CN112382051B - 一种基于区块链的智慧住宅安防系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的智慧住宅安防系统，一种基于区块链的智慧住宅安防系统，其特征在于，包括：声音定位模块，用于判断有无异常声音出现，并对异常声音实现定位功能；人脸识别模块，用于对人脸进行识别，判断是否为住宅主人；警情感应模块，用于监测住宅家中是否有险情发生；联网警报模块，用于发生警情时向住户、安保人员发出警报信息，并提供发生异常的位置信息；区块链数据库：存储有小区住户及工作人员的人脸信息；所述声音定位模块包括麦克风阵列模块、声音采集模块、声音预处理模块和异常声音定位模块；本发明具有使得住宅安防系统运行更稳定、操作更安全的效果。

Description

一种基于区块链的智慧住宅安防系统

技术领域

本发明涉及智能安防技术领域，具体为一种基于区块链的智慧住宅安防系统。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的不断提高，人们的居住条件也发生了巨大的变化，随着人们居住环境的升级，人们越来越重视自己的个人安全和财产安全，对人、家庭以及住宅的小区的安全方面提出了更高的要求；同时，经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给城市的社会治安增加了新的难题，要保障小区的安全，防止偷抢事件的发生，就必须有自己的安全防范系统，人防的保安方式难以适应我们的要求，智能安防已成为当前的发展趋势；

视频监控系统己经广泛地存在于银行、商场、车站和交通路口等公共场所，但实际的监控任务仍需要较多的人工完成，而且现有的视频监控系统通常只是录制视频图像，提供的信息是没有经过解释的视频图像，只能用作事后取证，没有充分发挥监控的实时性和主动性。为了能实时分析、跟踪、判别监控对象，并在异常事件发生时提示、上报，为政府部门、安全领域及时决策、正确行动提供支持，视频监控的“智能化”就显得尤为重要；同时，区块链也是一个处于探索阶段的风口技术，如何使得住宅安防系统运行更稳定、操作更安全成为迫切需要解决的技术问题。

所述，我们急需一种基于区块链的智慧住宅安防系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于区块链的智慧住宅安防系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于区块链的智慧住宅安防系统，包括：

声音定位模块，用于判断有无异常声音出现，并对异常声音实现定位功能；

人脸识别模块，用于对人脸进行识别，判断是否为住宅主人；

警情感应模块，用于监测住宅家中是否有险情发生；

联网警报模块，用于发生警情时向住户、安保人员发出警报信息，并提供发生异常的位置信息；

区块链数据库：存储有小区住户及工作人员的人脸信息。

进一步的，所述声音定位模块包括麦克风阵列模块、声音采集模块、声音预处理模块和异常声音定位模块；

所述麦克风阵列模块包括麦克风单元和前置放大器单元；所述麦克风单元用于采集声音信号，并将采集的声音信号转变为模拟电信号输出；

所述声音采集模块和所述前置放大器单元连接，用于将模拟电信号转化为数字信号，所述前置放大器单元一是要选择所需要的音源信号并放大到额定电平；二是要进行各种音质控制，以美化声音，可以使采集的声音更加的易于识别，增加了声音定位模块的精确度；

所述声音预处理模块与声音采集模块连接，用于对声音采集模块采集的声音进行预处理；

所述异常声音定位模块与声音预处理模块连接，用于对声音采集模块采集的声音进行判断是否属于异常声音，并对异常声音进行定位，判断声音是否属于异常声音，可以避免图像采集单元的摄像头长期处理开启状态，只有判定声音为异常声音时摄像头才开启工作，有效延长了摄像头的寿命。

进一步的，所述人脸识别模块包括图像采集单元、图像处理单元、图像对比单元；

所述图像采集单元，包括一个可以旋转的摄像头，用于采集人脸图像采集；

所述图像处理单元，用于将采集的人脸图像进行预处理，得到优化后的图像，并提取图像中的人脸特征向量；

图像对比单元，用于将图像处理单元中提取人脸特征向量与区块链数据库进行对比，所述区块链数据库中存储着小区每一个住户的人脸信息，可以有效的阻止外来人员非法闯入，极大的提高了小区的安全，也给安保人员的工作展开提供了极大的便利；

