CN115407273B - 一种特定安防区域监控提醒报警装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种特定安防区域监测提醒报警装置及方法，涉及区域监控技术领域，用以解决现有的监控报警装置在恶劣环境下不能起到监控报警作用的问题。本发明所提出的监测提醒报警装置包括77GHz毫米波雷达组、处理模块和报警模块；其中77GHz毫米波雷达组用于探测多个移动目标，获得雷达回波数据，其包括一块长距毫米波雷达和两块短距毫米波雷达，长距毫米波雷达与两块短距毫米波雷达成“品”字形设置；处理模块中对雷达回波数据进行多普勒信息分解获取移动目标的距离、方位信息，并基于历史轨迹数据结合卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，在轨迹预测过程中利用量测值概率互联机制对预测运动轨迹进行修正。本发明克服了现有监控方式在恶劣天气下性能大幅度下降的弊端。

Description

一种特定安防区域监控提醒报警装置及方法
技术领域
本发明涉及区域监控技术领域，具体涉及一种特定安防区域监控提醒报警装置及方法。
背景技术
高危作业区域、重点安防区域，如：道路施工区、油气易燃区、池塘危险区、建筑物坠落区、围堰塌方区、重点保密区、边境安防区等，禁止非专业人员及车辆进入，能够杜绝伤亡及其他事故发生，因此对于此类区域的监控、报警提醒十分重要。传统监控报警装置(如监控摄像头监控距离<80米)在雨雾、风雪、尘土等恶劣环境下性能大幅降低，甚至出现失效；而人工方式在夜间监控能力低，监控人易产生困倦状况，视野也无法长时间紧盯一个位置；传统闪光/反光警示牌缺乏主动监控、语音提醒功能，在可见度较低的恶劣天气条件下也难以起到作用。
民用毫米波雷达常见为24GHz毫米波雷达和77GHz毫米波雷达，24GHz毫米波雷达的探测精度较低，测量误差大，而77GHz毫米波雷达具有200米范围内动目标毫米级高分辨测距、测速特点，在夜晚、粉尘、雾、霾、雨天环境下依然能够保持优异的探测性能，具有高精度、小型化、低功耗等特点，可作为其他类型传感器的辅助引导装置，也可独立进行区域监测，尤其适合在特定安防区域场景下进行监测提醒报警作业。
发明内容
鉴于以上问题，本发明提出一种特定安防区域监控提醒报警装置及方法，用以解决现有的监控报警装置在恶劣环境下不能起到监控报警作用的问题。
根据本发明的一方面，提供一种特定安防区域监控提醒报警装置，该装置包括：77GHz毫米波雷达组、转动装置、处理模块和报警模块；其中：
所述77GHz毫米波雷达组用于探测多个移动目标，获得包含移动目标相对所述监控提醒报警装置的距离、方位信息的雷达回波数据，并将雷达回波数据传输至所述处理模块；所述77GHz毫米波雷达组包括一块长距毫米波雷达和两块短距毫米波雷达，长距毫米波雷达与两块短距毫米波雷达成“品”字形设置，其中，长距毫米波雷达设置在上边，两块短距毫米波雷达设置在下边；所述长距毫米波雷达的探测距离大于所述短距毫米波雷达的探测距离；所述77GHz毫米波雷达组设置在所述转动装置上；
所述转动装置用于转动77GHz毫米波雷达组，使77GHz毫米波雷达组进行周期性转动；
所述处理模块用于对所述雷达回波数据进行处理，当移动目标与所述监控提醒报警装置的距离小于预设距离阈值时，发送报警信息至报警模块；
所述报警模块用于发出警报信号。
进一步地，两块短距毫米波雷达的安装夹角为120°。
进一步地，所述处理模块中对所述雷达回波数据进行处理的过程包括：
对所述雷达回波数据进行多普勒信息分解，获取多个移动目标的距离、方位信息；
根据多个移动目标的距离、方位信息，结合卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，以获得连续时间内多个移动目标的预测运动轨迹；其中，在轨迹预测过程中，基于多个移动目标的实际量测值即距离、方位信息，利用量测值概率互联机制对移动目标的预测运动轨迹进行修正。
进一步地，所述处理模块中所述量测值概率互联机制是指设定某时刻预测运动轨迹的验证区域，利用位于验证区域内的潜在量测值作为该目标量测值的概率来更新轨迹估计；利用量测值概率互联机制对移动目标的预测运动轨迹进行修正的具体过程包括：
给定移动目标i、k时刻的状态估计则k+1时刻的状态预测为：/>式中Fi表示状态转移矩阵；k+1时刻的状态预测误差协方差矩阵为：Pi k+1|k＝FiPi kFi+Qi，式中，Qi表示状态噪声协方差矩阵，Pi k表示k时刻的状态估计误差协方差矩阵；设k+1时刻的验证区域为预测观测值/>周围的区域，/>式中，Hi表示观测矩阵，验证区域的半径为：/>
