CN104112324B - 安全和监视系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种安全监视系统和方法，能够基于声场变化来分开检测火灾和入侵场面，包括：声音生成装置，向设置的安全监视空间内输出由具有多个频率分量的正弦波的线性和形成的多音调声波；声音接收装置，被配置为从在该安全监视空间中接收的声波获得被表示为声压和相位的用于每一频率的声场信息；和声场信号处理装置，被配置为按照准备模式存储从该声音接收装置获得的用于每一频率的声场信息，比较存储的声场信息和按照监视模式从该声音接收装置输出的用于每一频率的当前声场信息，并确定安全场面的发生。

Description

安全和监视系统和方法

相关申请的交叉引用

该专利申请要求2013年4月15日提交的韩国专利申请号10-2013-0041182和2013年10月15日提交的韩国专利申请号10-2013-0122862的优先权，通过引用而由此合并其全部内容。

技术领域

这里公开的本发明涉及安全(security)和监视(surveillance)，并更具体地，涉及能够基于声场变化来分开检测火灾和入侵场面(situation)的安全监视系统和方法。

背景技术

已研究用于感测火灾或入侵场面的安全传感器达到很长时间。

感测火灾的传感器可使用温度感测方案、烟雾感测方案、气体感测方案、和火焰(flame)感测方案之一。另一方面，用于感测入侵的传感器可使用无源红外(PIR)感测方案、IR感测方案、超声方案、声音感测方案、振动感测方案、和微波感测方案之一。

最近，在安全监视领域主要使用利用相机成像信息的图像监视系统，诸如CCTV、因特网协议(IP)相机、或交通工具黑匣子。

典型地，已知检测声压变化以检测入侵的入侵检测器。当对所检测的声压和参考声压之间的差别超出预定值的次数进行计数、并且确定所计数的次数是预置参考数或更大时，入侵检测器生成用于确定入侵的输出。入侵检测器可检测甚至没有声音的入侵。然而，要求入侵检测器根据空间或环境条件来可变地确定入侵标准。此外，入侵检测器不区分入侵和火灾。

在另一场面下，存在检测烟雾、火焰、和火情(fire)的组合火灾检测器。该组合火灾检测器借助于一个集成火灾检测器来检测烟雾、火焰、和火情。组合火灾检测仪器有用于为自燃准备的烟雾感测功能连同为纵火(arson)准备的火焰检测功能。

当将该组合火灾检测器安装在其中直接检测火焰或烟雾的地点时，该组合火灾检测器可对于各种火灾场面具有低错误报告比率，并检测早期状态下的火灾。然而，当安装传感器的地点处的温度或烟雾密度不高时，该组合火灾检测器不能很好地检测早期火灾状态下的火灾。另外，当火焰由物体覆盖或者火灾在盲点爆发时，因为检测火焰的困难，所以该组合火灾检测器难以检测早期状态下的火灾。

在另一场面下，基于声场变化的火灾监视方法和系统可检测火灾监视空间内的声场变化，以检测早期状态下的火灾。这里，所以声场变化由以下事实引起，即根据由于火灾导致的周围空气的温度改变的、空气密度和声波速度的改变影响声波传递。尽管基于该声场变化的火灾检测方案可基于由于火灾导致的声场变化来检测火灾的爆发，但是难以详细和量化地检测温度分布改变。因此，难以精确区分火灾和入侵，其中它们是声场变化的主要原因。

在另一情况下，存在通过声场图案分析的安全方案。该安全方案通过检测声压的偏差和平均值，基于针对标准偏差的声压变化率，来检测声场变化并检测入侵。此外，通过检测根据声源的时间改变或波长改变的声场变化的图案，而增加用于安全监视的可靠性。

然而，即使在该方法中，由于详细和量化地检测温度分布改变的难度，所以仍然难以区分火灾和入侵，其中它们是声场变化的主要原因。

发明内容

本发明提供了能够区别检测火灾和入侵的安全场面的安全监视方法和系统。

本发明还提供了能够检测火灾和入侵场面、将它们彼此区分、并提供全面安全监视的基于声场变化的安全监视方法和系统。

本发明的实施例提供了一种安全监视系统，包括：声音生成装置，向设置的安全监视空间内输出由具有多个频率分量的正弦波的线性和形成的多音调声波；声音接收装置，从在该安全监视空间中接收的声波获得被表示为声压和相位的用于每一频率的声场信息；和声场信号处理装置，按照准备模式存储从该声音接收装置获得的用于每一频率的声场信息，比较存储的声场信息和按照监视模式从该声音接收装置输出的用于每一频率的当前声场信息，并确定安全场面的发生，其中该声场信号处理装置在发生安全场面时，比较用于每一频率的参考声场信息图案和在预定时段中收集的声场信息图案，并区分这是该安全监视空间中的火灾发生还是入侵发生。

在一些实施例中，该声场信号处理装置可通过在比较用于每一频率的声场信息的图案时、分析该声场信息图案在不改变其形状的情况下朝向高频率连续移位还是改变声场信息图案的形状，来区分火灾场面和入侵场面。

