CN110418284A - 一种区域监控系统 - Google Patents

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Abstract

一种区域监控系统，包括定位模块、电子地图、无线收发装置、摄像模块和控制模块；所述定位模块包括UWB标签和RFID模块，所述定位模块设置于可穿戴设备内，所述UWB标签用于实时发送位置信息和身份识别标记，所述RFID模块存储有身份识别标记；所述无线收发装置为基站，所述基站用于接收UWB标签发送的信息和发送控制命令至定位模块；所述电子地图包括母地图和至少一个子地图，所述子地图对应限定区域且与所述限定区域的摄像模块绑定；所述控制模块包括控制平台和显示装置，所述控制平台与所述无线收发装置、摄像模块通信连接，所述显示装置用于显示身份识别标记并通过标亮显示身份信息和播放当前所处区域的影像资料。

Description

一种区域监控系统
技术领域
本发明涉及安防领域，更具体的是涉及一种区域监控系统。
背景技术
鉴于监狱服刑人员成分复杂，人员较多，而国内目前监狱的监管系统一般采用电子门禁，摄像监控以及报警系统辅助狱警管理，存在安全隐患。现有这些室内定位技术有：蓝牙定位技术，稳定性差，精度低；红外线定位，不能穿透障碍物，不能达到该监控定位想要的效果；Wi-Fi定位技术，定位覆盖范围广，但精度米级，精度低达办不到要求，主要适用工厂、主题公园等需要导航的场所，不适用监狱这种空间格局密集型场所；RFID定位技术，射频识别技术虽然定位精度高，但是抗干扰能力差，标识物不具备通信功能，不便于整合到其他系统，且在恶劣环境中，由于RFID不具备主动通信能力，所以在服刑人员越狱后不能再发送坐标，且在室内环境也有通讯空窗期；所以上述这些室内定位技术也不适合单独用于监狱定位系统。上述定位系统，从定位手段上看，一般都是基于测距定位算法，如果用于无线传感器网络则对传感器节点需求和要求高，同时测量获得的相对距离准确性低。
在人员定位后，人脸识别所需的技术设备过于昂贵，无法做到全社会的看守所普及，且受光线条件限制，在夜晚以及光线弱或者检测不到人脸的情况下无法达成有效识别。为了实现监狱人员智能化管理，实现此智能化的前提需要对监狱人员进行精准定位，有待设计一种新的定位系统，使定位精度要求达到厘米级以上，并且进一步降低定位设备的功耗。
发明内容
为了解决上述技术问题的至少一方面，本发明提供了如下解决方案。
1、一种区域监控系统，包括定位模块、电子地图、无线收发装置、摄像模块和控制模块，所述定位模块包括UWB标签和RFID模块，所述定位模块设置于可穿戴设备内，所述UWB标签用于实时发送位置信息和身份识别标记，所述RFID模块存储有身份识别标记；
所述无线收发装置为基站，所述基站用于接收UWB标签发送的信息和发送控制命令至定位模块；
所述电子地图包括母地图和至少一个子地图，所述子地图对应限定区域且与所述限定区域的摄像模块绑定；
所述摄像模块将拍摄的影像资料传输至控制模块；
所述控制模块包括控制平台和显示装置，所述控制平台与所述无线收发装置、摄像模块通信连接，所述显示装置用于显示身份识别标记并通过标亮显示身份信息和播放当前所处区域的影像资料。
进一步地讲，所述UWB标签采用固定发射间隔时间。
进一步地讲，所述控制平台通过计算同一UWB信号至不同基站所需的时间，确定定位模块的具体位置。
更进一步地讲，所述控制平台记录具体位置调动距离最近的摄像模块编号。
进一步地讲，所述定位模块将身份识别标记和位置信息打包以编码的形式通过UWB标签发送至基站。
进一步地讲，所述区域监控系统还包括手持识别模块，用于识别RFID标签内的身份识别标记。
进一步地讲，所述控制平台还包括云平台，所述云平台存储有身份识别信息。
更进一步地讲，工作人员通过可穿戴设备访问云平台，调取身份识别信息。
进一步地讲，所述RFID阅读器将身份识别标记写入RFID模块中。
该发明的优点：通过将服刑人员的可穿戴设备装配UWB标签和RFID模块，实现了进场和具体定位的功能，节约了可穿戴设备的能量消耗；在服刑人员进入某个区域时，由出入口处的RFID阅读器来让RFID模块接收能量后应答，在长期停留至某个区域时由UWB标签与基站之间的传送信息来判定服刑人员的具体位置，主要是考虑到了某些大型集会场合如服刑人员放风期间和在房间内休息的情况，RFID模块的定位精度并不足以到0cm之内的精度要求，而UWB利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，十分适合短距离传输，并且定位精度十分地高；且通过将服刑人员的位置投映在电子地图上，当前位置还可以显示距离最近的摄像模组编号，本系统可以通过显示装置上显示电子地图以及高亮标记来方便工作人员及时了解该区域服刑人员信息，将当前位置的视频图像投射到显示装置上方便查看。
