CN101441798A - 基于无线传感器网络的安全监控与应急指控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统。本系统包括在公共场所重要位置预先布置无线传感器探测节点，并通过无线多跳的形式与固定指挥中心相连，这部分传感节点主要用作日常监控与预警；紧急事件发生后，配备无线/有线通信装置、计算机、服务器和显控终端等硬件设备的应急指挥车被派往事件现场，进行传感信息处理、现场态势快速评估，并与固定指挥中心联合进行事件指挥控制工作。一些具有传感探测与无线信息传输功能的节点被布设到事件现场，构成一个临时自组织网络，与预设传感器节点协作进行现场监测。同时事件处理人员携带移动信息终端进入事件现场，从现场传感器网络与应急指挥中心获取实时态势并通过无线通信方式接收应急指挥中心发出的事件处理指示。

Description

基于无线传感器网络的安全监控与应急指控系统

技术领域

本发明属于无线传感器网络应用领域，特别是一种基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统。

背景技术

城市公共安全是国家安全和社会稳定的基石。近年来，国内外恐怖活动日益猖獗且形式多样。城市公共安全事件急剧增加，造成人财物的巨大损失，城市反恐与安全问题已成为世界性热点，成为各国政府和社会关注的焦点。

“9.11”事件以后，各国纷纷提高了对安全反恐的重视程度与投入力度。美国能源部于2002年启动了“应对生化恐怖对策项目”--PROTECT，由美国Sandia国家实验室负责研究，以尽早发现以地铁及车站等场所为目标的生化恐怖袭击，并及时采取对策的系统，该系统实际上是检测有毒气体的生/化学传感器与网络技术相结合的系统。2004年，Sandia国家实验室又进行了“空前敏感”的项目研究，目标是将已布设的无线网络节点与移动车辆上的传感器组成网络，实现两分钟内探测出化学武器攻击。2005年，美国国家安全研究报告指出“化学武器将继续成为恐怖分子的袭击手段之一”。美国国会的国土安全分委员会认为，应该高度重视来自化学危险品的威胁，为机场、地铁等高价值设施建立防护系统，在‘PROTECT’项目的基础上启动了‘PROACT’，重点解决薄弱点评估、被动防护、生化探测体系架构、反应计划、模拟演习等关键问题。2005年，伦敦地铁爆炸事件发生后，当局在所有115个地下车站内安装了名为“快速追踪”的火灾、毒气探测与报警系统，包括一个探测范围宽广的模拟可寻址烟雾与热量探测系统，以及其他一些诸如遥控关门器、应急有线广播系统、防火阀控制装置、检票门等安全防火设施。2006年5月，日本运输省在东京Kasumigaseki地铁车站对新型视频监控系统进行了技术试验，以检验系统对旅客中恐怖分子的识别能力。

近年来，随着微电子技术、无线通信技术及MEMS技术的发展，集环境感知与无线通信功能为一身的低功耗传感节点的设计与应用成为了现实。由此应运而生的无线传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿的热点研究领域，是信息感知、采集的一场革命，在城市公共安全方面的应用已倍受人们关注，更是为城市安全系统的建设提供了一种可行、可靠的技术选择和系统解决方案。自传感网络被提出以来，一直受到各国军事部门、学术界、工业界的极大关注，均投入了大量的人力、物力用于研发传感网络相关技术、标准与产品。

发明内容

本发明的目的是设计出一种基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统，包括预先布设的带有传感器的无线传感器节点与固定指挥控制系统组成的预警防护系统、应急指挥车系统、临时信息传输与收集设备、事件处理人员携带的移动终端设备。

本发明的基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统的构成包含括下部分：

1)预警防护系统：其功能至少包括重要部位警戒、快速安检、异常行为识别，它通过在公共场所重要位置预先布设传感预警节点进行日常检测预警工作；

2)应急处置系统：在检测到紧急事件后应急指挥车前往事件现场进行指挥控制，一些无线传感器节点被临时布设到事件发生区域并自动组网进行现场实时检测，事件处理人员携带无线信息终端进入事件区域进行处理工作，应急处置系统为移动应急指挥系统、指挥中心和多级联动系统。

上述系统的工作流程为：

1)在公共场所中需要重点监控的部位如通风口、出入口、停车场等地预先布置预警检测节点，一旦探测到异常情况发生，预警传感器节点通过事先布设的无线通路将报警信息传递到固定指挥中心。固定指挥中心对报警信息进行分析与初步判断，去除虚警。

