CN104504833A - 智能感知定位围栏系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能感知定位围栏系统，包括探测围栏、检测单元和至少一个感知传感器。本发明通过在现有围栏金属丝上安装感知传感器来检测围栏的异常状态，并将异常状态反馈至检测单元以实现异地点位置的判定。本检测单元可实时检测5公里以上的围栏异常情况，并且可应用于已经安装有围栏金属丝围栏的地方。依据电子围栏长度和实际精度需求，可实现误差10米—100米的异常点定位精度。并且也能同视频(或相机图片)监控系统联动，实现实时异常点定位和异常点图像(或图片)的回传，可大大减少巡查的工作强度，并实现异常点信息的位置判别和异常现场情况信息的记录。

Description

智能感知定位围栏系统

技术领域

本发明属于电子监控安防技术领域，具体涉及一种智能感知定位围栏系统。

背景技术

随着国家、重要场所以及人们生活安全防护要求的不断提高，像大型区域的边防、中型区域的机场、厂矿、仓库以及小型区域如居民小区，对安全防护的要求越来越高，智能化电子围栏安全防护告警系统已必不可少。现有的电子围栏主要由探测围栏和电子围栏主机组成。探测围栏设置在需防护区域的周边，是由间隔设立的围栏立柱和横接在围栏立柱之间的围栏金属丝所构成的有形周界。电子围栏主机以一定的时间间隔向围栏金属丝输送瞬时高压脉冲信号，且每次输送的瞬时高压脉冲信号的电压高达6KV～10KV,由于衰减的原因，每一防区长度不大于300米。当有企图闯入者碰触到围栏金属丝时，会被这一瞬时高压脉冲信号电到而弹开，同时由于每次瞬时高压脉冲信号的持续时间较短，因而不会对闯入者产生致命的伤害。这种电子围栏的阻挡作用首先体现在威慑功能上，金属线上悬挂警示牌，一看到便产生心理压力，且触碰围栏时会有触电的感觉，足以令入侵者望而却步；其次电子围栏本身又是有形的屏障，安装适当的高度和角度，很难攀越。但是，由于这种电子围栏要不长期处于无人监管的状态，要不就无法向让安保人员反馈任何异常信息，即安保人员根本无法获知何时出现了企图闯入者，也更不可能知道企图闯入者的具体闯入地点，这便大大增加了让安保人员巡查的工作难度。因此现有的电子围栏不适于推广到长距离或大范围的区域中使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有电子围栏无法实现异常点信息的定位的不足，提供一种智能感知定位围栏系统。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

智能感知定位围栏系统，包括探测围栏、检测单元和至少一个感知传感器。所述探测围栏由多根围栏立柱和至少一条围栏金属丝组成；围栏立柱间隔地设立在需防护区域的周边；每条围栏金属丝逐级固定并横置在上述围栏立柱上，且每2个围栏立柱之间的围栏金属丝呈水平延伸。每个感知传感器均由2个横向设置的滚珠开关组成；这2个滚珠开关呈反方向并联连接；即第一滚珠开关的触发端朝向左侧，非触发端朝向右侧；第二滚珠开关的触发端朝向右侧，非触发端朝向左侧；第一滚珠开关的触发端与第二滚珠开关非触发端相连并形成感知传感器的一个感知端；第一滚珠开关的非触发端与第二滚珠开关触发端相连并形成感知传感器的另一个感知端；所述感知传感器水平安装在围栏金属丝上。检测单元由人机界面、控制处理模块、脉冲发生模块和脉冲接收模块组成；人机界面与控制处理模块相连，控制处理模块的输出端与脉冲发生模块的输入端相连，脉冲发生模块的输出端连接每个感知传感器的一个感知端，脉冲接收模块的输入端连接该感知传感器的另一个感知端，控制处理模块的输入端与脉冲接收模块的输出端相连。

