CN104376666B - 一种基于监狱隔离网振动的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于监狱隔离网振动的分析方法，本方法通过检测振动检测点的振动加速度标准差和变异系数，判断是否为环境因素、噪声因素或人为因素；能够实现对监狱隔离网振动探测，并对监测到的多个位置的振动数据进行分析处理，排除风、雨、冰雹、建筑施工、大型设备、车辆、爆破等非人为因素引起的振动干扰，降低误报率；对犯人翻越、破坏隔离网引起的振动进行分析告警，提醒值班人员及时处置，保障监狱周界安全。

Description

一种基于监狱隔离网振动的分析方法

技术领域

本发明涉及一种基于监狱隔离网振动的分析方法。

背景技术

隔离墙安全防范属于周界入侵检测的范畴，随着社会发展和技术进步，有众多的技术被应用于周界入侵检测。

监狱隔离网安装在监狱围墙内测，距离狱墙5米左右，是犯人翻墙越狱的第一道屏障，当有人员攀爬、破坏、周围大型机械施工或受风雨等环境作用时，监狱隔离网会产生振动。

但是振动发生的原因有许多种，包括风、雨、冰雹、建筑施工、大型设备、车辆、爆破等非人为因素和犯人翻越、破坏监狱隔离网引起的振动，如果是天气或噪音因素引起的振动，无需处理，但如果是犯人翻爬越狱而引起的振动，需要及时检测并报警。

因此，需要监狱隔离网监测系统对犯人越狱的第一道防线进行检测；同时减少环境、机械施工等产生的误报。

然而，现有周界防范的手段主要有微波对射、雷达、泄露电缆、视频分析、高压电网等，对监狱隔离网进行振动检测，属于较新的周界监控方式，目前市面上的产品，都是检测监狱隔离网的振动幅值，对环境、机械产生的振动没有进行滤除，因此，误报较多。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于监狱隔离网振动的分析方法，本方法实现对监狱隔离网振动探测，并对监测到的多个位置的振动数据进行分析处理，排除风、雨、冰雹、建筑施工、大型设备、车辆、爆破等非人为因素引起的振动干扰，降低误报率；对犯人翻越、破坏监狱隔离网引起的振动进行分析告警，提醒值班人员及时处置，保障监狱周界安全。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种监狱隔离网振动分析系统，包括专家分析模块、数据处理模块和振动监测终端；其中，所述振动监测终端，安装监狱隔离网上，用于对监狱隔离网上的环境数据进行采集，然后将数据上传给数据处理模块、专家分析模块；

所述数据处理模块，用于数据接收、数据处理、实现振动特征图谱的曲线展示和实现振动告警、图形展示；

所述专家分析模块，连接数据处理模块，用于对振动数据进行分析，区分环境因素、噪声因素产生的振动干扰和人员入侵产生的振动告警，过滤因环境因素、噪声因素产生的误报。

一种监狱隔离网振动的分析方法，包括以下步骤：

(1)如果监测到监狱隔离网有振动，振动监测终端上传振动告警数据到专家分析模块；

(2)建立振动监测点，专家分析模块计算同一监狱隔离网上，所有振动监测点的振动加速度标准差和变异系数；

(3)根据振动监测点的振动加速度标准差和变异系数，判断干扰因素，如果所有振动监测点的振动加速度标准差没有超过振动阈值，判定是环境干扰，分析结束；否则执行步骤(4)；

(4)如果所有振动监测点的振动加速度变异系数没有超过变异系数阈值，判定是环境干扰，否则是人员攀爬或破坏造成的振动，执行步骤(5)；

(5)选取振动加速度最大的点上报数据处理模块并进行报警，则该点离振源最近，作为人员攀爬的位置。

所述步骤(2)中，建立振动监测点的步骤包括：

(2-1)在数据处理模块上建立多个监狱隔离网模型，监狱隔离网模型与现场实际安装的监狱隔离网一一对应；

(2-2)振动监测点作为终端设备与监狱隔离网模型建立隶属关系，并配置振动监测点在监狱隔离网上的相对位置；

(2-3)专家分析模块记录振动监测点的相对安装位置和实时采集的振动数据。

所述步骤(2)中，其具体计算方法为：振动加速度标准差等于方差的算术平方根；所述变异系数：变异系数＝(标准差÷平均值)×100％，其计算结果的大小不仅受采集值离散程度的影响，而且受采集值平均水平的影响。标准差衡量同一时刻，同一监狱隔离网上不同振动加速度值的离散程度；变异系数滤除振动加速度采集平均值较大时对分析结果的影响。

