警用智能货架控制系统的升级与实现.pdf

2 0 2 4年2期1 8 1 2 0 2 4年第4 6卷第2期警用智能货架控制系统的升级与实现谈会领1 卢 阳2 张 捷1作者简介:谈会领(1 9 9 8-),硕士生,研究方向为信息系统。(1.南京理工大学 南京2 1 0 0 9 4;2.陆军装备部驻重庆地区军代局驻重庆地区第一军事代表室 重庆4 0 0 0 6 0)摘 要 近年来,随着科技的不断进步,警用智能货架控制系统逐渐成为警察部门的重要工具之一。传统的警用货架存在操作繁琐、效率低下等问题,为提高货架操作的便捷性和警务管理的高效性,文中设计并实现了一款基于物联网的警用智能货架控制系统。该系统具有R F I D识别、装备实时监控和管理、非法操作警报等功能,还具有手势识别能力,能进行人机无接触式交互,并通过指定的手势识别使用者身份。总之,该警用智能货架控制系统为警察部门提供了更便捷、高效的装备管理方式,具有可靠性、安全性以及良好的人机交互功能等优点。关键词:手势识别;图像特征;记忆网络;R F I D;智能货架;物联网中图分类号 T P 3 1 1.5U p g r a d ea n dI m p l e m e n t a t i o no fP o l i c e I n t e l l i g e n t S h e l fC o n t r o l S y s t e mT AN H u i l i n g1,L UY a n g2a n dZ HAN GJ i e1(1.N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,N a n j i n g2 1 0 0 9 4,C h i n a;2.A r m yE q u i p m e n tD e p a r t m e n t i nC h o n g q i n gR e g i o nM i l i t a r yB u r e a u i nC h o n g q i n gR e g i o nF i r s tM i l i t a r yR e p r e s e n t a t i v eO f f i c e,C h o n g q i n g4 0 0 0 6 0,C h i n a)A b s t r a c t I n r e c e n t y e a r s,w i t h t h e c o n t i n u o u sp r o g r e s s o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y,t h ep o l i c e i n t e l l i g e n t s h e l f c o n t r o l s y s-t e mh a s g r a d u a l l yb e c o m e o n e o f t h e i m p o r t a n t t o o l s o f t h ep o l i c ed e p a r t m e n t.T h e t r a d i t i o n a l p o l i c e s h e l v e sh a v ep r o b l e m ss u c ha sc u m b e r s o m eo p e r a t i o na n d l o we f f i c i e n c y.I no r d e r t o i m p r o v e t h e c o n v e n i e n c eo f s h e l f o p e r a t i o na n d t h e e f f i c i e n c yo f p o l i c em a n a g e m e n t,t h i sp a p e rd e s i g n s a n d i m p l e m e n t s ap o l i c e i n t e l l i g e n t s h e l f c o n t r o l s y s t e mb a s e do n t h e I n t e r n e t o fT h i n g s.T h es y s t e mh a sR F I Di d e n t i f i c a t i o n,r e a l-t i m em o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n t o f e q u i p m e n t,i l l e g a l o p e r a t i o na l a r ma n do t h e r f u n c t i o n s,a n da l s oh a sg e s t u r er e c o g n i t i o nc a p a b i l i t y,w h i c hc a nc a r r yo