CN107742385A - 一种微振动报警系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微振动报警系统和方法。所述系统包括本地服务器、摄像装置、通信装置和位于监控场所地下的多个传感装置，多个所述传感装置分别与所述本地服务器电连接，所述本地服务器分别与所述摄像装置和所述通信装置电连接，通过采集地下微振动信号，对其进行模式识别判断是否具有异常信号特征以确定是否有异常发生，并记录异常发生时的相关环境信息，生成报警信息。本发明技术方案能够准确判断被保护物品存放等场所是否发生异常入侵等情况，并记录发生异常情况时的相关信息，使工作人员可以及时处理，提高被保护物品存放场所的安全性。

Description

一种微振动报警系统和方法

技术领域

本发明涉及安防技术领域，具体涉及一种微振动报警系统和方法。

背景技术

文物作为文化流传的见证，具有非常重要的价值。很多文物在发掘后采取就地保护的措施，例如划定保护区或建立博物馆等。对于位于野外，尤其是位于地下的文物，由于规划、施工较困难，且受自然环境影响更大，需要更有效的保护，在保证对现存于地表或地下的文物的正常参观和研究的前提下，避免文物盗窃或其他破坏情况的发生。另外，例如地下矿藏、金库、仓储等也需要类似的安防保护系统。目前主要的安防设备都设置于被保护物品四周，不仅影响参观和研究，还容易受外界环境的干扰而误触发。

发明内容

为了能够准确判断被保护物品存放等场所是否发生异常入侵等情况，并记录发生异常情况时的相关信息，使工作人员可以及时处理，提高被保护物品存放场所的安全性，本发明提供一种微振动报警系统和方法。

一方面，本发明提供了一种微振动报警系统，该系统包括本地服务器、摄像装置、通信装置和位于监控场所地下的多个传感装置，多个所述传感装置分别与所述本地服务器电连接，所述本地服务器分别与所述摄像装置和所述通信装置电连接；

所述传感装置，用于采集监控场所的微振动信号，并将预处理后的所述微振动信号传输至所述本地服务器；

所述本地服务器，用于对所述微振动信号进行模式识别，确定所述微振动信号是否指示有异常情况发生，当确定有所述异常情况发生时，开启报警器及所述摄像装置；

所述摄像装置，用于在开启后预定时长内拍摄监控场所的多张照片，并将多张所述照片传输至所述本地服务器；

所述本地服务器，还用于确定多张所述照片中与预存的背景照片差异最小的第一照片和差异最大的第二照片，并生成包括报警时间、所述第一照片和所述第二照片的报警信息；

所述通信装置，用于将所述报警信息发送至远程服务器。

另一方面，本发明提供了一种微振动报警方法，该方法包括如下步骤：

S10：传感装置采集监控场所的微振动信号，并将预处理后的所述微振动信号传输至本地服务器；

S20：本地服务器对所述微振动信号进行模式识别，确定所述微振动信号是否指示有异常情况发生，当确定有所述异常情况发生时，开启报警器及摄像装置；

S30：摄像装置在开启后预定时长内拍摄监控场所的多张照片，并将多张所述照片传输至本地服务器；

S40：本地服务器确定多张所述照片中与预存的背景照片差异最小的第一照片和差异最大的第二两张照片，并生成包括报警时间、所述第一照片和所述第二两张照片的报警信息；

S50：通信装置将所述报警信息发送至远程服务器。

本发明提供的微振动报警系统和方法的有益效果是，通过并联设置在被保护物品存放场所地下一定范围内的多个，例如两个传感装置，分别采集不同区域的微振动信号，并对其进行模式识别，排除掉正常行人走动与车辆行驶等情况后，判断是否具有发生异常情况对应波形的信号特征。如果没有异常情况发生，则继续采集微振动信号，如果有异常情况发生，则通过本地服务器启动报警器，并由摄像装置在预定时长内拍摄多张照片，由本地服务器对其进行处理与对比，获得差异最大的两张照片作为报警信息的一部分，将报警信息存储于本地服务器，同时也发送至远程服务器，可由远程服务器转发至工作人员的终端设备进行查看，并及时进行处理。实现了对是否发生异常情况的准确判断，并记录异常发生时的环境相关信息，由工作人员进行进一步处理，提高了被保护物品存放场所的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种微振动报警系统的结构框图；