附图说明
图1是本发明的区域监控系统的结构示意图。
图2是本发明其中一个实施例的流程图。
图3是本发明中另一个实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。
本发明中UWB(UItra Wideband)是一种无载波通信技术，RFID(Radio FrequencyIdentification)技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
区域监控系统架构:
如图1所示，一种区域监控系统，包括定位模块、电子地图、无线收发装置、摄像模块和控制模块。定位模块定时将位置信息和身份识别标记发送至无线收发装置，无线收发装置打包信息发送至控制模块，控制模块记录各个定位模块的位置变化，并记录定位模块所处区域和摄像模块的编号，将定位模块的位置在电子地图中显示。
定位模块：
所述定位模块包括UWB标签和RFID模块，所述定位模块设置于可穿戴设备内，所述UWB标签用于实时发送位置信息和身份识别标记，所述RFID模块存储有身份识别标记；
所述RFID模块自身是基于RFID近场通讯技术所开发的通讯模块，在RFID模块靠近某个磁场后，基于电磁效应使能RFID模块，使RFID模块开始工作并发射带有身份识别标记的信号。所述UWB标签通过将位置信息和身份识别标记编辑为一串代码，通过一定时间间隔有规律地发送代码，由于UWB通讯技术具有带宽宽的特性，因此具有通常扩频通信的特点，且因为UWB通讯不发射载波信号，只是发出瞬间脉冲电波，因此消耗电能极小。
无线收发装置：
所述无线收发装置包括RFID阅读器和基站，所述RFID阅读器设置限定区域的出入口用于识别RFID模块存储的身份识别标记；所述基站用于接收UWB标签发送的信息和发送控制命令至定位模块，基站自身包括通讯装置用于与控制模块通讯，由于基站内部设备皆为现有技术且本领域技术人员都了解，因此不在具体实施方式中列出详细配置。
RFID工作原理：标签进入磁场后，接收所述RFID阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。本发明采用的是无源标签，将RFID标签放置于可穿戴设备中，通过设立在限定区域出入口的RFID阅读器发送射频信号，RFID标签凭借电磁效应产生感应电流，将存储于RFID标签中的身份识别标记发送至RFID阅读器。
基站区域定位的原理：A、B、C为基站，接收范围恒定，可穿戴设备UWB标签发送带有自身身份识别标记的信号至周围的ABC三个基站。
A基站接收到UWB标签的信号，根据发送接收的时间差得出UWB标签距离A基站0.6米
B基站接收到UWB标签的信号，根据发送接收的时间差得出UWB标签距离B基站0.9米
C基站接收到UWB标签的信号，根据发送接收的时间差得出UWB标签距离C基站1.1米
由此可以通过软件计算出UWB标签最靠近基站A，即把UWB标签定位在A附近，实现区域定位。
通过上述的区域定位，可以实现对目标的初步定位，明确其所在的范围区域。电子地图：
所述电子地图包括母地图和至少一个子地图，所述子地图对应限定区域且与该区域的摄像模块绑定，所述摄像模块将拍摄的影像资料传输至控制模块；所述电子地图是将限定区域的面积地形地貌通过数字信号的形式记录下来。
控制模块：
所述控制模块包括控制平台和显示装置，所述控制平台与所述无线收发装置、摄像模块连接，控制平台接收基站、摄像模块发送的信息，并进行分类储存于数据库和云平台中；在工作人员输入相关人员信息查询，控制平台调取所查询的人员信息并通过显示装置以图像的形式显示。所述显示装置用于显示身份识别标记并通过标亮显示身份信息和当前所处区域的影像资料，还可以将电子地图以图像的形式显示限定区域，方便工作人员直观了解限定区域的地形情况。
所述基站设置于各个限定区域，彼此之间的间距依据通信范围等距离布置，基站自身可以记录信号到本基站的时间，并上传至控制平台。所述RFID阅读器设置于各个限定区域的出入口处，用于记录出入带有RFID标签的可穿戴设备。
控制平台通过接收某个UWB标签同一时间发出的位置信息，基站接收到的不同时间来推算出当前UWB标签所处的实际位置，控制推算的算法为距离＝TOF*C(光速)
