CN108550234A - 双基站的标签匹配、围栏边界管理方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子安防技术领域，具体涉及一种双基站的标签匹配、电子围栏边界管理方法、装置及存储介质。采用两个定位基站结合一个单目摄像头的装置，通过视觉信息和标签卡的定位信息的融合实现对标签卡的精确定位以及对被监控目标信息包括位置信息，身份信息以及进入电子围栏的权限信息的准确获取，同时还能检测出未携带标签卡就进入电子围栏边界或区域的情况以及一个目标携带多卡的情况，方便对于大型工业、建筑场地、采矿区域、监狱等人员、设备等的无人值守监控和管理。该系统功能全面，系统部署简单，方便易操作，以更少的资源实现了更好的管理效果，大大降低了系统所需成本。

Description

双基站的标签匹配、围栏边界管理方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及电子安防技术领域，尤其是一种双基站的标签匹配、围栏边界 管理方法、装置及存储介质。

背景技术

在许多场合，出于安全管理、机密管控等要求，需要对区域进行管控。目 前实现区域管控的手段主要分为物理围栏和电子围栏两种。物理围栏需要大量 施工，而且使用不灵活，无法根据需求进行变化，一般只能应用于固定的且不 会变动的应用中。所以，虚拟电子围栏获得了比较多的应用。

现有的虚拟电子围栏通常有以下几种：一是利用中心设备区四周的红外线 发射装置发射经过调制的红外线，与之相对位置放置一个红外接收装置，将 此信号转换为电信号，经过适当的处理后送往它的系统管理机器。正常运行 方式下，多个固定的电子桩可以相对发出和接收红外光线，红外线光束的对 发与对收构成了一道封锁线，多个红外线光束就形成了一个封闭的电子区域， 当有人穿越或者物体阻挡红外线时，红外线信号被中断，系统管理机器就会 立即给予声音报警以及光报警提示。这样就在达到了防止入侵的目的。

二是通过预先在电子地图上确定电子围栏区域，然后在对应的实际场地中 布设一定数量的定位基站形成虚拟的电子围栏区域。通过定位基站与待定位终 端进行无线通讯，获取到待定位终端的位置信息，通过位置信息与电子围栏相 对位置比对后，确定位置信息是否位于电子围栏内。现有的技术中，例如选择 采用UWB定位的电子围栏系统通常采用的是基于TDOA(Time Difference of Arrival到达时间差)求解距离差的定位方法，理论上最少需要布设4个定位 基站才能确定待定位终端的二维位置，但实际上，因为受环境的影响，一个区 域通常需要更多的超宽带基站，利用更多的冗余数据，才能获得更好的定位效 果。

第三种是普通摄像头对监控区域进行监控的电子围栏系统如海康的周界防 范系统，依赖的是图像画面变化进而判断场景中是否存在移动物体，并根据设 置的报警规则进行报警，可以检测穿越警戒面、区域入侵、进入区域、离开区 域事件。

综上，红外管的电子围栏需要人工布置电子桩，其布防、撤防需要大量的 人工，使用不便，漏检和误报率高，且不具有权限管理功能。基于基站定位 的虚拟电子围栏系统需要布设的定位基站数量较多，因而成本需求很高。另一 方面系统功能单一，仅仅只是根据判定定位卡是否位于围栏区域内从而决定是 否触发报警，无法解决没有携带定位卡的人员区域管理问题，即不带卡电子围 栏系统就无法报警，再有就是无法获取视觉信息，对于带多卡的情况无法处理。 基于普通摄像头的电子围栏系统存在的最大的缺点就是只能检测区域中目标 的活动，无法实现对目标身份信息的判别，故而无法进行有效的权限管理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供双基站的 标签匹配、围栏边界管理方法、装置或存储介质，并结合基于单目摄像头的视 觉定位信息与采用两个定位基站对标签定位的数据进行融合在获取被监控目 标身份信息和进入围栏边界或区域的权限信息的同时又解决了仅通过双基站 TOF定位存在的多值和重值的问题，实现标签卡的精确唯一定位；此外，通过 计算标签卡与电子围栏边界或区域的相对位置关系，以及结合标签卡具有的唯 一标识信息对携带标签卡的被监控目标实现进出电子围栏的权限管理；对于存 在无权限和未携带标签卡进入电子围栏以及同一目标携带多卡的事件，报警单 元报警提示有异常现象发生，实现大型工业、建筑场地、采矿区域、监狱等特 殊区域的人员、设备等的全方面监控和管理。

本发明采用的技术方案如下：

一种双基站的标签匹配方法包括：

基于单目摄像头采集的被监控区域内n个被监控目标的画面图像，获取n 个被监控目标在地图坐标系中的目标坐标；

同时，根据两个定位基站与m个标签的距离信息，获取m个标签的第一位 置坐标；其中所述第一位置坐标为根据获取的两个定位基站与m个标签中的任 意一个标签的距离信息，利用圆定位得到的以两个定位基站为端点的连线作为 对称轴对称的两个坐标；所述对称的两个坐标包括了处于对称轴上的两个相同 的坐标，所述标签由被监控目标携带，且带有唯一标识信息包括标签ID和进 入电子围栏的权限；

然后，在同一坐标系下，结合n个被监控目标的目标坐标和m个标签的第 一位置坐标，匹配n个被监控目标和m个标签，其中所述n,m均为自然数。

进一步的，所述匹配n个被监控目标和m个标签，包括以下步骤：

步骤1:在同一坐标系下，将不同时刻获取的m个标签的第一位置坐标与获 取的n个被监控目标的目标坐标分别做曲线拟合，形成m组标签轨迹曲线以及 n条被监控目标的目标轨迹曲线；其中所述其中所述的m组标签轨迹曲线中的 每一组曲线均为对称的两条轨迹曲线，且对称轴为两个定位基站为端点的连线；