所述步骤(3)中，当探测器上报的振动最大值小于振动阈值，专家分析模块认为是干扰振动，振动阈值的范围为[0,10]间的浮点数，当一条模型上探头发生振动值超过所设阀值时进行分析。

所述步骤(4)中，当振动变异系数未超过变异系数阈值，专家分析模块认为产生振动的探测器是振动干扰，变异系数阈值的范围为[0,10]间的浮点数。

环境因素产生的振动与人员攀爬产生的振动区别在于：环境因素作用于监狱隔离网时，监狱隔离网受力较为均匀，因此，同一监狱隔离网上的振动监测点采集的加速度幅值差异较小，即采集数据的离散程度小，不大于阈值；而人员攀爬作用于监狱隔离网的某一位置，因此，离攀爬位置较近的振动监测点采集的加速度幅值较大；离攀爬位置较远的振动监测点采集的加速度幅值较小，即采集数据的离散程度大。

该监狱隔离网振动的分析方法的实现是在由数据处理模块、专家分析模块、振动监测终端组成的架构中实现的,其中振动监测终端放置固定在监狱实际安装的监狱隔离网上，监控终端将采集的数据上传到数据处理模块，数据处理模块将收到的数据进行处理后传送到专家分析模块，专家分析模块实时对采集的监控数据进行分析处理，将分析结果显示在数据处理模块上，以便于为管理人员提供有效监测数据，进行人工干预或者前期预警。

所述振动监测终端：是一种采用高集成度及超低功耗设计的硬件设备，该设备安装监狱隔离网上，对监狱隔离网上的环境数据进行采集，然后将数据上传给数据处理模块。

所述专家分析模块连接数据处理模块，数据处理模块把终端采集到的设备数据，数据封装后传送给专家分析模块。专家分析模块对振动数据进行分析，区分环境因素(风、雨、雷电等)产生的振动干扰和人员入侵产生的振动告警，过滤因环境等噪声因素产生的误报，提高告警的准确性。

所述数据处理模块具备数据接收、数据处理、实现振动特征图谱的曲线展示和实现振动告警、图形展示的功能。数据处理模块接收振动监测终端采集的数据，并对数据进行处理后发送给专家分析模块进行数据分析；数据处理模块接收专家模块分析的结果，并把分析结果以振动特征图谱的曲线方式展示出来。

本发明的有益效果为：

(1)对监狱隔离网振动进行探测，并对监测到的多个位置的振动数据进行分析处理，排除风、雨、冰雹、建筑施工、大型设备、车辆、爆破等非人为因素引起的振动干扰，降低误报率；

(2)对犯人翻越、破坏监狱隔离网引起的振动进行分析告警，提醒值班人员及时处置，保障监狱周界安全、防止事故的发生；

(3)为监狱解决人力,物力等很多问题,及早发现、早制止,把不安全因素消灭在萌芽状态。

附图说明

图1监狱隔离网振动分析方法系统结构示意图；

图2监狱隔离网振动分析方法分析过程流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，监狱隔离网振动分析方法系统结构示意图，它包含数据处理模块，以及专家分析模块和振动监测终端。

振动监测终端：是一种采用高集成度及超低功耗设计的硬件设备，该设备安装监狱隔离网上，对监狱隔离网上的环境数据进行采集，然后将数据上传给数据处理模块。

专家分析模块连接数据处理模块，数据处理模块把终端采集到的设备数据，数据封装后传送给专家分析模块。专家分析模块对振动数据进行分析，区分环境因素(风、雨、雷电等)产生的振动干扰和人员入侵产生的振动告警，过滤因环境等噪声因素产生的误报，提高告警的准确性。