ToF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机(Transceiver)(或被反射面)之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。传统的测距技术分为双向测距技术和单向测距技术。在信号电平比较好调制或在非视距视线环境下，基于RSSI(Received Signal Strength Indication，接收的信号强度指示)测距方法估算的结果比较理想；在视距视线环境下，基于ToF距离估算方法能够弥补基于RSSI距离估算方法的不足。
控制平台在确定定位模块的具体位置后，根据其在电子地图上的实际位置可以计算出限定区域内距离定位模块具体位置距离最近的摄像模块编号。通过记录监控对象行进全过程中经过的不同编号的摄像模块的时间，方便了将来需要调出该监控对象在指定时间段的影像资料时，控制平台可以调出指定时间段内监控对象所经过的摄像模块的摄像视频，且每个被调用的摄像视频都来自当时距离监控对象最近的摄像模块所拍摄。
显示装置可以显示实时视频画面。
在一种实施方式中，在监管人员发出统计信息后，首先控制模块通过基站命令该区域内的UWB标签将身份识别标记和位置信息打包以16位二进制代码的形式发送至基站，身份识别标记作为高八位二进制代码，所述位置信息作为低八位二进制代码。
在一种实施方式中，将UWB标签采用2秒发射间隔，基于某些表现良好的监室服刑人员或看守所，应将UWB标签的位置信息发送间隔延长至2秒到5秒不等，本实施例中选择2秒间隔的依据是2秒并不能使普通人的位置发生远距离变化，适用于表现良好的监控对象有助于延长可穿戴设备的一次性实用时间，降低了更换的次数频率。
其次，控制模块调取指定的监控对象的行进轨迹，本地服务器将该监控对象的在本区域内的位置信息打包发送至控制模块，控制模块汇总各个时间的位置信息绘制出该监控对象的运动轨迹并通过显示装置显示，方便监管人员查看。
在一种实施方式中，当工作人员需要核实该区域的人数时，该区域的基站向本区域内广播信号，服刑人员的电子脚环中的UWB标签在收到广播信号后发送自己的应答信号至基站，基站将应答信号打包发送至控制平台，控制平台核实应答信号总数与记录的总数是否一致。
在具体的一个实施例中，监控对象的身份识别标记为“00000001”，位置信息为“10000000”，监控对象所携带的可穿戴设备将自身的身份识别标记和当前位置信息打包合成“0000000110000000”的16位二进制代码发送至基站，基站将二进制代码发送至控制平台，控制平台在接收到16位二进制代码后进行解析，得出身份识别标记为“00000001”的监控对象，所处于“10000000”的位置，且控制平台记录此刻距离监控对象最近的摄像模块的编号和时间。
当工作人员需要查询指定监控对象在限定时间内的位置时，得知限定时间内指定监控对象的位置为“10000000”，控制平台调出已记录编号的摄像模块的影像资料，并且在显示装置上显示影像资料和该监控对象的身份信息，并通过颜色块标亮来让工作人员直观了解该监控对象所属的类别。
在一种实施方式中，控制平台会实时上传信息至云平台，控制平台与云平台通过基站连接，云平台存储有控制平台的相关信息，工作人员可以通过移动通讯设备访问云平台获取相关信息。
在一种实施方式中，在电力供应失效时，工作人员可通过可穿戴设备访问云平台，方便工作人员通过手持的RFID阅读器来确认各个服刑人员的信息，避免出现服刑人员趁机越狱的情况。
在一种实施方式中，如图2所示，工作人员需要进入某个区域的情况，工作人员需提前在控制平台上输入进入区域的编号，设置在区域内的停留时间。工作人员离开监控室时，由于监控室出入口设置有基站的存在，基站会检测到工作人员的身份识别标记并发送至控制平台，控制平台识别出该工作人员的身份并记录离开的时间；工作人员在前进至目标区域的过程时，由于路径中的各个区域都是由出入口的存在，因此工作人员在路过各个区域的出入口时，由于自身可穿戴设备UWB标签时隔两秒就会发送一次位置信息和身份识别标记的脉冲信号，该区域内的基站将受到该UWB标签脉冲信号的时间和身份识别标记至控制平台，控制平台依托ToF测距方法，根据接收时间最早的两个基站和距离得出工作人员的具体位置在电子地图上对应的位置，并将对应区域的子地图和工作人员的位置在显示装置上显示。控制平台在不断接收到属于该工作人员的位置信息后会将电子地图上的位置连线形成轨迹，在显示装置中显示，方便了留守于监控室的其他工作人员及时了解执行任务的工作人员位置动向。
