基于可視化技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品防偽溯源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹東方，楊 慧

(1.河北科技大學(xué)信息化建設(shè)與管理中心,河北石家莊 050018;2.北京亮點(diǎn)思達(dá)科技發(fā)展有限公司，北京 100000)

基于可視化技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品防偽溯源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹東方1，楊 慧2

(1.河北科技大學(xué)信息化建設(shè)與管理中心,河北石家莊 050018;2.北京亮點(diǎn)思達(dá)科技發(fā)展有限公司，北京 100000)

隨著中國農(nóng)產(chǎn)品物流規(guī)模不斷壯大，農(nóng)產(chǎn)品物流系統(tǒng)無法從源頭保證產(chǎn)品采摘、包裝、物流中的可信性。為了解決這個問題，提出一種現(xiàn)場作業(yè)可視化系統(tǒng)，即將可視化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品防偽溯源監(jiān)控系統(tǒng)中，從而滿足遠(yuǎn)程管理的需求。對相關(guān)可視化技術(shù)的一般方法進(jìn)行了分析，選擇COFDM作為主要解決方案。農(nóng)產(chǎn)品防偽溯源監(jiān)控系統(tǒng)有效克服了復(fù)雜環(huán)境下的各類干擾，將物流中的實(shí)時監(jiān)控信息傳送到中繼通信和監(jiān)控設(shè)備上，并依托公用通信網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)廣域范圍內(nèi)的實(shí)時高質(zhì)量監(jiān)控圖像傳輸、存儲和瀏覽。通過實(shí)時現(xiàn)場視頻監(jiān)控，消費(fèi)者可以保證買到真實(shí)可信的高質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品;生產(chǎn)者可以提高農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸效率，還可以提升相應(yīng)產(chǎn)品的信譽(yù)，促進(jìn)高質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品的銷售。

計(jì)算機(jī)圖像處理;可視化技術(shù)；視頻監(jiān)控；農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控；COFDM；數(shù)字水印防偽

1 農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控概述

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，農(nóng)超對接等新的經(jīng)營模式不斷涌現(xiàn)，農(nóng)產(chǎn)品物流規(guī)模和要求也隨之不斷提高。在農(nóng)超對接等新的經(jīng)營模式下，大型超市對生鮮農(nóng)產(chǎn)品的配送時效性和物流過程中農(nóng)產(chǎn)品的損耗都提出了更嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)的農(nóng)村專業(yè)合作社的運(yùn)輸手段比較單一落后，難以達(dá)到大型超市對物流的要求，物流過程中經(jīng)常需要比較專業(yè)的指導(dǎo)意見，因此，對農(nóng)產(chǎn)品物流過程的全程監(jiān)控、全程指導(dǎo)提上了日程。農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是從海量的物流數(shù)據(jù)(例如狀態(tài)信息、運(yùn)輸信息和物品存儲信息等)中快速搜索到關(guān)鍵信息，并完成現(xiàn)場人員和遠(yuǎn)程指揮間的實(shí)時協(xié)同。

目前，對農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控的研究主要包括兩方面：一是通過GPS，Zigbee、溫濕度檢測系統(tǒng)等地理信息、無線通信與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對鮮活農(nóng)產(chǎn)品的實(shí)時監(jiān)控，保證農(nóng)產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中能夠做到不受或少受損害，保持新鮮，降低運(yùn)輸過程中造成的農(nóng)產(chǎn)品損耗；二是借助條碼、無線射頻識別技術(shù)(radio frequency identification, RFID)[1]等電子識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品的追本溯源，確保農(nóng)產(chǎn)品來源的可信性。然而，RFID在信息追溯管理中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，更多的是基于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)情景下的應(yīng)用，對于最迫切、最需要打消消費(fèi)者疑慮的各種小規(guī)模、分散型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和物流過程，卻無法從源頭保證產(chǎn)品采摘、包裝、物流中的可信性。

