CN105761460A - 一种综合一体化安全防范分析报警系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合一体化安全防范分析报警系统和方法，系统包括无线传感器网络，无线传感器网络通过多网融合网关与智能分析平台相连，智能分析平台还连接有若干用户终端。方法包括以下步骤：1）无线传感器网络进行传感数据采集；2）通过有线和无线双通道双备份的方式进行传输；3）把传感数据接入智能分析平台上；4）创建综合分析报警经验分类库和多源异构诱导因子经验分类库；5）智能分析平台进行综合一体化智能分析处理；6）智能分析平台根据分析处理结果进行告警。一种综合一体化安全防范分析报警系统和方法，能够对监控数据进行多样性全方位的采集，以及对传感数据进行多源异构信息的人工智能运算处理。

Description

一种综合一体化安全防范分析报警系统和方法

技术领域

本发明涉及安防领域，具体为一种综合一体化安全防范分析报警系统和方法。

背景技术

安全防范是我国物联网应用最早的行业之一，监控信息的感知采集、传感技术、无线传输、智能分析、网络技术等无不带有物联网应用的特征。目前，包括视频、GPS、传感感应等应用技术，在安全防范行业已经得到了初步应用，但绝大部分仍停留在单一功能方面的开发应用上，如单一的视频监控、单一的温度采集、单一的烟雾感测等，系统功能的集成综合性度低，只能监测、分析周边环境的单一变量。造成这样的现象，其主要原因是不同厂家的网络摄像机、传感器设备等前端信息采集设备不能相互兼容，而一些软件开发商在面对客户千差万别的需求时，无法解决兼容性、融合性的技术难题和提供定制化服务。

随着整体安防市场的发展，安防系统的核心不再只是单纯的硬件平台或者是单纯的软件平台，而是具有高度集成功能的软件平台结合硬件网络平台。传统的单独供应产品的模式已很难满足市场的需求，成熟的安防市场需要的是“系统级”、“综合一体化”的产品，即针对特别应用的所有产品和系统，比如可以同时供应监控、门禁、入侵、恶意破坏、环境变化、报警系统所需的全部产品。

综上所述，提供一种能够实现面向立体多源传感信息分析报警的系统，实现监控的立体化和智能化，同时对多项监测数据进行统一提取，提高综合分析效率，是业界亟待解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种能够对监控数据进行多样性全方位采集，以及对传感数据进行多源异构信息的人工智能运算处理的综合一体化安全防范分析报警系统和方法。

本发明解决为其技术问题所采用的技术方案是：

一种综合一体化安全防范分析报警系统，其特征在于：包括无线传感器网络，所述无线传感器网络包括若干不同类型的无线传感器，所述无线传感器网络通过一多网融合网关与一智能分析平台相连，所述智能分析平台还连接有若干用户终端。

进一步，所述无线传感器网络的组网类型为星型网络和/或网状网络和/或树型网络和/或线型网络。

进一步，所述无线传感器之间采用Zigbee协议进行通信。

进一步，所述无线传感器包括传感器电源模块和分别与传感器电源模块相连的感知采集模块、传感器微处理器模块和通信模块，所述传感器微处理器模块分别与所述感知采集模块和通信模块连接，所述感知采集模块包括敏感元件和转换元件，所述敏感元件通过转换元件与传感器微处理器模块连接。

进一步，所述多网融合网关包括网关供电模块和分别与网关供电模块连接的Zigbee无线模块、网关微处理器模块、TCP/IP网络模块和无线模块，所述网关微处理器模块分别与Zigbee无线模块、TCP/IP网络模块和无线模块相连。

