CN110164071B

CN110164071B - 一种安防系统

Info

Publication number: CN110164071B
Application number: CN201910356807.1A
Authority: CN
Inventors: 聂泳忠; 余学虎; 李红星; 苏朱明; 赵阳; 宋慧延; 黄岚青
Original assignee: Fatri United Testing and Control Quanzhou Technologies Co Ltd
Current assignee: XIRENMA COMBINED MEASUREMENT AND CONTROL (QUANZHOU) TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2039-04-29
Also published as: CN110164071A

Abstract

本发明公开了一种安防系统，包括：多个埋地振动传感器，多个埋地振动传感器中的至少三个埋地振动传感器不位于一条直线上，用于获取地面振动信号；挂墙振动传感器，间隔设置于墙体上，用于获取墙体振动信号；主控装置，分别与多个埋地振动传感器和挂墙振动传感器连接，用于获取地面振动信号和/或墙体振动信号，并根据地面振动信号和/或墙体振动信号输出安防提示信号。不位于同一直线上的三个埋地振动传感器可以准确获得振源的二维坐标信息，挂墙振动传感器可以获得振源的高度信息，主控装置通过埋地振动传感器和/或挂墙振动传感器所获取的信息输出的安防提示信号更为准确。

Description

一种安防系统

技术领域

本发明涉及安防领域，具体涉及一种安防系统。

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，而且无法对入侵源的攀爬行为做出判断，缺乏智能报警击退的功能。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种安防系统，以解决现有技术不能准确识别入侵源，容易产生误判、无法对入侵源的攀爬行为做出判断以及缺乏智能报警击退功能的问题。

本发明实施例提供了一种安防系统，包括：多个埋地振动传感器，多个埋地振动传感器中的至少三个埋地振动传感器不位于一条直线上，用于获取地面振动信号；挂墙振动传感器，间隔设置于墙体上，用于获取墙体振动信号；主控装置，分别与多个埋地振动传感器和挂墙振动传感器连接，用于获取地面振动信号和/或墙体振动信号，并根据地面振动信号和/或墙体振动信号输出安防提示信号。

可选地，主控装置还用于根据地面振动信号和/或墙体振动信号识别振源物理特征和位置坐标。

可选地，根据地面振动信号和/或墙体振动信号识别振源物理特征包括：对振动采集信号进行频谱分析、能量谱分析和小波分析中的至少之一的算法得到振源的匹配物理特征；主控装置还用于判断物理特征是否满足第一预设特征，第一预设特征用于表征预存的入侵源物理特征；当物理特征满足第一预设特征时，确认振源为入侵源。

可选地，根据地面振动信号和/或墙体振动信号识别振源位置坐标包括：根据预设区域建立坐标系网络；根据各系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；判断各网格点的强度函数的值大小；将值最大的强度函数对应的网格点确定为振源位置。

可选地，安防系统还包括：传感器，设置在墙体上，与主控装置连接用于表征墙体所受的拉力的拉力信号；主控装置还用于根据墙体振动信号和拉力信号识别墙体上的振源物理特征和位置坐标。

可选地，安防系统还包括：图像采集装置，与主控装置连接，在主控制装置30的控制下根据位置坐标采集振源的图像信息；主控装置还用于判断图像信息是否满足第二预设特征，第二预设特征用于表征预存的入侵源图像特征；当图像信息满足第二预设特征时，确认振源为入侵源。

可选地，安防系统还包括：驱赶装置，与主控装置通信连接，主控装置确认存在入侵源时，控制驱赶装置执行安保操作。

可选地，驱赶装置包括：无人机、无人车、语音提示模块、报警模块中的至少一种。

可选地，安防系统还包括：气象传感器，与主控装置连接，采集用于表征安防区域天气状况的气象信号；主控装置还用于根据气象信号选择与气象信号对应的工作模式，不同的工作模式对应的第一预设特征不同，第一预设特征用于表征预存的入侵源的物理特征。

