CN104079874B - 一种基于物联网技术的安防一体化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的安防一体化系统及方法，包括监测数据采集模块、数据传输与通信模块和综合监管模块，所述监测数据采集模块安装在需要监控和报警的装置上，所述监测数据采集模块在监测点完成对监测区域周围环境的监测，通过无线传感网络通信链路将监测到的数据发送到所述数据传输与通信模块，所述数据采集数据传输与通信模块对现场监测数据进行处理后将处理后的检测数据发送到所述综合监管模块，所述综合监管模块提供实时数据的存储、优化、实时监控和查询。本发明采用多种传感器组成协同感知的网络，实现了目标驱动报警，综合控制平台采用友好界面，对防区实时在线监控，管理平台操作维护简单。

Description

一种基于物联网技术的安防一体化系统及方法

技术领域

本发明涉及安防技术领域，尤其涉及一种基于物联网技术的安防一体化系统及方法。

背景技术

在变电站等高危工作区域，如果安防不到位，稍不注意就可能发生事故。在当前以人为本的号召下，各项工作都将人身安全放在了第一位。然而，除了操作规程、安全条约等规章制度限制外，还没有一套切实可行的主动报警的安全保障手段。因而，如果操作人员造作失误、判断失误，或懒性、随意性、巡视误入间隔等，都可能直接或间接导致事故的发生，使人身安全受到威胁的同时使经济利益也受到损失。

安防系统应用非常广泛，特别是在公安、监狱、银行和政府机关等和总要部门，安防系统是必不可少的。随着社会的发展，越来越多的领域都用到了安防系统，例如公司、家庭等。

现在国内的绝大多数变电站都没有针对工作人员的监控和报警系统，虽然有的变电站装备了摄像头，起到一定的监督作用，但是，摄像头存在一些监控上的“死角”；视频信息的传输存在延时，不能实现实时监控；每个摄像头只是监控制定区域范围内的工作人员，不能形成一个连续的监控模式；同时其布线和安装工序复杂，成本较高，只适合在小型变电站。一些变电站人员作业管理系统存在变电站巡检、检修、参观人员边界预警及定位不准问题。对于设备检测和环境感知也是各自独立、不具备智能对话功能的小型自动化装置，形成多个信息孤岛，需要更多的人工来关注、理解和处理这些设备的信息，没有达到智能变电站的智能运行管理要求。

物联网技术实现了人类社会与物理系统的整合，通过自动、实时对设备进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件，实现了对设备的实时管理和控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于物联网技术的安防一体化系统及方法，基于物联网技术，运用无线传感器网络的灵活组网、协同感知、自适应等特点，针对作业现场周界安防需要，提供安防一体化解决方案，实现非法进出危险或作业区域自动报警和非规范着装模式识别等功能。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于物联网技术的安防一体化系统，包括监测数据采集模块、数据传输与通信模块和综合监管模块，其中，所述监测数据采集模块安装在需要监控和报警的装置上，所述监测数据采集模块在监测点完成对监测区域周围环境的监测，通过无线传感网络通信链路将监测到的数据发送到所述数据传输通信模块，所述数据采集与通信模块对现场监测数据进行处理后将处理后的检测数据发送到所述综合监管模块，所述综合监管模块提供实时数据的存储、优化、实时监控和查询。

在本发明较佳实施方式中，所述监测数据采集模块包括采集控制模块、WSN数据节点、电源模块、警报喇叭驱动模块、传感器模块、摄像取证模块和无线信号发送模块，所述WSN数据节点负责对传感器采集数据，所述摄像取证模块负责采集现场视频或图像信息，所述实时采集控制模块把所述采集数据和图像信息进行压缩处理，然后通过RS-232接口与所述无线信号发射模块相连，通过所述无线信号发射模块将处理后的数据发送到所述数据传输与通信模块。

在本发明另一较佳实施方式中，所述数据传输与通信模块包括网关节点、前置机和通信模块。其中，所述网关节点通过无线传感器网络接收所述无线信号发送模块发送的数据，以串口通信方式传给所述前置机，所述前置机为现场数据处理的嵌入式系统，负责对数据进行分析和处理，所述前置机还能够实时的响应所述综合监管模块的控制命令，所述通信模块连接所述前置机和所述综合监管模块。

在本发明较佳实施方式中，所述综合监管模块包括交换机、数据接口模块、视频/数据采集/监测数据/监控应用服务器和监控中心，其中，所述监控中心包括大屏幕监控屏、显示器、手机终端或IPAD设备，实现对现场监测数据的采集、处理、展示及统计分析，所述综合监管模块通过B/S的方式提供实时数据查询、定位、报警功能，实现作业监控区域的实时信息管理、综合监管及与其他子系统的接口，所述网络化监控模块通过接入SCADA或MIS网络监控系统，将重点监管区域的现场视频信息、环境监测信息、监测区域人员图像信息等通过网络传输到综合监管模块的监测平台，实现对重点监控区域远程动态实时监控。