一种综合一体化安全防范分析报警方法，具体包括以下步骤：

1）确定安全防范范围，无线传感器网络进行传感数据采集；

2）对采集到的传感数据，通过有线和无线双通道双备份的方式进行传输；

3）把传感数据以服务器组的方式接入到后端的智能分析平台上；

4）智能分析平台创建综合分析报警经验分类库和多源异构诱导因子经验分类库；

5）智能分析平台对传感数据进行综合一体化智能分析处理；

6）智能分析平台根据分析处理结果进行告警。

进一步，所述步骤2）具体包括以下步骤：

2.1）无线传感器网络中的各个无线传感器通过Zigbee协议把数据汇集到多网融合网关；

2.2）多网融合网关通过GPRS网络或Internet网络或WiFi网络进行数据传输。

进一步，步骤4）中综合分析报警经验分类库和多源异构诱导因子经验分类库的创建步骤如下：

4.1）基础配置，采集报警案例事件的经验数据，根据经验数据大类划分等级及所占比重权值和小类划分等级及所占比重权值；

4.2）诱导因子提取，提取大类诱导因子和提取小类诱导因子；

4.3）诱导因子归类，进行小类诱导因子细分、诱导因子细分权值设置和诱导因子关联案例；

4.4）量化诱导关联值，为权值设置量化数据并记录保存。

进一步，所述步骤5）具体包括以下步骤：

5.1）存储无线传感器网络采集到的传感数据；

5.2）对传感数据进行预处理，包括格式转换和元数据标引；

5.3）对传感数据进行初步的事件预警分类计算和报警权值计算；

5.4）预设一个报警权值，直接警告输出报警权值高于设定值的传感数据，对于报警权值低于设定值的传感数据，则进入步骤5.5）进行进一步计算；

5.5）根据多元异构数据经验分类库数据建立自适应报警分析评估模型，对传感数据进行进一步的归类空间矩阵向量运算，并判断出传感数据是否处以正常监控范围，传感数据正常则结束步骤，传感数据异常则进入步骤5.6）；

5.6）根据多源异构诱导因子经验分类库对异常传感数据进行诱导因子运算分析；

5.7）根据综合分析报警经验分类库对传感数据进行报警案例关联，并给出危害报警事件的整体解决方案用例；

5.8）报警结果输出。

进一步，所述步骤5.6）中，诱导因子运算分析具体包括以下步骤：

5.6.1）匹配关联结果；

5.6.2）诱导因子提取；

5.6.3）诱导因子细分；

5.6.4）诱导因子关联。

本发明带来的有益效果有：

一种综合一体化安全防范分析报警系统和方法，能够对监控数据进行多样性全方位的采集，以及对传感数据进行多源异构信息的人工智能运算处理，实现多种不同类型的传感器统一组网和统一传输协议，解决了各自组网、各自传输、信息离散和操作不便等问题，具有配置成本低、组网灵活等优点，并能够面向立体多源传感信息进行分析报警，实现监控的立体化和智能化。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明系统模块示意图；

图2为本发明无线传感器的示意图；

图3为本发明多网融合网关的示意图；

图4为本发明方法流程图；

图5为本发明智能分析处理的流程图。

具体实施方式

参照附图1，本发明一种综合一体化安全防范分析报警系统，包括无线传感器网络1，所述无线传感器网络1包括若干不同类型的无线传感器，根据需求把无线传感器分布设置在监控区域。所述无线传感器网络1与一多网融合网关2相连，所述多网融合网关2通过有线传输或者无线传输与一智能分析平台3相连，所述智能分析平台3还连接有若干用户终端4，可通过用户终端4远程查阅系统的实时信息，实现远程监控管理，提高系统安全性。另外，采用无线传感器能够要保障传感器设备的部署简单，不需要施工布线，减少成本及应用难度。