可选地，安防系统还包括：用户端，与主控装置通信，用于接收主控装置发送的安防提示信息。

本发明具有以下有益效果：

1.不位于同一直线上的三个埋地振动传感器可以准确获得振源的二维坐标信息，挂墙振动传感器可以获得振源的高度信息，主控装置通过埋地振动传感器和/或挂墙振动传感器所获取的信息输出的安防提示信号更为准确。

2.根据地面振动信号和/或墙体振动信号识别振源物理特征，可以识别振源的类型(例如识别振源为人、车或者物理冲击)，通过与第一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。

3.将力传感器设置在墙体上，主控装置根据墙体振动信号和所述拉力信号判断入侵源是否有攀爬行为，并且可以识别墙体上的振源物理特征和位置坐标。

4.在安防系统中设置有图像采集装置，检测到振源的物理特征和位置信息后，根据位置坐标通过图像采集装置对振源进行视频或图像的采集，可以对振源再次确认，防止对振源的误判。

5.在安防系统中设置不同的驱赶装置，当主控装置确认存在入侵源时，可以控制驱赶装置对入侵源进行不同程度的驱赶操作。

6.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，使得安防系统不会在极端天气下产生误判。

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安防系统结构示意图；

图2示出了本发明实施例的安防系统结构拓扑图；

图3示出了本发明实施例图墙体振源识别的装置的结构示意图。

图4示出了本发明实施例安防系统示意图；

图5示出了本发明实施例安防系统结构示意图。

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安防系统，如图1和图2所示，安防系统包括：多个埋地振动传感器10，多个埋地振动传感器10中的至少三个埋地振动传感器10不位于一条直线上，用于获取地面振动信号；挂墙振动传感器2020，间隔设置于墙体上，用于获取墙体振动信号；主控装置30，分别与多个埋地振动传感器10和挂墙振动传感器20连接，用于获取地面振动信号和/或墙体振动信号，并根据地面振动信号和/或墙体振动信号输出安防提示信号，主控装置30可以为本地服务器31，将获取的地面振动信号和/或墙体振动信号传输到本地服务器进行计算，得到计算结果后将获取的信息和所得结果上传至云端服务器32，主控装置30也可以为云端服务器32，将获取的地面振动信号和/或墙体振动信号直接传输到云端服务器进行计算与存储。

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埋地振动传感器10，在保证有三个埋地振动传感器10不位于同一条直线的前提下，埋地传感器数量的增减换和埋地传感器拓扑结构的变化都不会影响本发明的功能。只设置一个埋地振动传感器10时，只能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埋地振动传感器10的距离，无法准确定位；设置两个埋地振动传感器10时，可以检测振动源的物理特征，由于缺乏第三个埋地振动传感器10，检测到的振动源的位置会出现两个，分别在两个埋地振动传感器10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埋地振动传感器10。

如图3所示，墙体包括普通砖墙、混凝土墙、铁丝网、铁栅栏、软质墙体。墙体每间隔一段距离设置一个挂墙振动传感器20，挂墙振动传感器20以有线方式连接，连接方式可以是CAN总线、以太网、光纤网络，挂墙振动传感器20用通信总线组成网络级联。挂墙振动传感器20设置的个数可以根据具体的需求设置，在此不做具体的限定。

在本实施例中，埋地振动传感器10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。

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埋地振动传感器10中所有最外围的埋地振动传感器10围成的区域，具体的可以根据最外围的埋地振动传感器10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。由于各个埋地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埋地振动传感器10能够检测到的区域。例如，图4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、4，四颗埋地振动传感器10，其中安防区域内的任意一点均在至少三个埋地振动传感器10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，确定埋地振动传感器10数量及埋地振动传感器10拓扑结构，将埋地振动传感器10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埋地振动传感器10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，分别对各埋地振动传感器10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埋地振动传感器10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；根据各埋地振动传感器10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，依据每个埋地振动传感器10到主控制装置30的距离确定延时向量，埋地振动传感器10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控装置，并且在新的时间段内缓存将被新数据覆盖并再次发送；主控装置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、能量谱分析和小波分析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。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埋地振动传感器10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，d_l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，E_3j表示第j个频带的总能量；S_3j表示第j个频带的重构信号；x_jk表示重构信号S_3j的离散点的幅值。