步骤2:将已获得的被监控目标的目标轨迹曲线以两个定位基站的连接线 为对称轴做翻转；得到每个被监控目标对应的对称的第二条被监控目标的目标 轨迹曲线；

步骤3：在同一采样周期下对所述目标轨迹曲线以及标签轨迹曲线进行采 样，获得每个采样时刻下对应的m组标签第一位置坐标数据和n组被监控目标 的目标坐标数据；且每个采样时刻下的每一组坐标数据均包含对称的两个坐标， 对称轴为两个定位基站为端点的连线；

步骤4：按如下两种匹配规则之一匹配n个被监控目标和m个标签：

规则1：

统计一段时间的采样数据，得到m个被监控目标对应的坐标数据向量和n 个标签对应的坐标数据向量，以第i个被监控目标为例，得到的坐标数据向量 记为(a_i0，a_i0′，a_i1，a_i1′...a_in，a_in′),以第j个标签为例，得到的坐标数据向量为 (A_j0，A_j0′，A_j1，A_j1′...A_jn，A_jn′)；计算上述两个向量之间的余弦相关度；如果余弦 相关度大于阈值，则认为被监控目标i与标签j匹配，即标签卡j为被监控目 标i所携带，两者为同一目标；其中i，j是大于等于1的正整数；n是自然数； a_in，a_in′表示在tn时刻下第i个被监控目标的以两个定位基站尾端点的连线为 对称轴两侧的坐标，A_jn，A_jn′表示在tn时刻下第j个标签的以两个定位基站为端点的连线为对称轴两侧的坐标，其中a_in，A_jn代表的数据为对称轴的同侧数 据，a_in′，A_jn′代表的数据为对称轴的同侧数据；

规则2：

当获取的被监控目标的个数或者标签的个数为大于等于2个的情况下，将 同一时刻下获取的n个被监控目标中的第i个被监控目标的坐标以及以两个定 位基站连线为对称轴翻转后的坐标构成对称轴两侧的一组坐标，与通过两个定 位基站定位m个标签卡获取的所述对称轴两侧的对应坐标对应相减得到距离， 统计一段时间的距离信息，得到m组距离向量，求每组距离向量的和；当和小 于等于设定的测试阈值时，则判定该组距离向量对应下的被监控目标与标签匹 配。

进一步的，当标签与相应的被监控目标匹配成功时，得到标签的第二位置 坐标；其中所述的第二位置坐标为标签在地图坐标系中真实的坐标数据。

进一步的，当标签与相应的被监控目标匹配成功时，结合包括标签ID和 进入电子围栏的权限信息的标签所具有的唯一标识，获取被监控目标的身份和 进入电子围栏的权限。

进一步的，所述获取n个被监控目标在地图坐标系中的目标坐标基于以下 两种视觉定位方法之一实现：

方法一：

步骤1：目标检测：

对单目摄像头传送的画面实时处理得到目标在画面中的位置(x,y)，结合 单目摄像头的焦距f，得到向量(x,y,f)，根据向量(x,y,f)的方向确定监控目 标相对于单目摄像头光心点的角度；

步骤2：深度估计：

将单目摄像头拍摄到的画面与被监控目标的坐标(x,y)通过深度估计方法， 得到被监控目标与单目摄像头光心点之间的距离d；

步骤3：结合步骤1中的(x,y，f)和步骤2中的距离信息得到被监控目标在摄 像头坐标系中的坐标；

步骤4：根据单目摄像头坐标系与地图坐标系之间的转换关系(旋转矩阵 和平移向量)，将被监控目标在摄像头坐标系中的坐标转换为被监控目标在地 图坐标系中的坐标；

方法二：

在所述方法一中的目标检测中，还可以给出人在摄像头画面中的高度h； 根据相似三角形原理，设定被监控目标的平均高度为H，则可以计算出被监控 目标到单目摄像头光心点的距离d＝f×H/hd＝f×H/hd＝f×H/h；执行同方法一所 述的步骤3和步骤4，得到被监控目标在地图坐标系中坐标。

一种围栏边界管理方法包括：

根据两个定位基站与m个标签的距离信息，获取m个标签的第一位置坐标； 其中所述第一位置坐标为根据获取的两个定位基站与m个标签中的任意一个标 签的距离信息，利用圆定位得到的以两个定位基站为端点的连线作为对称轴对 称的两个坐标；其中所述对称的两个坐标包括了处于对称轴上的两个相同的坐 标，所述标签由被监控目标携带，且带有唯一标识信息包括标签ID和进入电 子围栏的权限；

根据标签的第一位置坐标，计算标签与围栏边界的相对位置；结合标签所 具有的唯一标识，包括标签ID和进入电子围栏的权限信息，判断携带该标签 的被监控目标是否进入和是否有权进入电子围栏边界，做出对应的报警指示； 其中所述的围栏边界指的是矩形电子围栏区域的边界线，且两个定位基站分别 设置于矩形区域任意一组平行边的中点位置处。

基于所述方法的围栏边界管理方法还包括：

根据标签的第二位置坐标或被监控目标在地图坐标系中的坐标，计算标签 或被监控目标与围栏边界的相对位置；结合标签所具有的唯一标识，包括标签 ID和进入电子围栏的权限信息，判断携带该标签的被监控目标是否进入和是否 有权进入电子围栏边界，做出对应的报警指示；其中所述的围栏边界指的是以 两个定位基站为端点的连线作为的电子围栏边界线。