系统整体网络架构设计采用典型的物联网三层架构设计：

第一层为数据感知捕获层。数据感知捕获层在监控区域最前端，部署若干不同类型的无线传感器组成的无线传感器网络1，无线传感器网络1的组网类型为星型网络和/或网状网络和/或树型网络和/或线型网络，无线传感器之间采用Zigbee协议进行通信。无线传感器网络1负责感知各类监控对象的数据信息，具体包括热能生命体、外力触动、物体震动、各频段声音、位置信息、移动信息、身份信息、门禁卡、密码信息、区域信息、烟雾信息、温度信息、图像信息、水体介质、空气成分及温湿度等数据信息。数据感知捕获层的设计包括三方面核心：多样性无线传感器设计、无线传感器之间的通信会话协议设计和无线传感器之间的组网设计。对此，首先，采用若干不同类型的无线传感器组成的无线传感器网络1。其次，前端各个无线传感器之间通过无线传输进行相互的通信，需要保持高稳定性、高可靠性与高安全性。经过对比与分析，在第一层数据感知捕获层中各种类型无线传感器之间的通信会话上，我们采用基于国际IEEE802.15.4协议标准的Zigbee协议技术，能满足我们对第一层传感器网络设计的所有要求，即低功耗、低成本、底复杂性、高灵活性、高可靠性以及支持多种组网的特性。当然，根据需要，无线传感器之间的通信也可基于蓝牙技术、WiFi技术和315M/433M技术等。最后，为了实现对安全防范领域的综合一体化监控，必须做到对监控区域进行全方位、多角度及多样性的数据采集，因此，无线传感器网络1的组网类型为星型网络和/或网状网络和/或树型网络和/或线型网络。参照附图2，所述无线传感器包括传感器电源模块11和分别与传感器电源模块11相连的感知采集模12、传感器微处理器模块13和通信模块14，所述传感器微处理器模块13分别与所述感知采集模块12和通信模块14连接，所述感知采集模块12包括敏感元件和转换元件，所述敏感元件通过转换元件与传感器微处理器模块13连接。传感器电源模块11为感知采集模块12、传感器微处理器模块13和通信模块14提供电源，感知采集模块12通过敏感元件采集传感数据，经转换元件传输到传感器微处理器模块13，传感器微处理器模块13负责无线传感器的协调工作，通过通信模块14和其它无线传感器进行通信。

第二层为数据传输层。为了保障数据传输的可靠性、稳定性与安全性，采用多网融合网关2进行双通道双备份数据传输，即有线、无线双通道数据传输。在数据传输层，采用多网融合网关2实现数据传输，多网融合网关2的工作包括汇集无线传感器网络1采集到的传感数据、把传感数据传输到后端的智能分析平台3上和提供有线无线两种方式进行数据传输。多网融合指：GPRS网络、Internet网络、WiFi网络和Zigbee网络，即前端的无线传感器过Zigbee把数据传输到多网融合网关2，多网融合网关2通过GPRS网络或Internet网络或WiFi网络把数据传输到后端的智能分析平台3上。参照附图3，多网融合网关2包括网关供电模块21和分别与网关供电模块21连接的Zigbee无线模块22、网关微处理器模块23、TCP/IP网络模块24和无线模块25，所述网关微处理器模块23分别与Zigbee无线模块22、TCP/IP网络模块24和无线模块25相连。网关供电模块21分别为Zigbee无线模块22、网关微处理器模块23、TCP/IP网络模块24和无线模块25供电，网关微处理器模块23将Zigbee无线模块22接收到的数据通过串口通讯转发至TCP/IP网络模块24和无线模块25，并将TCP/IP网络模块24和无线模块25接收的数据，经处理后转发至Zigbee无线模块22，由Zigbee无线模块22转发至无线传感器网络1，其中有线传输通过TCP/IP网络模块24进行，无线传输通过无线模块25进行，具体可按需求设置。

第三层为应用云平台分析服务层。应用云平台分析服务层提供了对传感数据进行云存储、云计算、智能分析处理等综合一体化的智能分析应用服务，具体应用有：传感器设备采集数据管理、传感器管理、监控节点管理、报警事件管理、安全策略分析管理、公司管理和系统管理。现有技术的报警系统绝大部分仍停留在单一功能方面的开发应用上，如单一的视频监控、单一的温度采集、单一的烟雾感测等，系统功能的集成综合性度低，只能监测、分析周边环境的单一变量，其主要原因是不同厂家的网络摄像机、传感器设备等前端信息采集设备不能相互兼容；另外，一些软件开发商在面对客户千差万别的需求时，无法解决兼容性、融合性的技术难题和提供定制化服务。为了解决上述问题，综合一体化安全防范分析报警系统在前端通过多种不同类型的无线传感器采集不同类型的传感数据，如人员、定位、位移、各种外力触动、各种频段声音、各类图像采集、门磁、烟感、温度、水浸、气体、煤气、红外等数据，实现对周边环境参量进行立体多样性的全面感知，同时对数据的统一集中存储，集中分析。综合一体化安全防范分析报警系统还采用了空间计算、人工智能与矩阵向量分析归类等技术，对数据进行多源异构的处理、融合及智能分析计算，以此来实现提高报警的准确性和降低危害事件的误报率。

