CN106379666A - 一种集装箱的保安系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集装箱的保安系统，包括安装在集装箱内的保安系统和设置在集装箱检测单位的中央监控系统；所述保安系统用于监测采集集装箱的安全信息，包括用于安全监测的传感器组以及摄像头；所述中央监控系统用于对所述安全信息进行检测，中央监控系统包括运输路径检测模块和图像处理模块；所述运输路径检测模块用于调取由GPS提供的路径记录，快速检测运输路径；所述图像处理模块，用于调取由摄像头提供的集装箱门禁记录，快速处理摄像记录内容。本发明实现了在运输过程中对集装箱进行有效的连续、长期监控目的。

Description

一种集装箱的保安系统

技术领域

本发明涉及电子监控系统领域，具体涉及一种集装箱的保安系统。

背景技术

目前对于集装箱运输的管控手段存在巨大的漏洞。按照正常手续，制造厂将商品装载于集装箱内，然后填写报关资料，再将集装箱拖至海关进行出关验货；海关在依法检验后，封箱放行。此时由运输公司送至码头，交付船运公司运至国外码头。在国外码头卸下后，集装箱通过当地海关检验后放行，运送至货主指定地点。

在此过程中，集装箱通常会经过数次转手，行经数千里甚至上万里的旅程，耗时数日至数十日，通过国际海域，跨过国境线。因此随时都有可能被人开启，置入非法人员、物资、甚至大杀伤性武器。而国与国之间唯一的依据是报关单和封箱凭证，但其可靠性并不高。因为对一个国际性犯罪集团或恐怖份子而言，并不难伪造这些凭证。如果为了绝对安全保障，而对进口的每一个集装箱进行开箱检验，则所需人员及所耗时间将使国际商务停顿。

在此情况下，有必要依托于现有的科技，发明出一套可靠的集装箱的保安系统，能在现有的法律、法规之下无缝运行，才能在不增加运行成本，不影响现行体制的条件下，极大程度的保国家税收、人民安全，并且不影响正常经贸活动的进行。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种集装箱的保安系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种集装箱的保安系统，包括安装在集装箱内的保安系统和设置在集装箱检测单位的中央监控系统；所述保安系统用于监测采集集装箱的安全信息，包括用于安全监测的传感器组以及摄像头；所述中央监控系统用于对所述安全信息进行检测，中央监控系统包括运输路径检测模块和图像处理模块；所述运输路径检测模块用于调取由GPS提供的路径记录，快速检测运输路径；所述图像处理模块，用于调取由摄像头提供的集装箱门禁记录，快速处理摄像记录内容。

本发明的有益效果为：在安保方面，海关的出口文件是出口国向进口国的保证，在集装箱未离开出口国海关监管区以前，经过检验，集装箱内容符合双方签订的安全条约规定。在离开海关监管区时，启动本发明系统，对集装箱门禁在运输过程中达到有效的连续、长期监控目的；抵达进口海关后，运输记录(包括文字及录像部分)经过中央监控系统检测，如果无可疑之处，该集装箱即可即时放行，增加通关效率。如果发现疑点，例如曾经断电、实时时间标记不符或有人工修饰可能等，即可决定开柜查验，杜绝安全漏洞。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明结构连接示意图；

图2是本发明无线网络采集系统的结构示意图。

附图标记：

保安系统1、中央监控系统2、报警系统3、无线网络采集系统4、传感器组11、摄像头12、运输路径检测模块21、图像处理模块22、传感器定位单元41、传感器网络优化单元42、数据监测单元43、数据处理单元44、数据接收单元45、数据传送单元46。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

应用场景1

参见图1、图2，本应用场景的一个实施例的集装箱的保安系统，包括安装在集装箱内的保安系统1和设置在集装箱检测单位的中央监控系统2；所述保安系统1用于监测采集集装箱的安全信息，包括用于安全监测的传感器组11以及摄像头12；所述中央监控系统2用于对所述安全信息进行检测，中央监控系统2包括运输路径检测模块21和图像处理模块22；所述运输路径检测模块21用于调取由GPS提供的路径记录，快速检测运输路径；所述图像处理模块22，用于调取由摄像头12提供的集装箱门禁记录，快速处理摄像记录内容。

优选的，所述传感器组11包括用于提供可见光感知信号的可见光传感器；以及用于提供箱门开启和关闭的独立感测信息的箱门开关传感器。

本发明上述实施例在安保方面，海关的出口文件是出口国向进口国的保证，在集装箱未离开出口国海关监管区以前，经过检验，集装箱内容符合双方签订的安全条约规定。在离开海关监管区时，启动本发明系统，对集装箱门禁在运输过程中达到有效的连续、长期监控目的；抵达进口海关后，运输记录(包括文字及录像部分)经过中央监控系统检测，如果无可疑之处，该集装箱即可即时放行，增加通关效率。如果发现疑点，例如曾经断电、实时时间标记不符或有人工修饰可能等，即可决定开柜查验，杜绝安全漏洞。