u th u m a n-m a c h i n ec o n t a c t l e s s i n t e r a c-t i o na n du s e r i d e n t i t y r e c o g n i t i o n t h r o u g hd e s i g n a t e dg e s t u r e s.I ns h o r t,t h ep o l i c e i n t e l l i g e n t s h e l f c o n t r o l s y s t e mp r o v i d e sp o l i c ed e p a r t m e n t sw i t ham o r ec o n v e n i e n t a n de f f i c i e n t e q u i p m e n tm a n a g e m e n tm e t h o d,w i t ht h ea d v a n t a g e so f r e l i a b i l i-t y,s a f e t ya n dg o o dh u m a n-i n t e r a c t i o nm a c h i n e f u n c t i o n s.K e y w o r d s G e s t u r er e c o g n i t i o n,I m a g ef e a t u r e s,M e m o r yn e t w o r k s,R a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y,I n t e l l i g e n ts h e l f,I n t e r n e to fT h i n g s0 引言随着计算机信息处理技术和传输技术的不断发展,为提高管理效率,警用物资的仓储管理不可避免地开始了信息化进程,智能货架技术便是其中的重要发展方向1。相较于传统的货架,智能货架具有良好的人机交互平台,提高了用户体验;能实时检测物资库存情况并及时更新,提高了管理效率;可以追踪物资存取信息,方便了责任的快速锁定。考虑到在长期使用的过程中,显示屏经常被触碰且其表面难免积累污垢从而出现故障问题,本文通过基于视觉的手势识别技术来实现人机无接触式交互功能,降低了警用智能货架系统的维护成本。不仅如此,具有手势识别功能的智能货架还能通过指定的手势来验证用户身份,进一步提高了系统整体的安全性与可靠性2。1 系统设计1.1 系统整体框架设计系统主要包括安卓端、P C端和服务端3个部分。安卓端和服务端之间采用C/S架构,P C前端和服务端采用B/S架构3。通过安卓端,可以向服务器发送货架控制指令;通过P C端,可以进入物资信息管理界面,核查并管理多个货架上的警用物资信息。服务端主要处理安卓端和P C端传入的指令和数据,并返回处理结果。1 8 2 2 0 2 4年2期系统使用J a v a和P y t h o n两种语言,基于S p r i n g B o o t框架进行开发。J a v a语言用来开发智能货架管理模块、数据信息安全和传输模块;P y t h o n语言主要用来开发视觉手势识别模块。系统可分为感知层、通信层、业务层、表现层和持久层。其中,感知层主要通过R F I D扫描器来获取物资标签信息4,通过深度相机获取手势信息;通信层主要通过H t t p和N e t t y框架实现各层的数据交互5,并利用N g i n x实现负载均衡和反向代理,进一步提高系统的性能;业务层主要对感知层获取到的数据进行加工处理,并将结果反馈到表现层或存储到持久层;表现层基于V u e和E l e m e n t U I进行开 发,主 要 用 于 展 示 数 据;持 久 层 是 基 于M y b a t i s、M y S Q L和R e d i s数据库实现的,M y S Q L用于存储警用物资信息数据,R e d i s用于缓存系统第一次查询的M y S Q L数据,以提高后续查询相同数据的效率并减轻M y S Q L数据库的压力。系统整体框架如图1所示。图1 系统整体框架1.2 功能模块系统功能主要分为两大部分,即货架终端和服务后端。货架终端具有终端显示模块、物品管理模块、手势识别模块、R F I D标签识别模块、报警提示模块以及L E D显示模块;货架后端具有任务指令管理模块、设备管理模块、日志管理模块、权限管理模块以及串口通信模块,如图2所示。图2 系统功能模块1.2.1 终端模块组成(1)终端显示模块。将杂乱的数据清晰地显示在可视化界面中,可实时查看各终端的工作状态,包括终端I D、终端地址、终端I P等基本参数信息。(2)物品管理模块。实时查看货架每个库位上物品的名称、编码、数量、状态以及外箱码标签号。(3)手势识别模块。通过安放在智能货架上的深度摄像头和视觉手势识别算法的A P I接口完成对用户手势的识别,根据识别结果生成并返回相应指令。(4)R F I D标签识别模块。