进一步的，所述警情感应模块包括第一超声波模块、第二超声波模块、计算单元；

所述第一超声波模块用于测量住户的身高；

所述第二超声波模块用于测量幼童与阳台窗口的距离；

所述第一超声波模块包括第一超声波发射单元、第一超声波接收单元；

所述第一超声波发射单元用于对住户头部发射超声波；第一超声波接收单元用于接收从住户头部方向反射回来的超声波；

所述第二超声波模块包括第二超声波发射单元、第二超声波接收单元；

第二超声波发射单元用于对幼童方向发射超声波；第二超声波接收单元用于接收从幼童方向反射回来的超声波；

计算单元用于处理第一超声波模块、第二超声波模块获得的数据。

进一步的，所述联网警报模块与安保人员的监控设施无线连接，并与公安系统的数据库连接，及时提供警情。

一种基于区块链的智慧住宅安防方法，包括步骤：

S1、通过声音定位模块判断监控范围是否出现异常声音信号，若判断声音信号为异常声音，则迅速控制摄像模块转动到异常发声的方向进行查看，通过异常声音定位，可以使摄像头更加精准的进行图像和视频采集，提高了识别的准确性；

S2、摄像模块采集异常发声方向的视频和图像，并对采集的图像进行人脸识别，若识别失败，则进行步骤S4；若成功则进行步骤S3；

S3、进一步对人脸进行识别，若识别为幼童，并且走向阳台危险区域，则打开阳台的超声波测距模块，若幼童与阳台距离超过预定阀值，则发出声光预警，提醒家长可能发生危险，并及时阻止，只有当人脸识别模块判定靠近阳台窗口的人为幼童时，超声波测距模块才自动开启，防止发生误报；

S4、向联网警报模块发送非法闯入的告警消息，发出声光警报；并将告警信息传送到系统主机供后续分析处理，并将警报以短信方式发送到预先设定的保安人员的手机号码上，并提供报警定位，可以及时阻止非法人员闯入用户的住宅，并且可以帮助安保人员了解事故的发生地点，更快的到达地点。

进一步的，所述步骤S1包括：

S101、用麦克风阵列采集声音信号，所述麦克风阵列含有多个麦克风单元；

S102、对声音信号进行声音预处理：将传声器采集的声音信号去除直流分量和趋势项；对处理后的声音信号滤出高频杂波；最后采用谱减法去除工频干扰及谐波，然后对声音信号进行归一化处理，得到处理后的信号s(m)，对采集的声音进行处理后可以得到更加加清晰的声音，可以提高判断异常声音的准确性；

S103、判断声音是否为异常声音，若判定为异常声音则对异常声音进行定位。

进一步的，所述步骤S103包括：判定异常声音和异常声音定位：

判定异常声音：

(1)对处理后的信号s(m)进行分帧处理，计算每帧信号的平均功率,T为每帧的时间:

(2)对周围坏境的噪声信号s(a)进行分帧处理,计算每帧信号的平均功率,T为每帧的时间:

(3)计算声音的信噪比：

对信噪比进行检测，设定阀值，若超过预设的阀值，则标记此声音信号为异常声音，通过对比处理后每帧信号与周围坏境的噪声的功率大小，可以更加准确的判定出异常声音；

异常声音定位：

(4)将多个麦克风分为左右2个阵列，每个阵列包括4个麦克风单元，建立坐标，确定所述多个麦克风单元的相关坐标位置，第k个麦克风接受到的信号为：

s_k(m)＝s(m)*v_n(m)+s_n(a)

其中，s(m)为异常声音信号，v_n(m)为单位脉冲响应，s_n(a)周围环境的噪声信号；

(5)计算2个麦克风阵列接收到的异常声音信号的能量，并比较两个麦克风阵列接收到的异常声音信号的能量的大小，将能量较大的一边作为定位范围；

设第k个麦克风接收到的异常声音信号的能量为：

R_k＝∑s_k ²(m)

则左边麦克风阵列接收到的能量总和为：

则右边麦克风阵列接收到的能量总和为：

比较R_左和R_右的大小，若R_左大于R_右，即左边麦克风阵列接收到的能量总和大于右边麦克风阵列接收到的能量总和，则把定位的范围缩小到左边区域；若R_右大于R_左，即右边麦克风阵列接收到的能量总和大于左边麦克风阵列接收到的能量总和，则把定位的范围缩小到右边区域，可以缩小摄像头的采集范围，使定位更加准确，减少摄像头的无效转动以及采集到无效的图像及视频；