优选的，所述集装箱的保安系统还包括报警系统3，其在中央监控系统2检测发现疑点时进行报警。

本优选实施例提高了系统的安全性能。

优选的，所述的箱门开关传感器为接触式开关传感器。

本优选实施例箱门开关传感器采用接触式开关传感器，监测性能好。

优选的，所述集装箱的保安系统还包括用于将安全信息采集传送到中央监控系统2的无线网络采集系统4；所述无线网络采集系统4包括传感器定位单元41、传感器网络优化单元42、数据监测单元43、数据处理单元44、数据接收单元45和数据传送单元46。

本优选实施例构建了无线网络采集系统4的框架。

优选的，所述传感器定位单元41用于对未知的传感器网络节点进行定位，定位方法如下：

(1)在少数传感器节点上集成GPS定位芯片，这些传感器节点通过接收GPS信号获取自身位置而成为已知位置节点，作为其他未知位置节点的定位基础；

(2)求取四个已知位置节点相互间的距离和跳数，计算平均每跳的距离；

(3)对于未知位置节点X，使用其到四个已知位置节点的跳数与(2)中平均每跳的距离相乘得到未知位置节点到四个已知位置节点的距离；

(4)通过任意组合的方式选取其中三个已知位置节点，对于每一组合，根据三边测量法获取其位置，则产生四个计算结果，求取平均位置作为未知位置节点最终位置。

本优选实施例设置传感器定位单元41，便于获取监测数据的位置来源，采用GPS定位芯片和三边定位结合的方法，既节约了成本，又能取得良好的定位效果。

优选的，所述传感器网络优化单元42采用遗传-蚁群优化算法对传感器网络路由算法进行优化，具体方法如下：

(1)随机生成无线传感器网络拓扑结构；

(2)设定遗传算法的参数，采用遗传算法精简传感器网络，形成新的网络拓扑结构；

(3)根据遗传算法结果初始化蚁群算法信息素；

(4)设定蚁群算法参数，采用蚁群算法对最优路径进行搜索和更新。

本优选实施例对传感器网络进行优化，在保证整个无线传感器网络性能下降有限的情况下，提升了网络节能效果，延长了网络的寿命。

优选的，所述数据监测单元43用于通过由各传感器构建的传感器节点相互协作进行某区域的监测，并输出各传感器节点监测的感知数据；

所述数据处理单元44用于对各传感器节点监测的感知数据进行压缩处理，包括：

设所述感知数据的一个单位时间段的数据序列为X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示时间戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)时刻某个节点产生的监测值，设定误差界限为ε，误差界限为ε的取值范围为[0.4,0.8]，从第一个数据点[t₁，x(t₁)]开始，对数据序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的数据点按序进行第一次扫描，当达到设定的扫描停止条件时，停止第一次的扫描，将第一次扫描的数据子序列用一条线段来近似，从第一次扫描的数据子序列后的第一个数据点开始进行类似的第二次的扫描，直至扫描完整个单位时间段的数据序列；将第一条线段的起始时间、之后每条线段的结束时间和每条线段的斜率与截距作为单位时间段的数据序列对应的压缩数据并输出；

其中，所述设定的扫描停止条件为：当扫描到一个数据点[t_k，x(t_k)]，在这个数据点[t_k，x(t_k)]之前的所有数据点能被一条线段来近似描述，且满足误差精度要求，而加上数据点[t_k，x(t_k)]之后，不存在一条线段能近似描述当前所有未被近似描述的数据点时，停止扫描；

所述误差精度要求为：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，设所述数据点[t_k，x(t_k)]之前的子序列为X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)为在t_j(α≤j≤k-1)时刻的真实值。

本优选实施例设置数据处理单元44，通过设定的扫描停止条件进行数据扫描，能够在线性时间内，使用最少数目的线段数来近似描述感知数据的一个单位时间段的数据序列且保证误差精度要求，然后将第一条线段的起始时间、之后每条线段的结束时间和每条线段的斜率与截距作为单位时间段的数据序列对应的压缩数据并输出，从而减少了需要传送的数据量，降低了数据传送的能量消耗，从而相对减少了无线传感器网络节点的通信开销；提出误差精度要求的公式，保证了数据压缩的精度，且提高了数据扫描的速度。

优选的，所述数据接收单元45由无线传感器网络汇聚节点进行构建，所述无线传感器网络汇聚节点基于保证加权公平性的数据传输协议接收各传感器节点对应的压缩后的感知数据，并将接收的传感器节点对应的压缩后的感知数据传送到高性能计算机进行处理和分析，实现无线数据的采集；

其中，所述保证加权公平性的数据传输协议为：

所述无线传感器网络汇聚节点在某单位时间段[0,t]接收来自传感器节点i的对应的压缩后的感知数据的数量S_i,t需满足以下公平性度量条件：

$\frac{{({\Σ}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{N{\Σ}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i为设定的传感器节点i的表征其数据重要程度的权值，N为传感器节点的总数，γ为常数，其取值范围为(0,0.2)。

本优选实施例无线传感器网络汇聚节点基于保证加权公平性的数据传输协议接收各传感器节点对应的压缩后的感知数据，使无线传感器网络汇聚节点能够从重要的传感器节点接收较多的感知数据，保证了数据传输的效率的同时，提高了数据传输的公平性。