2)如果初步判断有紧急事件发生，就启动应急预案，调动应急指挥车与事件处理人员到达事件现场，并将随机布设生化、毒气、核辐射端机传感器撒布到事件现场，组成突发事件现场监控子系统，及时、准确地探测事件现场环境参数，包括毒气浓度、核辐射强度等，从而最大可能地减小伤亡。此外，传感器网络也可避免现场工作人员直接暴露在核辐射、有毒气体等危害物质的环境中。

现场监控子系统各传感器采用随机布设方式，随机布设的各传感器通过分簇、网状、星型及混合其模式组网形成监控网络，监控信息通过无线的方式传送到应急指挥车。

此外根据事件现场附近通风管口结构布局，气体、烟雾扩散模式，迅速分析毒气毒物散布范围、相对浓度、扩散速度及扩散规律等，为人群紧急疏散路线提供依据。

应急指挥车在采用无线/有线通信设备、计算机、服务器和显控终端等硬件组成的基础上，利用计算机软件进行中心数据库管理、事件现场的各类传感信息进行处理、现场态势快速评估、中心调度，指挥现场事件处理人员进行人员疏散引导，生化、毒气、核辐射处理等工作。

事件处理人员进入事件现场，通过其携带的智能信息终端从底层传感器网络与指挥中心获取实时态势并通过无线通信方式接收指挥中心发出的事件处理指示进行事件处理工作。

本发明的有益效果：本发明提出了一种城市安全监控与应急指挥控制系统的结构。使用本发明所述系统能够对城市公共安全事件进行及时预警与处理，当出现突发预警或恐怖事件情况时，快速指挥、调度相关资源以响应和处理突发事件，能够有效遏制恐怖袭击，或者在恐怖袭击发生初期采取相应措施将恐怖袭击的危害降至最低。

附图说明

图1是城市安全监控与应急指挥控制体系分析示意图。

图2是指挥与联动系统功能示意图。

具体实施方式

本下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

本发明所述的基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统包括：

1)预警防护系统：其功能至少包括重要部位警戒、快速安检、异常行为识别，它通过在公共场所重要位置预先布设传感预警节点进行日常检测预警工作；

重要部位警戒包括：建筑物的进风口、风井等，防止恐怖分子将生化物质通过进风口扩散至建筑物内，对其他重要位置的警戒包括目标识别、目标跟踪、声光报警、视频联动、低空抛物等，通过安装警戒系统，探测各类警戒，完成目标识别、目标跟踪、声光报警、视频联动、低空抛物等。

快速安检包括：快速安检包括采用对爆炸物检测、有毒气体检测、生化物质检测、传染病体检测、放射物检测、枪支弹药检测的传感器，并与传统的摄像头有机结合，一旦发现报警，摄像头应该能够立即在镜头中锁定可疑人员范围并具备联动跟踪能力；快速安检还辅以安防工作人员携带具有相同功能的便携式传感器进行巡查，通过随机布设组网技术实时收集危险品及其位置检测信息。

异常行为识别包括：利用多媒体传感网的智能视频功能，对人员的可疑行为进行分析，既包括恶意事件制造者，也包括无知者、精神病、抑郁症、自杀倾向等行为。

2)应急处置系统：在检测到紧急事件后应急指挥车前往事件现场进行指挥控制，一些无线传感器节点被临时布设到事件发生区域并自动组网进行现场实时检测，事件处理人员携带无线信息终端进入事件区域进行处理工作，应急处置系统为移动应急指挥系统、指挥中心和多级联动系统。

所述临时布设自组织传感器网络的组网形式至少包括网状网、星型网和分簇网。所述事件处理人员携带移动信息终端的功能至少包括从底层传感器网络接收实时数据进行处理、现场态势显示、终端间数据/语音信息交互、终端与指挥中心间数据/语音信息交互。

移动应急指挥系统包括：安全事件或威胁发生时，应急指挥系统车应能在第一时间赶到现场，首先在现场和指控中心之间建立通信链路，现场包括视频在内的信息可以实时传送至控制中心，便于政府领导和职能部门快速掌握最真实的第一手信息，支持科学决策和统一调度；其次，车载随机布设传感器节点迅速布设在现场周围，迅速组网，原始信息和各级综合分析结果可供各级决策机构使用和借鉴；最后，现场车载处置功能和处置结果也能及时反馈给指控中心；

指控中心与多级联动系统包括：指控中心是多级和联动的，有助于公安、交巡警、水利、环保、城建、卫生、消防、计经、安全等各行政部门的系统平台互连互通，消除各平台之间的物理隔断；保障紧急事件发生时采取应对措施。