在本发明的另一较佳实施方式中，所述无线传感网络通信链路为Zigbee无线传感器网络。

在本发明的较佳实施方式中，所述传感器模块包括红外对射传感器和震动传感器，所述摄像取证模块包括红外摄像头和视频图像压缩卡。

在本发明的另一较佳实施方式中，所述前置机为ARM开发平台，所述通信模块为3G/GPRS/Internet接入模块。

一种用于所述安防一体化系统的无线传感网络传输方法，用于对监测区域信息采集和信息处理，实现现场实时数据的获取、作业现场围界报警等功能，具体步骤如下：

1)当有外来入侵时，所述传感器模块自动检测周界信息，所述WSN数据节点采集所述集传感器模块监测到的数据；

2)通过安装在围界上的所述摄像取证模块，摄取特定图像并输出图像或视频信息，同所述WSN数据节点采集的数据上传至所述采集控制模块；

3)所述采集控制模块对现场数据进行处理后通过无线信号发送模块将数据发送到网关节点；

4)所述网关节点经过串口解析后将现场数据上传至所述前置机，并发送至综合监管模块。

一种用于所述安防一体化系统的作业现场目标识别方法，用于对监管区域人员非法闯入、非法离开以及非规范着装等入侵情况进行自动识别和处理，具体步骤如下：

若作业现场已装设视频监控系统，则通过摄像取证模块获取视频数据，采用模式识别方法，自动判断工作人员是否合法、规范着装等，如发现不是合法人员或没有穿工作服，或没有戴工作帽，则自动发出警示信息，并通过对讲机发出纠正指令，或通过无线通信网络下达指令到现场的报警系统，使其自动发出提示信息。

若现场没有装设摄像取证模块，或已有摄像取证模块的角度无法监控到作业现场，则可在现场装设便携式图像采集系统，周期性采集现场作业图像，通过无线通信网络，将图像自动上传至综合监管模块，同样采用模式识别方法，提取作业人员边沿特征，特殊属性，从而判断人员着装规范情况。

一种用于所述安防一体化系统的数据融合方法，当入侵行为发生时，前端监测数据采集模块实时采集现场信息，数据预处理和特征融合后经过网关节点在上传至前置机进行数据处理和信息融合，综合监管模块再对数据进行决策融合，具体步骤如下：

1)WSN数据节点对采集的数据预处理，运用分布图法对采集的数据进行疏失误差剔除，消除各参数测量中的不确定性，使数据更准确、可靠；

2)采集控制模块采用贝叶斯估计的数据融合算法进行特征级数据融合，将多余的感知数据剔除，获得客观、准确、完备的信息；

3)将初次融合后的结果经过数据传输与通信模块传输至综合监管模块，综合监管模块再运用可拓理论进行特征决策级数据融合，通过对信息特征提取和目标特性分析完成目标行为识别。

本发明提供的安防一体化系统在作业现场围界采用多种传感器组成协同感知的网络，实现全新的目标识别、多点融合和协同感知，融合了报警，声光，视频等，从而提高全天候，全天时的检测性能，降低虚报，漏报率。而且系统通过传感器网络手段能告知目标“是什么”、“在哪里”、“做什么”之后再进行报警，即目标驱动报警，实现了低虚警率、高报警率的周界防入侵；综合控制平台采用友好界面，对防区实时在线监控，管理平台操作维护简单，与信号驱动报警等其它系统相比有明显优势。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的基于物联网系统的安防一体化系统结构示意图；

图2是本发明一个较佳实施例的数据传输与通信模块结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一较佳实施例的基于物联网系统的安防一体化系统，包括监测数据采集模块、数据传输与通信模块和综合监管模块，其中，监测数据采集模块安装在需要监控和报警的装置上，监测数据采集模块在监测点完成对监测区域周围环境的监测，通过无线传感网络通信链路将监测到的数据发送到数据传输与通信模块，数据采集数据传输与通信模块对现场监测数据进行处理并发送给综合监管模块。

监测数据采集与传输模块包括采集控制模块、无线传感器网络(WSN)数据节点、电源模块、警报喇叭驱动模块、传感器模块、摄像取证模块和无线信号发送模块，传感器模块包括红外对射传感器、震动传感器等，安装在需要监控和报警的围界上，自动感知外来入侵引起的信号变化，WSN数据节点负责对传感器采集数据。摄像取证模块包括红外摄像头和视频图像压缩卡，安装在需要监控和报警的围界上。在红外传感器和振动传感器探测到有人入侵时，摄像取证模块控制采集图像信息。采集控制模块接收来自WSN数据节点、摄像取证模块采集的数据和信息，实现检测信息和图像信息的采集压缩，然后通过RS-232接口与无线信号发射模块相连，采集控制模块为是整个监测数据采集模块与及数据传输的基础，通过所述无线信号发射模块将处理后的数据发送到所述数据传输与通信模块，并通过数据传输与通信模块发送至综合监管模块。并实现相应的控制功能。