图2为本发明实施例的传感装置的结构框图；

图3为本发明实施例的一种微振动报警方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种微振动报警系统包括本地服务器、摄像装置、通信装置和位于监控场所地下的多个传感装置，多个所述传感装置分别与所述本地服务器电连接，所述本地服务器分别与所述摄像装置和所述通信装置电连接。

所述传感装置，用于采集监控场所的微振动信号，并将预处理后的所述微振动信号传输至所述本地服务器。

以具有两个传感装置为例，分别设置于监控场所地下不同区域范围，并联连接至本地服务器。采用双传感装置，能扩大监测范围、降低误报率。

所述本地服务器，用于对所述微振动信号进行模式识别，确定所述微振动信号是否指示有异常情况发生，当确定有所述异常情况发生时，开启报警器及所述摄像装置。

模式识别包括判断微振动数字信号是否具有预存的正常行人走动与车辆行驶等情况发生时对应波形的信号特征，以及异常情况发生时对应波形的信号特征，异常情况包括敲击、挖掘与爆破等。另外，通过模式识别排除正常人为活动的情况后，再发出异常报警，可以降低误报率。

所述摄像装置，用于在开启后预定时长内拍摄监控场所的多张照片，并将多张所述照片传输至所述本地服务器。

摄像装置可以在开启后一段时间内(如30秒)连续拍摄多张(如30张)照片。摄像装置也可以一直处于拍摄状态，但在没有异常发生时，其拍摄的差异最小的照片可作为定期不断更新的背景照片，以在有异常发生时作为差异化对比的基础。

所述本地服务器，还用于确定多张所述照片中与预存的背景照片差异最小的第一照片和差异最大的第二照片，并生成包括报警时间、所述第一照片和所述第二照片的报警信息。

只选取两张差异最大的照片，不仅可以节省存储空间及流量消耗，还能准确反映发生异常时的环境信息。

所述通信装置，用于将所述报警信息发送至远程服务器。

通信装置可以为无线网卡或有线网卡，通过3G、4G无线网络或者有线网络传输。若监控场所位于缺少有线网络的野外，为了节省发送流量可优先采用3G无线网络发送报警信息，并由远程服务器转发至终端设备。持有终端设备的工作人员可以在第一时间接收到报警信息，并根据报警信息安排进一步操作。

本地服务器包括视频处理单元、报警处理单元、存储单元、输入电压处理单元和监控处理单元等。视频处理单元由视频解码芯片和相关外围电路组成，其作用是启动摄像装置拍摄照片或者视频，并进行转码等处理。报警处理单元是报警器的驱动电路，其作用是启动报警器发出警告。存储单元是通用的存储设备，如硬盘或SD卡，其作用是存储照片和其他报警信息。输入电压处理单元由滤波、电压转换及稳压电路组成，其作用是将电源提供的电压，如12V直流电压转换为适合本地服务器中各单元使用的电压，能提供如9V、5V、3.3V和1.8V等不同大小的直流电压。监控处理单元包括处理器芯片及外围电路，如选用S3C2440等通用ARM处理器，其作用是进行监控和数据处理。

在本实施例中，通过并联设置在被保护物品存放场所地下一定范围内的多个，例如两个传感装置，分别采集不同区域的微振动信号，并对其进行模式识别，排除掉正常行人走动与车辆行驶等情况后，判断是否具有发生异常情况对应波形的信号特征。如果没有异常情况发生，则继续采集微振动信号，如果有异常情况发生，则通过本地服务器启动报警器，并由摄像装置在预定时长内拍摄多张照片，由本地服务器对其进行处理与对比，获得差异最大的两张照片作为报警信息的一部分，将报警信息存储于本地服务器，同时也发送至远程服务器，可由远程服务器转发至工作人员的终端设备进行查看，并及时进行处理。实现了对是否发生异常情况的准确判断，并记录异常发生时的环境相关信息，由工作人员进行进一步处理，提高了被保护物品存放场所的安全性。

优选地，所述系统还包括终端设备，所述终端设备用于接收远程服务器转发的所述报警信息。

优选地，如图2所示，所述传感装置包括拾振器、放大器、模数转换器和处理器；所述拾振器，用于采集监控场所的微振动模拟信号；所述放大器，用于对所述微振动模拟信号进行放大处理；所述模数转换器，用于将放大后的微振动模拟信号转换为微振动数字信号；所述处理器，用于将所述微振动数字信号传输至所述本地服务器。