基于所述方法的围栏边界管理方法还包括：

存在被监控目标无匹配标签时，即无法获取到被监控目标的身份和对应进 入围栏边界的权限时，计算被监控目标与围栏边界的相对位置，当检测到被监 控目标进入电子围栏，立即做出对应的报警提示；其中所述围栏边界指的是两 个定位基站为端点的连线作为的电子围栏边界线，或者矩形电子围栏区域的边 界线，且两个定位基站分别设置于矩形区域任意一组平行边的中点位置处。

进一步的，所述的围栏边界管理方法还包括：当获取的多个标签在地图中 第一位置坐标或第二位置坐标相同时，则判断存在同一被监控目标携带多卡的 情况，立即做出对应的报警提示。

基于所述的双基站的标签匹配方法的标签匹配装置包括：

单目摄像头，安装于能完全监控到指定被监控区域的位置，用于采集指定 监控区域内的n个被监控目标的画面图像，获取n个被监控目标在地图坐标系 中的目标坐标,并将目标数据上传至服务器；

两个定位基站：用于分别与m个标签卡进行无线交互式测距，以获取标签 卡的第一位置坐标，将第一位置坐标数据传输至服务器，并接收服务器下发的 控制指令；其中所述第一位置坐标为根据获取的两个定位基站与m个标签中的 任意一个标签的距离信息，利用圆定位得到的以两个定位基站为端点的连线为 对称轴对称的两个坐标；其中所述对称的两个坐标包括了处于对称轴上的两个 相同的坐标，所述标签由被监控目标携带，且带有唯一标识信息包括标签ID 和进入电子围栏的权限；

m个带唯一标识的标签，用于分别与两个定位基站之间进行无线通讯；

服务器：在同一坐标系下，结合n个被监控目标的目标坐标和m个标签的 第一位置坐标，匹配n个被监控目标和m个标签，其中所述n,m均为自然数。

进一步的，所述标签匹配装置还包括；

服务器基于成功匹配的标签与相应的被监控目标，得到标签的第二位置坐 标；其中所述的第二位置坐标为标签在地图坐标系中真实的坐标数据；同时， 结合包括标签ID和进入电子围栏的权限信息的标签所具有的唯一标识，获取 被监控目标的身份和进入电子围栏的权限。

进一步的，基于所述标签匹配装置的围栏边界管理装置还包括报警单元；

服务器根据标签的第二位置坐标或被监控目标在地图中的坐标，计算标签 或被监控目标与围栏边界的相对位置；

结合标签所具有的唯一标识，包括标签ID和进入电子围栏的权限信息，判 断携带该标签的被监控目标是否进入和是否有权进入围栏边界，服务器根据判 断结果下发指令至报警单元，报警单元根据指令做出对应的报警响应；其中所 述的围栏边界指的是以两个定位基站为端点的连线作为的电子围栏边界线。

基于所述的标签匹配装置的围栏边界管理装置，还包括，

服务器在无法获取被监控目标的身份和进入电子围栏权限时，则计算被监 控目标与围栏边界的相对位置，当检测到被监控目标进入电子围栏，立即做出 对应的报警指示，通过报警单元做出对应的报警提示；其中所述围栏边界指的 是两个定位基站为端点的连线作为的电子围栏边界线，或者矩形电子围栏区域 的边界线，且两个定位基站分别设置于矩形区域任意一组平行边的中点位置处。

进一步的，基于所述的围栏边界管理方法的围栏边界管理装置包括：

两个定位基站：用于分别与m个标签卡进行无线交互式测距，以获取标签 卡的第一位置坐标，将第一位置坐标数据传输至服务器，并接收服务器下发的 控制指令；其中所述第一位置坐标为根据获取的两个定位基站与m个标签中的 任意一个标签的距离信息，利用圆定位得到的以两个定位基站为端点的连线为 对称轴对称的两个坐标；所述标签由被监控目标携带，且带有唯一标识信息包 括标签ID和进入电子围栏的权限；

m个带唯一标识的标签，用于分别与两个定位基站之间进行无线通讯；

服务器：根据标签的第一位置坐标，计算标签与围栏边界的相对位置；结 合标签所具有的唯一标识，包括标签ID和进入电子围栏的权限信息，判断携 带该标签的被监控目标是否进入和是否有权进入电子围栏边界，做出对应的报 警指示；其中所述的围栏边界指的是矩形电子围栏区域的边界线，且两个定位 基站分别设置于矩形区域任意一组平行边的中点位置处，m为自然数；

报警单元：根据服务器的指示做出对应的报警响应。

进一步的，所述的围栏边界管理装置还包括:

当服务器获取到多个标签在地图坐标系中第一位置坐标的第二位置坐标 相同时，服务器判断同一被监控目标携带多卡，通过报警单元立即做出对应的 报警提示；

进一步的，所述报警提示为以下两种方式之一：

提示方法一：报警单元与服务器连接，服务器根据判断结果直接下发控制 指令至报警单元，报警单元根据该指令做出对应的报警提示；

提示方法二：报警单元与两个定位基站或两个定位基站之一连接，服务器 根据判断结果下发控制指令至定位基站，由定位基站触发报警单元做出对应的 报警提示。

一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算 机程序被服务器执行时实现如权利要求1-8任意一项所述方法的步骤。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

现有技术中，仅采用一个摄像头即“单目视觉定位”一般只能实现“自定 位”，即对摄像头本身定位，而在本发明中的技术方案中，所采用的单个单目 摄像头实现的是对被监控目标进行实时定位，并且还能显示出被监控目标的实 时位置坐标以及运动轨迹，无需提前采用其他辅助手段获得视频定位地图。

