CN113784290B - 基于电子围栏设备的封闭区域的预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开实施例涉及一种基于电子围栏设备的封闭区域的预警方法及系统，该方法包括：监控后台实时接收每一个电子围栏设备发送的定位信息，电子围栏设备为至少一个封闭区域内的用户佩带的设备；监控后台根据所述定位信息确定所述用户的位置信息和姿态信息；根据位置信息和姿态信息，判断用户是否属于预报警条件下的危险情形；若属于，则监控后台向电子围栏设备发送指示报警信息，以使电子围栏设备基于指示报警信息进行报警，或者监控后台向第三方设备发送所述电子围栏设备的报警信息。上述方法解决了现有封闭区域内报警不及时，预警能力不足，且无法及时对外部人员进行定位、监控的问题。

Description

基于电子围栏设备的封闭区域的预警方法及系统

技术领域

本申请属于安全技术领域，具体涉及一种基于电子围栏设备的封闭区域的预警方法及系统。

背景技术

学校等一些区域，在管理以及确保人员安全方面要求较高，但由于需要投入的人数、资源较多，实际往往因为无法做到很好。在一些面积较大的区域，事故、人员的安全隐患往往是无法及时发现的。造成此类问题主要有以下一些原因：

(1)管理区域面积较大，人数较多，即使区域内有大量摄像头，预警、报警能力仍然不足，不能及时发现问题；

(2)外部人员进入区域后，学校无法及时动态了解这些人的去向、停留的时间；

(3)在某一区域内遇到一些突发事件时，管理部门很难在第一时间知道，不能及时处理。

为此，如何基于北斗定位实现任一封闭区域内的安全风险预警成为当前亟需解决的技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本申请提供一种基于电子围栏设备的封闭区域的预警方法及系统。

(二)技术方案

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，本申请提供一种基于电子围栏设备的封闭区域的预警方法，该方法包括：

A10、监控后台实时接收每一个电子围栏设备发送的定位信息，所述电子围栏设备为至少一个封闭区域内的用户佩带的设备；

A20、所述监控后台根据所述定位信息确定所述用户的位置信息和姿态信息；

A30、所述监控后台根据所述位置信息和所述姿态信息，判断所述用户是否属于预报警条件下的危险情形；

A40、若属于，则所述监控后台向电子围栏设备发送指示报警信息，以使所述电子围栏设备基于指示报警信息进行报警，或者所述监控后台向第三方设备发送所述电子围栏设备的报警信息，所述报警信息包括：定位信息和所述危险情形信息。

可选地，所述封闭区域为所述监控后台根据指定区域需求在电子地图中规划的电子围栏区域；所述电子围栏区域包括：第一级围栏区域和第p级围栏区域，p大于等于2；

所述定位信息包括：时间信息、具有经纬度数据表示的地理位置信息、加速度信息和角速度信息。

可选地，所述A20包括：

A21、所述监控后台根据聚类迭代算法对实时接收的n个定位信息中的地理位置信息进行位置评估计算，确定所述电子围栏设备的位置信息；

A22、所述监控后台根据姿态评估算法对实时接收的n个定位信息中的时间信息、加速度信息、角速度信息和地理位置信息进行判别计算，获取当前电子围栏设备的用户对应的高程速度、加速度、角速度信息的姿态信息。

可选地，所述A30包括：

A31、所述监控后台根据加权紧急情况判别算法对所述姿态信息进行加权处理，获取判别值；

或者，所述A31，所述监控后台根据公式(1)对姿态信息进行加权处理，获取判别值；

其中，a、b、c、d均为加权系数，v₁为水平速度，v_1t为水平速度阈值，a₁为加速度，a_1t为加速度阈值，v_a为高程速度，v_at为高程速度阈值，v_g为滚转角速度，v_gt为滚转角速度阈值；y为判别值；

