CN111580081A - 高空坠物拦截系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了高空坠物拦截系统及方法。涉及安全领域，其中，高空坠物拦截系统用于拦截高空坠物，包括：雷达监测装置：用于监测探测区域得到坠物风险信息，和用于根据坠物风险信息发送监测信号；控制装置：与雷达监测装置连接，用于接收监测信号，并用于根据监测信号发送拦截指令；弹射装置：用于根据拦截指令弹射出拦截装置，以通过拦截装置拦截高空坠物。本申请实施例通过雷达监测装置实时监测是否有高空坠物，并将监测信号发送给控制装置生成拦截指令，根据拦截指令弹射出拦截装置拦截高空坠物，能够最大限度的保全高空坠物本身以及地面资产和设备，同时如果高空坠物是生命体时，最大程度减少对生命体的伤害。

Description

高空坠物拦截系统及方法
技术领域
本申请涉及安全领域，尤其是涉及高空坠物拦截系统及方法。
背景技术
高空坠物包括高空抛物和坠物，一直是城市管理的难题。常见的高空坠物有以下几种：例如附在楼体表层的瓷砖及装饰物、临街楼体的广告牌、灯箱、窗台上晾晒的衣物、放置的花盆、从窗户乱扔的垃圾杂物等，高空坠物不仅损害财物，还威胁人们的生命安全。其次常有儿童或者宠物高坠的新闻，对当事家庭伤害巨大。但是目前并没有能够对高空坠物进行监测，最大限度保全财物并保障人们的生命安全的解决方案。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出高空坠物拦截系统，能够对高空坠物进行实时监测，最大限度保全财物并保障人们的生命安全。
第一方面，本申请的一个实施例提供了：高空坠物拦截系统，用于拦截高空坠物，包括：
雷达监测装置：用于监测探测区域得到坠物风险信息，和用于根据所述坠物风险信息发送监测信号；
控制装置：与所述雷达监测装置连接，用于接收所述监测信号，并用于根据所述监测信号发送拦截指令；
弹射装置：与所述控制装置连接，用于根据所述拦截指令弹射出拦截装置，以通过所述拦截装置拦截所述高空坠物。
进一步地，所述雷达监测装置为毫米波相控阵雷达。
进一步地，所述毫米波相控阵雷达用于监测探测区域得到所述坠物风险信息，和用于根据所述坠物风险信息发送监测信号，所述监测信号包括：距离信息、速度信息和角度信息中一种或多种。
进一步地，所述控制装置还用于根据所述监测信号获取所述高空坠物的特征信息和用于根据所述特征信息发送所述拦截指令。
进一步地，所述特征信息包括：移动轨迹，所述弹射装置用于根据所述拦截指令弹射出与所述移动轨迹的位置对应的拦截装置。
进一步地，所述特征信息包括抛坠物大小，所述弹射装置用于根据所述抛坠物大小选择所述拦截装置。
进一步地，还包括：
图像采集装置：用于采集所述探测区域的监测图像，并发送至所述控制装置；
所述控制装置用于根据所述监测图像定位所述高空坠物的起始位置。
第二方面，本申请的一个实施例提供了：高空坠物拦截方法，应用于如第一方面任一项所述的高空坠物拦截系统，包括：
雷达监测装置监测探测区域得到坠物风险信息，并根据所述坠物风险信息发送监测信号；
控制装置接收所述监测信号，并根据所述监测信号发送拦截指令；
弹射装置根据所述拦截指令弹射出拦截装置，以通过所述拦截装置拦截所述高空坠物。
进一步地，还包括：所述雷达监测装置根据所述坠物风险信息生成所述监测信号；所述监测信号包括：距离信息、速度信息和角度信息中一种或多种。
本申请实施例的有益效果是：