在其他实施例中，在将用于每一频率的声场信息图案朝向高或低频率功能移位预定时段、比较移位的声场信息图案与参考声场信息图案、并分析频移程度之后，该声场信号处理装置可通过使用分析的结果检测连续温度增加的变化速度，来确定是否发生火灾，并通过检测温度改变没有出现或不规则出现的方面，来确定入侵场面。

在其他实施例中，在将用于每一频率的声场信息图案朝向高或低频率功能移位预定时段、比较移位的声场信息图案与参考声场信息图案、并导出代表频移程度的索引之后，该声场信号处理装置可通过使用分析的结果来分析方位和温度改变的速度，并区别地确定火灾、由于每日温度范围或空调/加热导致的温度改变、和入侵场面。

在其他实施例中，该声场信号处理装置可通过分析在安全场面发生时、在预定时段中与参考声场的偏差相比的声场的变化值是连续增加还是不规则改变，来区分火灾场面和入侵场面。

在本发明的其他实施例中，一种安全监视方法包括：向设置的安全监视空间内输出由具有多个频率分量的正弦波的线性和形成的多音调声波；从在该安全监视空间中接收的声波获得声场；按照准备模式存储通过获得的声场的用于频率的参考声场信息；按照监视模式计算用于频率的当前声场信息，比较用于每一频率的当前声场信息和用于频率的参考声场信息，以确定安全场面的发生；和在发生安全场面时比较用于每一频率的参考声场信息图案和在预定时段中收集的声场信息图案，并区分这是火灾场面还是入侵场面。

在本发明的其他实施例中，一种安全监视系统包括：声音生成装置，用于输出声波；声音接收装置，从自该安全监视空间接收的声波获得用于每一设置频率的声场信息；和声场信号处理装置，通过使用从该声音接收装置输出的声场来存储用于频率的参考声场信息，比较该参考声场信息和从该声音接收装置输出的用于频率的当前声场，以确定安全场面的发生；和图像获得单元，用于获得在安全场面发生时的安全监视空间的图像，其中该声场信号处理装置在发生安全场面时，通过比较和分析用于频率的参考声场信息的图案和在预定时段中收集的用于频率的声场信息的图案，来区分发生的事件是火灾还是入侵。

在本发明的其他实施例中，一种交通工具黑匣子系统包括：声音生成和接收装置，用于输出和接收声波；声场信号处理装置，通过使用从接收的声波获得的声场来准备用于频率的参考声场信息，并比较所述用于频率的参考声场信息和在安全监视车辆空间中在监视模式下获得的用于频率的当前声场，以确定安全场面的出现；和交通工具黑匣子，用于在出现安全场面时获得该安全监视车辆空间的图像，其中该声场信号处理装置比较和分析用于频率的参考声场信息的图案和在预定时段中收集的用于频率的声场信息的图案，来区别地确定发生的事件是火灾还是入侵。

附图说明

附图被包括以提供本发明的进一步理解，并被合并和构成该说明书的一部分。附图图示了本发明的示范实施例，并和描述一起，用来解释本发明的原理。在图中：

图1图示了根据温度改变的声波的波长改变；

图2A和2B是用于解释根据温度改变的声音的变化原理的图；

图3A和3B图示了根据温度改变的声压级的频移；

图4是图示了根据本发明概念实施例的安全监视设备的框图；

图5图示了根据安全空间内的温度改变的每一频率的声压级改变；

图6A到6D图示了根据图5的对于时间段的频移程度；

图7A到7D是图示了根据图6的规格化(normalized)频移程度的比较图；

图8图示了根据图4的安全空间内根据物体移动距离的声压级改变；

图9A到9D图示了根据图8的对于移动距离的频移程度；

图10A到10D是图示了根据图9A到9D的规格化频移程度的比较图；

图11A和11B图示了根据图7A到7D以及图10A和10B的频移索引；

图12A和12B是图示了根据图11的声压变化率(SNR)的比较图；

图13A和13B图示了根据图11A和11B在火灾和入侵场面下对于多音调的每一频率的声压级的表面图；

图14是图示了根据本发明实施例的安全监视方法的流程图；

图15图示了应用到安全服务系统的本发明的实施例的应用示例。

具体实施方式

下面将参考附图更详细地描述本发明的优选实施例。然而，本发明可按照不同形式实施，并不应被解释为限于这里阐明的实施例。相反，提供这些实施例，使得该公开将是彻底和完整的，并将向本领域技术人员全面传达本发明的范围。

其后，将结合附图来描述本发明的示范实施例。相同的附图标记始终表示相同的元件。应注意的是，在本发明的描述中，省略可不必要地使得本发明的要点模糊的任何描述。

可通过图1和2在理论上解释在安全监视空间内部爆发火灾期间、根据声波速度的改变发生声场变化的过程。

图1图示了根据温度改变的声波的波长改变。

在火灾爆发期间，声波速度根据安全监视空间(SA)内部的温度增加而增加。因此，从声音生成装置输出的声波的波长增加。在图1中，实线圆圈代表在低温时输出的声波的波长，而虚线圆圈代表在高温时输出的声波的波长。