A32、所述监控后台将所述判别值、姿态信息进行危险情形的匹配，确定所述用户是否属于预报警条件下的危险情形。

可选地，A21包括：

取长a，宽b的子围栏，以子围栏几何中心作为坐标原点(0,0)，采用二项随机分布产生1个电子围栏卡定位数据点，模拟电子围栏卡的真实位置；其次在这个位置处产生包含n个数据的正态分布数据，从而得到一组n个服从正态分布位置点的定位数据；

选择k个随机的点K₁、K₂……K_k作为聚类中心；针对K₁、K₂……K_k中的各个数据点，计算出各点与K₁、K₂……K_k中心点的距离值，关联距离最短的一个中心点，将每一个中心点关联的数据点聚类分为一类；计算得到各类中数据点的均值，把每一类的中心点移至该类中的平均值的位置处；k为经验值，取大于1的自然数；

重复地迭代各类的数据点的平均值并移动中心点至平均值，直至中心点位置不发生移动；

对每一类所包含的数据点的数量进行统计，取数量最多的一类的聚类中心，作为与电子围栏设备上传的n个地理位置信息对匹配的定位数据，该定位数据作为确定所述电子围栏设备的位置信息；

其中，类聚中心K_n选取过程包括：

类聚中心应选择非边缘点，将所有最外侧的数据点连线形成一个多边形，计算多边形的几何中心点，并且以中心点为圆心画出面积为80％上述多边形面积的圆C，并在圆C中选择类聚中心。

可选地，A22包括：

基于任意两个定位信息中的时间信息和地理位置信息，计算水平速度信息；

基于所述水平速度信息和加速度信息，获取高程速度信息；

根据所述角速度信息、加速度信息和高程速度信息，确定电子围栏设备的用户的姿态信息。

可选地，a、b、c、d均为加权系数；

当v₁大于v_1t，且a₁大于a_1t时，a和b的加权系数相同，且均为2.23；

当a₁大于a_1t，且v_g大于0时，a和d分别取加权系数的最大值3；

在v_g大于0，当前时刻v₁相比较上一时刻v₁的差值绝对值大于5时，或者当v_g大于0，当前时刻v_a相比较上一时刻v_a的差值绝对值大于5时，a、c和d分别取加权系数的最大值3；

相应地，当判别值大于判别值阈值时，姿态信息中的v_g大于0，则认为电子围栏设备的用户处于危险情形的第一紧急情形；

当判别值大于判别值阈值时，姿态信息中的a₁大于a_1t时，则认为电子围栏设备的用户处于危险情形的第二紧急情形。

可选地，所述方法还包括：

所述监控后台根据预设时间段内电子围栏设备的用户的定位信息，获取所述用户的轨迹；

或者，

所述监控后台根据预设时间段内电子围栏设备的用户的定位信息，获取所述用户的轨迹，并基于该轨迹确定所述用户的行为；

或者，

所述监控后台确定所述电子围栏设备的用户在封闭区域的时间超出预设时间段，则向所述电子围栏设备发出超时提示信息；

或者，

所述监控后台接收到所述电子围栏设备发送的该电子围栏设备的用户的异常信息，则发出报警信息；

所述异常信息为电子围栏设备监测的用户的身体异常值，或者所述异常信息为所述电子围栏设备监测的用户携带的危险物品。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于电子围栏设备的封闭区域的预警系统，包括：

多个电子围栏设备和监控后台；每一电子围栏设备与所述监控后台交互，以执行上述第一方面任一所述的基于北斗定位的封闭区域的预警方法；

所述电子围栏设备是用于外部人员进入封闭区域时使用的设备。

可选地，所述电子围栏设备包括：

北斗定位模块，用于在电子围栏设备处于室外环境是获取地理位置信息；

惯性传感器模块，用于获取电子围栏设备的用户的加速度信息和角速度信息；

通信模块，用于和监控后台进行信息交互；

射频识别RFID模块、电源模块和中央处理模块；

所述北斗定位模块、惯性传感器模块、通信模块、射频识别RFID模块、电源模块均和中央处理模块电连接；

相应地，所述电子围栏设备还包括：

人脸识别模块，用于对电子围栏设备的用户进行识别和认证；

蓝牙模块、WIFI模块、GNSS接收模块；

所述人脸识别模块、蓝牙模块、WIFI模块、GNSS接收模块均与所述中央处理模块电连接。

(三)有益效果

本发明的方法解决了现有技术中任一封闭区域内报警不及时，预警能力不足的问题，同时还能实现对封闭区域内进入的外部人员的实时定位，使得外部人员的活动范围能够及时被监控。