另一方面，本发明将基于单目视觉定位的技术与基于双基站定位标签的技 术结合，既能在降低成本的，同时还能实现对被监控目标的身份识别和进入围 栏区域的权限的判别，以及解决了仅通过双基站定位存在的多值和重值的技术 问题，从而实现标签卡的精确唯一定位；对于存在两个及两个以上的目标正好 位于以两个定位基站连线作为对称轴的对称位置处的情况时，本发明还可以实 现被监控目标的身份和进入电子围栏边界权限信息的准确获取以及对多个标 签卡的位置的分辨，方便实现对于大型工业、建筑场地、采矿区域、监狱等特 殊区域的目标位置跟踪，实现真正的无人值守监控和管理。

本发明所述的技术方案中还包括了仅由两个定位基站构成矩形电子围栏区 域的特征，以更少的资源实现了功能全面的管理效果和部署简单，成本低廉的 技术效果。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的一种系统结构图。

图2是本发明的另一种系统结构图。

图3是标签与定位基站测距流程示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互 相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似 目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类 似特征中的一个例子而已。

本发明的相关说明：

1、本发明中所述的对称轴均是指以第一定位基站和第二定位基站为端点 的连线；

2、本发明中匹配被监控目标与标签卡时，两者用于匹配的数据均为对称 轴同侧的数据且要同时匹配两侧的坐标数据；

3、本发明中所述的第一位置坐标数据均是指根据获取的两个定位基站与 m个标签卡中的任意一个标签卡的距离信息，利用圆定位得到的以两个定位基 站为端点的连线为对称轴对称的两个交点坐标；所述的第二位置坐标均是指标 签卡在地图坐标系中真实的坐标数据；

4、当电子围栏仅通过一条边界线来界定监管区域时，所述的围栏边界可 以是以第一定位基站和第二定位基站为端点的连线作为电子围栏的边界线；当 指定监控区域为矩形围栏区域时，第一定位基站、第二定位基站可分别设置于 矩形围栏区域任意一组平行边的中点位置处，所述围栏边界则为矩形区域的边 界线。

5、本发明中所述的为围栏边界或矩形围栏区域均在在摄像头与两个定位 基站的共同覆盖区域内。

一、本发明的系统结构如下所述：

如图1所示，该系统结构为本发明的一种实施例，包括第一定位基站、第 二定位基站、一个单目摄像头、若干(m个)带唯一标识的标签卡、服务器以 及报警单元，m为自然数；所述唯一标识包括标签卡ID和进入电子围栏权限信 息；报警单元与服务器电性连接。定位基站与m个标签卡进行交互式无线测距， 根据测量得到的距离信息，利用圆定位得到m个标签卡的第一位置坐标，所述 第一位置坐标指的是以第一定位基站和第二定位基站为中心，以标签卡相距第 一、第二定位基站的距离为半径所做的两个圆相交的两个交点坐标。两个交点 坐标中的其中一个代表的是标签在地图坐标系中的真实坐标。优选的，第一位 置坐标数据在标签卡上解算，选择第一定位基站与第二定位基站中的其中一个 作为通信定位基站，各个标签卡将解算的第一位置坐标数据回传至通信定位基 站，再由通信定位基站通过有线或者无线的方式将各个标签卡的第一位置坐标 数据上传至服务器。

单目摄像头用于采集指定监控区域的画面图像，并将采集的画面图像上传 至服务器，服务器根据接收到的图像实时处理，解算出被监控目标在地图坐标 系中的位置坐标；服务器还匹配标签卡与被监控目标，对于成功匹配上标签卡 的被监控目标，被监控目标则具有唯一的ID号和进入电子围栏边界的权限信 息，且所述ID和权限信息与匹配标签卡所具有的唯一标识对应；对于成功匹 配上被监控目标的标签卡，则可以获取标签卡在地图坐标系中的真实坐标数据， 定义为第二位置坐标。服务器计算被监控目标或处于真实坐标位置的标签卡与 电子围栏边界线或电子围栏区域的边界线的相对位置，根据所述的相对位置判 断携带标签卡的被监控目标是否进入电子围栏边界或区域以及是否有权进入，服务器根据判断结果输出控制指令控制报警单元。

当被监控目标无法匹配标签卡时，例如，被监控目标未携带标签卡，服务 器根据被监控目标与电子围栏边界或区域的相对位置关系做出判断，服务器同 样根据判断结果输出控制指令至报警单元，由报警单元做出对应的报警响应。

当被监控目标无法匹配标签卡时，例如，同一被监控目标携带多个标签卡， 即系统无法准确获取被监控目标的身份和权限，服务器根据匹配结果下发控制 指令报警单元，由报警单元做出对应的报警响应。

具体的可以是如下几种情形：当被监控目标从电子围栏边界外逐渐靠近 围栏边界并有趋势想要跨越围栏边界时，服务器会根据获取到的该监控目标的 进入围栏边界的权限信息，判断是否需要做出报警提示。若监测到进入围栏的 被监控目标不具有进入的权限，则服务器监测到有异常现象发生，并在服务器 的显示端口报警提示,且服务器下发控制指令至现场报警单元，通过声光报警 提示工作人员现场查看情况同时还可以通过有源喇叭提示不属于该区域的工 作人员及时离开该围栏区域，以免发生不必要的安全事故。例如提示“请注意， 检测到有不允许进入该区域的被监控目标进入”。反之则不报警。