由于E_3j(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E_3j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，如图2安防系统拓扑的结构图所示，安防系统还包括：力传感器80，设置在墙体上，与主控装置连接用于表征墙体所受的拉力的拉力信号；主控装置还用于根据墙体振动信号和拉力信号识别墙体上的振源物理特征和位置坐标，所称位置坐标可以包括地面位置坐标和墙体上的位置坐标。墙体上方每间隔一段距离设置一个力传感器80，挂墙振动传感器20和力传感器80为1对1配置，挂墙振动传感器20留有数字采集接口，可以读取力传感器80的数据，并对力传感器80的数据进行分析，可以得到靠近或触碰墙体的振源的重量信息。

在可选的实施例中，安防系统还包括：图像采集装置40，图像采集装置40包括球机、枪机、鹰眼摄像机中的至少一种，与主控装置连接，在主控装置的控制下根据位置坐标采集所述振源的图像信息，根据位置坐标控制图像采集装置40对振源进行确认包括：获取图像采集装置40发送的图像信息；判断图像信息是否满足第二预设特征，第二预设特征用于表征预存的入侵源图像特征；当图像信息满足第二预设特征时，确认振源为入侵源。

在可选的实施例中，安防系统还包括：驱赶装置90，驱赶装置90包括无人车92、无人车91、语音提示模块、报警模块中的至少一种，无人车92和无人车91也可以实现图像采集功能，在使用无人车92和/或无人车91进行驱赶时，可以传回现场图像信息，主控装置与语音提示模块和报警模块中通信连接可以为有线通信连接，有线连接的通信方式为以太网、光纤，也可以为无线通信连接，无线通信连接的方式为WIFI或者满足带宽的网络，主控装置确认存在入侵源时，控制所述驱赶装置90执行安保操作。安保操作分为三种：跟踪、驱离和抓捕。

对入侵源进行跟踪时，可选择自动过手动操作无人车92或无人车91进行视频确认和跟踪。

驱离方式分为三种，可选择用麦克风93进行警告驱离，麦克风93安装于需要声学驱离的区域，工作人员可以远程喊话，麦克风93通过有线和无线的方式与系统进行通信；可选择用无人车92进行警告驱离，主控装置通过无人车92控制器911控制无人车92监控区域巡航，并按照系统要求进行相应的发出声音、光柱投射、发射投掷物、射击等行为，无人车92在执行完任务后可以自动或者手动进行充电；可选择用无人车91进行警告驱离，主控装置通过无人车91控制器921控制无人车91监控区域巡航，并按照系统要求进行相应的发出声音、光柱投射、发射投掷物、射击等行为，无人车91在执行完任务后可以自动或者手动进行充电。

抓捕方式分为两种：在没有启动无人车92的情况下，用户依靠图像采集装置40实时采集的图像信息，秘密靠近入侵体，进行抓捕；在启动无人车92的情况下，用户依靠无人车92实时采集的图像信息，秘密靠近入侵体，进行抓捕。

在可选的实施例中，安防系统还包括气象传感器70，与主控装置50连接，获取气象传感器70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70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。具体地，气象传感器70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，安防系统还包括：用户端60，与主控装置通信，用于接收主控装置发送的安防提示信息。根据图像采集装置40形成的监控区域的全景视频可以在用户端60显示，用户可以通过点击全景视图中的物理坐标点，驱动图像采集装置40对此坐标点进行聚焦、放大、拍照、视频录取等操作