另外，本发明的方法还解决了封闭区域内紧急情况的识别和预警的问题，以及能够解决现有技术中各定位设备定位不准确的问题。

附图说明

本申请借助于以下附图进行描述：

图1和图2分别为本申请一个实施例中的基于电子围栏设备的封闭区域的预警系统的示意图；

图3为图1中预警系统内多级电子围栏的示意图；

图4为图1中的电子围栏设备的结构示意图；

图5为本申请一个实施例中的基于电子围栏设备的封闭区域的预警方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。可以理解的是，以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

如图1和图2所示，本实施例提供一种基于电子围栏设备的封闭区域的预警系统，本实施例的预警系统包括：多个电子围栏设备和监控后台；每一电子围栏设备与所述监控后台交互，执行下述图5所示的基于北斗定位的封闭区域的预警方法。

本实施例的电子围栏设备是用于外部人员进入封闭区域时使用的设备。本实施例中的电子围栏设备还可以是实际中使用的电子围栏卡，本实施例不对电子围栏设备的结构进行限定，根据实际需要和制作成本进行选择。

本实施例中监控后台基于电子地图的信息根据指定区域需求对指定区域进行划分，得到规划的电子围栏区域，该电子围栏区域可包括：第一级围栏区域、第二级围栏区域、第三级围栏区域等等，任意两级围栏区域还可以嵌套，如图3所示。在图3中，一级公共区域可对应第一级围栏区域，二级核心区域和对应第二级围栏区域。

本实施例的电子围栏区域在物理上并不显示，也不设置任何障碍区、障碍物等。举例来说，指定区域可为学校区域，第一级围栏区域可为宿舍区域，第二级围栏区域可为图书馆区域等。在其他实施例中，指定区域还可以是医院，家属院等，本实施例不对其限定。在使用本发明的预警系统的预警方法之前，需要通过预警系统中的监控后台规划至少一级的围栏区域。

结合图1所示的整体框架，监控后台可根据指定区域的需求规划电子地图上地面的电子围栏的区域，针对每一级围栏区域可单独管理。如图1中的一级围栏区域，分米级定位，电子围栏设备的采样频率可为10HZ，二级围栏区域，厘米级定位，电子围栏设备的采样频率可为1HZ。

在电子围栏设备启动进入电子围栏区域内时，可实现数据的自动发送，并实时根据发送的数据进行分析。例如借助北斗定位方式实现对电子围栏设备的定位，或者GPS方式实现对电子围栏设备的定位。

本实施例中电子围栏设备的结构如图3所示，本实施例的电子围栏设备可包括：定位模块、惯性传感器模块、RFID模块、通信模块、电源模块、中央处理模块等。

其中，定位模块用于在电子围栏设备处于室外环境是获取地理位置信息；举例来说，该定位模块可以是北斗定位模块或者GPS定位模块等，本实施例不对其限定，根据实际需要选择/设置。

惯性传感器模块用于获取电子围栏设备的用户的加速度信息和角速度信息；在其他实施例中，惯性传感器模块还用于获取其他速度信息等，本实施例不对其限定。

通信模块可为3G/4G/5G等协议通信模块，其主要用于和监控后台进行信息交互；或者在紧急情况下，向封闭区域的管理室/管理者发出报警信号。在封闭区域的室内区域内，可以借助于通信模块实现对室内区域内电子围栏设备的精确定位。

当然，本实施例的电子围栏设备还可集成有RFID模块，实现近场通信或者短距离的识别功能。

本实施例的电源模块可以是锂电池或者充电接口等结构，可以实现充放电功能，实现循环使用，节省成本，且方便管理。

上述的定位模块、惯性传感器模块、通信模块、RFID(射频识别)模块、电源模块均和中央处理模块电连接，如图4所示。该中央处理模块用于接收其他模块的信息并对其进行加密或者编码通过通信模块传输至监控后台，实现监控后台的实时监控定位。