假设监控区域的被监控目标有未携带标签卡并且进入电子围栏的情况，这 种情况可能是原本属于这个工作区域的人员忘记佩戴也有可能是该被监控目 标属于外来非工作人员，不管是哪种情况，只要未携带标签卡，则服务器就只 能获取到被监控目标的坐标数据，无法获取该目标的身份和进入电子围栏的权 限，这种情况下，服务器也会在显示端口报警且下发控制指令至现场报警单元， 通过声光报警提示工作人员现场查看，同时通过有源喇叭提示未携带智能标签 卡的人员及时离开该区域，例如提示“请注意，检测到有未携带智能标签卡的 人员进入该区域”。

当服务器对一个被监控目标匹配上多个标签卡时，此时系统监测到该目标 携带了多个标签卡，立即触发报警单元报警提示。

除以上描述的可能存在的情形之外，还存在以下所述情况:

当两个或者两个以上的被监控目标或者标签卡的定位坐标在某些时刻正 好处在所述两个圆相交的两个交点上，系统通过匹配一段时间内的视觉定位数 据与采集的标签卡的定位数据可以实现对处于对称交点上的被监控目标的身 份和进入电子围栏边界权限信息的准确获取以及对多个标签卡的位置的分辨。

本发明的另一种实施方式如图2所示的结构，将图1所示的结构中报警单 元与服务器连接替换为报警单元与定位基站连接，其中，报警单元的连接方式 可以是只与第一定位基站或者第二定位基站连接，也可以是与两个定位基站均 连接，服务器直接根据判断结果或者匹配结果下发控制指令至定位基站，由定 位基站控制报警单元是否发生响应，其他内容与第一种实施方式中除报警单元 与服务器的连接方式和由服务器控制报警单元触发报警方式之外描述的内容 相同。

二、定位基站与若干标签卡进行交互式无线测距的流程如图3所示：

标签卡定时分别向第一定位基站和第二定位基站发送一次测距请求或者 定时向第一定位基站和第二定位基站广播一次测距请求，以某一标签卡为例， 假设标签卡发送时间戳为T_sp，定位基站接收标签卡发送的测距请求，以第一定 位基站为例，第一定位基站接收时间戳记为T_rp,在接收到标签卡的测距请求后， 会在一个随机延迟下发送一个响应信号，设第一定位基站发送响应信号的时间 戳为T_sr,在发送的响应信号中，会带上T_rp和T_sr，标签卡接收第一定位基站的的 响应信号，接收时间戳记为T_rr。

采用公式计算出标签卡与第一定位基站之间的 距离。同理，可以计算出标签卡与第二定位基站之间的距离。

三、所述解算出标签卡的第一位置坐标数据的方式有如下三种：

1、在标签卡上利用圆定位进行所述第一位置坐标的解算；

2、选择两个定位基站中的任意一个定位基站作为通信定位基站，标签卡 将与第一定位基站和第二定位基站相关的测距信息回传至通信定位基站，在通 信定位基站上进行所述第一位置坐标的解算；

3、选择两个定位基站中的任意一个定位基站作为通信定位基站，标签卡 将与第一定位基站和第二定位基站相关的测距信息回传至通信定位基站，由通 信定位基站将相关测距信息通过无线或有线的方式上传至服务器解算出第一 位置坐标。

四、服务器根据接收到的图像实时处理并得到被监控目标在地图坐标系中 的位置坐标的过程可以是以下两种方式之一：

方法一：

步骤1：对单目摄像头传送的画面进行处理得到目标在画面中的位置，以 及被监控目标相对于单目摄像头的角度(以单目摄像头光心点在单目摄像头画 面上的投影点坐标为(0,0)，假设被监控目标在单目摄像头画面中的平面坐标 为(x,y)，单目摄像头焦距为f，则向量(x,y,f)的方向即可确定被监控目标相 对于单目摄像头光心点的角度)；具体通过HOG行人检测算法、Faster RCNN 等目标检测算法等得到被监控目标在画面中的位置。

其中，HOG行人检测算法在Dalal N,Triggs B.在2005年IEEE计算机 协会组织的计算机视觉和模式识别会议发表的《Histograms of oriented gradients for humandetection基于方向梯度直方图的行人检测》会议论文 中有描述。

Faster RCNN目标检测算法在Ren S,He K,Girshick R等人在2015年关 于神经信息处理系统的进展的会议上发表的《Faster r-cnn:Towards real-time objectdetection with region proposal networks基于区域提议 卷积神经网络的实时目标检测》论文中有论述。

步骤2：将单目摄像头拍摄到的画面与被监控目标在画面中的坐标(x,y) 通过深度估计方法，得到被监控目标(例如：工作人员或者非法入侵人员)与 单目摄像头光心点(0,0)之间的距离d。

其中，深度估计方法是《Single-image depth perception in the wild 非限定环境下单帧照片深度估计》论文中描述的方法，该论文作者是Weifeng Chen,Zhao Fu,Dawei Yang,Jia Deng，发表在Advances in neural information processing systems(NIPS)。

步骤3：计算沿(x,y,f)方向，与光心点(0,0,0)的距离为d的被监控目标 在摄像头坐标系中的坐标(Xw，Yw，Zw)；

因为，数学上的两点(x1,y1,z1)与(x2,y2,z2)之间的距离D计算公式为：

D²＝(x1-x2)²+(y1-y2)²+(z1-z2)²

因此，根据上述原理计算出(x,y,f)与(0,0,0)之间的距离d0(代表摄像头画面 上的点到光心点的距离)，

则根据深度估计提取出的被控目标与摄像头光心点之间的距离d,获得被 监控目标在摄像头坐标系中的坐标(Xw，Yw，Zw)为(x×d/d0,y×d/d0，f× d/d0)。