判断k+1时刻移动目标i的实际量测值是否在验证区域内，判别条件为：式中，/>表示k+1时刻移动目标的实际量测值，表示卡尔曼滤波算法中的新息矩阵，g表示预设概率阈值，Ri表示观测噪声协方差矩阵；
满足判别条件即确定移动目标i的实际量测值在验证区域内，将k+1时刻移动目标i的实际量测值确定为移动目标i的有效量测值，按照更新公式完成移动目标i的预测运动轨迹更新，式中表示卡尔曼增益系数。
进一步地，所述报警模块中所述警报信号包括声音、语音警示和灯光警示。
进一步地，所述监控提醒报警装置还包括全景摄像头、电源、配重物、太阳能板、反光条；所述全景摄像头用于采集周围全景图像；所述电源用于给所述监控提醒报警装置供电；所述配重物用来保持使得所述监控提醒报警装置处于竖直状态和抵抗部分震动干扰；所述太阳能板用于给电源供给电量；所述反光条用于在夜间通过反光达到警示的目的。
进一步地，所述监控提醒报警装置还包括物联网通信模块，所述物联网通信模块用于将报警信息、所述雷达回波数据和全景图像实时发送到远程控制终端，并接收远程控制终端发出的控制指令。
根据本发明的另一方面，提供一种利用上述监控提醒报警装置对特定安防区域进行监控提醒报警的方法，该方法包括以下步骤：
利用360°周期性旋转的77GHz长距毫米波雷达探测移动目标，获取雷达回波数据；
探测到移动目标后，在移动目标进入77GHz短距毫米波雷达的探测范围内后，利用360°周期性旋转的77GHz短距毫米波雷达继续探测移动目标，获取雷达回波数据；
对77GHz长距毫米波雷达或77GHz短距毫米波雷达的雷达回波数据进行处理；
当移动目标的距离小于预设距离阈值时，发出警报信号以警示移动目标。
进一步地，对77GHz长距毫米波雷达或77GHz短距毫米波雷达的雷达回波数据进行处理的具体过程包括：
对所述雷达回波数据进行多普勒信息分解，获取多个移动目标的距离、方位信息；
根据多个移动目标的距离、方位信息，结合卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，以获得连续时间内多个移动目标的预测运动轨迹；其中，在轨迹预测过程中，基于多个移动目标的实际量测值即距离、方位信息，利用量测值概率互联机制对移动目标的预测运动轨迹进行修正。
进一步地，所述量测值概率互联机制是指设定某时刻预测运动轨迹的验证区域，利用位于验证区域内的潜在量测值作为该目标量测值的概率来更新轨迹估计；利用量测值概率互联机制对移动目标的预测运动轨迹进行修正的具体过程包括：
给定移动目标i、k时刻的状态估计则k+1时刻的状态预测为：/>式中Fi表示状态转移矩阵；k+1时刻的状态预测误差协方差矩阵为：Pi k+1|k＝FiPi kFi+Qi，式中，Qi表示状态噪声协方差矩阵，Pi k表示k时刻的状态估计误差协方差矩阵；设k+1时刻的验证区域为预测观测值/>周围的区域，/>式中，Hi表示观测矩阵，验证区域的半径为：/>
判断k+1时刻移动目标i的实际量测值是否在验证区域内，判别条件为：式中，/>表示k+1时刻移动目标的实际量测值，表示卡尔曼滤波算法中的新息矩阵，g表示预设概率阈值，Ri表示观测噪声协方差矩阵；
满足判别条件即确定移动目标i的实际量测值在验证区域内，将k+1时刻移动目标i的实际量测值确定为移动目标i的有效量测值，按照更新公式完成移动目标i的预测运动轨迹更新，式中表示卡尔曼增益系数。
本发明的有益技术效果是：
本发明提供一种特定安防区域监控提醒报警装置及方法，在夜晚、风雪、粉尘、雾霾、雨天环境下依然可以保持较好的监控性能，其中，倒立锥体装置内使用三块毫米波雷达组进行移动目标的监测，三块雷达成品字形排布，每块雷达的视场角为±60°，两块短距雷达成120°夹角安置，组合探测范围大大增加；毫米波雷达、摄像头组位于可360°旋转的转动装置上，可自主工作，也可远程控制，实现全方位监测的效果；长距离探测雷达引导短距离探测雷达、摄像头工作，避免装置持续探测造成的数据积累、传输负担；监测移动目标在小于阈值距离时发出报警提示，并用全景摄像头实时拍摄取证，雷达数据结合视频数据实现了主动式互补监测报警的效果，克服传统监测装置、警示装置在恶劣天气下无法工作的弊端；本发明为特定安防区域监测报警提供了一种新的解决方案。
附图说明
本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。