在其他实施例中，为保证使用者的安全或者方便识别监控，本实施例的电子围栏设备还包括：人脸识别模块、蓝牙模块、WIFI模块和GNSS接收模块等，本实施例不限定电子围栏设备的具体结构，根据实际需要进行配置和选择。

本实施例的人脸识别模块用于对电子围栏设备的用户即携带者进行识别和认证；蓝牙模块和WIFI模块用于实现电子围栏设备的通信，GNSS接收模块用于实现位置信息的接收。所述人脸识别模块、蓝牙模块、WIFI模块、GNSS接收模块均与所述中央处理模块电连接。

电子围栏设备可以是具有定位监测和身份认证功能的电子卡片，可佩戴在用户手腕上，电子围栏设备内集成有北斗三号芯片，还有各种传感模块、通信模块等，可以实时测量佩戴人员的位置信息和时间信息，能够对封闭区域内的一些紧急事件做出实时的响应提前预警，并且能进行人脸识别。

在实际应用之前，监控后台中可依据封闭区域内的GIS信息或测绘信息，并划分出多级围栏区域，并具有计算时间的功能。

用户佩戴电子围栏设备进入划分的围栏区域后，在室外可以通过电子围栏设备中的北斗芯片利用基于两个随机的聚类迭代算法实现分米级定位，在室内可以通过电子围栏设备中的通信模块利用“5G+蓝牙定位”实现分米级定位。这些定位信息通过5G或WiFi通讯模块每分钟上传到监控后台。本实施例中室内的定位过程也可采用聚类迭代算法对实时接收的室内的n个定位信息进行位置评估计算，确定电子围栏设备的位置信息。由于卫星定位信号在室内较弱，可以在室内加装蓝牙定位基站，配合5G的定位，相互辅助提高室内定位精度。n为大于3的自然数。

监控后台可以根据这些定位信息在电子地图上确定用户所在的位置、时间和行进轨迹。根据电子围栏区域的不同登记分类等，对用户及校外人员的活动进行及时地预警及报警。

此外，监控后台进一步基于高程、加速度、速度及姿态的分析算法，对电子围栏区域内的一些紧急情况(如车祸、跌落等)第一时间做出相应反应。

电子围栏设备中的人脸识别模块还可以进行人脸识别，核对佩戴人员的信息后，也上传到监控后台，使得监控后台可以对具有不良记录的人员可以进行识别。

电子围栏设备包含但不限于微处理器、GNSS接收模块、无线通信模块、电源模块、数据存储器、加速度传感器等。

电子围栏区域可以在预警系统的监控后台上通过软件设定，可自由设定形状、水平位置、高度限制；并且可以设置一级围栏、二级围栏……等等，以对应不同权限人群进入不同级别的电子围栏区域。人群控制通过高精度定位实现，预警系统的监控后台可实时接收定位信息，以有效判断人员是否违规进入或离开电子围栏区域并作出相应反应。

为更好的理解上述预警系统的使用场景，以下结合具体一种使用案例进行说明。

预警系统的校园应用案例：校园安保部门建立预警系统，在预警系统内设置整个校园为一级围栏，寝室、教室为二级围栏。二级围栏是核心区域，访客人员禁止进入。

向至少一个学生和校外访客发放电子围栏设备，可以实时测量佩戴人员的位置和时间；监控后台中可以详细显示各级电子围栏区域的信息，计算人员行动轨迹并记录。校外访客和学生佩戴校园电子围栏设备进入校园后，在室外和室内都可以实现分米级定位可以通过电子围栏设备中的定位模块实现分米级定位，在室内可以通过电子围栏设备中的通信模块利用“5G+蓝牙定位”实现分米级定位。这些定位信息通过5G通讯模块每分钟上传到预警系统的监控后台。监控后台可以根据这些定位信息在电子地图上确定佩戴人所在的位置、时间和行进轨迹。同时电子围栏设备中的传感模块还可以测量体温，将佩戴人员的信息也上传到监控后台。