步骤4:再根据单目摄像头坐标系与地图坐标系之间的转换关系(旋转矩阵 和平移向量)：其中R为3*3矩阵；t为三维平移向量； O＝(0,0,0)，计算被监控目标在地图坐标系中的坐标(x′，y′，z′)。

方法二：

步骤10：对单目摄像头传送的画面进行处理得到被监控目标在画面中的位 置，并给出人在摄像头画面中的高度h，确定被监控目标相对于单目摄像头的 角度。其中确定被监控目标相对于单目摄像头的角度的方法同步骤1所述相同。

步骤20：根据相似三角形原理，设定被监控目标的平均高度为H，则计算 出被监控目标到单目摄像头光心点的距离d＝f×H/hd＝f×H/hd＝f×H/h；

步骤30：计算沿(x,y,f)方向，与光心点(0,0,0)的距离为d的点的坐标。 同步骤3所描述的获取方法。

步骤40：:根据单目摄像头坐标系与地图坐标系之间的转换关系(旋转矩 阵和平移向量)，计算出被监控目标在地图坐标系中的坐标。同步骤4描述方 法相同。

五、所述服务器匹配标签卡与被监控目标的过程为以下步骤：

设监控区域存在m个标签卡，摄像头监控画面中存在n个被监控目标，

步骤1:将不同时刻获取的m个标签的第一位置坐标数据与获取的n个被监 控目标的坐标数据分别在同一坐标系下做曲线拟合形成m组标签轨迹曲线以及 n条被监控目标的目标轨迹曲线；其中所述的m组标签轨迹曲线中的每一组曲 线均为对称的两条轨迹曲线，且对称轴为第一定位基站与第二定位基站的连线；

步骤2:将已获得的被监控目标的目标轨迹曲线以两个定位基站的连接线 为对称轴做翻转；得到每个被监控目标对应的对称的第二条目标轨迹曲线；

步骤3：在同一采样周期下对两种曲线进行采样，获得每个采样时刻下对 应的m组标签第一位置坐标数据和n组被监控目标的目标坐标数据；且每个采 样时刻下的每一组坐标数据均包含对称的两个坐标，对称轴为第一定位基站与 第二定位基站的连线；

步骤4：可以采用如下的两种标签卡匹配规则之一匹配被监控目标和标签 卡：

规则一：

统计一段时间的采样数据，得到m个被监控目标对应的坐标数据向量和n 个标签卡对应的坐标数据向量，以第i个被监控目标为例，得到的坐标数据向 量记为(a_i0，a_i0′，a_i1，a_i1′...a_in，a_in′),以第j个标签卡为例，得到的坐标数据向量 为(A_j0，A_j0′，A_j1，A_j1′...A_jn，A_jn′)；计算上述两个向量之间的余弦相关度；如果余 弦相关度大于阈值，则认为被监控目标i与标签卡j匹配，即标签卡j为被监 控目标i所携带，两者为同一目标；其中i，j是大于等于1的正整数；n是自 然数；a_in，a_in′表示在tn时刻下第i个被监控目标的以第一、第二定位基站连 线为对称轴两侧坐标，A_jn，A_jn′表示在tn时刻下第j个标签卡的以第一、第二定位基站连线为对称轴两侧坐标，其中a_in，A_jn代表的数据为对称轴的同侧数 据，a_in′，A_jn′代表的数据为对称轴的同侧数据。

基于同一种匹配规则，当有多个标签卡与同一被监控目标匹配时，系统会 检测出一人携带多个标签卡，并触发报警单元做出报警提示。

基于同一匹配规则，当存在被监控目标无匹配标签卡时，系统判断出存在 被监控目标未携带标签卡的情况，当未携带标签卡的被监控目标进入电子围栏 边界时，系统触发报警单元做出报警提示。

规则二：

当获取的被监控目标的个数或者标签卡的个数为大于等于2个的情况下， 将同一时刻下通过视觉定位获取n个被监控目标中的第i个被监控目标的坐标 以及以第一、第二定位基站连线为对称轴翻转后的坐标构成对称轴两侧的一组 坐标与通过第一、第二定位基站定位m个标签卡获取的所述对称轴两侧的对应 坐标对应相减得到距离，统计一段时间的距离信息，得到m组距离向量，求每 组距离向量的和。当和小于等于设定的测试阈值时，则判定该组距离向量对应 下的被监控目标与标签卡匹配。

基于同一种匹配规则，当有多个标签卡与同一被监控目标匹配时，系统会 检测出一人携带多个标签卡，并触发报警单元做出报警提示。

基于同一匹配规则，当存在被监控目标无匹配标签卡时，系统判断出存在 被监控目标未携带标签卡的情况，当未携带标签卡的被监控目标进入电子围栏 边界时，系统触发报警单元做出报警提示。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中 披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何 新的组合。

Claims (17)

1.一种双基站的标签匹配方法，其特征在于包括：

基于单目摄像头采集的被监控区域内n个被监控目标的画面图像，获取n个被监控目标在地图坐标系中的目标坐标；

同时，根据两个定位基站与m个标签的距离信息，获取m个标签的第一位置坐标；其中所述第一位置坐标为根据获取的两个定位基站与m个标签中的任意一个标签的距离信息，利用圆定位得到的以两个定位基站为端点的连线作为对称轴对称的两个坐标；所述对称的两个坐标包括了处于对称轴上的两个相同的坐标，所述标签由被监控目标携带，且带有唯一标识信息包括标签ID和进入电子围栏的权限；

然后，在同一坐标系下，结合n个被监控目标的目标坐标和m个标签的第一位置坐标，匹配n个被监控目标和m个标签，其中所述n,m均为自然数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述匹配n个被监控目标和m个标签，包括以下步骤：