优选的，所述数据传送单元46通过网络将数据传送给用户，包括近距离传送子单元、远距离通信子单元和切换子单元，所述近距离通信子单元采用zigbee协议通信，所述远距离通信子单元采用无线网络通信，正常情况下，用户通过近距离通信子模块从计算机控制端获取监测信息，当用户外出时，切换子单元启动远距离通信子单元，向用户手机控制端远距离传送监测信息。

本优选实施例设置数据传送单元46，能够根据用户距离选择通信方式，实现了实时监测。

在此应用场景中，误差界限为ε取0.4，监测速度相对提高了10％，监测精度相对提高了12％。

应用场景2

参见图1、图2，本应用场景的一个实施例的集装箱的保安系统，包括安装在集装箱内的保安系统1和设置在集装箱检测单位的中央监控系统2；所述保安系统1用于监测采集集装箱的安全信息，包括用于安全监测的传感器组11以及摄像头12；所述中央监控系统2用于对所述安全信息进行检测，中央监控系统2包括运输路径检测模块21和图像处理模块22；所述运输路径检测模块21用于调取由GPS提供的路径记录，快速检测运输路径；所述图像处理模块22，用于调取由摄像头12提供的集装箱门禁记录，快速处理摄像记录内容。

优选的，所述传感器组11包括用于提供可见光感知信号的可见光传感器；以及用于提供箱门开启和关闭的独立感测信息的箱门开关传感器。

本发明上述实施例在安保方面，海关的出口文件是出口国向进口国的保证，在集装箱未离开出口国海关监管区以前，经过检验，集装箱内容符合双方签订的安全条约规定。在离开海关监管区时，启动本发明系统，对集装箱门禁在运输过程中达到有效的连续、长期监控目的；抵达进口海关后，运输记录(包括文字及录像部分)经过中央监控系统检测，如果无可疑之处，该集装箱即可即时放行，增加通关效率。如果发现疑点，例如曾经断电、实时时间标记不符或有人工修饰可能等，即可决定开柜查验，杜绝安全漏洞。

优选的，所述集装箱的保安系统还包括报警系统3，其在中央监控系统2检测发现疑点时进行报警。

本优选实施例提高了系统的安全性能。

优选的，所述的箱门开关传感器为接触式开关传感器。

本优选实施例箱门开关传感器采用接触式开关传感器，监测性能好。

优选的，所述集装箱的保安系统还包括用于将安全信息采集传送到中央监控系统2的无线网络采集系统4；所述无线网络采集系统4包括传感器定位单元41、传感器网络优化单元42、数据监测单元43、数据处理单元44、数据接收单元45和数据传送单元46。

本优选实施例构建了无线网络采集系统4的框架。

优选的，所述传感器定位单元41用于对未知的传感器网络节点进行定位，定位方法如下：

(1)在少数传感器节点上集成GPS定位芯片，这些传感器节点通过接收GPS信号获取自身位置而成为已知位置节点，作为其他未知位置节点的定位基础；

(2)求取四个已知位置节点相互间的距离和跳数，计算平均每跳的距离；

(3)对于未知位置节点X，使用其到四个已知位置节点的跳数与(2)中平均每跳的距离相乘得到未知位置节点到四个已知位置节点的距离；

(4)通过任意组合的方式选取其中三个已知位置节点，对于每一组合，根据三边测量法获取其位置，则产生四个计算结果，求取平均位置作为未知位置节点最终位置。

本优选实施例设置传感器定位单元41，便于获取监测数据的位置来源，采用GPS定位芯片和三边定位结合的方法，既节约了成本，又能取得良好的定位效果。

优选的，所述传感器网络优化单元42采用遗传-蚁群优化算法对传感器网络路由算法进行优化，具体方法如下：

(1)随机生成无线传感器网络拓扑结构；

(2)设定遗传算法的参数，采用遗传算法精简传感器网络，形成新的网络拓扑结构；

(3)根据遗传算法结果初始化蚁群算法信息素；

(4)设定蚁群算法参数，采用蚁群算法对最优路径进行搜索和更新。

本优选实施例对传感器网络进行优化，在保证整个无线传感器网络性能下降有限的情况下，提升了网络节能效果，延长了网络的寿命。

优选的，所述数据监测单元43用于通过由各传感器构建的传感器节点相互协作进行某区域的监测，并输出各传感器节点监测的感知数据；

所述数据处理单元44用于对各传感器节点监测的感知数据进行压缩处理，包括：

设所述感知数据的一个单位时间段的数据序列为X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示时间戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)时刻某个节点产生的监测值，设定误差界限为ε，误差界限为ε的取值范围为[0.4,0.8]，从第一个数据点[t₁，x(t₁)]开始，对数据序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的数据点按序进行第一次扫描，当达到设定的扫描停止条件时，停止第一次的扫描，将第一次扫描的数据子序列用一条线段来近似，从第一次扫描的数据子序列后的第一个数据点开始进行类似的第二次的扫描，直至扫描完整个单位时间段的数据序列；将第一条线段的起始时间、之后每条线段的结束时间和每条线段的斜率与截距作为单位时间段的数据序列对应的压缩数据并输出；