(6)使用空间聚类的方法将空间分割成一个个小网格并确定异常声音位置候选点，有效减少候选点数量，每个网格对应一组麦克风阵列的导引时延；根据相位变换加权的可控响应功率算法计算出麦克风阵列导引到每个位置候选点的输出功率即可控响应功率，并找出最大可控响应功率，相位变换加权的可控响应功率算法实现相对简单，运算量小，便于实时处理，提高了定位处理的效率；

(7)通过查表或网格法找出最大可控响应功率对应的异常声音位置候选点，实现定位；

得到异常声音位置的候选点N₁、候选点N₂、候选点N₃，并对所述候选点N₁、候选点N₂、候选点N₃的异常声音做分帧处理，把帧长取为20-50ms，并让每帧信号与一个平滑的窗函数相乘，让帧两端平滑地衰减到零；这样一帧内既有足够多的周期，又不会变化太剧烈，这样可以降低傅里叶变换后旁瓣的强度，取得更高质量的频谱；帧和帧之间的时间差常常取为10ms，这样帧与帧之间会有重叠，否则，由于帧与帧连接处的信号会因为加窗而被弱化，这部分的信息就丢失了；

对所述异常声音做分帧处理后的信号做傅立叶变换，取得每一帧的频谱，对频谱做FFT转换，可以得到该帧频谱的频域，在频域内画出功率谱，比较其功率谱的幅值，最大的幅值即为频谱的峰值；

得到所述异常声音位置的候选点N₁的频谱峰值为A₁,候选点N₂的频谱峰值为A₂,候选点N₃的频谱峰值为A₃，比较A₁、A₂、A₃的大小，最大值即为最终的异常声音定位点。

进一步的，在所述步骤S2中；

对采集的人脸图像进行预处理，预处理过程包括人脸图像的光线补偿、灰度变换、直方图均衡化、归一化、几何校正、滤波以及锐化；对人脸图像进行优化，可以去除外界干扰因素，提升图像质量，使对比结果更加准确；

进行预处理后的人脸图像的特征提取，并将提取的人脸图像的特征数据和区块链数据库中的特征模板进行对比；

设定一个阈值，当相似度超过这一阈值，则把匹配得到的结果输出。

进一步的，在所述步骤S3中；

当图像采集模块识别到有住户走向阳台时，开启位于阳台屋顶上方的第一超声波模块，第一超声波发射单元向住户头部的方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，途中碰到用户的头部就立即返回来，第一超声波接收单元收到反射波就立即停止计时，将获取到的数据传输给计算单元进行计算，计算公式为：

其中L为住户头部到第一超声波接收模块的距离，即用户头部到阳台屋顶的距离，c为超声波的速度，t为超声波从发射到接收的时间；

已知阳台地面到阳台屋顶上方的距离为l，所以得到住户的身高为H＝l-L；通过第一超声波可以得到精确的住户身高情况，防止警报误判，造成不必要的警报信息；

设定H的阀值，当H大于设定的阀值时判定住户安全；当H小于设定的阀值时判定住户为幼童，住户处于预警状态；

若判定住户为幼童时，开启第二超声模块，第二超声波发射单元向幼童的方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，途中碰到幼童就立即返回来，第二超声波接收单元收到反射波就立即停止计时，将获取到的数据传输给计算单元进行计算，计算公式为：

其中S为幼童到第二超声波接收模块的距离，即幼童到阳台窗口的距离，c为超声波的速度，t₁为超声波从发射到接收的时间；

设立距离阀值1.5米，若幼童到阳台窗口的距离S小于距离阀值1.5米，则触发声光警报；若幼童到阳台窗口的距离大小于距离阀值1.5米，则警报解除；设定距离阀值可以有效的预防幼童距离阳台窗口过近而发生危险，极大的提高了家居的安全性。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明先对声音进行判断，当判定声音为异声音时，转动摄像头进行图像和视频采集，提高了人脸采集的准确度和精确性；同时可以避免图像采集单元的摄像头长期处理开启状态，只有判定声音为异常声音时摄像头才开启工作，有效延长了摄像头的寿命；并且可以对发生异常声音的地点进行定位，方便安保人员及时赶到对非法人员进行驱逐；超声波测距模块可以对家中的幼童进行安全保护作用，当他们靠近阳台窗口较为危险的地方时，到达一定距离范围内，会发出警报，确保他们的安全。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种基于区块链的智慧住宅安防系统的流程示意图；

