CN110084986A - 一种周界安防方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种周界安防方法及装置，周界安防方法包括：获取至少三个不位于同一直线上的振动传感器采集的振动信号；根据振动信号识别振动信号的振源的物理特征，并计算振源的位置坐标。通过振动传感器识别振动信号振源的物理特征，可以识别进入预设区域的振源的类型(例如识别振源为人、车或者物理冲击)，通过与预设特征进行比对判断是否报警，从而解决了误报警的问题。

Description

一种周界安防方法及装置
技术领域
本发明涉及安防领域，具体涉及一种周界安防方法。
背景技术
目前，在地下管道、军事、住宅等各个方面的安全防护都用到了振动传感器，将振动传感器埋在地下，当处理器通过振动传感器采集到的信息判断到有人或物入侵时，对振源进行定位追踪，但是由于天气、地理环境的不同，只用一套标准来检测是否有人或物入侵，容易在极端天气下产生误差，且如果工作人员在监控区域内活动也或被识别定位，造成干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种周界安防方法及装置，以解决现有技术不能准确识别入侵源，容易产生误判和误报警的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种周界安防方法，包括如下步骤：获取至少三个不位于同一直线上的振动传感器采集的振动信号；根据振动信号识别振动信号的振源的物理特征，并计算振源的位置坐标；根据振源物理特征、振源位置坐标输出安防提示信号。
可选地，根据振源物理特征、振源位置坐标输出安防提示信号包括：判断振源位置坐标是否位于预设区域内，预设区域为安防区域；当振源位置坐标位于预设区域内时，判断振源物理特征是否否满足预设特征，预设特征用于表征预存的入侵源的物理特征；当物理特征满足预设特征时，输出报警信号。
可选地，根据振动信号识别振动信号的振源的物理特征包括：对振动采集信号进行频谱分析、能量谱分析、小波分析和模式识别中的至少之一的算法得到振源的匹配物理特征。
可选地，根据振动信号计算振源的位置坐标，包括：根据预设区域建立坐标系网络；根据各传感器获取的振动信号计算坐标系网络各网格点的震动强度函数，对强度函数平滑处理得到第一强度函数；判断各网格点的第一强度函数的值大小；将值最大的第一强度函数对应的网格点确定为振源位置
可选地，在获取不位于同一直线上的至少三个振动传感器采集的振动信号之前包括：获取用于表征安防区域天气状况的气象信号；根据气象信号选择与气象信号对应的工作模式，不同的工作模式的对应的预设特征不同。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种周界安防装置，包括：多个振动传感器，其中，多个振动传感器中的至少三个振动传感器不位于一条直线上；主机，与多个振动传感器连接，用于获取振动传感器采集的振动信号；并执行第一方面任意实施例的周界安防方法。
可选地，周界安防装置还包括：气象传感器，与主机连接，采集用于表征安防区域天气状况的气象信号；主机用于根据气象信号选择与气象信号对应的工作模式，不同的工作模式的对应的预设特征不同，预设特征用于表征预存的入侵源的物理特征。
可选地，周界安防装置还包括：数据采集器，分别与气象传感器、多个振动传感器和主机通信连接，用于将振动信号和多气象信号传输至主机。
可选地，周界安防装置还包括：数据采集器通过有线通信和/或无线通信分别与气象传感器、多个振动传感器和主机连接。
可选地，周界安防装置还包括：
滤波器，设置在多个振动传感器、气象传感器与主机之间，用于对振动信号和气象信号进行滤波。
本发明具有以下有益效果：
1.通过振动传感器识别振动信号振源的物理特征，可以识别进入预设区域的振源的类型(例如识别振源为人、车或者物理冲击)，通过与预设特征进行比对判断是否报警，从而解决了误报警的问题。
2.通过对振动信号进行计算可以得到振源的位置坐标，可以使用户确定振源的位置。
3.通过使用气象传感器，根据气象信号选择与气象信号对应的工作模式，使得周界安防装置不会在极端天气下产生误判。