本申请实施例的高空坠物拦截系统，用于拦截高空坠物，包括：雷达监测装置：用于监测探测区域得到坠物风险信息，和用于根据坠物风险信息发送监测信号；控制装置：与雷达监测装置连接，用于接收监测信号，并用于根据监测信号发送拦截指令；弹射装置：用于根据拦截指令弹射出拦截装置，以通过拦截装置拦截高空坠物。本申请实施例通过雷达监测装置实时监测是否有高空坠物，并将监测信号发送给控制装置生成拦截指令，根据拦截指令弹射出拦截装置拦截高空坠物，能够最大限度的保全高空坠物本身以及地面资产和设备，同时如果高空坠物是生命体时，最大程度减少对生命体的伤害。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。在附图中：
图1是本申请实施例中高空坠物拦截系统的一具体实施例结构示意图；
图2是本申请实施例中高空坠物拦截系统的一具体实施例场景示意图；
图3是本申请实施例中高空坠物拦截方法的一具体实施例实现流程图；
图4是本申请实施例中高空坠物拦截方法的又一具体实施例生成监测信号流程示意图；
图5是本申请实施例中高空坠物拦截方法的又一具体实施例中根据拦截指令进行拦截的流程示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本申请的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本申请实施例旨在对高空坠物进行监测，最大限度保全财物并保障人们的生命安全。
本申请一实施例提供高空坠物拦截系统，图1为本申请实施例提供的高空坠物拦截系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括以下装置：
雷达监测装置100：用于监测探测区域得到坠物风险信息，若监测到存在高空坠物，即有坠物风险，则发送监测信号。
在一种实施方式中，采用毫米波相控阵雷达作为雷达监测装置100，用于监测探测区域内的高空坠物，根据高空坠物的距离信息、速度信息和角度信息生成监测信号。探测区域即为该毫米波相控阵雷达的最大探测区域，因此根据需要将毫米波相控阵雷达放置在指定位置，以便其探测区域覆盖整个待监测区域。
相关技术中有通过图像侦测的方式识别判断是否有目标，图像采集识别的过程很难做到实时性。由于高空坠物的发生往往是瞬时的，坠落时间也很短暂，如果将图像采集识别的方式用于高空坠物的检测，由于缺乏实时性可能导致严重后果，例如检测不及时，导致没有成功拦截生命体，或者检测不及时，高空坠物对地面设施或者地面行人造成严重伤害。相关技术中还有通过传感器采集数据的方式识别判断是否有目标，传感器采集数据分辨率低，指向性不好，同时在复杂目标环境下无法降低环境影响采集到的精确的数据，在采集的数据精度低时，识别结果误差太大，用于高空坠物的检测，同样可能导致严重后果。
本申请实施例中相控阵雷达(Phased Array Radar，PAR)即相位控制电子扫描阵列雷达，其利用大量个别控制的小型天线单元排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的移相开关控制，通过控制各天线单元发射的相位，合成不同相位波束，将相控阵各天线单元发射的电磁波以干涉原理合成一个接近笔直的雷达主瓣。相控阵雷达的波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，数据率高，一个雷达可同时形成多个独立波束，分别实现搜索、识别、跟踪等多种功能，同时其目标容量大，可在探测区域的空域内同时监视、跟踪数百个目标，并且对复杂目标环境的适应能力强，抗干扰性能好。能够满足本申请实施例中对高空坠物监测实时性、准确性的要求。
另外，上述实施方式中，采用毫米波相控阵雷达作为雷达监测装置100，通常所说的毫米波是指30～300GHz频域(波长为1～10mm)的电磁波，毫米波相控阵雷达的空间分辨率高、指向性好、抗干扰能力强、探测性能好，并且穿透尘雾、雨雪、灰尘的能力强，能够全天候全天时工作在复杂目标环境中，最大可能避免不良环境对移动物体侦测的影响采集到精确数据，实现实时监控高空坠物发出监控信号。