图2是本发明一种基于区块链的智慧住宅安防系统的模块示意图；

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1-2，本发明提供技术方案：

本发明的工作原理：

一种基于区块链的智慧住宅安防系统，包括：声音定位模块，用于判断有无异常声音出现，并对异常声音实现定位功能；人脸识别模块，用于对人脸进行识别，判断是否为住宅主人；警情感应模块，用于监测住宅家中是否有险情发生；联网警报模块，用于发生警情时向住户、安保人员发出警报信息，并提供发生异常的位置信息；

区块链数据库：存储有小区住户及工作人员的人脸信息。

声音定位模块包括麦克风阵列模块、声音采集模块、声音预处理模块和异常声音定位模块；麦克风阵列模块包括麦克风单元和前置放大器单元；麦克风单元用于采集声音信号，并将采集的声音信号转变为模拟电信号输出；声音采集模块和前置放大器单元连接，用于将模拟电信号转化为数字信号；声音预处理模块与声音采集模块连接，用于对声音采集模块采集的声音进行预处理；异常声音定位模块与声音预处理模块连接，用于对声音采集模块采集的声音进行判断是否属于异常声音，并对异常声音进行定位。

人脸识别模块包括图像采集单元、图像处理单元、图像对比单元；

图像采集单元，包括一个可以旋转的摄像头，用于采集人脸图像采集；图像处理单元，用于将采集的人脸图像进行预处理，得到优化后的图像，并提取图像中的人脸特征向量；图像对比单元，用于将图像处理单元中提取人脸特征向量与区块链数据库进行对比；

警情感应模块包括超声波测距模块；

超声波测距模块用于测量幼童与阳台窗口的距离；超声波测距模块包括超声波发射单元、超声波接收单元、计算单元；超声波发射单元用于对幼童方向发射超声波；超声波接收单元用于接收从幼童方向反射回来的超声波；计算单元用于处理超声波发射模块和超声波接收模块获得的数据。

联网警报模块与安保人员的监控设施无线连接，并与公安系统的数据库连接，及时提供警情。

一种基于区块链的智慧住宅安防方法，包括步骤：

S1、通过声音定位模块判断监控范围是否出现异常声音信号，若判断声音信号为异常声音，则迅速控制摄像模块转动到异常发声的方向进行查看；

S2、摄像模块采集异常发声方向的视频和图像，并对采集的图像进行人脸识别，若识别失败，则进行步骤S4；若成功则进行步骤S3；

S3、进一步对人脸进行识别，若识别为幼童，并且走向阳台危险区域，则打开阳台的超声波测距模块，若幼童与阳台距离超过预定阀值，则发出声光预警，提醒家长可能发生危险，并及时阻止；

S4、向联网警报模块发送非法闯入的告警消息，发出声光警报；并将告警信息传送到系统主机供后续分析处理，并将警报以短信方式发送到预先设定的保安人员的手机号码上，并提供报警定位。

步骤S1包括：

S101、用麦克风阵列采集声音信号，麦克风阵列含有多个麦克风单元；

S102、对声音信号进行声音预处理：将传声器采集的声音信号去除直流分量和趋势项；对处理后的声音信号滤出高频杂波；最后采用谱减法去除工频干扰及谐波，然后对声音信号进行归一化处理，得到处理后的信号s(m)；

S103、判断声音是否为异常声音，若判定为异常声音则对异常声音进行定位。

步骤S103包括：判定异常声音和异常声音定位：

判定异常声音：

(1)对处理后的信号s(m)进行分帧处理，计算每帧信号的平均功率,T为每帧的时间:

(2)对周围坏境的噪声信号s(a)进行分帧处理,计算每帧信号的平均功率,T为每帧的时间:

(3)计算声音的信噪比：

对信噪比进行检测，设定阀值，若超过预设的阀值，则标记此声音信号为异常声音；

异常声音定位：

(4)将多个麦克风分为左右2个阵列，每个阵列包括4个麦克风单元，建立坐标，确定多个麦克风单元的相关坐标位置，第k个麦克风接受到的信号为：

s_k(m)＝s(m)*v_n(m)+s_n(a)