数据处理模块具备数据接收、数据处理、实现振动特征图谱的曲线展示和实现振动告警、图形展示的功能。数据处理模块接收振动监测终端采集的数据，并对数据进行处理后发送给专家分析模块进行数据分析；数据处理模块接收专家模块分析的结果，并把分析结果以振动特征图谱的曲线方式展示出来。

如图2，监狱隔离网振动分析方法分析过程流程图。分析过程主要分以下步骤：

步骤一：振动监测终端监测到振动后，上传振动告警数据到专家分析模块；

步骤二：专家分析模块计算同一监狱隔离网上，所有振动监测点的振动加速度标准差和变异系数；

步骤三：如果所有振动监测点的振动加速度标准差没有超过振动阈值，认为是环境干扰，分析结束；否则执行步骤四；

步骤四：如果所有振动监测点的振动加速度变异系数没有超过变异系数阈值，认为是环境干扰，否则是人员攀爬或破坏造成的振动，执行步骤五；

步骤五：选取振动加速度最大的点上报数据处理模块并进行报警，则该点离振源最近，作为人员攀爬的位置。

步骤二中，振动加速度标准差等于方差的算术平方根。由于方差是数据的平方，与检测数据相差太大，因此，常用标准差对采集数据进行比较分析。所述变异系数：变异系数＝(标准差÷平均值)×100％。其计算结果的大小不仅受采集值离散程度的影响，而且受采集值平均水平的影响。标准差可有效衡量同一时刻，同一监狱隔离网上不同振动加速度值的离散程度；变异系数可有效滤除振动加速度采集平均值较大时对分析结果的影响。结合实际应用，标准差可有效滤除风、雨等环境造成的影响。当环境因素产生较大的振动(如：风力较大等)时，变异系数可起到很好的滤除作用。

步骤三中，环境因素产生的振动与人员攀爬产生的振动区别在于：环境因素作用于监狱隔离网时，监狱隔离网受力较均匀，因此，同一监狱隔离网上的振动监测点采集的加速度幅值差异较小，即采集数据的离散程度较小。人员攀爬作用于监狱隔离网的某一位置，因此，离攀爬位置较近的振动监测点采集的加速度幅值较大；离攀爬位置较远的振动监测点采集的加速度幅值较小，即采集数据的离散程度较大。

专家分析模块对同一监狱隔离网上，安装的振动探测器采集的加速度幅值进行横向比较，分析某一时刻一组振动探测器采集的振动加速度是由环境因素(风、雨、雷、电等)产生的噪声干扰，还是由于人员的攀爬、破坏等原因产生的振动告警；如果是人员攀爬等原因产生的振动告警，应能够确定振源的位置。

步骤三中，振动监测点的建立主要分为以下步骤：

1、首先，在数据处理模块上建立多个监狱隔离网模型，监狱隔离网模型与现场实际安装的监狱隔离网一一对应。因此，监狱隔离网模型之间不存在振动的传递或振动的传递可忽略不计；

2、振动监测点作为终端设备与监狱隔离网模型建立隶属关系，并配置振动监测点在监狱隔离网上的相对位置；

3、专家分析模块根据振动监测点的相对安装位置和实时采集的振动数据，进行综合分析。

振动阈值：当探测器上报的振动最大值小于振动阈值，专家分析模块认为是干扰。参数范围：[0,10]间的浮点数。当一条模型上探头发生振动值超过所设阀值时进行分析。

变异系数阈值：当振动变异系数未超过变异系数阈值，专家分析模块认为产生振动的探测器是振动干扰。参数范围：[0,10]间的浮点数。

该监狱隔离网振动的分析方法的实现是在由数据处理模块、专家分析模块、振动监测终端组成的架构中实现的,其中振动监测终端放置固定在监狱实际安装的监狱隔离网上，监控终端将采集的数据上传到数据处理模块，数据处理模块将收到的数据进行处理后传送到专家分析模块，专家分析模块实时对采集的监控数据进行分析处理，将分析结果显示在数据处理模块上，以便于为管理人员提供有效监测数据，进行人工干预或者前期预警。