上述方案中，每2个围栏立柱之间的围栏金属丝上均设有至少1个感知传感器。

上述方案中，每2个围栏立柱之间的围栏金属丝上设有2个感知传感器，其中一个感知传感器位靠近左侧的围栏立柱，另一个感知传感器靠近右侧的围栏立柱。

上述方案中，第一滚珠开关与第二滚珠开关采用前后设置方式或上下设置方式。

上述方案中，第一滚珠开关与水平面之间存在一定的夹角和/或第二滚珠开关与水平面之间存在一定的夹角。

上述方案中，第一滚珠开关与水平面之间的夹角介于2°～6°之间，第二滚珠开关与水平面之间的夹角介于2°～6°之间。

与现有技术相比，本发明通过在现有围栏金属丝上安装感知传感器来检测围栏的异常状态，并将异常状态反馈至检测单元以实现异地点位置的判定。本检测单元可实时检测5公里以上的围栏异常情况，并且可应用于已经安装有围栏金属丝围栏的地方。依据电子围栏长度和实际精度需求，可实现误差10米—100米的异常点定位精度。并且也能同视频(或相机图片)监控系统联动，实现实时异常点定位和异常点图像(或图片)的回传，可大大减少巡查的工作强度，并实现异常点信息的位置判别和异常现场情况信息的记录。

附图说明

图1为一种智能感知定位围栏系统的安装示意图。

图2为感知传感器的原理示意图。

图3为检测单元的原理框图。

图中标号：1、探测围栏；1-1、围栏立柱；1-2、围栏金属丝；2、感知传感器；2-1、第一滚珠开关；2-2、第二滚珠开关；3、信号线。

具体实施方式

一种智能感知定位围栏系统，如图1所述，其主要由探测围栏1、检测单元和至少一个感知传感器2构成。

所述探测围栏1由多根围栏立柱1-1和至少一条围栏金属丝1-2组成。围栏立柱1-1间隔地设立在需防护区域的周边。每条围栏金属丝1-2逐级固定并横置在上述围栏立柱1-1上。所述探测围栏1与现有的围栏相同或相近，但为了能够保证感知传感器2对围栏金属丝1-2倾斜的感知，围栏金属丝1-2整体上应该保持水平延伸状态，但若不能确保整条围栏金属丝1-2的水平延伸，但至少要保证每2个围栏立柱1-1之间的围栏金属丝1-2呈水平延伸。

每个感知传感器2均由2个横向设置的滚珠开关组成。在排布方式上，第一滚珠开关2-1与第二滚珠开关2-2可以采用前后设置方式，也可以采用上下设置方式。在本发明优选实施例中，第一滚珠开关2-1与第二滚珠开关2-2采用上下设置方式。为了能够同时感知到围栏金属丝1-2的向上倾斜或向下倾斜运动，上述2个滚珠开关采用反方向并联方式进行连接：即第一滚珠开关2-1的触发端朝向左侧，非触发端朝向右侧；第二滚珠开关2-2的触发端朝向右侧，非触发端朝向左侧。2个滚珠开关最好能够严格水平即2个滚珠开关的中轴线均与水平面相平，但考虑到滚珠开关自身灵敏精度即滚珠开关的水平触发角极小(经实测，约1.2度左右稳定闭合)，该而角度无法满足实际应用现场的围栏金属丝1-2倾斜触发要求，此外，也考虑到围栏金属丝1-2难以做到严格水平的问题，固定在安装盒内的两个滚珠开关需要预先偏置一个合适的角度，即第一滚珠开关2-1与水平面之间存在一定的夹角和/或第二滚珠开关2-2与水平面之间存在一定的夹角。在本发明中，第一滚珠开关2-1与水平面之间的夹角，以及第二滚珠开关2-2与水平面之间的夹角均介于2°～6°之间。在本发明优选实施例中，第一滚珠开关2-1与水平面之间的夹角，以及第二滚珠开关2-2与水平面之间的夹角均为3.4°。第一滚珠开关2-1的触发端与第二滚珠开关2-2非触发端相连并形成感知传感器2的一个感知端。第一滚珠开关2-1的非触发端与第二滚珠开关2-2触发端相连并形成感知传感器2的另一个感知端。参见图2。当A端相对水平向下倾斜时，上方滚珠开关内的滚珠向A端滚动，触发短路；当B端相对水平向下倾斜时，下方滚珠开关内的滚珠向B端滚动，触发短路；AB水平时，上下两滚珠开关都处于开路状态。