4.通过使用滤波器，在不同气象环境下选择性滤除干扰信号，使周界安防装置检测入侵源位置坐标和物理特征更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例周界安防方法的流程图；
图2示出了本发明实施例的安防区域示意图；
图3示出了本发明实施例周界安防装置示意图；
图4示出了本发明实施例主机示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种周界安防方法，如图1所示，周界安防方法包括：
S101.获取至少三个不位于同一直线上的振动传感器采集的振动信号。
在本发明实施例中，所称振动传感器可以包括微振传感器，在所需检测区域的地面设置振动传感器，在保证有三个传感器不位于同一条直线的前提下，传感器数量的增减换和传感器拓扑结构的变化都不会影响本发明的功能。只设置一个振动传感器时，只需要做模式识别，对振动源的物理特征进行识别，检测到的振动源的位置信息只能精确到振动源距离振动传感器的距离，无法准确定位；设置两个振动传感器时，可以通过模式识别检测振动源的物理特征，由于缺乏第三个振动传感器，检测到的振动源的位置会出现两个，分别在两个振动传感器组成的直线两侧，对称出现。因此，为了准确检测振动源的位置信息，需要至少三个不位于同一条直线上的振动传感器。
S102.根据振动信号识别振动信号的振源的物理特征，并计算振源的位置坐标。
在本实施例中，振动传感器可以为智能振动传感器，每个智能振动传感器内部都具有处理器，可以对采集的振动信号进行实时分析，并通过算法进行计算，得到振动信号振源的物理特征，根据振动信号振源的物理特征，可以识别振源是哪种类型的振源，例如，可以识别振源为人、车或者物理冲击。
S103.根据振源物理特征、振源位置坐标输出安防提示信号。
根据计算所得的振源位置坐标判断振源是否位于安防区域内，当振源位置坐标位于安防区域内时，将计算得出的振源物理特征与预存的入侵源的物理特征进行比对，当计算得出的振源物理特征满足预存的入侵源物理特征时，输出报警信号。所称安防区域可以为多个振动传感器中所有最外围的振动传感器围成的区域，具体的可以根据最外围的振动传感器确定安防区域的坐标即可确定安防区域的范围，可以通过设置，改变安防区域的大小和形状。由于各个传感器均具有一定检测范围，信号可检测区域与安防区域不同，检测到的振源不一定位于安防区域内，可以通过振源位置坐标确认振源是否位于安防区域，如果振源位于安防区域外，可以忽略该振源或对该振源进行间隔性的检测。在本实施例中，所称信号可检测区域所有振动传感器能够检测到的区域。例如，图2所示的安防区域示意图，根据需要，布置长L1,宽L2的安防区域；在安防区域的四个顶点布置1、2、3、4，四颗微振传感器，其中安防区域内的任意一点均在至少三个振动传感器的检测范围内。
在可选的实施例中，根据所述振动信号计算振源的位置坐标包括：根据实际需求规划定位区域，建立网格坐标系，网格长度为定位精度，确定振动传感器数量及振动传感器拓扑结构，将振动传感器设置在定位区域中；根据振动波在上述步骤中的定位区域的介质中传播波速，计算振动波在坐标系网格中任意两个网格点间的传播时间，并根据传播时间建立到时模型；通过信号线获取上述定位区域中安装的多个振动传感器在定位区域采集的振动波的振动信号，本实施例只是举例说明是通过信号线获取振动信号，并不局限于这种方式；根据所述到时模型，分别对各振动传感器采集的坐标系网格中各网格点的振动信号进行归一化处理得到各振动传感器的第一振动信号，将第一振动信号进行滑动窗口处理得到第二振动信号；根据各振动传感器的第二振动信号分别计算所述振动波发生时刻坐标系中各网格点的强度函数，为提高本发明定位方法的精度，对所述强度函数平滑处理得到第一强度函数；判断各网格点的第一强度函数的值大小，第一强度函数的值越大，说明该网格点是震源位置的可能性越大，定位区域中第一强度函数最大时，该第一强度函数对应的坐标和时间就是振动发生的位置的时间；得到定位区域中值最大的第一强度函数，将该第一强度函数对应的网格点确定为震源位置。