và cảnh báo sử

dụng camera và cảm biến cho đối tƣợng sử dụng là hộ gia đình cho thị trƣờng Việt

Nam. Vì những hạn chế về thời gian cũng nhƣ khả năng thu thập thông tin thị trƣơng,

các yếu tố đánh giá sẽ đƣợc xem xét lại ở bƣớc tiếp theo. Đề tài cũng không đi theo

hƣớng xây dựng một hệ thống hoàn thiện về chức năng mà sẽ nghiên cứu để đề xuất

3