所述感知传感器2水平安装在围栏金属丝1-2上。对于同一条围栏金属丝1-2而言，为了能够更好的实现定位检测，并保证定位精度，在每2个围栏立柱1-1之间的围栏金属丝1-2上均设有至少1个感知传感器2。而为了能够提高传感器的感知灵敏度，在本发明优选实施例中，每2个围栏立柱1-1之间的围栏金属丝1-2上设有2个感知传感器2，其中一个感知传感器2位靠近左侧的围栏立柱1-1，另一个感知传感器2靠近右侧的围栏立柱1-1。本发明通过在现有围栏上部署大量感知传感器2，来判断围栏上的围栏金属丝1-2是否被触碰而产生倾斜，从而判断是否有人为穿越正在进行。安装在同一条围栏金属丝1-2上的各个感知传感器2采用并联方式连接起来，并接入横向部署的信号线3中。感知传感器2是通过内置的滚珠开关来判别围栏金属丝1-2倾斜的产生，当围栏金属丝1-2围栏的围栏金属丝1-2发生倾斜时，原来处在常开状态下的倾斜开关发生闭合(即短路)。

检测单元由电源、以及与电源相连的人机界面、控制处理模块、脉冲发生模块和脉冲接收模块组成。人机界面与控制处理模块相连，控制处理模块的输出端与脉冲发生模块的输入端相连，脉冲发生模块的输出端经信号线3连接每个感知传感器2的一个感知端，脉冲接收模块的输入端经信号线3连接该感知传感器2的另一个感知端，控制处理模块的输入端与脉冲接收模块的输出端相连。在具体设置上来说，为了能够让感知传感器2与检测单元进行通信，需要在沿着围栏金属丝1-2的延伸方向上另外设置一条信号线3来实现。参见图3。控制处理模块内含MCU微控制器，用于响应人机界面的输入设置和把运算处理后的检测参数(如告警状态和告警位置等)在人机界面显示，同时用于控制脉冲发生和脉冲接收模块；电源模块用于给整个检测单元内各模块供电。如通过人机界面设置定时巡检参数为2秒，那么控制器处理模块每隔2秒使能脉冲发生模块产生一窄带脉冲电压信号(如36V)，此脉冲信号通过信号线3A注入感知传感器2阵列中。当感知传感器2阵列中有某个传感器产生短路信号，那么脉冲信号通过断路处折回到信号线3B中，返回给脉冲接收模块接收，脉冲接收模块通知控制处理模块已收到回波信号。控制器处理模块通过计算脉冲发射和回波脉冲往返的时间差，从而通过下式(1)回波定位距离算法计算出短路距离，即定位人为穿越发生的位置。因为信号线3末端环回，所以如果传感器阵列中没有任何传感器发生短路，那么脉冲信号将通过信号线3路末尾返回脉冲接收模块(此时的时间差是回波最大时间差)。

上述系统的工作原理如下：

(1)感知传感器2短路信号的产生

人若要穿越围栏金属丝1-2围栏，需要上下拉伸围栏金属丝1-2，当发生拉伸动作时，安装在围栏金属丝1-2上的感知传感器2跟随倾斜，于是安装在感知传感器2内部的滚珠开关因倾斜而闭合形成短路。在倾斜传感器内部短路时，如果有脉冲电压信号注入，信号将通过此处折回，返回到脉冲接收模块接收。滚珠开关的短路角度可以根据需要预置，比如角度预置3°。当θ角大于3°时将产生短路闭合，于是可以控制感知传感器2的触发灵敏度。