采用可視化監(jiān)控系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行全程實(shí)時視頻監(jiān)控，尤其是通過對傳統(tǒng)上最難以保證可信性源頭的生產(chǎn)現(xiàn)場的采摘、包裝以及物流過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)有效的追本溯源，大大提高農(nóng)產(chǎn)品的可信性，還可以在生產(chǎn)、物流過程中及時發(fā)現(xiàn)問題，由專家與生產(chǎn)者通過視頻對話面對面地交流經(jīng)驗(yàn)、解決問題。從消費(fèi)者的角度出發(fā)，通過實(shí)時現(xiàn)場視頻監(jiān)控可以保證買到真實(shí)可信的高質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品，從生產(chǎn)者角度出發(fā)，可以提高農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸效率，還可以提升相應(yīng)產(chǎn)品的信譽(yù)，促進(jìn)高質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品的銷售[2]。由于受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場地形、植被、金屬構(gòu)件的影響，傳統(tǒng)的安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)都不能穩(wěn)定、可靠的工作，因此，研發(fā)能克服地形、植被和大棚等金屬構(gòu)件影響，保持穩(wěn)定可靠工作的單人便攜式實(shí)時視頻監(jiān)控系統(tǒng)，即建設(shè)一套基于可視化技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控體系，對于促進(jìn)高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售非常有意義。

2 可視化監(jiān)控系統(tǒng)簡介

基于圖形學(xué)的可視化技術(shù)提供了一種新的數(shù)據(jù)傳輸思路，即將枯燥的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形，表達(dá)豐富信息的同時更能夠準(zhǔn)確、直觀地被人們所接受[3]?？梢暬O(jiān)控系統(tǒng)指的是使用現(xiàn)有的視頻技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對需要監(jiān)控的區(qū)域進(jìn)行探測和監(jiān)視，并且在控制中心實(shí)時顯示現(xiàn)場的圖像系統(tǒng)，系統(tǒng)還提供錄像功能，可以將現(xiàn)場的圖像存入中心數(shù)據(jù)服務(wù)器，以備出現(xiàn)事故時檢索和顯示歷史圖像。通?？梢暬O(jiān)控系統(tǒng)分為有線制式可視化監(jiān)控系統(tǒng)和無線制式可視化監(jiān)控系統(tǒng)。傳統(tǒng)的各類視頻監(jiān)控系統(tǒng)無論采用數(shù)字式還是模擬式信號，都主要采取有線方式傳輸視頻信號。因此，存在監(jiān)視區(qū)域固定、距離遠(yuǎn)、視角差等問題。

無線可視化監(jiān)控系統(tǒng)利用無線技術(shù)進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)傳輸，避免了有線監(jiān)控線路一旦部署后移動變更困難的缺點(diǎn)，回避了室外工作量大且不便的問題，具有施工成本低廉、工作靈活性高、維護(hù)難度低等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地解決上述有線可視化監(jiān)控系統(tǒng)中存在的大部分問題[4]。因此，近年來各類便攜式無線監(jiān)控設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用和蓬勃發(fā)展。無線可視化監(jiān)控所采用的技術(shù)主要分為以下幾類：模擬信號傳輸、數(shù)字/網(wǎng)絡(luò)電臺、GSM/3G/4G、擴(kuò)頻/數(shù)字微波、WiFi、衛(wèi)星、編碼正交頻分復(fù)用(coded orthogonal frequency division multiplexing, COFDM)[5]技術(shù)等。模擬信號傳輸、WiFi等抗干擾能力較弱，擴(kuò)頻/數(shù)字微波、衛(wèi)星等維護(hù)成本或租賃費(fèi)用較高。

基于COFDM的無線圖像傳輸系統(tǒng)采用了正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)，可以在丘陵、山地、叢林等各類復(fù)雜環(huán)境中，在高層建筑遮擋、各類干擾源以及各類復(fù)雜地貌遮擋的條件下或者在移動的環(huán)境下連續(xù)傳輸高質(zhì)量的影音數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)，可廣泛應(yīng)用于各類應(yīng)急救援現(xiàn)場的實(shí)時圖像采集[6]。農(nóng)產(chǎn)品物流可視化監(jiān)控系統(tǒng)能夠克服復(fù)雜環(huán)境下的各類干擾，將高質(zhì)量的農(nóng)產(chǎn)品物流作業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)控圖像信息傳送到中繼通信和監(jiān)控設(shè)備(車載監(jiān)控裝置等)，并依托公用通信網(wǎng)絡(luò)和專用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)廣域范圍內(nèi)的實(shí)時高質(zhì)量監(jiān)控圖像傳輸、存儲和瀏覽。本文采用的是無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的COFDM調(diào)制技術(shù)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