因此，在SA内部安装的声音生成装置根据温度而不同地检测声波的声场。这样的声场变化现象可在其中声波被频繁回声的声学空间上频繁出现。按照这样的方式，当检测声场时，可检测其中没有观察到火焰或烟雾的盲点中的火情。

典型地，声波的速度v可被表达为下面等式(1)，并与温度T摄氏度成正比。因此，尽管频率f相同，但是波长λ具有根据等式(2)和(3)与空气的温度T成正比增加的属性。当波长不同时，空气的声压分布在相同尺寸的SA内部也不同。为了分析这个，理论分析条件如下：

v＝331.5+0.6T........(1)

v＝f·λ..................(2)

λ＝(331.5+0.6T)/f......(3)

根据图1，可以知道，当温度增加时，声波速度增加。因此，即使对于具有相同频率的声波，当温度增加时，其波长变长。

图2A和2B是用于解释根据温度改变的声音的变化原理的图。

当由于具有声学硬墙的SA中的火灾导致整个区域中温度增加(例如从大约18℃到大约30℃)时，描述根据声波速度改变的声场变化的过程。

图2(a)和2(b)中的SA中存在的声学墙的尺寸是3m×3m。图2A代表在火灾爆发之前室温(大约18℃)时的声压级，而图2B代表在由于火灾导致内部温度全部增加到30℃的状态下的声压级。该场面例示了声音生成装置210按照10m/s²的加速度生成1kHz的声波。当声音生成装置210生成的声波在SA内部传播时，SA内部的声压级可通过二维有限元分析方法来分析，以便映射到二维空间中，这导致图2A和2B。

当温度增加时，图2B的声场变化现象遍布可听频带或超声波频带出现。根据温度改变的声场变化可通过使用可在SA内部安装的声音生成装置220来检测。声波在声学硬墙上不分散和消失，并在SA内部反射和叠加。因此，在这样的情况下，由于火灾导致的温度增加可导致声场的大改变，并且火灾的爆发可被更容易地检测。

图3A和3B图示了根据温度改变的声压级的频移。

比较图3B和图3A，可确认由于温度增加(例如从大约18℃到大约30℃)，声压级朝向高频率移位某一量。

在图3A和3B中，水平轴代表以Hz为单位的频率，而垂直轴代表以dB为单位的声压级(SPL)。

图3A和3B的图形是通过使用可在SA内部安装的声音接收装置220所测量的频率的SPL的谱曲线，并示出了由于内部温度增加所以SPL朝向高频率移位。

根据图1和等式(1)，当内部空气温度增加时，声波速度变得增加并因此具有相同频率的声波的波长变得成比例增加。

由于SA的尺寸固定，所以当温度增加时，声波的波长必须恒定，以便相同地点处的声音接收装置具有相同声压级。因此，声压级图案朝向高频率移位，而不改变其形状。

这是，改变值δf可被简单表达为等式(4)，并且在等式(1)中声波的速度改变δv与温度改变δT成比例。所以，可获得频率改变δf与等式(5)的声波频率和温度改变成正比。

当温度从室温(大约18℃)增加到大约19℃时，频率移位值在大约1kHz声学频率处为大约1.75Hz，在2kHz声学频率处为大约3.5Hz，并且在4kHz声学频率处为大约7Hz。

如图3A和3B中所示，当温度从室温(大约18℃)增加到大约30℃时，可以看出频率在大约1kHz声学频率处朝向高频率移位大约21Hz。由于真实火灾导致的气温改变没有被简化为整体温度增加，并且火周围的局部温度和整体温度复杂地改变。然而，由于典型地由于温度增加导致声压图案朝向高频率移位的程度与温度改变成正比，所以知道移位程度允许监控内部空气的温度改变。例如，当多音调频率的中心频率是4kHz并且频率间隔为4Hz时，温度改变量δT被表达为等式(6)并对应于室温(T＝大约18℃)处的大约0.57℃：

δf＝f*δv/v.........................(4)

δf＝0.6*f*δT/v.....................(5)

δT＝δf/f*(331.5+0.6T)/0.6...........(6)

图4是图示了根据本发明概念实施例的安全监视设备的框图。

参考图4，安全监视设备包括声音生成装置410、声音接收装置420、和声场信号处理装置430。

声音生成装置410根据SA中的输入电压输出声波。这里，从声音生成装置410输出的声波可以是多音调声波，该声波由大约20到20kHz的可听频率和在超声波区域中具有多个频率分量的正弦波的线性和形成。