通过R F I D扫描器扫描贴在警用物资上的标签码,获取物资的详细信息。(5)警报提示模块。当有人非法存取警用物资时,智能货架会异常报警,将非法放入的物品拿走或将非法取走的物品放回原库位后,报警则会自动解除,同时管理者也可以手动解除警报,但这样可能会导致数据丢失。(6)L E D显示模块。给智能货架上的每个库位分配一个L E D灯,利 用 灯 的 不 同 颜 色 来 表 示 当 前 库 位 的 不 同状态。1.2.2 后端模块组成(1)任务指令管理模块。具有下发任务、查看任务明细、暂停任务、取消任务等功能。(2)设备管理模块。主要用于管理所有的智能货架和P D A手持机,可以添加新设备,查看并修改所有设备的基础设置。(3)日志管理模块。记录系统工作和警报日志,方便开发人员进行问题排查和设备维护。(4)权限管理模块。用于管理用户的操作权限。(5)串口通信模块。实现终端与后端、前端与后端之间的数据通信。2 关键技术2.1 R F I D技术R F I D(R a d i oF r e q u e n c yI d e n t i f i c a t i o n)是一种使用无线电频率进行数据传输和识别的技术。它利用无线电波实现标签和读写器之间的通信,以识别、跟踪和管理警用物资。其主要由以下几个部分组成。(1)标签。其是R F I D系统中的被动设备,通常由一个芯片和一个天线构成。芯片可以存储和处理特定的数据,如唯一的序列号、产品信息等;天线则用于与读写器进行无线通信。(2)读写器。其是R F I D系统中的主动设备,负责向标签发送指令,并通过无线电波接收来自标签的响应。(3)后台系统。后台系统用于管理和处理从R F I D系统中获取的数据。其工作流程如下。(1)初始化。读写器发出无线电信号,激活附近的标签。标签接收到信号后获得能量,并开始准备读取或写入数据。(2)通信。读写器向标签发送指令,并将电磁波信号传输给标签。标签会解码接收到的指令,并执行相应的操作,如读取存储的数据或修改自身状态。移动信息2 0 2 4年2期1 8 3 (3)数据传输。标签通过调制和改变电磁波的特性(如振幅、频率或相位)来回应读写器的请求。读写器接收到标签的响应后,会解码其中的数据。(4)数据处理。读写器将从标签接收到的数据传输到后台系统进行处理和分析。后台系统可以根据需要对数据进行存储、分析、显示等操作。2.2 N g i n x技术N g i n x是一款高性能的开源W e b服务器和反向代理服务器。应用N g i n x反向代理技术,可以使N g i n x处理完客户端发送的请求后,将其发送给服务器,再由N g i n x将服务器返回的结果传给客户端。期间,客户端并不清楚服务器的身份和I P地址,一切服务都由N g i n x代理完成,进一步增加了系统的安全性和稳定性。N g i n x还提供了高效的静态资源访问和管理服务以及分布式的负载均衡服务,可以通过内置的轮询、I P哈希、最少连接、加权轮询、加权最少连接等算法将客户端和P C端的请求均衡地分配到各个服务器上,以避免单个服务器出现过载、不可用的现象,提高系统整体的可靠性。2.3 N e t t y通信技术N e t t y是一种基于异步事件驱动的网络应用框架,具有异步非阻塞性、高性能、高扩展性等特点6。N e t t y框架基于N I O模型,其能利用一个线程同时处理多个请求而不造成客户端阻塞,当多个客户端向服务端发送请求时,客户端无需阻塞在原地等待服务端返回结果,而可以立刻去处理其他事件。服务端会将接收到的多个请求缓存后一一进行处理,每处理完一个便会提醒对应的客户端。客户端在收到提醒后,便可以在空闲时处理返回的结果。因此,在整个请求与响应过程中,客户端线程不会出现阻塞现象,提高了通信效率7。其通信流程如图3所示。图3 N e t t y通信流程图客户端首先需要完成N e t t y用户注册,在服务端授权后才能通过三次握手与N e t t y服务端建立连接。建立连接后,客户端和服务器便可以通过数据发送和接受模块完成信息交互,通过业务处理模块对各自获取到的数据进行处理。为便于出错校验核对,服务器端还会通过日志记录模块来记录所有的工作日志。在完成所有的任务后,货架终端通过四次挥手与服务后端断开连接。2.4 视觉手势识别技术传统的视觉手势识别技术往往通过对二维的手势图像进行预处理后,再通过模板匹配等方式对手势进行识别8。由于二维图像易受环境背景、光线和拍摄角度的影响,且较于三维图像,其能获取到的信息较少,从而导致传统的视觉手势识别技术的识别率较低。因此,本文利用深度摄像机来获取手势信息,并通过基于深度学习的预测识别算法来提高识别成功率,其基本流程如图4所示。图4 手势识别流程图(1)利用深度相机获取手势信息,并通过卡尔曼滤波算法减小相机抖动等因素对精度的影响9。(2)提取用户手势动作执行过程中的手部坐标、长度、角度等特征来提高手势识别精度。(3)利用长短期记忆网络(L o n g-S h o r tT e r m M e m o r yn e t w o r k,L S TM)对手势动作进行提前预测与识别1 0。