CN111366946B - 一种狱所通道防护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种狱所通道防护方法及装置，首先获取激光雷达的实时扫描数据；根据实时扫描数据进行目标识别，确定目标的位置以及几何特征；根据目标的位置，判断目标是否在预设防护区内，预设防护区在激光雷达的扫描面内；如果目标在预设防护区内，则上报目标的位置和/或几何特征。本申请的技术方案可以完全不依赖人工干预主动监测，能够及时发现目标，并及时上报目标的实时位置及特征，提高工作效率，保证狱所内通道的安全。

Description

一种狱所通道防护方法及装置
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及一种狱所通道防护方法及装置。
背景技术
司法部规定监狱围墙内侧5米范围内应当划定警戒区域，并安装4米高的金属隔离网墙和蛇腹形刀刺进行物理隔离。目前常用的狱所内5米范围通道防护方法有：武警人员值守、红外对射周界和视频图像监控等。
然而，武警人员可以全天对内5米通道不断值守，但是由于人的监视距离大概在50米左右，完成对整个内5米通道会投入大量的武警人员，在武警岗哨正下方也存在监视盲区。在狱所5米通道内安装红外对射装置，当发生人员通过红外装置的监测线时，装置产生报警，该技术可以进行安全线检测，提高了防护效率，当人员通过安全线后，无法进行人员的持续监测，更无法进行人员位置的精确定位，发现目标能在地图上进行大面积标注，不能精确显示，更无法显示人员轨迹。而视频图像监控比这些技术更加完善，但是也存在着缺点和不足：人眼视觉敏锐视角仅为10°，同时观察多个屏幕，往往会遗漏重要信息；摄像机数量大于显示器数量，并非采用1:1方式，轮巡显示、多画面小图像的方式，很可能错过异常现象，任事态发展；监视与录像分开，无法“留住瞬间”画面或快速抽调录像辅助分析。另外，视频图像监控技术完全基于图像内容进行分析，在遇有雾、雨或夜间等环境时，受图像清晰程度的影响，会造成图像分析的失效；该技术性能不稳定，容易产生误报、漏报，实际效果存在较多问题，还无法进行人员精确定位，发现目标无法与地图匹配，在大多数情况下，系统只能用于事后取证，无法起到预防、预警的作用。
因此，如何在全天监测狱所内5米通道的同时及时上报目标的位置保证狱所监测通道内的安全，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种狱所通道防护方法及装置，自动对狱所监测区域的目标进行监测，并及时上报目标位置。
一方面，本申请实施例提供了一种狱所通道防护方法，包括：
获取激光雷达的实时扫描数据；
根据所述实时扫描数据进行目标识别，确定所述目标的位置以及几何特征；
根据所述目标的位置，判断所述目标是否在预设防护区内，所述预设防护区在所述激光雷达的扫描面内；
如果所述目标在预设防护区内，则上报所述目标的位置和/或几何特征。
结合第一方面，所述根据实时扫描数据进行目标识别，确定所述目标的位置以及几何特征的步骤还包括：
判断所述激光雷达的类型，所述类型包括单线激光雷达和多线激光雷达；
如果所述类型为单线激光雷达，则进行横截面扫描获得几何特征；
如果所述类型为多线激光雷达，则扫描目标的外形尺寸获得几何特征。
结合第一方面，所述根据所述目标的位置，判断所述目标是否在预设防护区内的步骤包括：
将预设防护区任意相邻两个边缘点与所述目标构成一个子区域；
计算所有子区域的面积之和；
判断所有子区域的面积之和是否等于预设防护区的面积；
如果所有子区域的面积之和等于预设防护区的面积，则所述目标在预设防护区内；
如果所有子区域的面积之和不等于预设防护区的面积，则所述目标不在预设防护区内。
结合第一方面，所述计算所有子区域的面积之和的步骤包括：
获取所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，所述边缘点与所述目标在同一个坐标系中；
根据所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，计算所有子区域的面积之和。
结合第一方面，所述获取目标的二维坐标的步骤包括：
以所述激光雷达为极点，获取所述目标的极坐标；
将所述极坐标转换为二维坐标。
第二方面，本申请实施例提供了一种狱所通道防护装置，包括：
激光雷达，用于实时发射脉冲激光并接收反射信号，计算扫描数据；
数据获取单元，用于获取激光雷达的实时扫描数据；
目标位置确定单元，用于根据所述实时扫描数据进行目标识别，确定所述目标的位置以及几何特征；
判断单元，用于根据所述目标的位置，判断所述目标是否在预设防护区内，所述预设防护区在所述激光雷达的扫描面内；如果所述目标在预设防护区内，则上报所述目标的位置和/或几何特征。
结合第二方面，所述目标位置确定单元还用于：
判断所述激光雷达的类型，所述类型包括单线激光雷达和多线激光雷达；
如果所述类型为单线激光雷达，则进行横截面扫描获得几何特征；
如果所述类型为多线激光雷达，则扫描目标的外形尺寸获得几何特征。
结合第二方面，所述判断单元还用于：