步骤1:在同一坐标系下，将不同时刻获取的m个标签的第一位置坐标与获取的n个被监控目标的目标坐标分别做曲线拟合，形成m组标签轨迹曲线以及n条被监控目标的目标轨迹曲线；其中所述其中所述的m组标签轨迹曲线中的每一组曲线均为对称的两条轨迹曲线，且对称轴为两个定位基站为端点的连线；

步骤2:将已获得的被监控目标的目标轨迹曲线以两个定位基站的连接线为对称轴做翻转；得到每个被监控目标对应的对称的第二条被监控目标的目标轨迹曲线；

步骤3：在同一采样周期下对所述目标轨迹曲线以及标签轨迹曲线进行采样，获得每个采样时刻下对应的m组标签第一位置坐标数据和n组被监控目标的目标坐标数据；且每个采样时刻下的每一组坐标数据均包含对称的两个坐标，对称轴为两个定位基站为端点的连线；

步骤4：按如下两种匹配规则之一匹配n个被监控目标和m个标签：

规则1：

统计一段时间的采样数据，得到m个被监控目标对应的坐标数据向量和n个标签对应的坐标数据向量，以第i个被监控目标为例，得到的坐标数据向量记为(a_i0，a_i0′，a_i1，a_i1′...a_in，a_in′),以第j个标签为例，得到的坐标数据向量为(A_j0，A_j0′，A_j1，A_j1′...A_jn，A_jn′)；计算上述两个向量之间的余弦相关度；如果余弦相关度大于阈值，则认为被监控目标i与标签j匹配，即标签卡j为被监控目标i所携带，两者为同一目标；其中i，j是大于等于1的正整数；n是自然数；a_in，a_in′表示在tn时刻下第i个被监控目标的以两个定位基站尾端点的连线为对称轴两侧的坐标，A_jn，A_jn′表示在tn时刻下第j个标签的以两个定位基站为端点的连线为对称轴两侧的坐标，其中a_in，A_jn代表的数据为对称轴的同侧数据，a_in′，A_jn′代表的数据为对称轴的同侧数据；

规则2：

当获取的被监控目标的个数或者标签的个数为大于等于2个的情况下，将同一时刻下获取的n个被监控目标中的第i个被监控目标的坐标以及以两个定位基站连线为对称轴翻转后的坐标构成对称轴两侧的一组坐标，与通过两个定位基站定位m个标签卡获取的所述对称轴两侧的对应坐标对应相减得到距离，统计一段时间的距离信息，得到m组距离向量，求每组距离向量的和；当和小于等于设定的测试阈值时，则判定该组距离向量对应下的被监控目标与标签匹配。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于当标签与相应的被监控目标匹配成功时，得到标签的第二位置坐标；其中所述的第二位置坐标为标签在地图坐标系中真实的坐标数据。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于当标签与相应的被监控目标匹配成功时，结合包括标签ID和进入电子围栏的权限信息的标签所具有的唯一标识，获取被监控目标的身份和进入电子围栏的权限。

5.根据权利要求1至4之一所述的标签匹配方法，其特征在于，所述获取n个被监控目标在地图坐标系中的目标坐标基于以下两种视觉定位方法之一实现：

方法一：

步骤1：目标检测：

对单目摄像头传送的画面实时处理得到目标在画面中的位置(x,y)，结合单目摄像头的焦距f，得到向量(x,y,f)，根据向量(x,y,f)的方向确定监控目标相对于单目摄像头光心点的角度；

步骤2：深度估计：

将单目摄像头拍摄到的画面与被监控目标的坐标(x,y)通过深度估计方法，得到被监控目标与单目摄像头光心点之间的距离d；

步骤3：结合步骤1中的(x,y，f)和步骤2中的距离信息得到被监控目标在摄像头坐标系中的坐标；

步骤4：根据单目摄像头坐标系与地图坐标系之间的转换关系(旋转矩阵和平移向量)，将被监控目标在摄像头坐标系中的坐标转换为被监控目标在地图坐标系中的坐标；

方法二：

在所述方法一中的目标检测中，还可以给出人在摄像头画面中的高度h；根据相似三角形原理，设定被监控目标的平均高度为H，则可以计算出被监控目标到单目摄像头光心点的距离d＝f×H/h；执行同方法一所述的步骤3和步骤4，得到被监控目标在地图坐标系中坐标。

6.一种围栏边界管理方法，其特征在于包括：

根据两个定位基站与m个标签的距离信息，获取m个标签的第一位置坐标；其中所述第一位置坐标为根据获取的两个定位基站与m个标签中的任意一个标签的距离信息，利用圆定位得到的以两个定位基站为端点的连线作为对称轴对称的两个坐标；其中所述对称的两个坐标包括了处于对称轴上的两个相同的坐标，所述标签由被监控目标携带，且带有唯一标识信息包括标签ID和进入电子围栏的权限；

根据标签的第一位置坐标，计算标签与围栏边界的相对位置；结合标签所具有的唯一标识，包括标签ID和进入电子围栏的权限信息，判断携带该标签的被监控目标是否进入和是否有权进入电子围栏边界，做出对应的报警指示；其中所述的围栏边界指的是矩形电子围栏区域的边界线，且两个定位基站分别设置于矩形区域任意一组平行边的中点位置处。

7.根据权利要求3所述方法的围栏边界管理方法，其特征在于还包括：

根据标签的第二位置坐标或被监控目标在地图坐标系中的坐标，计算标签或被监控目标与围栏边界的相对位置；结合标签所具有的唯一标识，包括标签ID和进入电子围栏的权限信息，判断携带该标签的被监控目标是否进入和是否有权进入电子围栏边界，做出对应的报警指示；其中所述的围栏边界指的是以两个定位基站为端点的连线作为的电子围栏边界线。