其中，所述设定的扫描停止条件为：当扫描到一个数据点[t_k，x(t_k)]，在这个数据点[t_k，x(t_k)]之前的所有数据点能被一条线段来近似描述，且满足误差精度要求，而加上数据点[t_k，x(t_k)]之后，不存在一条线段能近似描述当前所有未被近似描述的数据点时，停止扫描；

所述误差精度要求为：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，设所述数据点[t_k，x(t_k)]之前的子序列为X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)为在t_j(α≤j≤k-1)时刻的真实值。

本优选实施例设置数据处理单元44，通过设定的扫描停止条件进行数据扫描，能够在线性时间内，使用最少数目的线段数来近似描述感知数据的一个单位时间段的数据序列且保证误差精度要求，然后将第一条线段的起始时间、之后每条线段的结束时间和每条线段的斜率与截距作为单位时间段的数据序列对应的压缩数据并输出，从而减少了需要传送的数据量，降低了数据传送的能量消耗，从而相对减少了无线传感器网络节点的通信开销；提出误差精度要求的公式，保证了数据压缩的精度，且提高了数据扫描的速度。

优选的，所述数据接收单元45由无线传感器网络汇聚节点进行构建，所述无线传感器网络汇聚节点基于保证加权公平性的数据传输协议接收各传感器节点对应的压缩后的感知数据，并将接收的传感器节点对应的压缩后的感知数据传送到高性能计算机进行处理和分析，实现无线数据的采集；

其中，所述保证加权公平性的数据传输协议为：

所述无线传感器网络汇聚节点在某单位时间段[0,t]接收来自传感器节点i的对应的压缩后的感知数据的数量S_i,t需满足以下公平性度量条件：

$\frac{{({\Σ}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{N{\Σ}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i为设定的传感器节点i的表征其数据重要程度的权值，N为传感器节点的总数，γ为常数，其取值范围为(0,0.2)。

本优选实施例无线传感器网络汇聚节点基于保证加权公平性的数据传输协议接收各传感器节点对应的压缩后的感知数据，使无线传感器网络汇聚节点能够从重要的传感器节点接收较多的感知数据，保证了数据传输的效率的同时，提高了数据传输的公平性。

优选的，所述数据传送单元46通过网络将数据传送给用户，包括近距离传送子单元、远距离通信子单元和切换子单元，所述近距离通信子单元采用zigbee协议通信，所述远距离通信子单元采用无线网络通信，正常情况下，用户通过近距离通信子模块从计算机控制端获取监测信息，当用户外出时，切换子单元启动远距离通信子单元，向用户手机控制端远距离传送监测信息。

本优选实施例设置数据传送单元46，能够根据用户距离选择通信方式，实现了实时监测。

在此应用场景中，误差界限为ε取0.4，监测速度相对提高了10％，监测精度相对提高了12％。

应用场景3

参见图1、图2，本应用场景的一个实施例的一种集装箱的保安系统，包括路灯10、灯杆20、用户终端30、路灯控制模块40、数据采集模块60、中央处理模块50；所述路灯10与路灯控制模块40无线相连接，数据采集模块60与中央处理模块50无线连接，中央处理模块50与用户终端30无线连接；所述数据采集模块60包括无线网络采集系统4，与无线网络采集系统4相连的温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器。

优选的，所述用户终端30为智能手机。

本发明上述实施例的路灯10与路灯控制模块40无线相连，可通过远程控制设置路灯10的启动与关闭时间，照明强度等参数；中央处理模块50将数据采集周期内的气象、环境数据，监控数据进行整理，并将相应的数据直观的反映到用户终端30上；数据采集模块60包括无线网络采集系统4，与无线网络采集系统4相连的温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器，可进行多种数据的采集，以便对市内特定区域的空气质量、拥堵状况进行实时监控或定期汇总，便于制定市内交通的整改方案。