声音生成装置410的声压级可被设置为最佳大小，该大小允许利用额定功率驱动声音生成装置410，并根据安全场面来检测声场变化。

声音生成装置410接收SA中的声波，并从接收的声波获得声压级。这里，声音接收装置420可包括频率变换滤波器，其将接收的声波变换为频域中的频率。

声音信号处理装置430是通过使用SA中的声场变化来确定入侵或火灾场面的装置，并可通过诸如PC或数字信号处理器(DSP)的处理器来实现。声场值可表示为声压和相位，并且声压和相位可单独或按照组合类型使用。然而，在当前实施例中，将声压提出为示例，并且将作为声压的大小的声压级用作信号处理的目标。这里，声压级可以典型地表示为对数函数，并且声音接收装置420通过测量SA中的声压而获得的值成为声压级。这里，SA中的声压是从声音生成装置410输出并在SA上扩散的声波的压力。

因此，声场信号处理装置430计算参考声压信息(参考声压的大小(Amp＝20log P))或参考声压的相位(Ph＝ang(P))。在该情况下，为了防止声压(P)由于环境改变(诸如逐步温度/湿度改变)而改变，声场信号处理装置430计算每一频率的声压信息的平均值和偏差，并在一时间段中测量声场变化图案。声场信号处理装置430在一时间段中分析测量的声场变化图案，以设置初始化时间段和安全场面的确定参考值。

另外，声场信号处理装置430通过在监视模式下使用声学转移函数(P’)来计算当前声压的声压信息(当前声压的大小(Amp＝20log P’))或当前声压的相位(Ph＝ang(P’))，并比较参考声压信息和当前声压信息，以确定火灾和入侵的安全场面的出现。

详细地，声场信号处理装置430比较信号值(信号)和参考偏差(噪声)(其后称为声压变化与参考偏差的比率(SNR))。当SNR被确定为参考值或更大时，确定出现安全场面。这里，参考偏差可以是用于每一频率的参考声压信息的偏差的最大值，并且该信号值可以是用于每一频率的参考声压信息的平均值和用于每一频率的当前声压信息的平均值之间的差值的绝对值(20log P’-20log P)。

在该情况下，声场信号处理装置430可利用预定初始化时间段来重新设置该确定参考值，以便防止由于由空气的温度和湿度的逐步改变引起的声压(P)改变而发布警报。这样的重新设置可通过在监视场面中在初始化时间段中测量用于每一频率的声压信息的平均值和偏差来执行。

另一方面，由于入侵以及火灾可改变声场，所以难以仅通过测量声场变化来区分火灾场面和入侵场面。因此，声场信号处理装置430检测用于每一频率的声场变化图案。声场信号处理装置430可比较检测的每一频率的声学改变图案和预先存储的每一频率的声场改变图案，以确定声场变化是由火灾引起还是由入侵引起。

按照这样的方式，基于声场变化来执行SA内的火灾和入侵的区分。声场变化通过使用由正弦波的线性和形成的多音调声源来检测。这里，当测量根据声压图案的时间和频率移位特性的声场变化方面时，确定这是火灾场面还是入侵场面。

图5图示了根据图4的SA内的温度改变的对于频率的声压级变化。

在图5中，水平轴以Hz表示频率，而垂直轴以dB表示声压级。

为了模仿火灾场面，在SA内操作电加热器。根据由于电加热器的操作导致的加热时间变化，可知道如同图5的图表那样区别地测量用于频率的声压级。即，如图5中所示，根据内部温度的增加，声压级朝向高频率连续移位，而不将其图案类型改变很多。这里，使用具有中心频率4kHz和等距间隔4Hz的17个多音调声源，用于获得图5的结果。

图6A到6D图示了根据图5的对于时间段的频移程度。

在图6A到6D中，水平轴表示频率移位，而垂直轴表示差异索引(D-索引)。这里，沿着水平轴的频率移位i的最小单位是4Hz。频率移位i具有-4≤i≤4范围中的值。

随着温度改变，声压图案朝向高频率或低频率移位i的倍数(i是多音调的频率间隔)，并且对多音调的每一频率的声压级之间的差别的绝对值求和。当作为频移的函数来表示求和的绝对值时，可比较发生了多少频移。

这里，由于没有获得在左移位的情况下的多音调最大频率和右移位的情况下的多音调最小频率的声压数据，所以为了方便可使用将结尾处的值移动到开头处的值的循环移位方法。当频移(i)是3(3×4＝12Hz)或更大时，由于该循环移位方法所以D-索引不精确。如果谱在没有形状显著改变的情况下移位，则每一频率的声压级的差别的绝对值似乎对于某一频移是最小的。