校外访客和学生如果未按规定进入第一级围栏和第二级围栏，监控后台将实时识别并警告，学校保安也可及时作出反应。电子围栏设备持卡人进入校园后在校内移动，电子围栏设备内的定位模块、通信模块可将位置信息传到监控后台，学校管理人员可同时看到所有佩戴身份卡人员的位置、逗留时间等信息。对于校外访客，如果在校园内偏离允许区域或者超过允许时间，预警系统将自动发出警告。对于学生，预警系统能够自动向事先绑定的家长手机发送学生进入和离开校园区域(也就是第一级围栏)的位置和时间。对于学生在非正常时间、位置出现离开电子围栏等情况，预警系统将自动发出警告。

预警系统可实现校园霸凌预警功能。持卡人出现在意外地区或出现不正常聚集超过一定时间，预警系统将自动发出警告，校方可及时作出反应。

为更好的理解本实施例的原理和使用，以下结合图5对本发明实施例的方法进行详细说明。

图5示出了本发明一实施例提供的一种基于电子围栏设备的封闭区域的预警方法的流程示意图，本实施例的方法的执行主体可为监控后台，该监控后台可为任一服务器或计算机设备，其通过计算机程序实现，本实施例的方法可包括下述的步骤：

A10、监控后台实时接收每一个电子围栏设备发送的定位信息，所述电子围栏设备为至少一个封闭区域内的用户佩带的设备。

举例来说，封闭区域为所述监控后台根据指定区域需求在电子地图中规划的电子围栏区域；所述电子围栏区域包括：第一级围栏区域和第p级围栏区域，p大于等于2；

所述定位信息包括：时间信息、具有经纬度数据表示的地理位置信息、加速度信息和角速度信息。本实施例中电子围栏设备在启动之后是实时向监控后台发送定位信息的。

A20、监控后台根据所述定位信息确定所述用户的位置信息和姿态信息。

具体地，该步骤包括下述的子步骤：

子步骤A21、监控后台根据聚类迭代算法对实时接收的n个定位信息中的地理位置信息进行位置评估计算，确定所述电子围栏设备的位置信息；

子步骤A22、监控后台根据姿态评估算法对实时接收的n个定位信息中的时间信息、加速度信息、角速度信息和地理位置信息进行判别计算，获取当前电子围栏设备的用户对应的高程速度、加速度、角速度信息的姿态信息。

A30、监控后台根据所述位置信息和所述姿态信息，判断所述用户是否属于预报警条件下的危险情形。

具体地，该步骤A30可包括下述的子步骤：

子步骤A31、监控后台根据加权紧急情况判别算法对所述姿态信息进行加权处理，获取判别值；

子步骤A32、监控后台将所述判别值、姿态信息进行危险情形的匹配，确定所述用户是否属于预报警条件下的危险情形。

A40、若属于危险情形，则所述监控后台向电子围栏设备发送指示报警信息，以使所述电子围栏设备基于指示报警信息进行报警，或者所述监控后台向第三方设备发送所述电子围栏设备的报警信息，所述报警信息包括：定位信息和所述危险情形信息。

在实际应用中，在A40之后，还可包括下述的图中未示出的步骤：

A50、监控后台根据预设时间段内电子围栏设备的用户的定位信息，获取所述用户的轨迹；

或者，监控后台根据预设时间段内电子围栏设备的用户的定位信息，获取所述用户的轨迹，并基于该轨迹确定所述用户的行为；

或者，监控后台确定所述电子围栏设备的用户在封闭区域的时间超出预设时间段，则向所述电子围栏设备发出超时提示信息；

或者，监控后台接收到所述电子围栏设备发送的该电子围栏设备的用户的异常信息，则发出报警信息；

上述的异常信息可为电子围栏设备监测的用户的身体异常值，或者所述异常信息为所述电子围栏设备监测的用户携带的危险物品。

本实施例的方法解决了现有技术中任一封闭区域内报警不及时，预警能力不足的问题，同时还能实现对封闭区域内进入的外部人员的实时定位，使得外部人员的活动范围能够及时被监控。