在一种实施方式中，利用毫米波相控阵雷达计算得到坠物风险信息，坠物风险信息用于指示存在高空坠物，根据坠物风险信息生成监测信号，其中监测信号包括距离信息、速度信息和角度信息中一种或多种，其计算过程如下所述。
毫米波相控阵雷达测距的原理是：把无线电毫米波发射出去然后接收回波信号，根据发射信号和接受的回波信号之间的时间差测得目标的距离，表示为：
s＝ct/2
其中，s表示距离，c表示光速，t表示时间差。
毫米波相控阵雷达测速的原理是：利用多普勒效应，根据接收到回波信号的频率与发射信号的频率进行对比，从而得出目标和雷达之间的相对速度，表示为：
V＝λfd/2
其中，V表示相对速度，fd表示多普勒频率，λ表示回波信号波长。
毫米波相控阵雷达测角的原理是：采用相控阵天线构成波束，根据波束主瓣的固定角度得到目标的相对角度，表示为：
Figure BDA0002468248190000051
其中，Δd表示目标的相对角度，W表示波束的固定角度，λ表示回波信号波长。
根据上述毫米波相控阵雷达测距、测速和侧脚原理得到高空坠物的距离信息、速度信息和角度信息生成监测信号。
控制装置200：与雷达监测装置100通信连接，用于接收监测信号，并根据监测信号发送拦截指令。
在一种实施方式中，控制装置200根据监测信号中的高空坠物的距离信息、速度信息和角度信息获取高空坠物的特征信息，然后根据特征信息发送拦截指令，其中，特征信息包括：抛坠物大小和/或移动轨迹。
在一种实施方式中，控制装置200还可以根据抛坠物大小、下坠速度和移动轨迹大致判断是否是高空坠物或者高空坠物的类别，如果是树叶纸片之类的轻质物，则不属于高空坠物，就不发送拦截指令，避免造成资源浪费。判断高空坠物的类别可以利用机器学习建立目标检测模型的方式，通过大量训练样本训练目标检测模型，以提高识别准确度。
弹射装置300：与控制装置200通信连接，用于根据拦截指令弹射出拦截装置，以拦截高空坠物。
在一种实施方式中，弹射装置300在结构上采用拦截装置、多个高压弹簧、多折固定杠、锁定装置和触发控制装置，当触发控制装置接收到拦截指令时解除锁定装置，打开多个高压弹簧，利用高压弹簧的弹力展开拦截装置的多折固定杠，从而带动拦截装置展开，从而拦截从高空坠落的移动物体。
在一种实施方式中，如果探测区域较大，设置一个较大面积的拦截装置，其成本高，布置难度大，可以选择在探测区域布置多个小型的拦截装置，保证这些小型的拦截装置的拦截覆盖整个探测区域即可。
控制装置200根据高空坠物的移动轨迹发送拦截指令，弹射出与移动轨迹位置对应的拦截装置，即控制根据移动轨迹判定的指定地点位置处一个或多个小型拦截装置对该高空坠物进行拦截。
在一种实施方式中，拦截装置包括：拦截网和拦截气囊，可以根据抛坠物大小选择不同类型的拦截装置，并且拦截网可以根据实际应用场景需求利用各种不同密度、不同弹性的网面材料支撑。例如控制装置200判断高空坠物体积较小，则可以选择拦截网进行拦截，最大限度的防止高空坠物对地面上人、物的伤害；如果控制装置200根据抛坠物大小判断属于生命体，则选择拦截气囊拦截坠落的生命体，最大程度降低对生命体的伤害，生命体例如：小孩、猫、狗等。
另外，一些实施方式中，高空坠物拦截系统还包括：
图像采集装置400：用于采集探测区域的监测图像，并发送至控制装置200；
控制装置200根据监测图像定位高空坠物的起始位置。