用于農(nóng)產(chǎn)品物流的可視化監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際建設(shè)方面，依據(jù)先進(jìn)、可靠、合理、適用的原則，設(shè)計(jì)完成具有高清圖像抓取和聲音抗干擾錄制功能，通過無線傳輸方式，將現(xiàn)場信息實(shí)時展現(xiàn)給管理人員，并保持在各種復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定傳輸[7]。最終實(shí)現(xiàn)一個結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品物流系統(tǒng)生產(chǎn)管理運(yùn)行機(jī)制的遠(yuǎn)程、實(shí)時、可視化、信息共享的農(nóng)產(chǎn)品物流移動視頻監(jiān)控平臺。

3.2技術(shù)方案

為從源頭保證農(nóng)產(chǎn)品的采摘、包裝以及物流中的可信性，農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控系統(tǒng)要進(jìn)行全程實(shí)時視頻監(jiān)控。由于受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場地形、植被以及環(huán)境的影響，本方案設(shè)計(jì)要求視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端無論是在靜止還是在快速移動過程中，或者在有建筑物或其他地貌遮擋時，都能夠穩(wěn)定連續(xù)地傳輸清晰流暢的語音信號和視頻圖像信號。在參考目前國內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)方案后，本系統(tǒng)最終選擇了基于COFDM的無線視頻監(jiān)控方案[8]。

COFDM是正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)與信道編碼技術(shù)的完美結(jié)合，屬于特殊的多載波通信方案，解決了多徑環(huán)境中的信道選擇性衰落和信道平坦性衰落，代表了無線視頻傳輸?shù)陌l(fā)展方向[9]。近些年，基于COFDM技術(shù)的DSP芯片已成為一時之選，已經(jīng)開發(fā)出多種實(shí)用產(chǎn)品。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以充分利用頻道資源，有效地免疫各種雜波噪音干擾，適用于在非可視和有各類建筑和復(fù)雜地貌阻擋的環(huán)境下使用[10]。

3.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

農(nóng)產(chǎn)品物流可視化監(jiān)控系統(tǒng)以軍用戰(zhàn)場監(jiān)視系統(tǒng)和戰(zhàn)場感知系統(tǒng)所采用的“微波無線數(shù)傳電臺”為基礎(chǔ)，系統(tǒng)基于COFDM等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廣播級高清畫面實(shí)時傳輸，旨在提供適合城市、郊區(qū)等復(fù)雜環(huán)境中農(nóng)產(chǎn)品物流系統(tǒng)下的視頻監(jiān)控系統(tǒng)[11]。

生鮮易腐的農(nóng)產(chǎn)品物流過程大體如下：采摘→采后預(yù)冷→包裝并貼RFID標(biāo)簽→冷藏車運(yùn)輸→批發(fā)站冷庫→超市冷柜→消費(fèi)者冰箱。為了從源頭保證農(nóng)產(chǎn)品采摘、包裝以及物流中的可信性，在農(nóng)產(chǎn)品的全過程中都要應(yīng)用可視化監(jiān)控系統(tǒng)[12]。

農(nóng)產(chǎn)品物流可視化監(jiān)控系統(tǒng)由智能頭盔、便攜式主機(jī)系統(tǒng)、微波無線數(shù)傳電臺、數(shù)據(jù)傳輸與存儲系統(tǒng)、顯示終端盒可視化指揮系統(tǒng)軟件組成，如圖1所示。

圖1 農(nóng)產(chǎn)品物流可視化監(jiān)控系統(tǒng)組成Fig.1 Agricultural products logistics visualization monitoring system component diagram