优选的，所述灯杆20上设有摄像头，摄像头的输出端与中央处理模块50的输入端相连。

本优选实施例增加了摄像头，能够实时对路灯10周边的情况进行监测。

优选的，所述无线网络采集系统4包括传感器定位单元41、传感器网络优化单元42、数据监测单元43、数据处理单元44、数据接收单元45和数据传送单元46。

本优选实施例构建了无线网络采集系统4的框架。

优选的，所述传感器定位单元41用于对未知的传感器网络节点进行定位，定位方法如下：

(1)在少数传感器节点上集成GPS定位芯片，这些传感器节点通过接收GPS信号获取自身位置而成为已知位置节点，作为其他未知位置节点的定位基础；

(2)求取四个已知位置节点相互间的距离和跳数，计算平均每跳的距离；

(3)对于未知位置节点X，使用其到四个已知位置节点的跳数与(2)中平均每跳的距离相乘得到未知位置节点到四个已知位置节点的距离；

(4)通过任意组合的方式选取其中三个已知位置节点，对于每一组合，根据三边测量法获取其位置，则产生四个计算结果，求取平均位置作为未知位置节点最终位置。

本优选实施例设置传感器定位单元41，便于获取监测数据的位置来源，采用GPS定位芯片和三边定位结合的方法，既节约了成本，又能取得良好的定位效果。

优选的，所述传感器网络优化单元42采用遗传-蚁群优化算法对传感器网络路由算法进行优化，具体方法如下：

(1)随机生成无线传感器网络拓扑结构；

(2)设定遗传算法的参数，采用遗传算法精简传感器网络，形成新的网络拓扑结构；

(3)根据遗传算法结果初始化蚁群算法信息素；

(4)设定蚁群算法参数，采用蚁群算法对最优路径进行搜索和更新。

本优选实施例对传感器网络进行优化，在保证整个无线传感器网络性能下降有限的情况下，提升了网络节能效果，延长了网络的寿命。

优选的，所述数据监测单元43用于通过由各传感器构建的传感器节点相互协作进行某区域的监测，并输出各传感器节点监测的感知数据；

所述数据处理单元44用于对各传感器节点监测的感知数据进行压缩处理，包括：

设所述感知数据的一个单位时间段的数据序列为X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示时间戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)时刻某个节点产生的监测值，设定误差界限为ε，误差界限为ε的取值范围为[0.4,0.8]，从第一个数据点[t₁，x(t₁)]开始，对数据序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的数据点按序进行第一次扫描，当达到设定的扫描停止条件时，停止第一次的扫描，将第一次扫描的数据子序列用一条线段来近似，从第一次扫描的数据子序列后的第一个数据点开始进行类似的第二次的扫描，直至扫描完整个单位时间段的数据序列；将第一条线段的起始时间、之后每条线段的结束时间和每条线段的斜率与截距作为单位时间段的数据序列对应的压缩数据并输出；

其中，所述设定的扫描停止条件为：当扫描到一个数据点[t_k，x(t_k)]，在这个数据点[t_k，x(t_k)]之前的所有数据点能被一条线段来近似描述，且满足误差精度要求，而加上数据点[t_k，x(t_k)]之后，不存在一条线段能近似描述当前所有未被近似描述的数据点时，停止扫描；

所述误差精度要求为：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，设所述数据点[t_k，x(t_k)]之前的子序列为X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)为在t_j(α≤j≤k-1)时刻的真实值。

本优选实施例设置数据处理单元44，通过设定的扫描停止条件进行数据扫描，能够在线性时间内，使用最少数目的线段数来近似描述感知数据的一个单位时间段的数据序列且保证误差精度要求，然后将第一条线段的起始时间、之后每条线段的结束时间和每条线段的斜率与截距作为单位时间段的数据序列对应的压缩数据并输出，从而减少了需要传送的数据量，降低了数据传送的能量消耗，从而相对减少了无线传感器网络节点的通信开销；提出误差精度要求的公式，保证了数据压缩的精度，且提高了数据扫描的速度。

优选的，所述数据接收单元45由无线传感器网络汇聚节点进行构建，所述无线传感器网络汇聚节点基于保证加权公平性的数据传输协议接收各传感器节点对应的压缩后的感知数据，并将接收的传感器节点对应的压缩后的感知数据传送到高性能计算机进行处理和分析，实现无线数据的采集；

其中，所述保证加权公平性的数据传输协议为：

所述无线传感器网络汇聚节点在某单位时间段[0,t]接收来自传感器节点i的对应的压缩后的感知数据的数量S_i,t需满足以下公平性度量条件：

$\frac{{({\Σ}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{N{\Σ}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i为设定的传感器节点i的表征其数据重要程度的权值，N为传感器节点的总数，γ为常数，其取值范围为(0,0.2)。

本优选实施例无线传感器网络汇聚节点基于保证加权公平性的数据传输协议接收各传感器节点对应的压缩后的感知数据，使无线传感器网络汇聚节点能够从重要的传感器节点接收较多的感知数据，保证了数据传输的效率的同时，提高了数据传输的公平性。

优选的，所述数据传送单元46通过网络将数据传送给用户，包括近距离传送子单元、远距离通信子单元和切换子单元，所述近距离通信子单元采用zigbee协议通信，所述远距离通信子单元采用无线网络通信，正常情况下，用户通过近距离通信子模块从计算机控制端获取监测信息，当用户外出时，切换子单元启动远距离通信子单元，向用户手机控制端远距离传送监测信息。

本优选实施例设置数据传送单元46，能够根据用户距离选择通信方式，实现了实时监测。

在此应用场景中，误差界限为ε取0.5，监测速度相对提高了11％，监测精度相对提高了11％。

应用场景4

参见图1、图2，本应用场景的一个实施例的集装箱的保安系统，包括安装在集装箱内的保安系统1和设置在集装箱检测单位的中央监控系统2；所述保安系统1用于监测采集集装箱的安全信息，包括用于安全监测的传感器组11以及摄像头12；所述中央监控系统2用于对所述安全信息进行检测，中央监控系统2包括运输路径检测模块21和图像处理模块22；所述运输路径检测模块21用于调取由GPS提供的路径记录，快速检测运输路径；所述图像处理模块22，用于调取由摄像头12提供的集装箱门禁记录，快速处理摄像记录内容。