所述的应急指挥车至少配备无线/有线通信、计算机、服务器和显控终端相关硬件设备，有中心数据库管理、事件现场各类传感信息处理、现场态势快速评估、中心调度等能力。

上述发明所述应急处理系统实现过程主要分为3个部分：

1)在公共场所中需要重点监控的部位如通风口、出入口、停车场等地预先布置预警检测节点，一旦探测到异常情况发生，预警传感器节点通过事先布设的无线通路将报警信息传递到固定指挥中心。固定指挥中心对报警信息进行分析与初步判断，去除虚警。

2)如果初步判断有紧急事件发生，就启动应急预案，调动应急指挥车与事件处理人员到达事件现场，并将随机布设生化、毒气、核辐射端机传感器撒布到事件现场，组成突发事件现场监控子系统，及时、准确地探测事件现场环境参数，包括毒气浓度、核辐射强度等，从而最大可能地减小伤亡。此外，传感器网络也可避免现场工作人员直接暴露在核辐射、有毒气体等危害物质的环境中。

现场监控子系统各传感器采用随机布设方式，随机布设的各传感器通过分簇、网状、星型及混合其模式组网形成监控网络，监控信息通过无线的方式传送到应急指挥车。

此外根据事件现场附近通风管口结构布局，气体、烟雾扩散模式，迅速分析毒气毒物散布范围、相对浓度、扩散速度及扩散规律等，为人群紧急疏散路线提供依据。

3)应急指挥车在采用无线/有线通信设备、计算机、服务器和显控终端等硬件组成的基础上，利用计算机软件进行中心数据库管理、事件现场的各类传感信息进行处理、现场态势快速评估、中心调度，指挥现场事件处理人员进行人员疏散引导，生化、毒气、核辐射处理等工作。

4)事件处理人员进入事件现场，通过其携带的智能信息终端从底层传感器网络与指挥中心获取实时态势并通过无线通信方式接收指挥中心发出的事件处理指示进行事件处理工作。

我们基于根据采用本发明提出的系统架构，设计一种开发城市地铁轨道交通应急监控与指挥系统，完成对恐怖毒气袭击的预警、监控与应急处理工作。

整个系统工作实施过程包括：

1)布设预警防护系统：首先在地铁通风口铁栅栏周围布设震动、倾角和微波传感检测系统。在铁栅栏下面墙上周围敷设震动定位探测器，检测探测区域内的震动信号，检测结果传输至安防中心的控制中央处理器。倾角探测器固定安装在铁栅栏上，当有人攀爬、踩踏栅栏时，倾角发生变化，检测结果传输至安防中心的控制中央处理器。微波探测节点安装于栅栏下面墙上，如果有抛物、或入侵人员借助工具下到通风室就会触发安防中心报警。

其次，在墙上安装智能视频监视系统，对铁栅栏实行全天候24小时监控。智能视频监视系统由云台、摄像机、处理机组成。智能视频监视系统的一路视频信号送入处理机，处理机内运行智能视频软件，可自动识别、跟踪进入视场范围内的入侵目标，并控制云台随入侵目标的移动而转动。

最后，在进风口周围布设生化、毒气传感器，如果入侵者突破了前述层层防护，对进风口造成了实质威胁，则上述传感节点及时检测，立即报警，启动紧急预案。

对于通风口地下通道的安全预警，主要采用震动、声响传感器探测手段。上述传感器布设在通往进风口处的通道上。一旦有人进入地下通道，传感器探测到的入侵信息将立即传送到安防室并报警，工作人员将根据现场位置、入侵人员数量等报警信息，在第一时间内赶到现场，阻止恐怖时间的发生。

由于通风口环境复杂，因此对传感器信息传输带来了一定的困难。对于通风口处的信息传输，采用无线和有线相结合的方式。各类传感器采集的数据通过分簇组网以无线的方式传送到汇聚节点(基站)，无线传输采用直扩(DSSS)通信体制。汇聚节点融合处理各传感节点数据后通过有线方式将处理后的数据传送到安防室。通风口处的视频监控数据也将通过有线方式传送到安防室。

2)建立应急处置系统：在突发事件发生后，可以将随机布设生化、毒气、核辐射端机传感器撒布到事件现场，组成突发事件现场监控子系统，及时、准确地探测事件现场环境参数，包括毒气浓度、核辐射强度等，从而最大可能地减小伤亡。此外，传感器网络也可避免现场工作人员直接暴露在核辐射、有毒气体等危害物质的环境中。