参照附图4，一种综合一体化安全防范分析报警方法，具体包括以下步骤：

1）确定安全防范范围，无线传感器网络1进行传感数据采集；无线传感器网络1进行综合一体化的多样性数据感知采集，感知采集前端监控区域里的各项数据信息。

2）对采集到的传感数据，通过有线和无线双通道双备份的方式进行传输；双通道双备份的方式进行数据传输，能够保障数据传输的可靠性、稳定性与安全性。

3）把传感数据以服务器组的方式接入到后端的智能分析平台3上；服务器组由多个服务器组成，以服务器组的方式把传感数据接入到后端的智能分析平台3上，服务器组能采用负载均衡技术对数据的分析处理与用户的接入访问进行控制。

4）智能分析平台3创建综合分析报警经验分类库和多源异构诱导因子经验分类库。

5）智能分析平台3对传感数据进行综合一体化智能分析处理；采用空间计算和人工智能等技术对传感数据进行透析运算及各种智能分析处理，以达到及时准确的智能告警、智能协调指挥、智能安全策略报告及网络自愈检测等高度智能化的处理功能。

6）智能分析平台3根据分析处理结果进行告警。根据智能分析处理的结果进行告警，以及有针对性地输出各种安全预警策略。

其中，步骤4）中综合分析报警经验分类库和多源异构诱导因子经验分类库的创建步骤如下：

4.1）基础配置，采集报警案例事件的经验数据，根据经验数据大类划分等级及所占比重权值和小类划分等级及所占比重权值；

4.2）诱导因子提取，提取大类诱导因子和提取小类诱导因子；

4.3）诱导因子归类，进行小类诱导因子细分、诱导因子细分权值设置和诱导因子关联案例；

4.4）量化诱导关联值，为权值设置量化数据并记录保存，不断自我丰富诱导因子库。

综合分析报警经验分类库和多源异构诱导因子经验分类库为不同的数据库，但其建立步骤一致。

步骤2）为对传感数据和传输的过程中，具体包括以下步骤：

2.1）无线传感器网络1中的各个无线传感器通过Zigbee协议把数据汇集到多网融合网关2；

2.2）多网融合网关2通过GPRS网络或Internet网络或WiFi网络进行数据传输。

参照附图5，所述步骤5）为对传感数据进行综合一体化智能分析处理的过程，具体包括以下步骤：

5.1）存储无线传感器网络1采集到的传感数据；

5.2）对传感数据进行预处理，包括格式转换和元数据标引；把不同类型的无线传感器采集的传感数据进行格式转换，实现多源异构传感数据处理，而元数据转换则起到标识数据的作用，为事件预警分类计算提供基础；

5.3）对传感数据进行初步的事件预警分类计算和报警权值计算；

5.4）预设一个报警权值，直接警告输出报警权值高于设定值的传感数据，对于报警权值低于设定值的传感数据，则进入步骤5.5）进行进一步计算；

5.5）根据综合性的多元异构数据经验分类库数据为基础依赖对照，并进行依赖数据的空间矩阵向量运算进行判断，来建立自适应报警分析评估模型，对传感数据进行进一步的归类空间矩阵向量运算，并判断出传感数据是否处以正常监控范围，传感数据正常则结束步骤，传感数据异常则进入步骤5.6）；为了提高报警准确度，在此引入了矩阵向量分析归类技术，判断出传感数据参数是否属于正常的范围之内，如传感数据出现了异常，则进一步深入运算，进一步分析事件，方便人工干预。异常传感数据的综合报警类型包括有：入侵检测报警类、恶意破坏检测报警类、门禁读卡与放行报警类、火灾检测报警类、固定资产追踪报警类、来访客户跟踪报警类、人员身份识别报警类、空气成分检测报警类、监控区周界布防报警类、区域水浸危害报警类、图像监控识别报警类等；