优选的，所述传感器组11包括用于提供可见光感知信号的可见光传感器；以及用于提供箱门开启和关闭的独立感测信息的箱门开关传感器。

本发明上述实施例在安保方面，海关的出口文件是出口国向进口国的保证，在集装箱未离开出口国海关监管区以前，经过检验，集装箱内容符合双方签订的安全条约规定。在离开海关监管区时，启动本发明系统，对集装箱门禁在运输过程中达到有效的连续、长期监控目的；抵达进口海关后，运输记录(包括文字及录像部分)经过中央监控系统检测，如果无可疑之处，该集装箱即可即时放行，增加通关效率。如果发现疑点，例如曾经断电、实时时间标记不符或有人工修饰可能等，即可决定开柜查验，杜绝安全漏洞。

优选的，所述集装箱的保安系统还包括报警系统3，其在中央监控系统2检测发现疑点时进行报警。

本优选实施例提高了系统的安全性能。

优选的，所述的箱门开关传感器为接触式开关传感器。

本优选实施例箱门开关传感器采用接触式开关传感器，监测性能好。

优选的，所述集装箱的保安系统还包括用于将安全信息采集传送到中央监控系统2的无线网络采集系统4；所述无线网络采集系统4包括传感器定位单元41、传感器网络优化单元42、数据监测单元43、数据处理单元44、数据接收单元45和数据传送单元46。

本优选实施例构建了无线网络采集系统4的框架。

优选的，所述传感器定位单元41用于对未知的传感器网络节点进行定位，定位方法如下：

(1)在少数传感器节点上集成GPS定位芯片，这些传感器节点通过接收GPS信号获取自身位置而成为已知位置节点，作为其他未知位置节点的定位基础；

(2)求取四个已知位置节点相互间的距离和跳数，计算平均每跳的距离；

(3)对于未知位置节点X，使用其到四个已知位置节点的跳数与(2)中平均每跳的距离相乘得到未知位置节点到四个已知位置节点的距离；

(4)通过任意组合的方式选取其中三个已知位置节点，对于每一组合，根据三边测量法获取其位置，则产生四个计算结果，求取平均位置作为未知位置节点最终位置。

本优选实施例设置传感器定位单元41，便于获取监测数据的位置来源，采用GPS定位芯片和三边定位结合的方法，既节约了成本，又能取得良好的定位效果。

优选的，所述传感器网络优化单元42采用遗传-蚁群优化算法对传感器网络路由算法进行优化，具体方法如下：

(1)随机生成无线传感器网络拓扑结构；

(2)设定遗传算法的参数，采用遗传算法精简传感器网络，形成新的网络拓扑结构；

(3)根据遗传算法结果初始化蚁群算法信息素；

(4)设定蚁群算法参数，采用蚁群算法对最优路径进行搜索和更新。

本优选实施例对传感器网络进行优化，在保证整个无线传感器网络性能下降有限的情况下，提升了网络节能效果，延长了网络的寿命。

优选的，所述数据监测单元43用于通过由各传感器构建的传感器节点相互协作进行某区域的监测，并输出各传感器节点监测的感知数据；

所述数据处理单元44用于对各传感器节点监测的感知数据进行压缩处理，包括：

设所述感知数据的一个单位时间段的数据序列为X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示时间戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)时刻某个节点产生的监测值，设定误差界限为ε，误差界限为ε的取值范围为[0.4,0.8]，从第一个数据点[t₁，x(t₁)]开始，对数据序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的数据点按序进行第一次扫描，当达到设定的扫描停止条件时，停止第一次的扫描，将第一次扫描的数据子序列用一条线段来近似，从第一次扫描的数据子序列后的第一个数据点开始进行类似的第二次的扫描，直至扫描完整个单位时间段的数据序列；将第一条线段的起始时间、之后每条线段的结束时间和每条线段的斜率与截距作为单位时间段的数据序列对应的压缩数据并输出；

其中，所述设定的扫描停止条件为：当扫描到一个数据点[t_k，x(t_k)]，在这个数据点[t_k，x(t_k)]之前的所有数据点能被一条线段来近似描述，且满足误差精度要求，而加上数据点[t_k，x(t_k)]之后，不存在一条线段能近似描述当前所有未被近似描述的数据点时，停止扫描；

所述误差精度要求为：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，设所述数据点[t_k，x(t_k)]之前的子序列为X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)为在t_j(α≤j≤k-1)时刻的真实值。

本优选实施例设置数据处理单元44，通过设定的扫描停止条件进行数据扫描，能够在线性时间内，使用最少数目的线段数来近似描述感知数据的一个单位时间段的数据序列且保证误差精度要求，然后将第一条线段的起始时间、之后每条线段的结束时间和每条线段的斜率与截距作为单位时间段的数据序列对应的压缩数据并输出，从而减少了需要传送的数据量，降低了数据传送的能量消耗，从而相对减少了无线传感器网络节点的通信开销；提出误差精度要求的公式，保证了数据压缩的精度，且提高了数据扫描的速度。