通过对振动信号进行计算可以得到振源的位置坐标，可以使用户确定振源的位置。无线方式连接中通过中央控制器产生同步振动信号，依据每个振动传感器到主机的距离确定延时向量，振动传感器凭借接收到的特殊同步振动信号和延时向量确定同步时刻：每个振动传感模块以固定采样频率采样，并且从同步时刻开始后，以一段固定时间间隔内所有的缓存经过模数转换的采样数据传输给主机，并且在新的时间段内缓存将被新数据覆盖并再次发送；主机根据每段时间间隔接收到的数据包，计算每个运动元位置信息和振动强度，并将运动元位置信息和振动强度传送与中央控制器；中央控制器绘制包含所有运动元轨迹的振动地图。
在可选的实施例中，根据振动信号识别振动信号的振源的物理特征包括：对振动采集信号进行频谱分析、能量谱分析、小波分析和模式识别中的至少之一的算法得到振源的匹配物理特征，根据不同信号的不同特征值的对应关系，每个信号会有属于自己的特定的物理特征定义，从而满足对人、车、或者造成等量冲击波信息的物理信息的分析，也可根据振动波形的具体模式进行模式识别，对振源进行辨别和分类。具体的，当采用上述实施例中的方法得到振源位置后，可以对与振源位置的网格点距离最小的振动传感器采集的振动信号，采用小波包分解的时域分析方法对振动信号进行分析，得到振动信号中的振动能量信息，其分解算法为：
(j、k、n、l为正整数)。
其中，dl表示第l个节点的振动信号；a表示分解小波基；
提取由低频到高频的8个频带的小波包分解系数，根据第三层各频带的小波包分解系数，提取各频带范围的信号，得到重构信号，采用的小波包重构算法为：其中，h表示第一重构小波基，g表示第二重构小波基；根据各频带的重构信号计算各频带信号的总能量，其计算公式为：
其中，E3j表示第j个频带的总能量；S3j表示第j个频带的重构信号；xjk表示重构信号S3j的离散点的幅值。
由于E2j(j＝0，1，...，7)通常是一个较大的数值，在数据分析上会带来一些不方便，对E3j进行归一化处理。即：
T′＝[E30/E，E31/E，E32/E，E33/E，E34/E，E35/E，E36/E，E37/E，]，对比数据库中的振动能量信息数据表(预设特征，用于表征预存的入侵源的物理特征)，判断发出振动信号的目标类型，在实际应用中，可以通过振动能量信息，判断进入定位区域目标是人、动物、物理冲击或者车等。
在可选的实施例中，在获取不位于同一直线上的至少三个振动传感器采集的振动信号之前包括：获取气象传感器采集的用于表征安防区域天气状况的气象信号；根据气象信号选择与气象信号对应的工作模式，不同的工作模式对应的预设特征不同。例如，当气象传感器采集到的天气状况为雷雨或其他恶劣天气时，选择相应的工作模式，在与其相对应的工作模式下，振动传感器的灵敏度降低，避免了因恶劣天气造成的振动信号对安防装置造成误报警，且在不同的工作模式下，预设的入侵源的物理特征也不同。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种周界安防装置，如图2所示，包括多个振动传感器，其中，至少三个振动传感器1、2、3不位于同一条直线上，在保证有三个传感器不位于同一条直线的前提下，传感器数量的增减换和传感器拓扑结构的变化都不会影响本发明的功能，为了便于描述，本实施例及下文都以三个振动传感器为例；主机50为单片机、ARM、DSP、POWERPC等具备信息处理能力对的设备，与多个振动传感器连接，用于获取振动传感器采集的振动信号，并执行上述第一方面任一具体实施例中提出的周界安防方法。
在可选的实施例中，周界安防装置还包括气象传感器20，与主机50连接，采集用于表征安防区域天气状况的气象信号，主机50根据气象传感器20采集的气象信号选择相应的工作模式，不同的工作模式的对应的预设特征不同，保证输出的精确性。具体地，气象传感器20可以是一个复合的传感器，也可以是多个单一功能级联的传感器，可以获得温度、湿度、风力大小、雨量大小、雷电等影响天气特征的信息。