数据传输与通信模块包括网关节点、前置机和通信模块，其中网关节点通过Zigbee无线传感器网络接收无线信号发送模块发送的数据，以串口通信方式传给所述前置机，前置机为现场数据处理的嵌入式系统，负责对数据进行分析和处理，如对入侵行为引起的特征量的变化是否超出既定阈值，从而裁断入侵行为的真实性、入侵地点等，另一方面，前置机将数据通过通信模块将处理后的数据上传至综合监管模块。并且前置机能够实时的响应综合监管模块的控制命令，负责实时地解析、处理各种控制命令，并按照综合监管模块发来的命令进行特定的数据采集任务，为数据传输服务提供尽可能大的吞吐率并接收综合监管模块下达的进一步指令，比如报警、灯光指示。数据传输与通信模块的硬件结构如图2所示。图2中网关节点负责汇聚监测数据采集模块采集的数据，并传给前置机或ARM开发平台，通信模块为3G/GPRS/Internet接入模块，人机交互界面为综合监管模块中的监测平台，为获取终端信息提供接口。通信模块的工作原理如下：

上行数据工作原理：通过网关节点接收来自分布节点(传感器数据节点)所采集的数据并将其送给前置机或ARM开发平台处理，数据在前置机或ARM平台的控制下通过串口传给通信模块发送给综合监管模块，从而实现了开发平台的无线/有线接入。

下行数据工作原理：通信模块接收来自综合监管模块的数据并将其送给前置机或ARM平台处理，ARM平台解析出下行的数据通过网关节点实现分布节点的控制。

综合监管模块包括交换机、数据接口模块、视频/数据采集/监测数据/监控应用服务器和监控中心，其中，监控中心包括大屏幕监控屏、显示器、手机终端或IPAD等设备，实现对现场监测数据的采集、处理、展示及统计分析，所述综合监管模块通过B/S的方式提供实时数据查询、定位、报警等功能，实现作业监控区域的实时信息管理、综合监管及与其他子系统的接口。所述网络化监控模块通过接入SCADA或MIS等网络监控系统，将重点监管区域的现场视频信息、环境监测信息、监测区域人员图像信息等通过网络传输到综合监管模块的监测平台，实现对重点监控区域远程动态实时监控。

一种用于所述安防一体化系统的无线传感器网络传输方法，用于对监测区域信息采集和信息处理，实现现场实时数据的获取、作业现场围界报警等功能，具体步骤如下：

1)当有外来入侵时，无线传感器网络(WSN)中的传感器自动检测并采集周界信息检测；

2)通过安装在围界上的摄像取证模块，摄取特定图像并输出图像或视频信号，同传感器感知的数据一并上传至采集控制模块；

3)所述采集控制模块对现场数据进行处理后通过无线信号发送模块将数据发送到网关节点；

4)所述网关节点经过串口解析后将现场数据上传至所述前置机，并发送至综合监管模块。

作业区域是划定的安全和允许工作的范围，可作为安防和监管的重点区域。本发明一较佳实施例提供一种用于所述安防一体化系统的作业现场目标识别方法，用于对监管区域人员非法闯入、非法离开以及非规范着装等入侵情况进行自动识别和处理，具体步骤如下：

若作业现场已装设视频监控系统，则通过摄像取证模块获取视频数据，采用模式识别方法，自动判断工作人员是否合法、规范着装等，如发现不是合法人员或没有穿工作服，或没有戴工作帽，则自动发出警示信息，并通过对讲机发出纠正指令，或通过无线通信网络下达指令到现场的报警系统，使其自动发出提示信息。

若现场没有装设摄像取证模块，或已有摄像取证模块的角度无法监控到作业现场，则可在现场装设便携式图像采集系统，周期性采集现场作业图像，通过无线通信网络，将图像自动上传综合监管模块，同样采用模式识别方法，提取作业人员边沿特征，特殊属性，从而判断人员着装规范情况。

一种用于所述安防一体化系统的数据融合方法，当入侵行为发生时，前端监测数据采集模块实时采集现场信息，数据预处理和特征融合后经过网关节点在上传至前置机进行数据处理和信息融合，综合监管模块再对数据进行决策融合，对数据具体步骤如下：