智能頭盔把從農(nóng)產(chǎn)品采摘、包裝以及物流過程中遇到的問題采集成圖像和語音數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線傳給便攜式主機(jī)系統(tǒng)，然后通過主機(jī)進(jìn)行編碼和壓縮加密后，利用數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和基于COFDM的微波無線數(shù)傳電臺將其發(fā)射出去。另一臺固定設(shè)置的微波數(shù)傳電臺可以接收單兵主機(jī)發(fā)過來的音視頻數(shù)據(jù)[13]，然后實(shí)時地通過無線方式顯示在現(xiàn)場手持設(shè)備(如PDA，iPad)上，也可通過有線的方式將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)終端；在計(jì)算機(jī)終端可以利用可視化農(nóng)產(chǎn)品物流管理軟件直觀地瀏覽智能頭盔采集到的以第1人稱視角呈現(xiàn)的圖像數(shù)據(jù)和語音數(shù)據(jù)[14]。全程實(shí)時監(jiān)控，保證了農(nóng)產(chǎn)品的可信源頭。智能頭盔采集到的視頻和語音數(shù)據(jù)，可進(jìn)行實(shí)時存儲、回放，也可制作成帶時間戳的防偽監(jiān)控視頻信息或作業(yè)考核內(nèi)容，供以后使用。在PC終端或現(xiàn)場的監(jiān)管人員，還可以根據(jù)視頻畫面，實(shí)時與農(nóng)產(chǎn)品物流操作人員進(jìn)行雙向通信，起到指導(dǎo)生產(chǎn)、保護(hù)安全、監(jiān)控防偽的作用[15]。

智能頭盔和便攜式單兵主機(jī)可以很靈活地進(jìn)行組網(wǎng)，可輕松地實(shí)現(xiàn)一對多的音視頻數(shù)據(jù)采集加密傳輸。除通過微波數(shù)傳電臺傳輸視頻數(shù)據(jù)外，也可根據(jù)現(xiàn)場具體情況，通過3G，WiFi等不同傳輸方式實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程局域網(wǎng)上的訪問[16]。

3.4系統(tǒng)硬件配置

3.4.1 智能頭盔系統(tǒng)

智能頭盔系統(tǒng)主要由4部分組成，分別為視頻采集模塊、骨傳導(dǎo)耳機(jī)模塊、喉振麥克和輔助模塊。具體功能描述如下[17]。

視頻采集模塊：采用CCD540高線攝像機(jī)，圖像可達(dá)D1標(biāo)準(zhǔn)，保證圖像清晰?？梢愿鶕?jù)用戶需求采用不同的高清晰度攝像機(jī)、紅外線攝像機(jī)等特種視頻采集模塊，靈活搭配。

骨傳導(dǎo)耳機(jī)模塊：其原理是通過頭部骨結(jié)構(gòu)的振動將聲音直接傳到耳神經(jīng)。由于通過骨結(jié)構(gòu)振動的原理而無需通過空氣進(jìn)行傳導(dǎo)，因此即使堵住雙耳，也可清晰地聽到骨傳導(dǎo)耳機(jī)傳來的聲音，所以有很強(qiáng)的抗干擾能力。在非常喧囂吵鬧的地方，也能清楚地聽到傳過來的聲音[18]。

喉振麥克模塊：通過精密傳感器取得喉部皮膚振動獲得聲音信號，哪怕是在強(qiáng)噪音環(huán)境下也能保持正常通話；具有通話穩(wěn)定、音質(zhì)清晰的優(yōu)點(diǎn)，不像傳統(tǒng)麥克易受外界嘈雜環(huán)境的干擾。

輔助模塊：包括夜間照明部件，各種轉(zhuǎn)換接頭和適配器[19]。

3.4.2 便攜式主機(jī)系統(tǒng)

便攜式主機(jī)采用嵌入式操作系統(tǒng)，具有低能耗、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，是整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大腦和核心，負(fù)責(zé)將喉振麥克采集到的語音數(shù)據(jù)以及高速攝影機(jī)采集到的圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過便攜式主機(jī)進(jìn)行編碼加密和壓縮，同時嵌入難以仿制的數(shù)字水印，然后通過數(shù)據(jù)傳輸模塊和微波數(shù)傳電臺將編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送出去[20]。