典型地，该值可根据频移被定义为两个声场图案的差异索引，并且通过对该值进行逆变换而获得的值或者从最大差异值减去该值的值可被定义为相似索引(S-索引)。

用于定义相似索引的方法可以是各种各样的，但是其是代表两个声压级图案有多么共同相似的索引。

初始地，由于声压级图案相同，所以差异索引具有最小值。然而，因为频率移位到高频率或低频率，所以差异索引变得更大并且如图6A所示垂直对称。

当SA的内部温度增加时，声压级图案移位到高频率。当执行移位4Hz(其是多音调频率分量的间隙的一个步长(i＝1))时，如图6B所示形成最小值。

此外，当时间经过并且内部温度进一步增加时，确认当执行移位8Hz(其是多音调频率分量的间隙的两个步长(i＝2))时，如图6C所示形成最小值。

当时间经过并且内部温度增加到最大时，确认当执行移位12Hz(其是多音调频率分量的间隙的三个步长(i＝3))时，如图6D所示形成最小值。

图7A到7D图示了根据图6A到6D的S-索引方面的规格化频移程度的比较结果。

在图7A到7D中，水平轴表示频移，而垂直轴表示相似索引。这里，水平轴的频率移位i是-4≤i≤4范围中的值，并且i的最小单位是4Hz。相似索引可通过使差异索引反转而获得。较好的是，使得相似索引恒定，以便将其用作用于计算索引的系数(其代表频移程度)。因此，频移的索引可被指定为对应于实际谱中的频移，并且通过对对应于每一多音调频率的相似索引求和，索引可如下面等式(7)那样被指定为恒定：

∑_-4≤i≤4S_i＝2.5.........(7)

图8图示了根据图4的SA内根据物体移动距离的声压级改变。

在图8中，水平轴以Hz表示频率，而垂直轴以dB表示声压级。

为了模仿火灾场面，在SA内缓慢移动假人(dummy)。即，假人移动装置被安装在SA内部以便区分火灾场面和入侵场面。图8图示了当假人移动2.75、5.5、和8.25cm时的相应声压图案。移动2.75cm的声压级与参考声压级有点相似，但是在移动5.5和8.25cm的情况下，确认图案形状显著改变。典型地，在入侵的情况下，反射和折射方面根据入侵者的位置而复杂改变，不同于火灾情况。因此，即使入侵者稍微移动，声压图案也不相似而是显著改变，并且改变变得非常不规则。

图9A到9D图示了根据图8的对于移动距离的D-索引的频移程度。图10A到10D图示了根据图9A到9D用于比较的S-索引的规格化频移程度。

通过图9A到9D确认当作为频移(-4≤i≤4)的函数来表示根据假人移动距离的差异索引时、差异索引如何改变。另外，当作为频移(-4≤i≤4)的函数来表示通过使差异索引反转而获得的相似索引时，获得图10A到10D的结果图表。

在图9、以及10A到10D中，入侵情况下计算的差异索引和相似索引与火灾情况下计算的差异索引和相似索引相反地示出。能知道入侵情况与火灾情况相当不同。即，它呈现频移几乎不出现或不规则出现的方面，而不是频移连续增加的方面。

图11A和11B图示了根据图7A到图10D的频移索引。

在图11A和11B中，将从图7A到7D和图10A到10D分别获得的相似索引用作用于导出代表频移程度的索引的系数因子。图11A和11B中示出了根据加热时间和移动距离的频移索引。

图11A代表在火灾场面下根据电加热器的加热时间的频移程度，而图11B代表在入侵场面下根据假人的移动的频移程度。

示出火灾场面的图11A是通过在5:50秒中按照七秒间隔测量声场50次获得的结果。此外，示出入侵场面的图11B是通过在4:40秒中按照三秒间隔在移动接任的同时测量声场90次获得的结果。这里，假人最终移动49.5cm。

可存在用于定义频移索引的各种方法，并且，作为实施例，存在用于将频移值与相似索引相乘并对相乘结果求和的方案。即，频移索引(Shift_index)可被定义为等式(8)：

Shift_index＝∑_-4≤i≤4i·S_i.........(8)

如图11A所示，在火灾场面下，频移索引可逐渐增加。在该温度逐渐增加的情况下，考虑到增加的速度，可确定由于加热和冷却导致的气温增加/减少还是由于火灾爆发导致的突然和连续温度增加。

如图11B所示，观察到的是，在入侵场面下，频移几乎不发生或不规则发生。分析这样的频移图案，可确定这是火灾场面还是入侵场面。

图12A和12B图示了当通过使用电加热器加热SA时针对参考偏差的声压变化率(SNR)。

图12A代表当使用电加热器加热SA时的(SNR)。

图12B图示了当移动假人时的SNR。

比较图12A和图12B，可知道初始SNR图案在火灾和入侵场面下彼此不同地出现。即，SNR在火灾场面下逐渐增加，而其在入侵场面下波动。

为了进一步清楚地和量化地分析这些方面，必须导出SNR的变化速度或代表根据时间的频移程度的索引(Shift_index)。当导出的结果用图表表示或者变化速度的平均值彼此量化比较时，可容易地确定其是火灾场面还是入侵场面。除了上述方案之外，导出代表频移程度的索引的方法可采用代表用于频率的声场图案之间的相关性的各种等式，并且Shift_index可被简单定义为给出最大相关函数值的频移值自己，并且本发明不限于该方法。