振动监测终端：是一种采用高集成度及超低功耗设计的硬件设备，该设备安装监狱隔离网上，对监狱隔离网上的环境数据进行采集，然后将数据上传给数据处理模块。

专家分析模块连接数据处理模块，它采集振动监测终端采集到的设备数据，数据封装后传送到数据处理模块。对振动数据进行分析，区分环境因素(风、雨、雷电等)产生的振动干扰和人员入侵产生的振动告警，过滤因环境等噪声因素产生的误报，提高告警的准确性。

数据处理模块具备数据接收、数据处理、实现振动特征图谱的曲线展示和实现振动告警、图形展示的功能。数据处理模块接收振动监测终端采集的数据，并对数据进行处理；数据处理模块接收专家模块分析的结果，并把分析结果以振动特征图谱的曲线方式展示出来。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种监狱隔离网振动分析系统的分析方法，其中，所述监狱隔离网振动分析系统，包括专家分析模块、数据处理模块和振动监测终端；其中，所述振动监测终端，安装监狱隔离网上，用于对监狱隔离网上的环境数据进行采集，然后将数据上传给数据处理模块、专家分析模块；

所述数据处理模块，用于数据接收、数据处理、实现振动特征图谱的曲线展示和实现振动告警、图形展示；

所述专家分析模块，连接数据处理模块，用于对振动数据进行分析，区分环境因素、噪声因素产生的振动干扰和人员入侵产生的振动告警，过滤因环境因素、噪声因素产生的误报其特征是：包括以下步骤：

(1)如果监测到监狱隔离网有振动，振动监测终端上传振动告警数据到专家分析模块；

(2)建立振动监测点，专家分析模块计算同一监狱隔离网上，所有振动监测点的振动加速度标准差和变异系数；

(3)根据振动监测点的振动加速度标准差和变异系数，判断干扰因素，如果所有振动监测点的振动加速度标准差没有超过振动阈值，判定是环境干扰，分析结束；否则执行步骤(4)；

(4)如果所有振动监测点的振动加速度变异系数没有超过变异系数阈值，判定是环境干扰，否则是人员攀爬或破坏造成的振动，执行步骤(5)；

(5)选取振动加速度最大的点上报数据处理模块并进行报警，则该点离振源最近，作为人员攀爬的位置。

2.如权利要求1所述的分析方法，其特征是：所述步骤(2)中，建立振动监测点的步骤包括：

(2-1)在数据处理模块上建立多个监狱隔离网模型，监狱隔离网模型与现场实际安装的监狱隔离网一一对应；

(2-2)振动监测点作为终端设备与监狱隔离网模型建立隶属关系，并配置振动监测点在监狱隔离网上的相对位置；

(2-3)专家分析模块记录振动监测点的相对安装位置和实时采集的振动数据。

3.如权利要求1所述的分析方法，其特征是：所述步骤(2)中，其具体计算方法为：振动加速度标准差等于方差的算术平方根；所述变异系数：变异系数＝(标准差÷平均值)×100％，其计算结果的大小不仅受采集值离散程度的影响，而且受采集值平均水平的影响；标准差衡量同一时刻，同一监狱隔离网上不同振动加速度值的离散程度；变异系数滤除振动加速度采集平均值较大时对分析结果的影响。

4.如权利要求1所述的分析方法，其特征是：所述步骤(3)中，当探测器上报的振动最大值小于振动阈值，专家分析模块认为是干扰振动，振动阈值的范围为[0,10]间的浮点数，当一条模型上探头发生振动值超过所设阀值时进行分析。

5.如权利要求1所述的分析方法，其特征是：所述步骤(4)中，当振动变异系数未超过变异系数阈值，专家分析模块认为产生振动的探测器是振动干扰，变异系数阈值的范围为[0,10]间的浮点数。