控制平台在解析出该工作人员所处的具体位置时，会将该区域的摄像模块所拍摄的实时监控视频画面在显示装置中显示，并根据工作人员的类别进行颜色块标亮，方便留守于监控室的其他工作人员及时了解该工作人员所处区域的实际情况，当工作人员通过可穿戴设备中的移动通讯设备确认完成任务后，将从任务开始至结束，该工作人员的位置轨迹和途径区域的摄像模块编号和时段都保存于控制平台的存储介质中。
在另一个具体实施方式中，服刑人员在进入看守所之前，须由工作人员输入活动区域的时间段和限定区域，服刑人员活动在限定区域内，由服刑人员自身佩戴的可穿戴设备的UWB标签时隔两秒就会发送一次位置信息和身份识别标记的脉冲信号，该区域内的基站将受到该UWB标签脉冲信号的时间和身份识别标记至控制平台，控制平台依托ToF测距方法，根据接收时间最早的两个基站和距离得出服刑人员的具体位置在电子地图上对应的位置，并将对应区域的子地图和服刑人员的位置在显示装置上显示。
控制平台在解析出该服刑人员所处的具体位置时，会将该区域的摄像模块所拍摄的实时监控视频画面在显示装置中显示，方便留守于监控室的工作人员及时了解该服刑人员所处区域的实际情况，该服刑人员的位置轨迹和途径区域的摄像模块编号和时段都保存于控制平台的存储介质中。
在另一个实施方式中，如图3所示，当监控对象从A区域即将进入B区域时，由于各个区域提前用围栏等对区域进行物理上限制，且应用场景如看守所，都是封闭室内环境排除了服刑人员破坏墙体进入B区域，服刑人员需通过A区域的出入口进行进出。而设置于A区域出入口的第一RFID阅读器并不能判断行进的方向，工作人员可以通过在出入口同方向一侧加装一个第二RFID阅读器，所述第二RFID阅读器应设置距离第一RFID阅读器一定距离。而服刑人员所携带的可穿戴设备在路过每个RFID阅读器都会发送身份识别标记，RFID阅读器会将接受的身份识别标记和RFID阅读器编号打包发送至控制平台，控制平台会记录每个阅读器接收RFID标签的时间。
设置第一RFID阅读器为A区域的出入口，第二RFID阅读器距离第一RFID阅读器一定距离，属于A区域至B区域的中间区域。
当第二RFID阅读器先于第一RFID阅读器接收到RFID标签的时间，则控制平台判定服刑人员正在朝向第一RFID阅读器走去，即进入第一RFID阅读器所归属的A区域；当第一RFID阅读器接收到RFID标签的时间早于第二RFID阅读器，则认为服刑人员正在朝向第二RFID阅读器走去，即进入B区域，由于单一出入口的限定，使服刑人员的去向成为了唯一的选项。控制平台在接收到判定结果后，需及时记录服刑人员的出入状态。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种区域监控系统，包括定位模块、电子地图、无线收发装置、摄像模块和控制模块，其特征在于：所述定位模块包括UWB标签和RFID模块，所述定位模块设置于可穿戴设备内，所述UWB标签用于实时发送位置信息和身份识别标记，所述RFID模块存储有身份识别标记；
所述无线收发装置为基站，所述基站用于接收UWB标签发送的信息和发送控制命令至定位模块；
所述电子地图包括母地图和至少一个子地图，所述子地图对应限定区域且与所述限定区域的摄像模块绑定；
所述摄像模块将拍摄的影像资料传输至控制模块；
所述控制模块包括控制平台和显示装置，所述控制平台与所述无线收发装置、摄像模块通信连接，所述显示装置用于显示身份识别标记并通过标亮显示身份信息和播放当前所处区域的影像资料。
2.根据权利要求1所述的一种区域监控系统，其特征在于：所述UWB标签采用固定发射间隔时间。
3.根据权利要求1所述的一种区域监控系统，其特征在于：所述控制平台通过计算同一UWB信号至不同基站所需的时间，确定定位模块的具体位置。
4.根据权利要求3所述的一种区域监控系统，其特征在于：所述控制平台记录具体位置调动距离最近的摄像模块编号。
5.根据权利要求1所述的一种区域监控系统，其特征在于：所述定位模块将身份识别标记和位置信息打包以编码的形式通过UWB标签发送至基站。
6.根据权利要求1所述的一种区域监控系统，其特征在于：所述看守所监控系统还包括手持识别模块，用于识别RFID标签内的身份识别标记。
7.根据权利要求1所述的一种区域监控系统，其特征在于：所述控制平台还包括云平台，所述云平台存储有身份识别信息。
8.根据权利要求7所述的一种区域监控系统，其特征在于：工作人员通过可穿戴设备访问云平台，调取身份识别信息。
9.根据权利要求1所述的一种区域监控系统，其特征在于：所述RFID阅读器将身份识别标记写入RFID模块中。
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