8.基于权利要求2所述方法的围栏边界管理方法，其特征在于还包括：

存在被监控目标无匹配标签时，即无法获取到被监控目标的身份和对应进入围栏边界的权限时，计算被监控目标与围栏边界的相对位置，当检测到被监控目标进入电子围栏，立即做出对应的报警提示；其中所述围栏边界指的是两个定位基站为端点的连线作为的电子围栏边界线，或者矩形电子围栏区域的边界线，且两个定位基站分别设置于矩形区域任意一组平行边的中点位置处。

9.根据权利要求6或7所述的围栏边界管理方法，其特征在于还包括：当获取的多个标签在地图中第一位置坐标或第二位置坐标相同时，则判断存在同一被监控目标携带多卡的情况，立即做出对应的报警提示。

10.基于权利要求1所述的双基站的标签匹配方法的标签匹配装置，其特征在于包括：

单目摄像头，安装于能完全监控到指定被监控区域的位置，用于采集指定监控区域内的n个被监控目标的画面图像，获取n个被监控目标在地图坐标系中的目标坐标,并将目标数据上传至服务器；

两个定位基站：用于分别与m个标签卡进行无线交互式测距，以获取标签卡的第一位置坐标，将第一位置坐标数据传输至服务器，并接收服务器下发的控制指令；其中所述第一位置坐标为根据获取的两个定位基站与m个标签中的任意一个标签的距离信息，利用圆定位得到的以两个定位基站为端点的连线为对称轴对称的两个坐标；其中所述对称的两个坐标包括了处于对称轴上的两个相同的坐标，所述标签由被监控目标携带，且带有唯一标识信息包括标签ID和进入电子围栏的权限；

m个带唯一标识的标签，用于分别与两个定位基站之间进行无线通讯；

服务器：在同一坐标系下，结合n个被监控目标的目标坐标和m个标签的第一位置坐标，匹配n个被监控目标和m个标签，其中所述n,m均为自然数。

11.基于权利要求10所述标签匹配装置，其特征在于还包括；

服务器基于成功匹配的标签与相应的被监控目标，得到标签的第二位置坐标；其中所述的第二位置坐标为标签在地图坐标系中真实的坐标数据；同时，结合包括标签ID和进入电子围栏的权限信息的标签所具有的唯一标识，获取被监控目标的身份和进入电子围栏的权限。

12.基于权利要求11所述标签匹配装置的围栏边界管理装置，其特征在于还包括报警单元；

服务器根据标签的第二位置坐标或被监控目标在地图中的坐标，计算标签或被监控目标与围栏边界的相对位置；

结合标签所具有的唯一标识，包括标签ID和进入电子围栏的权限信息，判断携带该标签的被监控目标是否进入和是否有权进入围栏边界，服务器根据判断结果下发指令至报警单元，报警单元根据指令做出对应的报警响应；其中所述的围栏边界指的是以两个定位基站为端点的连线作为的电子围栏边界线。

13.基于权利要求10所述的标签匹配装置的围栏边界管理装置，其特征在于还包括，

服务器在无法获取被监控目标的身份和进入电子围栏权限时，则计算被监控目标与围栏边界的相对位置，当检测到被监控目标进入电子围栏，立即做出对应的报警指示，通过报警单元做出对应的报警提示；其中所述围栏边界指的是两个定位基站为端点的连线作为的电子围栏边界线，或者矩形电子围栏区域的边界线，且两个定位基站分别设置于矩形区域任意一组平行边的中点位置处。

14.基于权利要求6所述的围栏边界管理方法的围栏边界管理装置，其特征在于包括：

两个定位基站：用于分别与m个标签卡进行无线交互式测距，以获取标签卡的第一位置坐标，将第一位置坐标数据传输至服务器，并接收服务器下发的控制指令；其中所述第一位置坐标为根据获取的两个定位基站与m个标签中的任意一个标签的距离信息，利用圆定位得到的以两个定位基站为端点的连线为对称轴对称的两个坐标；所述标签由被监控目标携带，且带有唯一标识信息包括标签ID和进入电子围栏的权限；

m个带唯一标识的标签，用于分别与两个定位基站之间进行无线通讯；

服务器：根据标签的第一位置坐标，计算标签与围栏边界的相对位置；结合标签所具有的唯一标识，包括标签ID和进入电子围栏的权限信息，判断携带该标签的被监控目标是否进入和是否有权进入电子围栏边界，做出对应的报警指示；其中所述的围栏边界指的是矩形电子围栏区域的边界线，且两个定位基站分别设置于矩形区域任意一组平行边的中点位置处，m为自然数；

报警单元：根据服务器的指示做出对应的报警响应。

15.基于权利要求12或14所述的围栏边界管理装置，其特征在于还包括:

当服务器获取到多个标签在地图坐标系中第一位置坐标的第二位置坐标相同时，服务器判断同一被监控目标携带多卡，通过报警单元立即做出对应的报警提示。

16.基于权利要求12至14之一所述的电子围栏边界管理装置，其特征在于所述报警提示为以下两种方式之一：

提示方法一：报警单元与服务器连接，服务器根据判断结果直接下发控制指令至报警单元，报警单元根据该指令做出对应的报警提示；

提示方法二：报警单元与两个定位基站或两个定位基站之一连接，服务器根据判断结果下发控制指令至定位基站，由定位基站触发报警单元做出对应的报警提示。

17.一种计算机存储介质，其特征在于所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被服务器执行时实现如权利要求1-8任意一项所述方法的步骤。