1)WSN数据节点对采集的数据预处理，运用分布图法对采集的数据进行疏失误差剔除，消除各参数测量中的不确定性，使数据更准确、可靠；

2)采集控制模块采用贝叶斯估计的数据融合算法进行特征级数据融合，将多余的感知数据剔除，获得更为客观、准确、完备的信息，既有效的减少了能量消耗，又能对多传感器信息进行协作处理；

3)将初次融合后的结果经过数据传输与通信模块传输至综合监管模块，综合监管模块再运用可拓理论进行特征决策级数据融合，通过对信息特征提取和目标特性分析完成目标行为识别。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于物联网技术的安防一体化系统，其特征在于，包括监测数据采集模块、数据传输与通信模块和综合监管模块，其中，所述监测数据采集模块安装在需要监控和报警的装置上，所述监测数据采集模块在监测点完成对监测区域周围环境的监测，通过无线传感网络通信链路将监测到的数据发送到所述数据传输与通信模块，所述数据传输与通信模块对现场监测数据进行处理后将处理后的检测数据发送到所述综合监管模块，所述综合监管模块提供实时数据的存储、优化、实时监控和查询；所述监测数据采集模块包括采集控制模块、WSN数据节点、电源模块、警报喇叭驱动模块、传感器模块、摄像取证模块和无线信号发送模块，所述WSN数据节点负责对传感器采集数据，所述摄像取证模块负责采集现场视频或图像信息，所述采集控制模块把所述采集数据和图像信息进行压缩处理，然后通过RS-232接口与所述无线信号发射模块相连，通过所述无线信号发射模块将处理后的数据发送到所述数据传输与通信模块；所述无线传感网络通信链路为Zigbee无线传感器网络；所述传感器模块包括红外对射传感器和震动传感器，所述摄像取证模块包括红外摄像头和视频图像压缩卡；所述数据传输与通信模块包括网关节点、前置机和通信模块；其中，所述网关节点通过无线传感器网络接收所述无线信号发送模块发送的数据，以串口通信方式传给所述前置机，所述前置机为现场数据处理的嵌入式系统，负责对数据进行分析和处理，所述前置机还能够实时的响应所述综合监管模块的控制命令，负责实时地解析、处理所述控制命令，并且按照所述综合监管模块发来的命令进行特定的数据采集任务，为数据传输服务提供尽可能大的吞吐率并接收所述综合监管模块下达的进一步的报警或灯光指示指令；所述通信模块连接所述前置机和所述综合监管模块；所述前置机为ARM开发平台，所述通信模块为3G/GPRS/Internet接入模块；所述综合监管模块包括交换机、数据接口模块、视频/数据采集/监测数据/监控应用服务器和监控中心，其中，所述监控中心包括大屏幕监控屏、显示器、手机终端或IPAD设备，实现对现场监测数据的采集、处理、展示及统计分析，所述综合监管模块通过B/S的方式提供实时数据查询、定位、报警功能，实现作业监控区域的实时信息管理、综合监管及与其他子系统的接口，网络化监控模块通过接入SCADA或MIS网络监控系统，将重点监管区域的现场视频信息、环境监测信息、监测区域人员图像信息通过网络传输到综合监管模块的监测平台，实现对重点监控区域远程动态实时监控。

2.一种用于权利要求1所述的安防一体化系统的作业现场目标识别方法，用于对监管区域人员非法闯入、非法离开以及非规范着装入侵情况进行自动识别和处理，具体步骤如下：

若作业现场已装设视频监控系统，则通过摄像取证模块获取视频数据，采用模式识别方法，自动判断工作人员是否合法、规范着装，如发现不是合法人员或没有穿工作服，或没有戴工作帽，则自动发出警示信息，并通过对讲机发出纠正指令，或通过无线通信网络下达指令到现场的报警系统，使其自动发出提示信息；

若现场没有装设摄像取证模块，或已有摄像取证模块的角度无法监控到作业现场，则可在现场装设便携式图像采集系统，周期性采集现场作业图像，通过无线通信网络，将图像自动上传至综合监管模块，同样采用模式识别方法，提取作业人员边沿特征，特殊属性，从而判断人员着装规范情况。

3.一种用于权利要求1所述的安防一体化系统的数据融合方法，当入侵行为发生时，前端监测数据采集模块实时采集现场信息，数据预处理和特征融合后经过网关节点上传至前置机，综合监管模块再对数据进行决策融合，具体步骤如下：

1)WSN数据节点对采集的数据预处理，运用分布图法对采集的数据进行疏失误差剔除，消除各参数测量中的不确定性，使数据更准确、可靠；

2)采集控制模块采用贝叶斯估计的数据融合算法进行特征级数据融合，将多余的感知数据剔除，获得客观、准确、完备的信息；

3)将初次融合后的结果经过数据传输与通信模块传输至综合监管模块，综合监管模块再运用可拓理论进行特征决策级数据融合，通过对信息特征提取和目标特性分析完成目标行为识别。