为了更好理解上述子步骤A21的内容，以下对子步骤A21中的姿态信息的获取过程进行详细说明：

首先：取长a，宽b的子围栏，以子围栏几何中心作为坐标原点(0,0)，采用二项随机分布产生1个电子围栏卡定位数据点，模拟电子围栏卡的真实位置；

其次：在这个位置处产生包含n个数据的正态分布数据，从而得到一组n个服从正态分布位置点的定位数据；

接着：选择k个随机的点K₁、K₂……K_k作为聚类中心；针对这组定位数据集K₁、K₂……K_k中的各个数据点，计算出各点与K₁、K₂……K_k中心点的距离值，关联距离最短的一个中心点，将每一个中心点关联的数据点聚类分为一类；计算得到各类中数据点的均值，把每一类的中心点移至该类中的平均值的位置处；

重复地迭代各类的数据点的平均值并移动中心点至平均值，直至中心点位置不发生移动；

然后：对每一类所包含的数据点的数量进行统计，取数量最多的一类的聚类中心，作为与电子围栏设备上传的n个地理位置信息对匹配的定位数据，该定位数据作为确定所述电子围栏设备的位置信息；

其中，类聚中心K_n选取过程包括：

类聚中心应选择非边缘点，将所有最外侧的数据点连线形成一个多边形，计算多边形的几何中心点，并且以中心点为圆心画出面积为80％上述多边形面积的圆C，并在圆C中选择类聚中心。一般情况下K值不超过7。迭代次数不超过10次。具体计算时可通过多次实验采用不同的K值和迭代次数来确定最佳数值。

相应地，上述的子步骤A22包括：

基于任意两个定位信息中的时间信息和地理位置信息，计算水平速度信息；即，根据北斗卫星提供的定位位置中时间和位移计算出较为准确的速度信息。水平速度v_l，水平速度设定阈值v_lt；

基于所述水平速度信息和加速度信息，获取高程速度信息；

即，根据电子围栏设备内置的十轴惯性传感器，可以直接获得携带者的加速度信息。随时检测用户的加速度a₁，加速度设定阈值a_1t；

基于上述的速度信息以及加速度信息，计算出携带者在垂直方向上面的速度，由此可以得到携带者的高程速度。高程速度v_a，高程速度设定阈值v_at。

根据所述角速度信息、加速度信息和高程速度信息，确定电子围栏设备的用户的姿态信息。

根据惯性传感器传给后台的参数如加速度或角速度参数等，可以得知携带者当前的角速度信息(假设携带者与电子围栏设备的相对位置关系不发生变化)结合携带者当前的速度以及加速度和高程，可以判断携带者当前的姿态是在翻滚，转弯还是在原地弯腰等。滚转角速度v_g，滚转角速度设定阈值v_gt；

相应地，监控后台根据加权紧急情况判别算法对所述姿态信息进行加权处理，获取判别值。

举例来说，监控后台根据公式(1)对姿态信息进行加权处理，获取判别值：

a、b、c、d可为加权系数，当y大于一定阈值时，则判定用户处于危险中。

在实际处理中，监控后台将所述判别值、姿态信息进行危险情形的匹配，确定所述用户是否属于预报警条件下的危险情形。

具体地，当v₁大于v_1t，且a₁大于a_1t时，a和b的加权系数相同，且均为2.23；

当a₁大于a_1t，且v_g大于0时，a和d分别取加权系数的最大值3；

在v_g大于0，当前时刻v₁相比较上一时刻v₁的差值绝对值大于5时，或者当v_g大于0，当前时刻v_a相比较上一时刻v_a的差值绝对值大于5时，a、c和d分别取加权系数的最大值3；