3.4.3 數(shù)傳電臺

本系統(tǒng)采用的是一款自行設(shè)計(jì)制造的信號覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)傳輸速率高、安全性能優(yōu)秀的軍標(biāo)級專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸電臺設(shè)備，在音視頻數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)據(jù)加密及高速傳輸?shù)确矫娴男阅茏吭?。該設(shè)備采用正交頻分復(fù)用技術(shù)，支持利用多徑進(jìn)行傳輸，可以接收分集，大大提高了電臺信號的有效覆蓋范圍。電臺工作頻段是由ITU下屬無線通信委員會定義的ISM頻段,該頻段開放于醫(yī)學(xué)、工業(yè)、科學(xué)3類機(jī)構(gòu)使用，屬于Free License，無需授權(quán)許可。傳輸速率可超過20 MB/s，傳輸距離可超過15 km，為無線監(jiān)控系統(tǒng)提供了一種長距離、高速率的無線傳輸方案。具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 數(shù)傳電臺設(shè)計(jì)參數(shù)

3.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控系統(tǒng)后臺配套的可視化監(jiān)管系統(tǒng)軟件，是一種分布式、網(wǎng)絡(luò)化的視頻圖像監(jiān)控和集中管理平臺。此平臺將農(nóng)產(chǎn)品物流采集設(shè)備中采集的多組監(jiān)控視頻、音頻數(shù)據(jù)以及各類報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理后，再進(jìn)行編碼、壓縮和嵌入數(shù)字水印加密，這樣就具備防偽追溯功能，配合后續(xù)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的印刷防偽、RFID防偽等實(shí)現(xiàn)全流程的防偽追溯。通過TCP/IP協(xié)議，將這些數(shù)據(jù)傳送到農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上，物流監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡(luò)接收這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行即時管理和全程監(jiān)控，通過電視墻的方式，支持多組監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時傳輸和存儲，并能通過網(wǎng)絡(luò)對多個農(nóng)產(chǎn)品作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控、管理、指揮以及防偽追溯[21]。

3.6系統(tǒng)功能

農(nóng)產(chǎn)品物流可視化監(jiān)控系統(tǒng)具有的功能如圖2所示。

圖2 可視化監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)Fig.2 Function module design of visual monitoring system

音視頻編碼功能：依照ITU音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，支持RTP打包和PS打包的H.264，MPEG4，MPEG2，MJPEG視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，RTP流用于網(wǎng)傳，PS流用于錄像。支持WD1，4CIF，2CIF，CIF，QCIF等多種分辨率。此功能在農(nóng)產(chǎn)品物流全程實(shí)時監(jiān)控中的采摘、包裝、物流以及生產(chǎn)者與專家通過視頻對話面對面交流經(jīng)驗(yàn)、解決問題中都有涉及。僅采摘環(huán)節(jié)采取頭盔方式，客戶可以采取實(shí)時在線觀察方式(類似于飯店的透明廚房)，也可以采取事后調(diào)閱加密錄像的方式，通過數(shù)字水印進(jìn)行防偽追溯。其他環(huán)節(jié)的視頻監(jiān)控視需要而定。

錄像記錄功能：實(shí)現(xiàn)實(shí)時和非實(shí)時圖像抓取功能。支持多種視頻記錄觸發(fā)模式，支持定時視頻記錄，移動偵測觸發(fā)記錄，開關(guān)量報(bào)警觸發(fā)記錄，手動記錄等。移動偵測主要用于對生產(chǎn)現(xiàn)場的全天候監(jiān)控。此功能是通過農(nóng)產(chǎn)品物流可視化監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲與管理模塊來實(shí)現(xiàn)，用于對農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控中通過智能頭盔采集到的音視頻進(jìn)行存儲，供以后使用。

數(shù)字水印加密功能：通過對采集和編碼后的多媒體文件嵌入數(shù)字水印，可以保證視頻監(jiān)控文件的完整性和準(zhǔn)確性，防止視頻被偽造、剪輯和修改，客戶采用筆者提供的水印算法就可以實(shí)現(xiàn)對采摘視頻的防偽溯源。數(shù)字水印加密密鑰采用公鑰、私鑰相結(jié)合的方式，設(shè)置多層次保密標(biāo)識，實(shí)現(xiàn)分級和分權(quán)限管理。