为了清楚示出声压图案根据时间的变化，图13A和13B中示出了声压图案的表面图。

在图13A和13B中，水平轴表示多音调的每一频率分量，而垂直轴表示根据时间改变的测量次数。每一坐标中的像素的颜色代表声压级(SPL)。在如同图13A的火灾情况下，随着电加热器的加热时间增加，空气温度也增加。然后，SPL图案具有恒定形状，但是继续朝向高频率移动。另一方面，在如同图13B的入侵情况下，SPL图案不规则并且复杂地改变，而没有根据假人的移动的方位。通过分析该改变，即使在真实SA中也可区分火灾或入侵。

由于声场变化非常低(这是由由于加热器和冷却器、每日温度范围、或日照量导致的温度改变引起的)，所以其区别于入侵场面。然而，可存在由由于巨大每日温度范围、或大日照量导致的温差而突然改变声场的特殊情况。在这样的情况下，当测量的SNR超出为了确定是否在预定时间段中发生安全场面而设置的参考SNR时，其被不正确地确定为安全场面，即使这不是火灾或入侵场面。

在其中通过操作空调器降低温度的情况下，当通过对于频率的声压图案分析而确认声压图案朝向低频方向移位时，其容易地区别于入侵或火灾场面。尽管由于空气温度迅速增加导致的场面几乎没法区别于火灾场面，但是其容易区别于入侵场面。

在安全系统的实践应用中，其可被设置为通过分开区分空调场面以及入侵和火灾场面，来传递安全信息。此外，在火灾的情况下，必须考虑可能存在由由于巨大每日温度范围或大日照量导致的温度增加引起的故障。

在火灾的情况下，温度增加使得声场连续改变，并且声压图案朝向高频连续移位。然而，与火灾相比，由于每日温度范围或日照量导致的温度增加典型地为低，并且重复温度的增加、保持、和减小。因此，通过监控声场图案变化达到预定时间，可确定温度增加是由火灾还是温度改变引起的。

再次返回到图4，当声场信号处理装置430区别确定火灾或入侵场面时，根据本发明实施例的安全监视系统400可进一步包括相机模块440，用于获得火灾或入侵的图像信息，以存储该图像信息或将该图像信息传送到目的地。

另外，声场信号处理装置430可接收从相机模块440传送的与火灾或入侵相关的捕获图像，并通过通信接口450传送所述图像。由于通信接口450可连接到有线/无线通信网络，所以捕获的图像可出现在每一智能装置上，诸如移动电话、智能电话、或平板PC。此外，通信接口450可连接到消防队服务器或警察局服务器，以在声场信号处理装置430的控制下传送捕获的图像和该安全监视系统400的唯一ID。

如上所述，根据本发明实施例的基于声场改变检测的安全监视系统可区分初始火灾或入侵场面下的安全危险场面，并根据火灾或入侵场面发布警报。此外，当与诸如CCTV的相机模块相互作用时，安全监视系统可存储与火灾或入侵场面相关的捕获图像，或将捕获图像传送到设置目的地。这里，目的地可以是特定人的无线交通工具遥控器、诸如移动电话的智能装置、安全办公室服务器、安全服务公司服务器、消防队服务器、或警察局服务器。根据基于声场改变检测的安全监视系统，能实现快速和有效的安全监视服务。

图14是根据本发明实施例的安全监视方法的流程图。

图14所示的方法可通过运行图4的声场信号处理装置430的操作来实现，并基于声压检测来区别检测火灾和入侵场面。

参考图14，根据本发明实施例的安全监视方法主要被划分为准备模式和监视模式。

准备模式可包括初始设置步骤(S710)、声场变化图案的时间测量步骤(S720)、声场变化图案的时间分析步骤(S730)、和安全监视条件设置步骤(S740)。

监视模式可包括声场测量步骤(S750)、安全场面发生确定步骤(S760)、通过声场变化图案分析的火灾/入侵区分步骤(S770)、图像获得步骤(S780)、以及警报发布和信息传递步骤(S790)。

在初始设置步骤(S710)中，声音生成装置410操作，并根据恒定输入电压在SA中输出声波。另外，声音接收装置420操作，并接收SA中的声波。声场信号处理装置430计算从声音接收装置420提供的用于频率的参考声音文件信息(声压、相位)的平均值和偏差。将计算的信息存储在内部DRAM或闪存中。

在声场变化图案的时间测量步骤(S720)中，声场信号处理装置430根据针对频率的时间改变来计算声压信息的平均值和偏差，以便针对时间测量声场变化图案，并将计算的结果与针对频率的参考声压信息的平均值和偏差进行比较。

在声场变化图案的频率分析步骤(S730)中，声场信号处理装置430针对时间分析测量的声场变化图案，并然后存储相对参考偏差的声压变化率(SNR)，其是针对时间的声场变化索引。

在安全监视条件设置步骤(S740)中，声场信号处理装置430参考存储的SNR，来设置初始化时间段和用于确定安全场面的出现的参考值。

在安全监视模式下的声场变化测量步骤(S750)中，声场信号处理装置430针对频率计算当前声压的平均值和偏差。在情况下，声场信号处理装置430可重新设置参考值，用于在初始化时间段中确定安全场面的爆发。