相应地，当判别值大于判别值阈值时，姿态信息中的v_g大于0，则认为电子围栏设备的用户处于危险情形的第一紧急情形；

当判别值大于判别值阈值时，姿态信息中的a₁大于a_1t时，则认为电子围栏设备的用户处于危险情形的第二紧急情形。

比如判别值大于判别值阈值时，此时携带者的水平速度是0，加速度是9.8m/s²，监控后台就会认定携带者处于跌落状态。当判别值大于判别值阈值时，携带者以加速度超过20m/s的加速度做运动时，监控后台可能会判定携带者发生了车祸。

其他实施例中，监控平台在山区区域中可主要监测跌落情况，次要监测其他影响量(比如山区中)，例如，水平速度阈值v_lt为8m/s，加速度阈值a_1t为5m/s²，高程速度阈值v_at为1m/s，角速度阈值v_gt为8rad/s；

若加权系数a＝2.23，b＝2.23，c＝0.5，d＝0.5，判别值y大于预设的报警值(报警值可为1)，则确定用户处于跌落状态；

加速度为1个g，大于加速度阈值a_1t＝5m/s²，则公式(1)中

项必然大于1，判别值y也必然大于1，用户只要跌倒，平台就会报警。

在实际应用中，可根据具体封闭区域的位置及恶劣环境通过实验或演算的方式确定加权系数a、b、c、d，由此来保证预警系统的合理性和预警的有效性、准确性。

当然，在其他实施例中，可根据姿态信息中的部分信息，直接给判别值y赋值，如赋值10、5或8等数值，使得y大于判别值阈值，进而监控后台可与电子围栏设备交互，实现报警。

上述实施例中的用户即为电子围栏设备的携带者，在不同的实施例中采用不同的描述，其含义是相同的。

另外，本实施例的电子围栏设备可以是电子围栏卡或者其他的能够实现室内和室外定位的设备即可，本实施例不对外在形状进行限制，其可以循环使用，能够实现封闭区域的有效、低成本的管理即可。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于电子围栏设备的封闭区域的预警方法，其特征在于，该方法包括：

A10、监控后台实时接收每一个电子围栏设备发送的定位信息，所述电子围栏设备为至少一个封闭区域内的用户佩带的设备；所述定位信息包括：时间信息、具有经纬度数据表示的地理位置信息、加速度信息和角速度信息；

A20、所述监控后台根据所述定位信息确定所述用户的位置信息和姿态信息；A20包括：

A21、所述监控后台根据聚类迭代算法对实时接收的n个定位信息中的地理位置信息进行位置评估计算，确定所述电子围栏设备的位置信息；

A22、所述监控后台根据姿态评估算法对实时接收的n个定位信息中的时间信息、加速度信息、角速度信息和地理位置信息进行判别计算，获取当前电子围栏设备的用户对应的高程速度、加速度、角速度信息的姿态信息；

A30、所述监控后台根据所述位置信息和所述姿态信息，判断所述用户是否属于预报警条件下的危险情形；

A30包括：

A31，所述监控后台根据公式（1）对姿态信息进行加权处理，获取判别值；

（1）

其中，a、b、c、d均为加权系数，v₁为水平速度，v_1t为水平速度阈值，a₁为加速度，a_1t为加速度阈值，v_a为高程速度，v_at为高程速度阈值，v_g为滚转角速度，v_gt为滚转角速度阈值；y为判别值；

当v₁大于v_1t，且a₁大于 a_1t时，a和b的加权系数相同，且均为2.23；

当a₁大于 a_1t，且v_g大于0时，a和d分别取加权系数的最大值3；

在v_g大于0，当前时刻v₁相比较上一时刻v₁的差值绝对值大于5时，或者当v_g大于0，当前时刻v_a相比较上一时刻v_a的差值绝对值大于5时，a、c和d分别取加权系数的最大值3；