網(wǎng)絡(luò)功能：實(shí)現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)信號的傳輸功能。對于視頻流，支持RTSP/RTP的標(biāo)準(zhǔn)流媒體協(xié)議。支持RS232和RS395透明通道傳輸。支持監(jiān)控席和現(xiàn)場之間的雙向語音對講功能。監(jiān)控端可以采取電視墻的方式對所有視頻進(jìn)行預(yù)覽。在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面，支持PPPoE撥號，通過PPPoE撥號接入Internet。此功能應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控的全過程[22]。

告警功能：通過移動圖像偵測，可視化監(jiān)管系統(tǒng)支持各種報(bào)警方式，例如開關(guān)量報(bào)警、蜂鳴式報(bào)警，以及報(bào)警數(shù)據(jù)傳送監(jiān)控中心等，還可以調(diào)用監(jiān)控設(shè)備到設(shè)定的預(yù)置點(diǎn)，或者按照預(yù)定軌跡和設(shè)定巡航路徑進(jìn)行監(jiān)控，并且聯(lián)動PTZ。監(jiān)控服務(wù)器提供開關(guān)量報(bào)警輸入接口以及多路報(bào)警輸出。此功能在農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控系統(tǒng)中，通過對采集到的信息進(jìn)行分析處理，發(fā)現(xiàn)異常情況立即發(fā)送報(bào)警信息給相關(guān)人員，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

系統(tǒng)異常檢測模塊：包括斷網(wǎng)報(bào)警、IP地址沖突報(bào)警、硬盤滿報(bào)警、硬盤錯報(bào)警、視頻信號異常報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)入侵報(bào)警等，支持短信報(bào)警、傳真報(bào)警、郵件報(bào)警、開關(guān)量輸出、蜂鳴報(bào)警、上傳報(bào)警數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心等多種處理方式。軟硬件看門狗還可以檢測系統(tǒng)中重要的模塊和核心進(jìn)程是否出現(xiàn)異常。當(dāng)出現(xiàn)異常時，利用系統(tǒng)故障自檢系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的自檢跟修復(fù)，如果修復(fù)無效，就自動重啟設(shè)備，全面恢復(fù)初始設(shè)置，排除故障。

賬戶管理模塊：用于對系統(tǒng)中的管理者和現(xiàn)場操作者賬戶進(jìn)行管理。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

4.1功能實(shí)現(xiàn)

通過設(shè)計(jì)新型的單人移動式實(shí)時可視化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在山地、丘陵、茂密植被遮擋、大棚等各類復(fù)雜環(huán)境和強(qiáng)干擾下穩(wěn)定的實(shí)時視頻監(jiān)控和雙向語音交流，并將其運(yùn)用在農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控系統(tǒng)中，從而全面提高了農(nóng)產(chǎn)品物流系統(tǒng)在監(jiān)控、防偽、追溯、遠(yuǎn)程管理方面的工作效率，尤其是解決了追溯體系中最為困難的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場的采摘、包裝過程的現(xiàn)場視頻監(jiān)控和防偽溯源，保證了體系源頭的可靠性。每位顧客的定制化產(chǎn)品從采摘到包裝環(huán)節(jié)依賴于帶數(shù)字水印的加密視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)可靠的防偽溯源，密封包裝后的運(yùn)輸、售賣等環(huán)節(jié)則采用傳統(tǒng)防偽手段來保障農(nóng)產(chǎn)品的可追溯性，從而實(shí)現(xiàn)全流程閉環(huán)管理。系統(tǒng)具有信息提供量大，信息提供全面，適用范圍廣，管理反應(yīng)延時低等優(yōu)點(diǎn)。通過進(jìn)一步與無線傳感網(wǎng)(WSN)結(jié)合實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品物流環(huán)節(jié)的環(huán)境數(shù)據(jù)采集，通過和RFID結(jié)合實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品的身份標(biāo)識和溯源，最終實(shí)現(xiàn)對優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品從田間地頭到消費(fèi)者的全程無縫監(jiān)控，幫助傳統(tǒng)分散式、小作坊型農(nóng)戶向互聯(lián)網(wǎng)+電商的智慧型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。此外，移動式的實(shí)時視頻監(jiān)控和雙向語音交流還為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控和專家指導(dǎo)提供了良好的技術(shù)平臺，有利于在分散場地實(shí)現(xiàn)集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本文為基于最新可視化技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控系統(tǒng)提出了完整的技術(shù)解決方案，為實(shí)現(xiàn)全覆蓋的無縫化農(nóng)產(chǎn)品物流監(jiān)控管理提供了全方位的技術(shù)支持。