由于目前高空坠物经常找不到“肇事者”，无法明确责任划分，导致整栋楼“连坐”担责，无法对一些恶意抛坠物的责任人进行惩处形成威慑。因此本实施方式中通过图像采集装置400，在不“侵犯”居民隐私的情况下，对所有楼层、房间坠落的物体进行全天候监测，获取监测图像发送至控制装置200，以便控制装置200根据实时图像进行辅助预判，结合监测图像和特征信息定位高空坠物的起始位置，即根据高空坠物的移动轨迹结合监测图像判定抛物楼层和窗口，便于事后取证，第一时间找到责任人。
在一种实施方式中，图像采集装置400为2D/3D实景摄像头。
在一种实施方式的应用场景中，包含一个高层建筑、一个或多个毫米波相控阵雷达，一个控制装置、至少一个弹射装置，除高层建筑外，均可以根据实际需求进行固定安装或移动安装，例如固定在楼顶、墙面、地面、路灯杆、栏杆等地方，或者在高空作业时，可以移动安装在地面和楼顶等地方。
如图2所示，为本申请高空坠物拦截系统一具体实施例的场景示意图，雷达监测装置100包括两个毫米波相控阵雷达(101、102)，毫米波相控阵雷达101和毫米波相控阵雷达102均能够向四周发射毫米波用于监测探测区域。实际应用时，雷达监测装置100可以设置在不同的位置，例如图中毫米波相控阵雷达101固定在高层建筑的楼顶，毫米波相控阵雷达102固定在地面。另外，也可以设置一个或者一个以上的雷达监测装置监测探测区域，以提高检测准确度。
图2中以高空坠物拦截系统包含毫米波相控阵雷达101、一个弹射装置300、一个控制装置200为例进行说明。其中，毫米波相控阵雷达101固定在高层建筑500的楼顶，其探测区域能够覆盖高层建筑500的高空坠物的风险区域，用于监测探测区域得到坠物风险信息，若监测到高空坠物600，则根据坠物风险信息发送监测信号给控制装置200。控制装置200固定在地面上，与毫米波相控阵雷达101通信连接，用于接收毫米波相控阵雷达101发送的监测信号，根据检测信号发送拦截指令至弹射装置300，弹射装置300与控制装置200通信连接，位于高层建筑500接近地面楼层外墙上，例如图中示出的一楼外墙，能够根据拦截指令弹射出拦截装置，以拦截高空坠物，最大限度保护地面资产、设备和行人，并最大程度减少对坠落生命体的伤害。
图2中，毫米波相控阵雷达101监测探测区域得到坠物风险信息，根据坠物风险信息指示探测区域存在高空坠物600，然后毫米波相控阵雷达101根据上述毫米波相控阵雷达测距原理、测速原理、测角原理测量得到监测信号，监测信号分别是距离信息d，速度信息v，角度信息a，毫米波相控阵雷达101发送监测信号给控制装置200，控制装置200根据监测信号中的高空坠物600的距离信息d，速度信息v，角度信息a获取高空坠物的特征信息，然后根据特征信息发送拦截指令给弹射装置300，弹射装置300根据拦截指令弹射出拦截装置，以拦截高空坠物600。
本申请另一个实施例公开了高空坠物拦截方法，如图3所述，为高空坠物拦截方法一具体实施例实现流程图，包括以下步骤：
S1：雷达监测装置监测探测区域得到坠物风险信息，并根据坠物风险信息发送监测信号。
S2：控制装置接收监测信号，并根据监测信号发送拦截指令。
S3：弹射装置根据拦截指令弹射出拦截装置，以通过拦截装置拦截高空坠物。
在一种实施方式中，雷达监测装置为毫米波相控阵雷达，根据坠物风险信息生成监测信号，监测信号包括：距离信息、速度信息和角度信息中一种或多种。
如图4所示，为本实施例高空坠物拦截方法的又一种具体实施例中生成监测信号的流程示意图，包括以下步骤：
S11：雷达监测装置开机并进行系统和各子系统自检；
S12：雷达监测装置工作，并开始监测探测区域；
S13：监测探测区域内是否存在高空坠物，如果是，则进入步骤S14，否则回到步骤S12继续监测；
S14：发现高空坠物，进行距离信息、速度信息和角度信息测量，生成监测信号。
如图5所示，为本实施例高空坠物拦截方法一种实施方式中根据拦截指令进行拦截的流程示意图，包括以下步骤：