将预设防护区任意相邻两个边缘点与所述目标构成一个子区域；
计算所有子区域的面积之和；
判断所有子区域的面积之和是否等于预设防护区的面积；
如果所有子区域的面积之和等于预设防护区的面积，则所述目标在预设防护区内；
如果所有子区域的面积之和不等于预设防护区的面积，则所述目标不在预设防护区内。
结合第二方面，所述判断单元还用于：
获取所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，所述边缘点与所述目标在同一个坐标系中；
根据所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，计算所有子区域的面积之和。
结合第二方面，所述判断单元还用于：
以所述激光雷达为极点，获取所述目标的极坐标；
将所述极坐标转换为二维坐标。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种狱所通道防护方法及装置，首先获取激光雷达的实时扫描数据；根据实时扫描数据进行目标识别，确定目标的位置以及几何特征；根据目标的位置，判断目标是否在预设防护区内，预设防护区在激光雷达的扫描面内；如果目标在预设防护区内，则上报目标的位置和/或几何特征。本申请的技术方案可以完全不依赖人工干预主动监测，能够及时发现目标，并及时上报目标的实时位置及特征，提高工作效率，保证狱所内通道的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施案例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一种狱所通道防护方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的激光雷达扫描区域与狱所通道的示意图；
图3为本申请实施例提供的激光雷达扫描角度示意图；
图4为本申请实施例提供的预设防护区与目标的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种狱所通道防护装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，本申请提供了一种狱所通道防护方法，包括：
步骤101，获取激光雷达的实时扫描数据。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射激光束，然后将接收到的从目标反射回来的回波与发射光束进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达采用“光速－时间”飞行原理，通过高速扫描对二维场景(平面)或者三维场景进行复现。
步骤102，根据所述实时扫描数据进行目标识别，确定所述目标的位置以及几何特征。实时扫描的数据包括目标初始的位置、目标移动过程中的每一某一时刻的位置，根据这些位置可以进行目标距离和速度的识别，再有，雷达还可以对目标的外形轮廓进行扫描，通过计算分析获得目标的形状特征、姿态特征等等。
步骤103，根据所述目标的位置，判断所述目标是否在预设防护区内，所述预设防护区在所述激光雷达的扫描面内；如图2所示，位置1为激光雷达安装的位置，其扫描半径大于通道2的宽度，在实际的应用场景中，通道2的宽度为5米，预设防护区3的宽度与通道2的宽度相同，但是整个预设防护区3应该处于激光雷达与通道2相交的扫面范围内，保证激光雷达对预设防护区实时的全面监控。激光雷达以自身的位置为原点，可以分别计算目标移动过程与自身距离以及预设防护区各个边缘点与自身的距离，进而利用面积比较的方式，判断出目标是都在预设防护区内，如果在，则该目标则为警报目标，此时应该提醒狱所的警卫人员，如果计算出目标并未在预设防护区内，可能的情况就是目标出现在预设防护区附近，可以被雷达扫描到，但是并未有异常行为，可以排除在警报情况之外，如图2所示，此时目标可能存在与激光雷达扫描的区域4中。
步骤104，如果所述目标在预设防护区内，则上报所述目标的位置和/或几何特征。如果警报目标出现，那么不仅要提醒狱所警卫，还要及时上报目标的位置，以便相关人员能够掌握目标的行动方向，及时地采取防范措施。或者单独上报目标的几何特征，也可以根据几何特征进一步确定目标的行动方向。再或者还可以同时上报目标的位置和几何特征，使得对目标的定位更加准确。
可选的，步骤102还包括：
步骤201，判断所述激光雷达的类型，所述类型包括单线激光雷达和多线激光雷达。单线激光雷达可以发出一束脉冲激光，而多线激光雷达可以发出若干束脉冲激光。
步骤202，如果所述类型为单线激光雷达，则进行横截面扫描获得几何特征。单线激光雷达将脉冲激光发射并接收反射信号，通过时间差计算出目标物的距离；此测量过程在高速旋转过程中不断重复，从而得到一组组不同角度下目标物距离数据，从而实现了对二维场景的复现，并不断的进行更新。当该场景内有任何物体位置、角度发生变化时，都会被雷达捕捉并定位。如图3所示，激光雷达按照0-360度的扇形区域或者圆形区域进行扫描；在某个角度位置，通过测算目标物光波反射回来的时间差，来准确的计算目标物距离远点的距离，从而实现精准定位。