4.2應(yīng)用效果

與目前廣泛應(yīng)用的各類無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，如基于3G，4G，WiFi的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，本文設(shè)計(jì)的可視化監(jiān)控系統(tǒng)具有高寬帶、高畫質(zhì)、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

可視化監(jiān)控系統(tǒng)采用基于IP-COFDM的先進(jìn)接入技術(shù)，具備高速率(最高可達(dá)20 MB/s)，對應(yīng)支持高清720P/D1(704*576)級別畫質(zhì)，而傳統(tǒng)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)在立項(xiàng)狀態(tài)下僅提供CIF(352*288)級別畫質(zhì)。

在傳輸方面，可視化監(jiān)控系統(tǒng)在免費(fèi)ISM頻段，利用全向天線進(jìn)行工作，并在接收端采用分集接收。相對比WiFi無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)60～1 000 m的傳輸距離，本設(shè)計(jì)支持半徑15 km無遮擋情況下的傳輸。同時，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場和物流站點(diǎn)存在大量地形遮蔽、植被遮蔽、金屬構(gòu)件屏蔽和電磁干擾問題，3G無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸速率極不穩(wěn)定。WiFi無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高干擾情況下甚至不具備實(shí)用價值。本文設(shè)計(jì)的可視化監(jiān)控系統(tǒng)可以在各種復(fù)雜情況下提供穩(wěn)定、可靠的傳輸性能。

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Design of agricultural product digital watermark anti-fake technology monitoring system based on visualization technology

CAO Dongfang1, YANG Hui2

(1. Information Construction and Management Center, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang, Hebei 050018, China; 2.Beijing Bright Star Technology Development Company Limited, Beijing 100000, China)

With the increasing scale of agricultural products logistics in China, the logistics system of agricultural products cannot guarantee the credibility of product picking, packaging and logistics from the source. In order to solve the problem, this paper puts forward a kind of visual system of field operation, which is applied to the agricultural product digital watermark anti-fake technology monitoring system in order to meet the needs of remote management. In this paper, the general methods of related visualization technology are analyzed, and COFDM is selected as the main solution. The digital watermark anti-fake technology monitoring system of agricultural products can effectively overcome all kinds of interference in the complex environment, and transmit the real-time monitoring information to the relay communication and monitoring equipment. Finally, based on the public communication network or the private communication network, the real-time high quality monitoring image transmission, storage and browsing are realized. For consumers, through real-time live video surveillance, they can guarantee to buy authentic high-quality agricultural products. For producers, it can improve the production and transportation efficiency of agricultural products, improve the reputation of the corresponding products, and promote the sale of high-quality agricultural products.

computer image processing; visualization technique; visual monitoring; agricultural product logistics monitoring; COFDM；digital watermark anti-fake technology

1008-1534(2017)05-0362-06

2017-03-12;

2017-08-25；責(zé)任編輯：陳書欣

河北省科技支撐項(xiàng)目(15214705D)

曹東方(1973—)，男，河北邢臺人，副研究員，碩士，主要從事網(wǎng)絡(luò)信息化方面的研究。

E-mail:caodf@hebust.edu.cn

TP391

：Adoi: 10.7535/hbgykj.2017yx05009

曹東方，楊 慧.基于可視化技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品防偽溯源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河北工業(yè)科技,2017,34(5):362-367. CAO Dongfang, YANG Hui.Design of agricultural product digital watermark anti-fake technology monitoring system based on visualization technology[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2017,34(5):362-367.