在诸如火灾或入侵的安全场面发生确定步骤(S760)中，声场信号处理装置430比较针对频率的当前声压信息的平均值和偏差与参考声压信息的平均值和偏差，以确定是否发生安全场面。详细地，当SNR的平均值等于或大于用于确定安全场面的发生的参考值时，声场信号处理装置430确定发生火灾或入侵的安全场面。

在通过声场变化图案分析的火灾/入侵区分步骤(S770)中，当确定发生安全场面时，声场信号处理装置430在参考时间点并在发生安全场面时，分析声场变化图案达到预定时间段。这里，分析根据时间的声压级图案的频移程度和SNR的方面，以确定发生安全场面的原因是火灾还是入侵。

在图像获得步骤(S780)中，当确认发生火灾或入侵时，为了验证它，通过声场信号处理装置430的控制来操作相机模块，以捕获图像并存储图像信息。

在警报发布和信息传递步骤(S790)中，声场信号处理装置430可发布火灾或入侵警报声音，或将警报传递到无线交通工具远程装置。另外，通过相机模块捕获的图像可通过有线/无线通信网络被传送到移动电话、智能电话、或安全办公室、安全服务公司、或警察局中的服务器。对于没有网络功能的典型交通工具，可使用诸如遥控器的无线远程装置用于操作或释放警报功能。

图14中的每一步骤可省略，或者必要时可补充另一步骤。

图15图示了应用到安全服务系统的本发明的应用示例。

参考图15，基于声场区分和检测SA内的火灾或入侵的发生的功能可被安装在交通工具黑匣子、与有线/无线网络连接的安全相机、因特网电话、智能TV、保险箱、或包括对讲机或智能交通工具的智能仪器上。在发生入侵或火灾的安全场面时，可通过有线/无线通信将文本消息或图像消息提供到用户的移动电话或智能装置，如图15中所示。

即，图15代表用于基于声场变化区分和检测火灾和入侵的使用安全监视系统的安全服务系统的概念。安全监视系统基本上包括安全监视系统400，并可进一步包括安全相机440和安全信息接收机。

安全信息接收机460可以是无线交通工具远程装置、智能电话、智能装置、或服务器。

安全监视系统400可被安装在SA内。

在外部入侵者通过SA的边界区域、入口、窗户、天花板、底部、或墙壁入侵的情况下，安全监视系统400没有盲点地检测入侵场面。另一方面，在其中安全监视系统400被应用到交通工具内部的情况下，当入侵者通过交通工具门或通过打破窗户侵入交通工具内部时，安全监视系统400可没有盲点地检测入侵场面。

即使在由于各种原因(诸如，电加热器的过热或着火、短路、烹饪工具的过热、仪器的过热、漏气、火势蔓延、或纵火)发生火灾的情况下，安全监视系统400也可通过检测SA内部的温度分布改变，来在早期状态检测火灾场面。

图15的安全服务系统可被嵌入在诸如要按照集成类型形成的CCTV或交通工具黑匣子的安全相机中。此外，安全监视系统400可按照外部安装的类型制造，以按照有线/无线方式连接到安全相机。

作为各种使用示例，安全监视系统400可连接到因特网电话，并按照集成类型或外部安装类型的方式使用。安全监视系统400可嵌入或外部安装在包括各种智能装置的智能仪器中，诸如智能电话、智能TV、智能交通工具、或对讲机。

按照该方式，用于区分和检测火灾和入侵场面的安全监视系统不需要现有因特网电话、或智能装置的硬件改变。即，通过在内部处理器中扩展相关算法，交互使用是可用的。

根据本发明实施例检测的安全信息可作为诸如文本或图像的多媒体信息被传送到与网络连接的各种智能装置。此外，当智能电话或智能装置的用户连接到App类型的相关安全系统时，可能提供各种与安全相关的服务。

根据本发明实施例的监视系统具有能够通过提供基于声场变化区分火灾和入侵的监视系统、将火灾和入侵的爆发正确处置为该场面的效果。

此外，通过提供按照与现有火灾感测传感器和入侵感测传感器互补的方式配置的基于声场变化的安全监视系统，能提供综合安全监视系统，其具有高可靠性以及故障和不工作的降低误差。

上面公开的主题应被看作示意性而非限制性的，并且所附权利要求意欲覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这样的修改、增强和其他实施例。由此，在法律允许的最大程度上，本发明的范围应由以下权利要求及其等效的最宽许可解释来确定，并不应受到前面详细描述的局限或限制。

Claims (14)

1.一种安全监视系统，包括：

声音生成装置，被配置为向设置的安全监视空间内输出由具有多个频率分量的正弦波的线性和形成的多音调声波；

声音接收装置，被配置为从在该安全监视空间中接收的声波获得被表示为声压和相位的用于每一频率的声场信息；和

声场信号处理装置，被配置为按照准备模式存储从该声音接收装置获得的用于每一频率的声场信息，比较存储的声场信息和按照监视模式从该声音接收装置输出的用于每一频率的当前声场信息，并确定安全场面的发生，