步骤203，如果所述类型为多线激光雷达，则扫描目标的外形尺寸获得几何特征。多线激光雷达将脉冲激光发射并接收反射信号，通过时间差计算出目标物的距离；此测量过程在高速旋转和不断变换垂直发射角度过程中不断重复，从而得到三维扫描数据，从而实现对三维场景复现。
进一步的，本申请实施例中的几何特征是激光雷达根据扫描的数据获得的目标的方向、周长和面积等方面的特征。几何特征尽管比较直观和简单，但在许多图像分析问题中起着十分重要的作用。
可选的，步骤103还包括：
步骤301，将预设防护区任意相邻两个边缘点与所述目标构成一个子区域。如果预设防护区为矩形，如图4所示，则可选择四个顶点作为边缘点，分别是A、B、C和D，所述目标为点P，分别将A、B与P，B、C与P，C、D与P，以及A、D与P构成四个三角形ABP、BCP、CDP和ADP。当然，预设防护区还可以是其他形状，不仅仅局限于矩形，只是本申请中由于狱所内通道是度为5米的矩形，所以预设防护区为了与通道范围，选择矩形更加符合本申请的要求。如果根据用户的其他需要，将预设防护区设置为圆形或者其他多边形，通过本申请的方法也是可以计算出目标是否存在与预设防护区内的。
步骤302，计算所有子区域的面积之和。例如，ABP的面积用SABP表示，那么仍上述图4中的矩形为例，所有三角形的面积之和为S2，S2＝SABP+SBCP+SCDP+SADP。
步骤303，判断所有子区域的面积之和是否等于预设防护区的面积，预设防护区的面积用S1表示，则判断S1是否等于S2。
步骤304，如果所有子区域的面积之和等于预设防护区的面积，则所述目标在预设防护区内。
步骤305，如果所有子区域的面积之和不等于预设防护区的面积，则所述目标不在预设防护区内。
可选的，步骤302,还包括：
步骤401，获取所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，所述边缘点与所述目标在同一个坐标系中。仍以图4中的A、B、C、D和P点为例，其二维坐标分别为同一坐标系下的A(x1，y1)，B(x2，y2)，C(x3，y3)和D(x4，y4)目标为P(x，y)，其中，以激光雷达为坐标的原点。
可选的，步骤401还包括：
步骤501，以所述激光雷达为极点，获取所述目标的极坐标。由于激光雷达的扫描面为扇形，因此以激光雷达为原点不能直接获得目标的二维直角坐标，而是首先以极坐标的形式出现。那么单线激光雷达扫描出的目标P点的原始极坐标为(ρ，θ)，其中，ρ为目标点P到激光雷达的直线距离，称为P点的极径，θ为目标点P与激光雷达连线与极轴之间形成的角度，称为P点的极角，在本申请中，如图4所述，极点右侧为极轴的方向。多线激光雷达扫描出的目标P点的原始极坐标为(ρ，θ，α)，其中，ρ与θ以上述单线激光雷达介绍的内容相同，可以理解为二维空间中ρ与θ表示X和Y方向上的参量，而α为三维空间中Z方向上P点与极轴之间的形成的极角。
步骤502，将所述极坐标转换为二维坐标。将上述极坐标(ρ，θ)转换为二维直接坐标公式为：
x和y表示P点的直角坐标。
将上述极坐标(ρ，θ，α)。转换到预设防护区为二维直角坐标公式为：
x和y表示P点的直角坐标。
步骤402，根据所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，计算所有子区域的面积之和。具体的计算方法可以根据海伦公式计算，再此不过多赘述。
值得说明的是，本申请技术方案中的激光雷达实时监测狱所内通道的区域，一旦有目标进入扫描区，激光雷达以及其他运算单元就开始进行相应的处理。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种狱所通道防护方法，首先获取激光雷达的实时扫描数据；根据实时扫描数据进行目标识别，确定目标的位置以及几何特征；根据目标的位置，判断目标是否在预设防护区内，预设防护区在激光雷达的扫描面内；如果目标在预设防护区内，则上报目标的位置和/或几何特征。本申请的技术方案可以完全不依赖人工干预主动监测，能够及时发现目标，并及时上报目标的实时位置及特征，提高工作效率，保证狱所内通道的安全。
参见图5，本申请还提供了一种狱所通道防护装置，包括：
激光雷达51，用于实时发射脉冲激光并接收反射信号，计算扫描数据；
数据获取单元52，用于获取激光雷达的实时扫描数据；
目标位置确定单元53，用于根据所述实时扫描数据进行目标识别，确定所述目标的位置以及几何特征；
判断单元54，用于根据所述目标的位置，判断所述目标是否在预设防护区内，所述预设防护区在所述激光雷达的扫描面内；如果所述目标在预设防护区内，则上报所述目标的位置和/或几何特征。
可选的，所述目标位置确定单元53还用于：
判断所述激光雷达的类型，所述类型包括单线激光雷达和多线激光雷达；
如果所述类型为单线激光雷达，则进行横截面扫描获得几何特征；
如果所述类型为多线激光雷达，则扫描目标的外形尺寸获得几何特征。
可选的，所述判断单元54还用于：
将预设防护区任意相邻两个边缘点与所述目标构成一个子区域；