(2)回波定位距离算法

本系统的基本原理是首先向信号线3首段注入脉冲电压信号，根据发射脉冲与回波脉冲的往返时间差和脉冲在导线中的传播速度，便可计算出异常点的距离，见式(1)：

L＝(V×△t)/2(1)

其中，L为信号线3上感知传感器2相距检测单元所在位置的距离(m)，V为脉冲电压信号在导线中的传播速度(m/s)(取值为光速299792458m/s)，△t为发射脉冲和回波脉冲之间的时间差(s)。

举例：现有围栏金属丝1-2围栏总长度为5000m，如果在某距离处产生人为拉伸围栏金属丝1-2的动作，这时此处位置的感知传感器2中的倾斜开关闭合产生短路，脉冲电压信号从此处通过，且检测单元测得发射脉冲和回波脉冲之间的时间差为26.6851us，带入式(1)计算：

L＝(V×△t)/2＝(299792458m/s×26.6851us)/2≈3999.99586m

即得出约在4000m位置处有人为穿越动作，于是检测单元的人机界面发出告警并显示异常点位置信息。

Claims (6)

1.智能感知定位围栏系统，包括探测围栏(1)，所述探测围栏(1)由多根围栏立柱(1-1)和至少一条围栏金属丝(1-2)组成；围栏立柱(1-1)间隔地设立在需防护区域的周边；每条围栏金属丝(1-2)逐级固定并横置在上述围栏立柱(1-1)上，且每2个围栏立柱(1-1)之间的围栏金属丝(1-2)呈水平延伸；其特征在于：还进一步包括检测单元和至少一个感知传感器(2)；

每个感知传感器(2)均由2个横向设置的滚珠开关组成；这2个滚珠开关呈反方向并联连接；即第一滚珠开关(2-1)的触发端朝向左侧，非触发端朝向右侧；第二滚珠开关(2-2)的触发端朝向右侧，非触发端朝向左侧；第一滚珠开关(2-1)的触发端与第二滚珠开关(2-2)非触发端相连并形成感知传感器(2)的一个感知端；第一滚珠开关(2-1)的非触发端与第二滚珠开关(2-2)触发端相连并形成感知传感器(2)的另一个感知端；所述感知传感器(2)水平安装在围栏金属丝(1-2)上；

检测单元由人机界面、控制处理模块、脉冲发生模块和脉冲接收模块组成；人机界面与控制处理模块相连，控制处理模块的输出端与脉冲发生模块的输入端相连，脉冲发生模块的输出端连接每个感知传感器(2)的一个感知端，脉冲接收模块的输入端连接该感知传感器(2)的另一个感知端，控制处理模块的输入端与脉冲接收模块的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的智能感知定位围栏系统，其特征在于：每2个围栏立柱(1-1)之间的围栏金属丝(1-2)上均设有至少1个感知传感器(2)。

3.根据权利要求2所述的智能感知定位围栏系统，其特征在于：每2个围栏立柱(1-1)之间的围栏金属丝(1-2)上设有2个感知传感器(2)，其中一个感知传感器(2)位靠近左侧的围栏立柱(1-1)，另一个感知传感器(2)靠近右侧的围栏立柱(1-1)。

4.根据权利要求1所述的智能感知定位围栏系统，其特征在于：第一滚珠开关(2-1)与第二滚珠开关(2-2)采用前后设置方式或上下设置方式。

5.根据权利要求1所述的智能感知定位围栏系统，其特征在于：第一滚珠开关(2-1)与水平面之间存在一定的夹角，和/或第二滚珠开关(2-2)与水平面之间存在一定的夹角。

6.根据权利要求5所述的智能感知定位围栏系统，其特征在于：第一滚珠开关(2-1)与水平面之间的夹角介于2°～6°之间，第二滚珠开关(2-2)与水平面之间的夹角介于2°～6°之间。