其中该声场信号处理装置在发生安全场面时，比较用于每一频率的参考声场信息图案和在预定时段中收集的声场信息图案，并区分这是该安全监视空间中的火灾发生还是入侵发生，

其中在比较用于每一频率的声场信息的图案时，该声场信号处理装置通过分析该声场信息图案在不改变其形状的情况下朝向高频率连续移位还是改变声场信息图案的形状，来区分火灾场面和入侵场面。

2.根据权利要求1的安全监视系统，其中，在将用于每一频率的声场信息图案朝向高或低频率功能移位预定时段、比较移位的声场信息图案与参考声场信息图案、并分析频移程度之后，该声场信号处理装置通过使用分析的结果检测连续温度增加的变化速度来确定是否发生火灾，并通过检测温度改变没有出现或不规则出现的方面来确定入侵场面。

3.根据权利要求1的安全监视系统，其中在安全场面发生时，该声场信号处理装置通过分析在预定时段中与参考声场的偏差相比的声场的变化值是连续增加还是不规则改变，来区分火灾场面和入侵场面。

4.根据权利要求1的安全监视系统，其中该安全监视系统通过与从诸如无源红外传感器、IR传感器、超声传感器、声音检测传感器、振动检测传感器、微波传感器的入侵检测传感器、或温度传感器、烟雾传感器、气体传感器、和火焰检测类型火灾检测传感器之中选择的一个或多个传感器互相作用，而区别检测火灾和入侵场面。

5.根据权利要求1的安全监视系统，进一步包括相机模块，用于存储图像信息并执行图像捕获，用于在发生火灾或入侵场面的情况下验证场面。

6.根据权利要求1的安全监视系统，其中该安全监视系统按照集成类型或外部安装类型制造，以与包括具有网络功能的安全相机、因特网电话、智能TV、智能交通工具、保险箱、或对讲机的智能仪器交互。

7.根据权利要求6的安全监视系统，其中该安全监视系统通过在交互时向交互装置安装软件而无需添加硬件来实现。

8.根据权利要求6的安全监视系统，其中当运行与用户的智能电话或智能装置相关的App类型程序时，该安全监视系统提供远程控制或获得的安全信息。

9.一种安全监视方法，包括：

向设置的安全监视空间内输出由具有多个频率分量的正弦波的线性和形成的多音调声波；

从在该安全监视空间中接收的声波获得声场；

按照准备模式存储通过获得的声场的用于频率的参考声场信息；

按照监视模式计算用于频率的当前声场信息，比较用于每一频率的当前声场信息和用于频率的参考声场信息，以确定安全场面的发生；和

在发生安全场面时，比较用于每一频率的参考声场信息图案和在预定时段中收集的声场信息图案，并区分这是火灾场面还是入侵场面，

其中在比较用于每一频率的声场信息的图案时，通过分析该声场信息图案在不改变其形状的情况下朝向高频率连续移位还是改变声场信息图案的形状，来区分火灾场面和入侵场面。

10.根据权利要求9的安全监视方法，其中在比较用于每一频率的声场信息的图案时，通过分析该声场信息图案在不改变其形状的情况下朝向高频率连续移位还是改变声场信息图案的形状，来执行区分火灾场面和入侵场面。

11.根据权利要求9的安全监视方法，其中，在将用于每一频率的声场信息图案朝向高或低频率功能移位预定时段、比较移位的声场信息图案与参考声场信息图案、并通过使用分析的结果分析频移程度、移位方位、和连续温度增加的速度之后，执行区分火灾场面和入侵场面。

12.根据权利要求9的安全监视方法，其中该安全监视方法与包括交通工具黑匣子、具有网络功能的安全相机、因特网电话、智能TV、智能交通工具、保险箱、或对讲机的智能仪器交互。

13.根据权利要求12的安全监视方法，其中该交互通过在交互时向交互装置安装软件而无需添加硬件来实现。

14.一种安全监视系统，包括：

声音生成装置，用于输出声波；

声音接收装置，从自该安全监视空间接收的声波获得用于每一设置频率的声场信息；和

声场信号处理装置，通过使用从该声音接收装置输出的声场来存储用于频率的参考声场信息，比较该参考声场信息和从该声音接收装置输出的用于频率的当前声场，以确定安全场面的发生；和

图像获得单元，用于获得在安全场面发生时的安全监视空间的图像，

其中该声场信号处理装置在发生安全场面时，通过比较和分析用于频率的参考声场信息的图案和在预定时段中收集的用于频率的声场信息的图案，来区分发生的事件是火灾还是入侵，

其中在比较用于每一频率的声场信息的图案时，该声场信号处理装置通过分析该声场信息图案在不改变其形状的情况下朝向高频率连续移位还是改变声场信息图案的形状，来区分火灾场面和入侵场面。