计算所有子区域的面积之和；
判断所有子区域的面积之和是否等于预设防护区的面积；
如果所有子区域的面积之和等于预设防护区的面积，则所述目标在预设防护区内；
如果所有子区域的面积之和不等于预设防护区的面积，则所述目标不在预设防护区内。
可选的，所述判断单元54还用于：
获取所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，所述边缘点与所述目标在同一个坐标系中；
根据所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，计算所有子区域的面积之和。
可选的，所述判断单元54还用于：
以所述激光雷达为极点，获取所述目标的极坐标；
将所述极坐标转换为二维坐标。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种狱所通道防护方法及装置，首先获取激光雷达的实时扫描数据；根据实时扫描数据进行目标识别，确定目标的位置以及几何特征；根据目标的位置，判断目标是否在预设防护区内，预设防护区在激光雷达的扫描面内；如果目标在预设防护区内，则上报目标的位置和/或几何特征。本申请的技术方案可以完全不依赖人工干预主动监测，能够及时发现目标，并及时上报目标的实时位置及特征，提高工作效率，保证狱所内通道的安全。
本申请可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种狱所通道防护方法，其特征在于，包括：
获取激光雷达的实时扫描数据；
根据所述实时扫描数据进行目标识别，确定所述目标的位置以及几何特征；
根据所述目标的位置，将预设防护区任意相邻两个边缘点与所述目标构成一个子区域，所述预设防护区在所述激光雷达的扫描面内；
计算所有子区域的面积之和，所有子区域的面积之和根据所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标计算得到，所述目标的二维坐标根据以所述激光雷达为极点对应的所述目标的极坐标转换得到；
判断所有子区域的面积之和是否等于预设防护区的面积；
如果所有子区域的面积之和等于预设防护区的面积，则上报所述目标的位置和/或几何特征。
2.根据权利要求1所述的防护方法，其特征在于，所述根据实时扫描数据进行目标识别，确定所述目标的位置以及几何特征的步骤还包括：
判断所述激光雷达的类型，所述类型包括单线激光雷达和多线激光雷达；
如果所述类型为单线激光雷达，则进行横截面扫描获得几何特征；
如果所述类型为多线激光雷达，则扫描目标的外形尺寸获得几何特征。
3.根据权利要求1所述的防护方法，其特征在于，所述计算所有子区域的面积之和的步骤包括：
获取所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，所述边缘点与所述目标在同一个坐标系中；
根据所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，计算所有子区域的面积之和。
4.根据权利要求3所述的防护方法，其特征在于，所述获取目标的二维坐标的步骤包括：
以所述激光雷达为极点，获取所述目标的极坐标；
将所述极坐标转换为二维坐标。
5.一种狱所通道防护装置，其特征在于，包括：
激光雷达，用于实时发射脉冲激光并接收反射信号，计算扫描数据；
数据获取单元，用于获取激光雷达的实时扫描数据；
目标位置确定单元，用于根据所述实时扫描数据进行目标识别，确定所述目标的位置以及几何特征；
判断单元，用于根据所述目标的位置，将预设防护区任意相邻两个边缘点与所述目标构成一个子区域，所述预设防护区在所述激光雷达的扫描面内；
计算所有子区域的面积之和，所有子区域的面积之和根据所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标计算得到，所述目标的二维坐标根据以所述激光雷达为极点对应的所述目标的极坐标转换得到；
判断所有子区域的面积之和是否等于预设防护区的面积；
如果所有子区域的面积之和等于预设防护区的面积，则上报所述目标的位置和/或几何特征。
6.根据权利要求5所述的防护装置，其特征在于，所述目标位置确定单元还用于：
判断所述激光雷达的类型，所述类型包括单线激光雷达和多线激光雷达；
如果所述类型为单线激光雷达，则进行横截面扫描获得几何特征；
如果所述类型为多线激光雷达，则扫描目标的外形尺寸获得几何特征。
7.根据权利要求5所述的防护装置，其特征在于，所述判断单元还用于：
获取所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，所述边缘点与所述目标在同一个坐标系中；
根据所述预设防护区边缘点的二维坐标和所述目标的二维坐标，计算所有子区域的面积之和。
8.根据权利要求7所述的防护装置，其特征在于，所述判断单元还用于：
以所述激光雷达为极点，获取所述目标的极坐标；
将所述极坐标转换为二维坐标。
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