具体地，拾振器能采集监控场所微弱振动信号，灵敏度高，拾振器可以采集以自身为中心周围大约50米范围内的振动信号，两个传感装置联合使用能扩大采集范围。放大器可采用通用放大器中的AD620型仪表放大器，作用是对拾振器采集的微弱振动信号进行放大。模数转换器将模拟信号转换为数字信号，如采用通用模数转换器中的ADS1251型模数转换器。处理器是一种存储以及执行程序的芯片，可选用通用的处理器，如PIC18F4520型单片机，可以将微振动信号发送给本地服务器，也可以执行本地服务器发送的指令。另外，传感装置具有防水防潮防电磁干扰的金属外壳，外壳由不锈钢材料制作而成，不受一般自然因素影响。

优选地，所述本地服务器具体用于：

对所述微振动数字信号进行滤波处理去除背景噪声。

当滤波后的微振动数字信号的幅值大于或等于阈值时，截取标定时长的波形。

对比所述波形的信号特征和预存的所述异常情况对应的波形的信号特征。

根据对比结果确定所述滤波后的微振动数字信号是否指示有所述异常情况发生。

去除背景噪声将提高信号识别的准确性，如果信号幅值大于或等于阈值，则很有可能发生异常，此时截取标定时长，例如30s的波形，并优选地对其进行滤波处理以降低噪声。分析超过阈值的波峰信息，包括每个波峰的最大幅值、相邻波峰之间的时间差等，根据幅值判断微振动信号的强弱，并根据相邻波峰之间的时间差判断微振动信号的频次以及是否具有一定的规律。将波形的上述信号特征和预存的各指定情况对应波形的信号特征进行对比，确定微振动信号是否为行人走动与车辆行驶的正常情况或是其他异常情况，以及属于何种异常情况。例如，实时对波形进行时域分析、频域分析和振动规律分析，如果某一时间段内的振动波形满足：振动幅值较大、有一定的振动规律等特征，就可以判断为入侵事件。这样确定的正常或异常情况将更为准确。

优选地，所述本地服务器具体还用于：

采用最大类间方差法确定与预存的背景照片差异最小的第一照片和差异最大的第二照片。

以所述第一照片作为更新的背景照片。

每一段时间，如30秒，摄像机都会拍摄若干张照片，如30张。新拍摄的每张照片与前一段时间的背景照片通过最大类间方差法进行对比，确定与背景照片差异化最小和差异化最大的两张照片。摄像装置在没有报警事件发生时也可进行拍摄，并将前一段拍摄时间的差异化最小的照片更新为下一段拍摄时间的背景照片，用于与下一段时间拍摄的照片对比。最大类间方差法可以快速确定若干照片中差异最小与最大的两张，提高了图片处理效率，使工作人员可以更及时地接收到报警信息，进行处理。

如图3所示，本发明实施例提供的一种微振动报警方法包括如下步骤：

S10：传感装置采集监控场所的微振动信号，并将预处理后的所述微振动信号传输至本地服务器。

S20：本地服务器对所述微振动信号进行模式识别，确定所述微振动信号是否指示有异常情况发生，当确定有所述异常情况发生时，开启报警器及摄像装置。

S30：摄像装置在开启后预定时长内拍摄监控场所的多张照片，并将多张所述照片传输至本地服务器。

S40：本地服务器确定多张所述照片中与预存的背景照片差异最小的第一照片和差异最大的第二照片，并生成包括报警时间、所述第一照片和所述第二照片的报警信息。

S50：通信装置将所述报警信息发送至远程服务器。

还优选地包括S60：远程服务器转发所述报警信息至终端设备。

优选地，所述传感装置包括拾振器、放大器、模数转换器和处理器，所述步骤S10包括如下子步骤：

S11：拾振器采集监控场所的微振动模拟信号。

S12：放大器对所述微振动模拟信号进行放大处理。

S13：模数转换器将放大后的微振动模拟信号转换为微振动数字信号。

S14：处理器将所述微振动数字信号传输至本地服务器。

优选地，所述步骤S20包括如下子步骤：

S21：对所述微振动数字信号进行滤波处理去除背景噪声。

S22：当滤波后的微振动数字信号的幅值大于或等于阈值时，截取标定时长的波形。

S23：对比所述波形的信号特征和预存的所述异常情况的对应波形的信号特征。

S24：根据对比结果确定所述滤波后的微振动数字信号是否指示有所述异常情况发生。

优选地，所述步骤S40包括如下子步骤：

S41：采用最大类间方差法确定与预存的背景照片差异最小的第一照片和差异最大的第二照片。

S42：以所述第一照片作为更新的背景照片。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种微振动报警系统，其特征在于，所述系统包括：本地服务器、摄像装置、通信装置和位于监控场所地下的多个传感装置，多个所述传感装置分别与所述本地服务器电连接，所述本地服务器分别与所述摄像装置和所述通信装置电连接；