其中，s(m)为异常声音信号，v_n(m)为单位脉冲响应，s_n(a)周围环境的噪声信号；

每个阵列中的4个麦克风均匀分布在一个半径为3cm的圆上，以阵列中心为原点，创建一个三维直角坐标系，8个麦克风的坐标分别为：

a1(0,9,3),a2(3,9,0),a3(0,9,-3),a4(-3,9,0),a5(0,-9,3),a6(3,-9,0),a7(0,-9,-3),a8(-3,-9,0)；这样的阵列结构因其麦克风数量和立体结构可做到较为精准的近场定位；

(5)计算2个麦克风阵列接收到的异常声音信号的能量，并比较两个麦克风阵列接收到的异常声音信号的能量的大小，将能量较大的一边作为定位范围；

设第k个麦克风接收到的异常声音信号的能量为：

R_k＝∑s_k ²(m)

则左边麦克风阵列接收到的能量总和为：

则右边麦克风阵列接收到的能量总和为：

比较R_左和R_右的大小，若R_左大于R_右，即左边麦克风阵列接收到的能量总和大于右边麦克风阵列接收到的能量总和，则把定位的范围缩小到左边区域；若R_右大于R_左，即右边麦克风阵列接收到的能量总和大于左边麦克风阵列接收到的能量总和，则把定位的范围缩小到右边区域；

(6)使用空间聚类的方法将空间分割成一个个小网格并确定异常声音位置候选点，有效减少候选点数量，每个网格对应一组麦克风阵列的导引时延；根据相位变换加权的可控响应功率算法计算出麦克风阵列导引到每个位置候选点的输出功率即可控响应功率，并找出最大可控响应功率；

将空间区域划分若干个具有层次结构的矩形单元，不同层次的单元对应于不同的分辨率网格，把数据集中的所有数据都映射到不同的单元网格中，算法所有的处理都是以单个单元网格为对象，其处理速度要远比以组为处理对象的效率要高的多；将多维数据空间划分为多个矩形单元，通过计算每一个单元中数据点中全部数据点的比例的方法确定聚类；

(7)通过查表或网格法找出最大可控响应功率对应的异常声音位置候选点，实现定位；

得到异常声音位置的候选点N₁、候选点N₂、候选点N₃，并对所述候选点N₁、候选点N₂、候选点N₃的异常声音做分帧处理，把帧长取为20-50ms，并让每帧信号与一个平滑的窗函数相乘，让帧两端平滑地衰减到零；

对所述异常声音做分帧处理后的信号做傅立叶变换，取得每一帧的频谱，对频谱做FFT转换，可以得到该帧频谱的频域，在频域内画出功率谱，比较其功率谱的幅值，最大的幅值即为频谱的峰值；

得到所述异常声音位置的候选点N₁的频谱峰值为A₁,候选点N₂的频谱峰值为A₂,候选点N₃的频谱峰值为A₃，比较A₁、A₂、A₃的大小，最大值即为最终的异常声音定位点。

9.根据权利要求6所述的一种基于区块链的智慧住宅安防方法，其特征在于：在所述步骤S2中；

对采集的人脸图像进行预处理，预处理过程包括人脸图像的光线补偿、灰度变换、直方图均衡化、归一化、几何校正、滤波以及锐化；

进行预处理后的人脸图像的特征提取，并将提取的人脸图像的特征数据和区块链数据库中的特征模板进行对比；

设定一个阈值，当相似度超过这一阈值，则把匹配得到的结果输出。

10.根据权利要求6所述的一种基于区块链的智慧住宅安防方法，其特征在于：在所述步骤S3中；

当图像采集模块识别到有住户走向阳台时，开启位于阳台屋顶上方的第一超声波模块，第一超声波发射单元向住户头部的方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，途中碰到用户的头部就立即返回来，第一超声波接收单元收到反射波就立即停止计时，将获取到的数据传输给计算单元进行计算，计算公式为：

其中L为住户头部到第一超声波接收模块的距离，即用户头部到阳台屋顶的距离，c为超声波的速度，t为超声波从发射到接收的时间；

已知阳台地面到阳台屋顶上方的距离为l，所以得到住户的身高为H＝l-L；

设定H的阀值，当H大于设定的阀值时判定住户安全；当H小于设定的阀值时判定住户为幼童，住户处于预警状态；

若判定住户为幼童时，开启第二超声模块，第二超声波发射单元向幼童的方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，途中碰到幼童就立即返回来，第二超声波接收单元收到反射波就立即停止计时，将获取到的数据传输给计算单元进行计算，计算公式为：