5.6）根据多源异构诱导因子经验分类库对异常传感数据进行诱导因子运算分析；

5.7）根据综合分析报警经验分类库对传感数据进行报警案例关联，并给出危害报警事件的整体解决方案用例；

5.8报警结果输出。

其中步骤5.6中，诱导因子运算分析具体包括以下步骤：

5.6.1）匹配关联结果；根据前端无线传感器采集的传感数据，大范围匹配关联结果，初步确定事件预警分类。

5.6.2）诱导因子提取；针对初步确定的事件预警分类，提取诱导因子。

5.6.3）诱导因子细分；进一步对诱导因子进行细分。

5.6.4）诱导因子关联。把事件预警分类与诱导因子进行关联。

根据多元异构数据经验分类库数据建立自适应报警分析评估模型，对传感数据进行进一步的归类空间矩阵向量运算，运算的核心部分包括对传感数据进行预处理、进行感知数据信息类型相似度矩阵运算和预处理之后新感知数据信息的相似度计算。

对传感数据进行预处理，表示为一个关键传感数据向量：

其中tf（i）是关键传感数据i在综合分析报警经验分类库d中出现的频率，idf（i）是反向信息频率，用来描述一个关键传感数据在整个综合分析报警经验分类库中的出现频率，N为综合分析报警经验分类库中信息的数量。

进行感知数据信息类型相似度矩阵运算，计算感知数据信息与综合分析报警经验分类库的经验数据信息之间的相似度，相似度矩阵核心计算公式：

其中，S是特征空间中的传感数据的相似度矩阵，n是特征空间中传感数据的数目，s（ij）是预处理之后新感知数据信息中第i个信息数据和特征空间中第j个经验信息数据的相似度，所述s（ij）通过基于同义经验库的最短路径长度计算方法获取，计算公式是：

dis（ij）是第i个传感数据、第j个传感数据之间的最短路径长度，为非负的阈值。如果第i个传感数据、第j个传感数据在综合分析报警经验分类库中的最短路径长度大于r，则认为两个传感数据完全不相似。

最后进行预处理之后新感知数据信息相似度计算，通过将预处理之后的新感知数据信息向量与相似度矩阵相乘进行映射，得到新感知数据信息映射后的数据信息向量，具体公式为：

q’为新感知数据信息映射后的问题向量，q为新感知数据信息映射前的问题向量，w（i）为新感知数据信息中第i个传感数据的权值。

这样，通过预处理之后的感知数据矩阵向量运算就可以准确的判断感知数据信息的报警类型，同时自动关联该报警类型的解决方案用例进行整体输出。

作为本发明的优选实施方式，综合一体化安全防范分析报警系统可进行室内定位追踪。采用空间地理信息技术、无线感知及传感器室内定位等综合应用技术，实现了对人员、贵重物品和贵重设施的室内定位追踪监控，并且能够记录被监控人员、贵重物品和贵重设施的活动区域详细路线轨道及移动线路的回放监控。基于Zigbee无线传感器，本系统把RSSI和LQI进行整合，形成了数值综合定位法。数值综合定位法就是将RSSI定位和LQI定位相结合，曲线拟合法和数值匹配法相结合，并充分利用具体应用环境，选取不同的定位方法，动态地选择各距离段上优秀的方式来技术距离，并且根据RSSI（或者LQI）的波动范围，对RSSI（或者LQI）进行一定的修正，从而提高定位精度。具体而言，数值综合定位法包括三大部分：距离信息的获得、节点布置方案和网络定位算法。分析可得，可以获知在参考节点密度一定的情况下，提高定位精度的几条原则：

（1）节点距离在10米内时，使用LQI值获取距离信息；节点距离大于10米时，通过RSSI值获取距离信息；

（2）在使用曲线拟合法时，将衰落曲线尽可能多的细分，增加逼近的线段数来更精确的分段逼近衰落曲线；

（3）每种应用环境都有其特殊性，充分利用环境信息的特殊性，可以有效减少定位实现的复杂性。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种综合一体化安全防范分析报警系统，其特征在于：包括无线传感器网络（1），所述无线传感器网络（1）包括若干不同类型的无线传感器，所述无线传感器网络（1）通过一多网融合网关（2）与一智能分析平台（3）相连，所述智能分析平台（3）还连接有若干用户终端（4）。