A32、所述监控后台将所述判别值、姿态信息进行危险情形的匹配，确定所述用户是否属于预报警条件下的危险情形；

A40、若属于，则所述监控后台向电子围栏设备发送指示报警信息，以使所述电子围栏设备基于指示报警信息进行报警，或者所述监控后台向第三方设备发送所述电子围栏设备的报警信息，所述报警信息包括：定位信息和危险情形信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述封闭区域为所述监控后台根据指定区域需求在电子地图中规划的电子围栏区域；所述电子围栏区域包括：第一级围栏区域和第p级围栏区域，p大于等于2。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，A21包括：

取长a，宽b的子围栏，以子围栏几何中心作为坐标原点（0,0），采用二项随机分布产生1个电子围栏卡定位数据点，模拟电子围栏卡的真实位置；其次在这个位置处产生包含n个数据的正态分布数据，从而得到一组n个服从正态分布位置点的定位数据；

选择k个随机的点K₁、K₂……K_k作为聚类中心；针对K₁、K₂……K_k中的各个数据点，计算出各点与K₁、K₂……K_k中心点的距离值，关联距离最短的一个中心点，将每一个中心点关联的数据点聚类分为一类；计算得到各类中数据点的均值，把每一类的中心点移至该类中的平均值的位置处；k为经验值，取大于1的自然数；

重复地迭代各类的数据点的平均值并移动中心点至平均值，直至中心点位置不发生移动；

对每一类所包含的数据点的数量进行统计，取数量最多的一类的聚类中心，作为与电子围栏设备上传的n个地理位置信息对匹配的定位数据，该定位数据作为确定所述电子围栏设备的位置信息；

其中，类聚中心K_n选取过程包括：

类聚中心应选择非边缘点，将所有最外侧的数据点连线形成一个多边形，计算多边形的几何中心点，并且以中心点为圆心画出面积为80%上述多边形面积的圆C，并在圆C中选择类聚中心。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，A22包括：

基于任意两个定位信息中的时间信息和地理位置信息，计算水平速度信息；

基于所述水平速度信息和加速度信息，获取高程速度信息；

根据所述角速度信息、加速度信息和高程速度信息，确定电子围栏设备的用户的姿态信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

相应地，当判别值大于判别值阈值时，姿态信息中的v_g大于0，则认为电子围栏设备的用户处于危险情形的第一紧急情形；

当判别值大于判别值阈值时，姿态信息中的a₁大于 a_1t时，则认为电子围栏设备的用户处于危险情形的第二紧急情形。

6.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述监控后台根据预设时间段内电子围栏设备的用户的定位信息，获取所述用户的轨迹；

或者，

所述监控后台根据预设时间段内电子围栏设备的用户的定位信息，获取所述用户的轨迹，并基于该轨迹确定所述用户的行为；

或者，

所述监控后台确定所述电子围栏设备的用户在封闭区域的时间超出预设时间段，则向所述电子围栏设备发出超时提示信息；

或者，

所述监控后台接收到所述电子围栏设备发送的该电子围栏设备的用户的异常信息，则发出报警信息；

所述异常信息为电子围栏设备监测的用户的身体异常值，或者所述异常信息为所述电子围栏设备监测的用户携带的危险物品。

7.一种基于电子围栏设备的封闭区域的预警系统，其特征在于，包括：

多个电子围栏设备和监控后台；每一电子围栏设备与所述监控后台交互，以执行上述权利要求1至6任一所述的基于电子围栏设备的封闭区域的预警方法；

所述电子围栏设备是用于外部人员进入封闭区域时使用的设备。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述电子围栏设备包括：

北斗定位模块，用于在电子围栏设备处于室外环境是获取地理位置信息；

惯性传感器模块，用于获取电子围栏设备的用户的加速度信息和角速度信息；

通信模块，用于和监控后台进行信息交互；

射频识别RFID模块、电源模块和中央处理模块；

所述北斗定位模块、惯性传感器模块、通信模块、射频识别RFID模块、电源模块均和中央处理模块电连接；

相应地，所述电子围栏设备还包括：

人脸识别模块，用于对电子围栏设备的用户进行识别和认证；

蓝牙模块、WIFI模块、GNSS接收模块；

所述人脸识别模块、蓝牙模块、WIFI模块、GNSS接收模块均与所述中央处理模块电连接。

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