(4)根据识别结果生成相应的控制指令,并将其传输到服务端。3 结语本文设计了一种基于视觉手势识别的智能货架控制系统。该系统以安卓工控机为控制终端,采用C/S架构实现终端与后台服务端的信息交互;采用B/S架构实现网页前端与服务端的通信;使用J a v a和P y t h o n两种语言,基于S p r i n g b o o t框 架,并 结 合N e t t y,N g i n x,M y b a t i s,M y S Q L,R e d i s,V u e,E l e m e n t U I等技术完成了系统的整体开发。为进一步提高警用物资存取效率,该系统能通过深度相机精准识别操作人员的指定手势含义,并生成对应的控制指令。目前,该系统已正式投入使用,并取得了理想的效果。考虑到声音控制方式具有更好的便捷性和人机交互体验,给智能货架加入声控系统将是未来研究的重点方向。参考文献1单泽隆,林涛,张庆虎.解放双手智能货架系统的设计与实现移动信息1 8 4 2 0 2 4年2期J.信息与电脑(理论版),2 0 2 2,3 4(4):1 2 3-1 2 5.2占宏,吴碧霄,杨辰光.基于视觉手势识别的人机交互实验平台J.实验室研究与探索,2 0 2 2,4 1(7):2 3-2 5,2 9.3刘洋,陶艺.C/S与B/S相结合的农田灌溉信息化管理系统的设计J.工业控制计算机,2 0 2 3,3 6(5):1 3 1-1 3 3.4陈艳.基于R F I D技术的物流仓储标准体系研究J.物流科技,2 0 2 2,4 5(1 8):1 5 9-1 6 2.5滕阳阳,胡栋.基于N e t t y的HT T P协议栈的扩展设计与实现J.无线通信技术,2 0 1 7,2 6(3):3 8-4 2.6张志栋.物联网中基于N e t t y的数据接入分层集群系统研究与实现D.重庆:重庆邮电大学,2 0 2 2.7王宁,张娜,于泽川,等.基于N e t t y的高性能消息中间件设计与实现J.智能计算机与应用,2 0 2 1,1 1(6):1 6 8-1 7 2,1 7 7.8张湃.基于机器视觉的手势识别技术研究D.石家庄:河北科技大学,2 0 2 0.9朱金华,李玉仙.基于卡尔曼滤波的图像降噪算法J.现代电子技术,2 0 1 7,4 0(9):2 2-2 4,2 8.1 0刘影.基于部分亲和域和长短期记忆网络的行人轨迹预测研究D.上海:上海工程技术大学,2 0 2 1.(上接第1 7 7页)(1)用 户:系 统 中 的 用 户 可 以 被 分 配 到 不 同 的 角 色 中。(2)角色:定义操作和访问权限,可以被分配给不同的用户。(3)权限:定义了各种具体的访问和操作权限,包括读、写、修改、删除等。通过这些组件的配合,R B A C权限管理模型能 实 现 对 系 统 中 不 同 用 户 的 访 问 控 制 和 权 限管理。3 结语装备物资是公安局执法的物质保障,由于其特殊性,在转移的过程中需要经过多层审批,传统审批流程繁琐且存在文件丢失和被篡改的风险,对装备物资的使用记录也需要耗费大量的人力。针对以上问题,本文设计了一种基于J a v a语言的装备物资管理系统,结合A c t i c i t i流程引擎,实现了装备变动的在线审批,可有效提高警务人员的工作效率。此外,本系统对每件装备物资的使用情况设计了全生命周期时间轴,方便查询装备物资状态;可视化大屏功能则可供查看各地区的装备物资储备情况,辅助上级领导做出调拨决策。经测试,本系统运行情况良好,可供使用。参考文献1张天乐,葛妍娇,迮希腾,等.电子政务项目全生命周期管理系统设计与实现J.电脑知识与技术,2 0 2 0,1 6(3 4):1 7-1 9.2褚燕华,高键.基于A c t i v i t i的创业担保贷款协同审批系统的设计与实现J.电脑知识与技术,2 0 2 0,1 6(1 1):2 8-3 0.3王丹,丁 兆 锟,赵燕.全 生命 周期 装 备的 信息 化管 理 系 统J.电子技术,2 0 2 1,5 0(7):1 3 0-1 3 1.4王海林.基于j a v a的业务审批系统设计与实现D.成都:电子科技大学,2 0 1 5.5王克肖,王彦昌,武迪.制造业企业审批管理系统的设计与实现J.信息系统工程,2 0 2 0(5):4 9-5 0.6胡韬,王加杰.警用装备管理系统设计与实现J.科学技术创新,2 0 1 8(3 5):7 4-7 5.7李修云.基于A c t i v i t i框架的在线审批流程应用研究J.计算机科学,2 0 1 6,4 3(S 1):5 5 5-5 5 7.8王昊鑫.基于智慧互联的选煤设备全生命周期管理系统研究D.徐州:中国矿业大学,2 0 2 2.9张玉洁.拖拽式数据可视化工具的设计与实现D.西安:西安电子科技大学,2 0 2 0.1 0刘林林.面向审批业务的W e b自定义工作流模型研究与实现D.秦皇岛:燕山大学,2 0 1 7.移动信息