优选的，所述数据接收单元45由无线传感器网络汇聚节点进行构建，所述无线传感器网络汇聚节点基于保证加权公平性的数据传输协议接收各传感器节点对应的压缩后的感知数据，并将接收的传感器节点对应的压缩后的感知数据传送到高性能计算机进行处理和分析，实现无线数据的采集；

其中，所述保证加权公平性的数据传输协议为：

所述无线传感器网络汇聚节点在某单位时间段[0,t]接收来自传感器节点i的对应的压缩后的感知数据的数量S_i,t需满足以下公平性度量条件：

$\frac{{({\Σ}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{N{\Σ}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i为设定的传感器节点i的表征其数据重要程度的权值，N为传感器节点的总数，γ为常数，其取值范围为(0,0.2)。

本优选实施例无线传感器网络汇聚节点基于保证加权公平性的数据传输协议接收各传感器节点对应的压缩后的感知数据，使无线传感器网络汇聚节点能够从重要的传感器节点接收较多的感知数据，保证了数据传输的效率的同时，提高了数据传输的公平性。

优选的，所述数据传送单元46通过网络将数据传送给用户，包括近距离传送子单元、远距离通信子单元和切换子单元，所述近距离通信子单元采用zigbee协议通信，所述远距离通信子单元采用无线网络通信，正常情况下，用户通过近距离通信子模块从计算机控制端获取监测信息，当用户外出时，切换子单元启动远距离通信子单元，向用户手机控制端远距离传送监测信息。

本优选实施例设置数据传送单元46，能够根据用户距离选择通信方式，实现了实时监测。

在此应用场景中，误差界限为ε取0.4，监测速度相对提高了10％，监测精度相对提高了12％。

应用场景5

参见图1、图2，本应用场景的一个实施例的集装箱的保安系统，包括安装在集装箱内的保安系统1和设置在集装箱检测单位的中央监控系统2；所述保安系统1用于监测采集集装箱的安全信息，包括用于安全监测的传感器组11以及摄像头12；所述中央监控系统2用于对所述安全信息进行检测，中央监控系统2包括运输路径检测模块21和图像处理模块22；所述运输路径检测模块21用于调取由GPS提供的路径记录，快速检测运输路径；所述图像处理模块22，用于调取由摄像头12提供的集装箱门禁记录，快速处理摄像记录内容。

优选的，所述传感器组11包括用于提供可见光感知信号的可见光传感器；以及用于提供箱门开启和关闭的独立感测信息的箱门开关传感器。

本发明上述实施例在安保方面，海关的出口文件是出口国向进口国的保证，在集装箱未离开出口国海关监管区以前，经过检验，集装箱内容符合双方签订的安全条约规定。在离开海关监管区时，启动本发明系统，对集装箱门禁在运输过程中达到有效的连续、长期监控目的；抵达进口海关后，运输记录(包括文字及录像部分)经过中央监控系统检测，如果无可疑之处，该集装箱即可即时放行，增加通关效率。如果发现疑点，例如曾经断电、实时时间标记不符或有人工修饰可能等，即可决定开柜查验，杜绝安全漏洞。

优选的，所述集装箱的保安系统还包括报警系统3，其在中央监控系统2检测发现疑点时进行报警。

本优选实施例提高了系统的安全性能。

优选的，所述的箱门开关传感器为接触式开关传感器。

本优选实施例箱门开关传感器采用接触式开关传感器，监测性能好。

优选的，所述集装箱的保安系统还包括用于将安全信息采集传送到中央监控系统2的无线网络采集系统4；所述无线网络采集系统4包括传感器定位单元41、传感器网络优化单元42、数据监测单元43、数据处理单元44、数据接收单元45和数据传送单元46。