其中S为幼童到第二超声波接收模块的距离，即幼童到阳台窗口的距离，c为超声波的速度，t₁为超声波从发射到接收的时间；

设立距离阀值1.5米，若幼童到阳台窗口的距离S小于距离阀值1.5米，则触发声光警报；若幼童到阳台窗口的距离大小于距离阀值1.5米，则警报解除。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于区块链的智慧住宅安防方法，其特征在于，包括：一种基于区块链的智慧住宅安防系统，该系统包括：

声音定位模块，用于判断有无异常声音出现，并对异常声音实现定位功能；

人脸识别模块，用于对人脸进行识别，判断是否为住宅主人；

警情感应模块，用于监测住宅家中是否有险情发生；

联网警报模块，用于发生警情时向住户、安保人员发出警报信息，并提供发生异常的位置信息；

区块链数据库：存储有小区住户及工作人员的人脸信息；

所述声音定位模块包括麦克风阵列模块、声音采集模块、声音预处理模块和异常声音定位模块；

所述麦克风阵列模块包括麦克风单元和前置放大器单元；所述麦克风单元用于采集声音信号，并将采集的声音信号转变为模拟电信号输出；

所述声音采集模块和所述前置放大器单元连接，用于将模拟电信号转化为数字信号；

所述声音预处理模块与声音采集模块连接，用于对声音采集模块采集的声音进行预处理；

所述异常声音定位模块与声音预处理模块连接，用于对声音采集模块采集的声音进行判断是否属于异常声音，并对异常声音进行定位；

所述人脸识别模块包括图像采集单元、图像处理单元、图像对比单元；

所述图像采集单元，包括一个可以旋转的摄像头，用于采集人脸图像；

所述图像处理单元，用于将采集的人脸图像进行预处理，得到优化后的图像，并提取图像中的人脸特征向量；

图像对比单元，用于将图像处理单元中提取人脸特征向量与区块链数据库进行对比；

所述警情感应模块包括第一超声波模块、第二超声波模块、计算单元；

所述第一超声波模块用于测量住户的身高；

所述第二超声波模块用于测量幼童与阳台窗口的距离；

所述第一超声波模块包括第一超声波发射单元、第一超声波接收单元；

所述第一超声波发射单元用于对住户头部发射超声波；第一超声波接收单元用于接收从住户头部方向反射回来的超声波；

所述第二超声波模块包括第二超声波发射单元、第二超声波接收单元；

第二超声波发射单元用于对幼童方向发射超声波；第二超声波接收单元用于接收从幼童方向反射回来的超声波；

计算单元用于处理第一超声波模块、第二超声波模块获得的数据；

所述联网警报模块与安保人员的监控设施无线连接，并与公安系统的数据库连接，及时提供警情；

包括步骤：

S1、通过声音定位模块判断监控范围是否出现异常声音信号，若判断声音信号为异常声音，则迅速控制摄像模块转动到异常发声的方向进行查看；

S2、摄像模块采集异常发声方向的视频和图像，并对采集的图像进行人脸识别；

S3、进一步对人脸进行识别，若识别为幼童，并且走向阳台危险区域，则打开阳台的超声波测距模块，若幼童与阳台距离超过预定阀值，则发出声光预警，提醒家长可能发生危险，并及时阻止；

S4、向联网警报模块发送非法闯入的告警消息，发出声光警报；并将告警信息传送到系统主机供后续分析处理，并将警报以短信方式发送到预先设定的保安人员的手机号码上，并提供报警定位；

所述步骤S1包括：

S101、用麦克风阵列采集声音信号，所述麦克风阵列含有多个麦克风单元；

S102、对声音信号进行声音预处理：将传声器采集的声音信号去除直流分量和趋势项；对处理后的声音信号滤出高频杂波；最后采用谱减法去除工频干扰及谐波，然后对声音信号进行归一化处理，得到处理后的信号s(m)；

S103、判断声音是否为异常声音，若判定为异常声音则对异常声音进行定位；

所述步骤S103包括：判定异常声音和异常声音定位：

判定异常声音：

(1)对处理后的信号s(m)进行分帧处理，计算每帧信号的平均功率,T为每帧的时间:

(2)对周围坏境的噪声信号s(a)进行分帧处理,计算每帧信号的平均功率,T为每帧的时间:

(3)计算声音的信噪比：

对信噪比进行检测，设定阀值，若超过预设的阀值，则标记此声音信号为异常声音；

异常声音定位：

(4)将多个麦克风分为左右2个阵列，每个阵列包括4个麦克风单元，建立坐标，确定所述多个麦克风单元的相关坐标位置，第k个麦克风接受到的信号为：

s_k(m)＝s(m)*v_n(m)+s_n(a)

其中，s(m)为异常声音信号，v_n(m)为单位脉冲响应，s_n(a)周围环境的噪声信号；

(5)计算2个麦克风阵列接收到的异常声音信号的能量，并比较两个麦克风阵列接收到的异常声音信号的能量的大小，将能量较大的一边作为定位范围；

设第k个麦克风接收到的异常声音信号的能量为：

R_k＝∑s_k ²(m)

则左边麦克风阵列接收到的能量总和为：

则右边麦克风阵列接收到的能量总和为：

比较R_左和R_右的大小，若R_左大于R_右，即左边麦克风阵列接收到的能量总和大于右边麦克风阵列接收到的能量总和，则把定位的范围缩小到左边区域；若R_右大于R_左，即右边麦克风阵列接收到的能量总和大于左边麦克风阵列接收到的能量总和，则把定位的范围缩小到右边区域；

(6)使用空间聚类的方法将空间分割成一个个小网格并确定异常声音位置候选点，有效减少候选点数量，每个网格对应一组麦克风阵列的导引时延；根据相位变换加权的可控响应功率算法计算出麦克风阵列导引到每个位置候选点的输出功率即可控响应功率，并找出最大可控响应功率；

(7)通过查表或网格法找出最大可控响应功率对应的异常声音位置候选点，实现定位；

得到异常声音位置的候选点N₁、候选点N₂、候选点N₃，并对所述候选点N₁、候选点N₂、候选点N₃的异常声音做分帧处理，把帧长取为20-50ms，并让每帧信号与一个平滑的窗函数相乘，让帧两端平滑地衰减到零；

对所述异常声音做分帧处理后的信号做傅立叶变换，取得每一帧的频谱，对频谱做FFT转换，可以得到该帧频谱的频域，在频域内画出功率谱，比较其功率谱的幅值，最大的幅值即为频谱的峰值；

得到所述异常声音位置的候选点N₁的频谱峰值为A₁,候选点N₂的频谱峰值为A₂,候选点N₃的频谱峰值为A₃，比较A₁、A₂、A₃的大小，最大值即为最终的异常声音定位点；

在所述步骤S2中；

对采集的人脸图像进行预处理，预处理过程包括人脸图像的光线补偿、灰度变换、直方图均衡化、归一化、几何校正、滤波以及锐化；

进行预处理后的人脸图像的特征提取，并将提取的人脸图像的特征数据和区块链数据库中的特征模板进行对比；

设定一个阈值，当相似度超过这一阈值，则把匹配得到的结果输出；

在所述步骤S3中；

当图像采集模块识别到有住户走向阳台时，开启位于阳台屋顶上方的第一超声波模块，第一超声波发射单元向住户头部的方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，途中碰到用户的头部就立即返回来，第一超声波接收单元收到反射波就立即停止计时，将获取到的数据传输给计算单元进行计算，计算公式为：

其中L为住户头部到第一超声波接收模块的距离，即用户头部到阳台屋顶的距离，c为超声波的速度，t为超声波从发射到接收的时间；

已知阳台地面到阳台屋顶上方的距离为l，所以得到住户的身高为H＝l-L；

设定H的阀值，当H大于设定的阀值时判定住户安全；当H小于设定的阀值时判定住户为幼童，住户处于预警状态；

若判定住户为幼童时，开启第二超声模块，第二超声波发射单元向幼童的方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，途中碰到幼童就立即返回来，第二超声波接收单元收到反射波就立即停止计时，将获取到的数据传输给计算单元进行计算，计算公式为：

其中S为幼童到第二超声波接收模块的距离，即幼童到阳台窗口的距离，c为超声波的速度，t₁为超声波从发射到接收的时间；

设立距离阀值1.5米，若幼童到阳台窗口的距离S小于距离阀值1.5米，则触发声光警报；若幼童到阳台窗口的距离大小于距离阀值1.5米，则警报解除。

Images