在可选的实施例中，周界安防装置还包括数据采集器30，通过有线通信和/或无线通信分别与气象传感器20、多个振动传感器和主机50通信连接，数据采集器30实时读取气象传感器20和振动传感器1、2、3采集的数据，将读取的信息传送给主机50，如果振动传感器1、2、3为非智能传感器，数据采集器30与振动传感器1、2、3通过信号电缆连接，如果振动传感器1、2、3为智能传感器，数据采集器30通过通信网络以一定拓扑结构获取振动传感器1、2、3采集的数据。
在可选的实施例中，周界安防装置还包括滤波器40，通过对滤波器的设置，在不同工作模式下选择性滤除干扰信号,例如，周界安防装置处于雷电天气时，滤波器将滤除雷电造成的振动信号，避免由于雷电造成的振动信号对周界安防装置干扰，增加系统识别的灵敏度。
在可选的实施例中，周界安防装置还包括主机50，包括：至少一个处理器51；以及与至少一个处理器通信连接的存储器52；其中，存储器52存储有可被一个处理器51执行的指令，指令被至少一个处理器51执行，以使至少一个处理器51执行上述第一方面任一实施例提出的周界安防的方法。图4中以一个处理器51为例。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种周界安防方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取至少三个不位于同一直线上的振动传感器采集的振动信号；
根据所述振动信号识别所述振动信号的振源的物理特征，并计算所述振源的位置坐标；
根据所述振源物理特征、所述振源位置坐标输出安防提示信号。
2.如权利要求1所述的周界安防方法，其特征在于，所述根据所述振源物理特征、所述振源位置坐标输出安防提示信号包括：
判断所述振源位置坐标是否位于预设区域内，所述预设区域为安防区域；
当所述振源位置坐标位于预设区域内时，判断所述振源物理特征是否满足预设特征，所述预设特征用于表征预存的入侵源的物理特征；
当所述物理特征满足所述预设特征时，输出报警信号。
3.如权利要求2所述的周界安防方法，其特征在于，所述根据所述振动信号识别所述振动信号的振源的物理特征包括：
对振动采集信号进行频谱分析、能量谱分析、小波分析和模式识别中的至少之一的算法得到振源的匹配物理特征。
4.如权利要求2所述的周界安防方法，其特征在于，所述根据所述振动信号计算所述振源的位置坐标，包括：
根据所述预设区域建立坐标系网络；
根据各所述系传感器获取的振动信号计算所述坐标系网络各网格点的震动强度函数；
判断各所述网格点的强度函数的值大小；
将所述值最大的所述强度函数对应的网格点确定为振源位置。
5.如权利要求2所述的周界安防方法，其特征在于，在获取不位于同一直线上的至少三个振动传感器采集的振动信号之前包括：
获取用于表征安防区域天气状况的气象信号；
根据所述气象信号选择与所述气象信号对应的工作模式，不同的所述工作模式对应的所述预设特征不同。
6.一种周界安防装置，其特征在于，包括：
多个振动传感器，其中，所述多个振动传感器中的至少三个振动传感器不位于一条直线上；
主机，与所述多个振动传感器连接，用于获取所述振动传感器采集的振动信号；并执行如权利要求1-5任意一项所述的周界安防方法。
7.如权利要求6所述的周界安防装置，其特征在于，还包括：
气象传感器，与所述主机连接，采集用于表征安防区域天气状况的气象信号；
所述主机用于根据所述气象信号选择与所述气象信号对应的工作模式，不同的所述工作模式的对应的预设特征不同，所述预设特征用于表征预存的入侵源的物理特征。
8.如权利要求7所述的周界安防装置，其特征在于，还包括：
数据采集器，分别与所述气象传感器、所述多个振动传感器和所述主机通信连接，用于将所述振动信号和所述多气象信号传输至所述主机。
9.如权利要求8所述的周界安防装置，其特征在于，
所述数据采集器通过有线通信和/或无线通信分别与所述气象传感器、所述多个振动传感器和所述主机连接。
10.如权利要求7所述的周界安防装置，其特征在于，还包括：
滤波器，设置在所述多个振动传感器、所述气象传感器与所述主机之间，用于对所述振动信号和所述气象信号进行滤波。
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