本优选实施例构建了无线网络采集系统4的框架。

优选的，所述传感器定位单元41用于对未知的传感器网络节点进行定位，定位方法如下：

(1)在少数传感器节点上集成GPS定位芯片，这些传感器节点通过接收GPS信号获取自身位置而成为已知位置节点，作为其他未知位置节点的定位基础；

(2)求取四个已知位置节点相互间的距离和跳数，计算平均每跳的距离；

(3)对于未知位置节点X，使用其到四个已知位置节点的跳数与(2)中平均每跳的距离相乘得到未知位置节点到四个已知位置节点的距离；

(4)通过任意组合的方式选取其中三个已知位置节点，对于每一组合，根据三边测量法获取其位置，则产生四个计算结果，求取平均位置作为未知位置节点最终位置。

本优选实施例设置传感器定位单元41，便于获取监测数据的位置来源，采用GPS定位芯片和三边定位结合的方法，既节约了成本，又能取得良好的定位效果。

优选的，所述传感器网络优化单元42采用遗传-蚁群优化算法对传感器网络路由算法进行优化，具体方法如下：

(1)随机生成无线传感器网络拓扑结构；

(2)设定遗传算法的参数，采用遗传算法精简传感器网络，形成新的网络拓扑结构；

(3)根据遗传算法结果初始化蚁群算法信息素；

(4)设定蚁群算法参数，采用蚁群算法对最优路径进行搜索和更新。

本优选实施例对传感器网络进行优化，在保证整个无线传感器网络性能下降有限的情况下，提升了网络节能效果，延长了网络的寿命。

优选的，所述数据监测单元43用于通过由各传感器构建的传感器节点相互协作进行某区域的监测，并输出各传感器节点监测的感知数据；

所述数据处理单元44用于对各传感器节点监测的感知数据进行压缩处理，包括：

设所述感知数据的一个单位时间段的数据序列为X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示时间戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)时刻某个节点产生的监测值，设定误差界限为ε，误差界限为ε的取值范围为[0.4,0.8]，从第一个数据点[t₁，x(t₁)]开始，对数据序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的数据点按序进行第一次扫描，当达到设定的扫描停止条件时，停止第一次的扫描，将第一次扫描的数据子序列用一条线段来近似，从第一次扫描的数据子序列后的第一个数据点开始进行类似的第二次的扫描，直至扫描完整个单位时间段的数据序列；将第一条线段的起始时间、之后每条线段的结束时间和每条线段的斜率与截距作为单位时间段的数据序列对应的压缩数据并输出；

其中，所述设定的扫描停止条件为：当扫描到一个数据点[t_k，x(t_k)]，在这个数据点[t_k，x(t_k)]之前的所有数据点能被一条线段来近似描述，且满足误差精度要求，而加上数据点[t_k，x(t_k)]之后，不存在一条线段能近似描述当前所有未被近似描述的数据点时，停止扫描；

所述误差精度要求为：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，设所述数据点[t_k，x(t_k)]之前的子序列为X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)为在t_j(α≤j≤k-1)时刻的真实值。

本优选实施例设置数据处理单元44，通过设定的扫描停止条件进行数据扫描，能够在线性时间内，使用最少数目的线段数来近似描述感知数据的一个单位时间段的数据序列且保证误差精度要求，然后将第一条线段的起始时间、之后每条线段的结束时间和每条线段的斜率与截距作为单位时间段的数据序列对应的压缩数据并输出，从而减少了需要传送的数据量，降低了数据传送的能量消耗，从而相对减少了无线传感器网络节点的通信开销；提出误差精度要求的公式，保证了数据压缩的精度，且提高了数据扫描的速度。

优选的，所述数据接收单元45由无线传感器网络汇聚节点进行构建，所述无线传感器网络汇聚节点基于保证加权公平性的数据传输协议接收各传感器节点对应的压缩后的感知数据，并将接收的传感器节点对应的压缩后的感知数据传送到高性能计算机进行处理和分析，实现无线数据的采集；

其中，所述保证加权公平性的数据传输协议为：

所述无线传感器网络汇聚节点在某单位时间段[0,t]接收来自传感器节点i的对应的压缩后的感知数据的数量S_i,t需满足以下公平性度量条件：

$\frac{{({\Σ}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{N{\Σ}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i为设定的传感器节点i的表征其数据重要程度的权值，N为传感器节点的总数，γ为常数，其取值范围为(0,0.2)。

本优选实施例无线传感器网络汇聚节点基于保证加权公平性的数据传输协议接收各传感器节点对应的压缩后的感知数据，使无线传感器网络汇聚节点能够从重要的传感器节点接收较多的感知数据，保证了数据传输的效率的同时，提高了数据传输的公平性。

优选的，所述数据传送单元46通过网络将数据传送给用户，包括近距离传送子单元、远距离通信子单元和切换子单元，所述近距离通信子单元采用zigbee协议通信，所述远距离通信子单元采用无线网络通信，正常情况下，用户通过近距离通信子模块从计算机控制端获取监测信息，当用户外出时，切换子单元启动远距离通信子单元，向用户手机控制端远距离传送监测信息。

本优选实施例设置数据传送单元46，能够根据用户距离选择通信方式，实现了实时监测。

在此应用场景中，误差界限为ε取0.4，监测速度相对提高了10％，监测精度相对提高了12％。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种集装箱的保安系统，其特征在于，包括安装在集装箱内的保安系统和设置在集装箱检测单位的中央监控系统；所述保安系统用于监测采集集装箱的安全信息，包括用于安全监测的传感器组以及摄像头；所述中央监控系统用于对所述安全信息进行检测，中央监控系统包括运输路径检测模块和图像处理模块；所述运输路径检测模块用于调取由GPS提供的路径记录，快速检测运输路径；所述图像处理模块，用于调取由摄像头提供的集装箱门禁记录，快速处理摄像记录内容。

2.根据权利要求1所述的一种集装箱的保安系统，其特征在于，所述传感器组包括用于提供可见光感知信号的可见光传感器；以及用于提供箱门开启和关闭的独立感测信息的箱门开关传感器。

3.根据权利要求2所述的一种集装箱的保安系统，其特征在于，所述的箱门开关传感器为接触式开关传感器。