S21：接收监测信号，获取高空坠物的特征信息；
S22：根据特征信息判断是否是抛坠物，如果是，则进入步骤S23，否则进入步骤S25继续监测探测区域内是否存在高空坠物(步骤S25与图4中步骤S12相同)；
S23：获取高空坠物的移动轨迹；
S24：根据移动轨迹判断是否发送拦截指令，即根据移动轨迹判断是否在拦截装置的拦截范围内，如果是，则进入步骤S26，否则进入步骤S25继续监测探测区域内是否存在高空坠物。
S26：根据拦截指令触发弹射装置，以拦截高空坠物，拦截装置包括拦截网和拦截气囊；
S27：判断拦截装置是否弹射成功，如果弹射成功，则进入步骤S28，否则回到步骤S24重新据拦截指令触发弹射装置；
S28：无论是否拦截成功，均上报拦截过程的所有信息到控制装置进行数据保存。
上述中高空坠物拦截方法中个步骤的具体细节已经在上述实施例对应的高空坠物拦截系统中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。
本申请实施例通过雷达监测装置实时监测是否有高空坠物，并将监测信号发送给控制装置生成拦截指令，根据拦截指令弹射出拦截装置拦截高空坠物，能够最大限度的保全高空坠物本身以及地面资产和设备，同时如果高空坠物是生命体时，最大程度减少对生命体的伤害。
需要说明的是：上述本申请实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.高空坠物拦截系统，用于拦截高空坠物，其特征在于，包括：
雷达监测装置：用于监测探测区域得到坠物风险信息，和用于根据所述坠物风险信息发送监测信号；
控制装置：与所述雷达监测装置连接，用于接收所述监测信号，并用于根据所述监测信号发送拦截指令；
弹射装置：与所述控制装置连接，用于根据所述拦截指令弹射出拦截装置，以通过所述拦截装置拦截所述高空坠物。
2.根据权利要求1所述的高空坠物拦截系统，其特征在于，所述雷达监测装置为毫米波相控阵雷达。
3.根据权利要求2所述的高空坠物拦截系统，其特征在于，所述毫米波相控阵雷达用于监测探测区域得到所述坠物风险信息，和用于根据所述坠物风险信息发送监测信号，所述监测信号包括：距离信息、速度信息和角度信息中一种或多种。
4.根据权利要求1或2或3任一项所述的高空坠物拦截系统，其特征在于，所述控制装置还用于根据所述监测信号获取所述高空坠物的特征信息和用于根据所述特征信息发送所述拦截指令。
5.根据权利要求4所述的高空坠物拦截系统，其特征在于，所述特征信息包括：移动轨迹，所述弹射装置用于根据所述拦截指令弹射出与所述移动轨迹的位置对应的拦截装置。
6.根据权利要求4所述的高空坠物拦截系统，其特征在于，所述特征信息包括抛坠物大小，所述弹射装置用于根据所述抛坠物大小选择所述拦截装置。
7.根据权利要求4所述的高空坠物拦截系统，其特征在于，还包括：
图像采集装置：用于采集所述探测区域的监测图像，并发送至所述控制装置；
所述控制装置用于根据所述监测图像定位所述高空坠物的起始位置。
8.高空坠物拦截方法，应用于如权利要求1至7任一项所述的高空坠物拦截系统，其特征在于，包括：
雷达监测装置监测探测区域得到坠物风险信息，并根据所述坠物风险信息发送监测信号；
控制装置接收所述监测信号，并根据所述监测信号发送拦截指令；
弹射装置根据所述拦截指令弹射出拦截装置，以通过所述拦截装置拦截所述高空坠物。
9.根据权利要求8所述的高空坠物拦截方法，其特征在于，还包括：所述雷达监测装置根据所述坠物风险信息生成所述监测信号；所述监测信号包括：距离信息、速度信息和角度信息中一种或多种。
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