现场监控子系统的探测传感器包括生化、毒气、核辐射以及环境探测器(如温湿度探测器)，实时探测事发现场的毒气浓度、核辐射强度以及温湿度等环境参数。

现场监控子系统各传感器采用随机布设方式，随机布设的各传感器通过随机布设分簇组网形成监控网络，网络模大于100个节点。每个簇内的节点可以通过多跳的方式与簇头通信，簇头把区域内的监控信息通过无线的方式传送到应急指挥车。现场监控子系统簇内信息传输采用低速直扩(DSSS)通信方式。

此外，针对轨道交通站台气流环境复杂，通风口多，出口多，内外温差大等特点，结合站点通风管口结构布局与气流扩散模型，迅速分析毒气毒物散布范围、相对浓度、扩散速度及扩散规律等，为人群紧急疏散路线提供依据。

应急指挥车子系统的技术方案是对桑塔纳2000、帕萨特等汽车进行改造，增添现场实时视频采集系统、现场语音采集系统、现场照明和声光报警系统、车载高音广播系统、车载无线通讯系统、车内信息处理系统等。

事件处理人员携带的智能传感终端采用PDA或者智能手机进行改装，添加底层传感器通信接口，并开发传感数据处理、态势实时显示、任务调度信息显示、语音通信等应用软件。

Claims (9)

1、一种基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统，其特征在于它包括：

1)预警防护系统：其功能至少包括重要部位警戒、快速安检、异常行为识别，它通过在公共场所重要位置预先布设传感预警节点进行日常检测预警工作；

2)应急处置系统：在检测到紧急事件后应急指挥车前往事件现场进行指挥控制，一些无线传感器节点被临时布设到事件发生区域并自动组网进行现场实时检测，事件处理人员携带无线信息终端进入事件区域进行处理工作，应急处置系统为移动应急指挥系统、指挥中心和多级联动系统。

2、根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统，其物征在于所述的预警防护系统重要部位警戒包括建筑物的进风口、风井等，防止恐怖分子将生化物质通过进风口扩散至建筑物内，对其他重要位置的警戒包括目标识别、目标跟踪、声光报警、视频联动、低空抛物等，通过安装警戒系统，探测各类警戒，完成目标识别、目标跟踪、声光报警、视频联动、低空抛物等。

3、根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统，其物征在于所述的预警防护系统快速安检包括快速安检包括采用对爆炸物检测、有毒气体检测、生化物质检测、传染病体检测、放射物检测、枪支弹药检测的传感器，并与传统的摄像头有机结合，一旦发现报警，摄像头应该能够立即在镜头中锁定可疑人员范围并具备联动跟踪能力；快速安检还辅以安防工作人员携带具有相同功能的便携式传感器进行巡查，通过随机布设组网技术实时收集危险品及其位置检测信息。

4、根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统，其物征在于所述的预警防护系统异常行为识别包括利用多媒体传感网的智能视频功能，对人员的可疑行为进行分析，既包括恶意事件制造者，也包括无知者、精神病、抑郁症、自杀倾向等行为。

5、根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统，其物征在于所述的应急处置系统的移动应急指挥系统包括：安全事件或威胁发生时，应急指挥系统车应能在第一时间赶到现场，首先在现场和指控中心之间建立通信链路，现场包括视频在内的信息可以实时传送至控制中心，便于政府领导和职能部门快速掌握最真实的第一手信息，支持科学决策和统一调度；其次，车载随机布设传感器节点迅速布设在现场周围，迅速组网，原始信息和各级综合分析结果可供各级决策机构使用和借鉴；最后，现场车载处置功能和处置结果也能及时反馈给指控中心。

6、根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统，其物征在于所述的应急处置系统的指控中心与多级联动系统包括：指控中心是多级和联动的，有助于公安、交巡警、水利、环保、城建、卫生、消防、计经、安全等各行政部门的系统平台互连互通，消除各平台之间的物理隔断；保障紧急事件发生时采取应对措施。

7、根据权利要求5所述的一种基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统，其物征在于应急指挥车至少配备无线/有线通信、计算机、服务器和显控终端相关硬件设备，有中心数据库管理、事件现场各类传感信息处理、现场态势快速评估、中心调度等能力。

8、根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统，其物征在于所述临时布设自组织传感器网络的组网形式至少包括网状网、星型网和分簇网。

9、如权利要求1所述的基于无线传感器网络的安全监控与应急指挥控系统，其特征在于：所述事件处理人员携带移动信息终端的功能至少包括从底层传感器网络接收实时数据进行处理、现场态势显示、终端间数据/语音信息交互、终端与指挥中心间数据/语音信息交互。