所述传感装置，用于采集监控场所的微振动信号，并将预处理后的所述微振动信号传输至所述本地服务器；

所述本地服务器，用于对所述微振动信号进行模式识别，确定所述微振动信号是否指示有异常情况发生，当确定有所述异常情况发生时，开启报警器及所述摄像装置；

所述摄像装置，用于在开启后预定时长内拍摄监控场所的多张照片，并将多张所述照片传输至所述本地服务器；

所述本地服务器，还用于确定多张所述照片中与预存的背景照片差异最小的第一照片和差异最大的第二照片，并生成包括报警时间、所述第一照片和所述第二照片的报警信息；

所述通信装置，用于将所述报警信息发送至远程服务器。

2.根据权利要求1所述的微振动报警系统，其特征在于，所述传感装置包括依次电连接的拾振器、放大器、模数转换器和处理器，所述处理器与所述本地服务器电连接；

所述拾振器，用于采集监控场所的微振动模拟信号；

所述放大器，用于对所述微振动模拟信号进行放大处理；

所述模数转换器，用于将放大后的微振动模拟信号转换为微振动数字信号；

所述处理器，用于将所述微振动数字信号传输至所述本地服务器。

3.根据权利要求2所述的微振动报警系统，其特征在于，所述本地服务器具体用于：

对所述微振动数字信号进行滤波处理去除背景噪声；

当滤波后的微振动数字信号的幅值大于或等于阈值时，截取标定时长的波形；

对比所述波形的信号特征和预存的所述异常情况的对应波形的信号特征；

根据对比结果确定所述滤波后的微振动数字信号是否指示有所述异常情况发生。

4.根据权利要求3所述的微振动报警系统，其特征在于，所述本地服务器具体还用于：

采用最大类间方差法确定与预存的背景照片差异最小的第一照片和差异最大的第二照片；

以所述第一照片作为更新的背景照片。

5.根据权利要求1至4任一项所述的微振动报警系统，其特征在于，所述系统还包括终端设备；

所述终端设备，用于接收远程服务器转发的所述报警信息。

6.一种微振动报警方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S10：传感装置采集监控场所的微振动信号，并将预处理后的所述微振动信号传输至本地服务器；

S20：本地服务器对所述微振动信号进行模式识别，确定所述微振动信号是否指示有异常情况发生，当确定有所述异常情况发生时，开启报警器及摄像装置；

S30：摄像装置在开启后预定时长内拍摄监控场所的多张照片，并将多张所述照片传输至本地服务器；

S40：本地服务器确定多张所述照片中与预存的背景照片差异最小的第一照片和差异最大的两张第二照片，并生成包括报警时间、所述第一照片和所述第二两张照片的报警信息；

S50：通信装置将所述报警信息发送至远程服务器。

7.根据权利要求6所述的微振动报警方法，其特征在于，所述传感装置包括拾振器、放大器、模数转换器和处理器，所述步骤S10包括如下子步骤：

S11：拾振器采集监控场所的微振动模拟信号；

S12：放大器对所述微振动模拟信号进行放大处理；

S13：模数转换器将放大后的微振动模拟信号转换为微振动数字信号；

S14：处理器将所述微振动数字信号传输至本地服务器。

8.根据权利要求7所述的微振动报警方法，其特征在于，所述步骤S20包括如下子步骤：

S21：对所述微振动数字信号进行滤波处理去除背景噪声；

S22：当滤波后的微振动数字信号的幅值大于或等于阈值时，截取标定时长的波形；

S23：对比所述波形的信号特征和预存的所述异常情况的对应波形的信号特征；

S24：根据对比结果确定所述滤波后的微振动数字信号是否指示有所述异常情况发生。

9.根据权利要求8所述的微振动报警方法，其特征在于，所述步骤S40包括如下子步骤：

S41：采用最大类间方差法确定与预存的背景照片差异最小的第一照片和差异最大的第二照片；

S42：以所述第一照片作为更新的背景照片。

10.根据权利要求6至9任一项所述的微振动报警方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

S60：远程服务器转发所述报警信息至终端设备。