2.根据权利要求1所述的一种综合一体化安全防范分析报警系统，其特征在于：所述无线传感器网络（1）的组网类型为星型网络和/或网状网络和/或树型网络和/或线型网络。

3.根据权利要求1所述的一种综合一体化安全防范分析报警系统，其特征在于：所述无线传感器之间采用Zigbee协议进行通信。

4.根据权利要求1所述的一种综合一体化安全防范分析报警系统，其特征在于：所述无线传感器包括传感器电源模块（11）和分别与传感器电源模块（11）相连的感知采集模块（12）、传感器微处理器模块（13）和通信模块（14），所述传感器微处理器模块（13）分别与所述感知采集模块（12）和通信模块（14）连接，所述感知采集模块（12）包括敏感元件和转换元件，所述敏感元件通过转换元件与传感器微处理器模块（13）连接。

5.根据权利要求1所述的一种综合一体化安全防范分析报警系统，其特征在于：所述多网融合网关（2）包括网关供电模块（21）和分别与网关供电模块（21）连接的Zigbee无线模块（22）、网关微处理器模块（23）、TCP/IP网络模块（24）和无线模块（25），所述网关微处理器模块（23）分别与Zigbee无线模块（22）、TCP/IP网络模块（24）和无线模块（25）相连。

6.一种综合一体化安全防范分析报警方法，所述方法基于权利要求1-5任一所述的系统，其特征在于，具体包括以下步骤：

1）确定安全防范范围，无线传感器网络（1）进行传感数据采集；

2）对采集到的传感数据，通过有线和无线双通道双备份的方式进行传输；

3）把传感数据以服务器组的方式接入到后端的智能分析平台（3）上；

4）智能分析平台（3）创建综合分析报警经验分类库和多源异构诱导因子经验分类库；

5）智能分析平台（3）对传感数据进行综合一体化智能分析处理；

6）智能分析平台（3）根据分析处理结果进行告警。

7.根据权利要求6所述的一种综合一体化安全防范分析报警方法，其特征在于：所述步骤2）具体包括以下步骤：

2.1）无线传感器网络（1）中的各个无线传感器通过Zigbee协议把数据汇集到多网融合网关（2）；

2.2）多网融合网关（2）通过GPRS网络或Internet网络或WiFi网络进行数据传输。

8.根据权利要求6所述的一种综合一体化安全防范分析报警方法，其特征在于：步骤4）中综合分析报警经验分类库和多源异构诱导因子经验分类库的创建步骤如下：

4.1）基础配置，采集报警案例事件的经验数据，根据经验数据大类划分等级及所占比重权值和小类划分等级及所占比重权值；

4.2）诱导因子提取，提取大类诱导因子和提取小类诱导因子；

4.3）诱导因子归类，进行小类诱导因子细分、诱导因子细分权值设置和诱导因子关联案例；

4.4）量化诱导关联值，为权值设置量化数据并记录保存。

9.根据权利要求6所述的一种综合一体化安全防范分析报警方法，其特征在于：所述步骤5）具体包括以下步骤：

5.1）存储无线传感器网络（1）采集到的传感数据；

5.2）对传感数据进行预处理，包括格式转换和元数据标引；

5.3）对传感数据进行初步的事件预警分类计算和报警权值计算；

5.4）预设一个报警权值，直接警告输出报警权值高于设定值的传感数据，对于报警权值低于设定值的传感数据，则进入步骤5.5）进行进一步计算；

5.5）根据多元异构数据经验分类库数据建立自适应报警分析评估模型，对传感数据进行进一步的归类空间矩阵向量运算，并判断出传感数据是否处以正常监控范围，传感数据正常则结束步骤，传感数据异常则进入步骤5.6）；

5.6）根据多源异构诱导因子经验分类库对异常传感数据进行诱导因子运算分析；

5.7）根据综合分析报警经验分类库对传感数据进行报警案例关联，并给出危害报警事件的整体解决方案用例；

5.8）报警结果输出。

10.根据权利要求10所述的一种综合一体化安全防范分析报警方法，其特征在于：所述步骤5.6）中，诱导因子运算分析具体包括以下步骤：

5.6.1）匹配关联结果；

5.6.2）诱导因子提取；

5.6.3）诱导因子细分；

5.6.4）诱导因子关联。