在可选的实施例中，安防系统还包括数据采集器30，可以针对一个传感器、图像采集装置40和驱赶装置90设置单独的数据采集器30，也可以所有的所有的传感器、图像采集装置40和驱赶装置90设置同一个数据采集器30，通过有线通信和/或无线通信分别与气象传感器70、多个埋地振动传感器10、挂墙传感器、驱赶装置90和主控装置通信连接，数据采集器30实时读取气象传感器70、埋地振动传感器10和挂墙振动传感器20采集的数据，将读取的信息传送给主控装置50，如果埋地振动传感器10和挂墙振动传感器20为非智能传感器，数据采集器30与振动传感器通过信号电缆连接，如果振动传感器为智能传感器，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采集的数据。

在可选的实施例中，主控装置50，包括：至少一个处理器51；以及与至少一个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

1.一种安防系统，其特征在于，包括：

多个埋地振动传感器，所述多个埋地振动传感器中的至少三个埋地振动传感器不位于一条直线上，用于获取地面振动信号；

挂墙振动传感器，间隔设置于墙体上，用于获取墙体振动信号；

主控装置，分别与所述多个埋地振动传感器和所述挂墙振动传感器连接，用于获取所述地面振动信号和/或所述墙体振动信号，并根据所述地面振动信号和/或所述墙体振动信号输出安防提示信号；每个埋地振动传感器和挂墙振动传感器以固定采样频率采样，并且从同步时刻开始后，以固定时间间隔将经过模数转换的采样数据传输给主控装置；主控装置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，并绘制包含所有运动元轨迹的振动地图；

所述主控装置还用于根据所述地面振动信号和/或所述墙体振动信号识别振源位置坐标；

所述根据所述地面振动信号和/或所述墙体振动信号识别振源位置坐标包括：

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震动强度函数的值大小；

将所述值最大的所述震动强度函数对应的网格点确定为振源位置；

根据各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，包括：

根据振动波在预设区域的介质中传播波速，计算振动波在坐标系网络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；

根据所述到时模型，分别对各埋地振动传感器采集的坐标系网络中各网格点的振动信号进行归一化处理得到各埋地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；

根据各埋地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网络中各网格点的强度函数；

对所述强度函数平滑处理得到震动强度函数。

2.如权利要求1所述的安防系统，其特征在于，所述主控装置还用于根据所述地面振动信号和/或所述墙体振动信号识别振源物理特征。

3.如权利要求2所述的安防系统，其特征在于，所述根据所述地面振动信号和/或所述墙体振动信号识别振源物理特征包括：

对振动采集信号进行频谱分析、能量谱分析和小波分析中的至少之一的算法得到振源的匹配物理特征；

所述主控装置还用于判断所述物理特征是否满足第一预设特征，所述第一预设特征用于表征预存的入侵源物理特征；

当所述物理特征满足第一预设特征时，确认振源为入侵源。

4.如权利要求2所述的安防系统，其特征在于，还包括：力传感器，设置在所述墙体上，与所述主控装置连接用于表征墙体所受的拉力的拉力信号；所述主控装置还用于根据所述墙体振动信号和所述拉力信号识别所述墙体上的振源物理特征和位置坐标。

5.如权利要求2所述的安防系统，其特征在于，还包括：图像采集装置，与所述主控装置连接，在所述主控装置的控制下根据所述位置坐标采集所述振源的图像信息；

所述主控装置还用于判断所述图像信息是否满足第二预设特征，所述第二预设特征用于表征预存的入侵源图像特征；

当所述图像信息满足第二预设特征时，确认振源为入侵源。

6.如权利要求5所述的安防系统，其特征在于，还包括：驱赶装置，与所述主控装置通信连接，所述主控装置确认存在入侵源时，控制所述驱赶装置执行安保操作。

7.如权利要求6所述的安防系统，其特征在于，所述驱赶装置包括：无人机、无人车、语音提示模块、报警模块中的至少一种。

8.如权利要求1-7任一项所述的安防系统，其特征在于，还包括：

气象传感器，与所述主控装置连接，采集用于表征安防区域天气状况的气象信号；所述主控装置还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对应的第一预设特征不同，所述第一预设特征用于表征预存的入侵源的物理特征。

9.如权利要求8所述的安防系统，特征在于，还包括：

用户端，与所述主控装置通信，用于接收所述主控装置发送的安防提示信息。