图1是本发明实施例一种特定安防区域监测提醒报警装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中雷达布置示意图；
图3是本发明实施例中雷达探测移动目标示意图；
图4是本发明实施例一种特定安防区域监测提醒报警方法的流程图；
图5是本发明实施例中微处理系统工作流程框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，在下文中将结合附图对本发明的示范性实施方式或实施例进行描述。显然，所描述的实施方式或实施例仅仅是本发明一部分的实施方式或实施例，而不是全部的。基于本发明中的实施方式或实施例，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方式或实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种特定安防区域监控提醒报警装置，该装置包括77GHz毫米波雷达组、转动装置、处理模块和报警模块；其中：
所述77GHz毫米波雷达组用于探测多个移动目标，获得包含移动目标相对所述监控提醒报警装置的距离、方位信息的雷达回波数据，并将雷达回波数据传输至所述处理模块；所述77GHz毫米波雷达组包括一块长距毫米波雷达和两块短距毫米波雷达，长距毫米波雷达与两块短距毫米波雷达成“品”字形设置，其中，长距毫米波雷达设置在上边，两块短距毫米波雷达设置在下边；所述长距毫米波雷达的探测距离大于所述短距毫米波雷达的探测距离；所述77GHz毫米波雷达组设置在所述转动装置上；
所述转动装置用于转动77GHz毫米波雷达组，使77GHz毫米波雷达组进行周期性转动；
所述处理模块用于对所述雷达回波数据进行处理，当移动目标与所述监控提醒报警装置的距离小于预设距离阈值时，发送报警信息至报警模块；
所述报警模块用于发出警报信号。
本实施例中，优选地，两块短距毫米波雷达的安装夹角为120°。
本实施例中，优选地，所述处理模块中对所述雷达回波数据进行处理的过程包括：对所述雷达回波数据进行多普勒信息分解，获取多个移动目标的距离、方位信息；根据多个移动目标的距离、方位信息，结合卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，以获得连续时间内多个移动目标的预测运动轨迹；其中，在轨迹预测过程中，基于多个移动目标的实际量测值即距离、方位信息，利用量测值概率互联机制对移动目标的预测运动轨迹进行修正。
本实施例中，优选地，所述处理模块中所述量测值概率互联机制是指设定某时刻预测运动轨迹的验证区域，利用位于验证区域内的潜在量测值作为该目标量测值的概率来更新轨迹估计；利用量测值概率互联机制对移动目标的预测运动轨迹进行修正的具体过程包括：
给定移动目标i、k时刻的状态估计则k+1时刻的状态预测为：/>式中Fi表示状态转移矩阵；k+1时刻的状态预测误差协方差矩阵为：Pi k+1|k＝FiPi kFi+Qi，式中，Qi表示状态噪声协方差矩阵，Pi k表示k时刻的状态估计误差协方差矩阵；设k+1时刻的验证区域为预测观测值/>周围的区域，/>式中，Hi表示观测矩阵，验证区域的半径为：/>
判断k+1时刻移动目标i的实际量测值是否在验证区域内，判别条件为：式中，/>表示k+1时刻移动目标的实际量测值，表示卡尔曼滤波算法中的新息矩阵，g表示预设概率阈值，Ri表示观测噪声协方差矩阵；
满足判别条件即确定移动目标i的实际量测值在验证区域内，将k+1时刻移动目标i的实际量测值确定为移动目标i的有效量测值，按照更新公式完成移动目标i的预测运动轨迹更新，式中表示卡尔曼增益系数。
本实施例中，优选地，所述报警模块中所述警报信号包括声音、语音警示和灯光警示。
本实施例中，优选地，所述监控提醒报警装置还包括全景摄像头、电源、配重物、太阳能板、反光条；所述全景摄像头用于采集周围全景图像；所述电源用于给所述监控提醒报警装置供电；所述配重物用来保持使得所述监控提醒报警装置处于竖直状态和抵抗部分震动干扰；所述太阳能板用于给电源供给电量；所述反光条用于在夜间通过反光达到警示的目的。
本实施例中，优选地，所述监控提醒报警装置还包括物联网通信模块，所述物联网通信模块用于将报警信息、所述雷达回波数据和全景图像实时发送到远程控制终端，并接收远程控制终端发出的控制指令。
本发明另一实施例提供一种特定安防区域监控提醒报警装置，如图1所示，该装置为倒立锥体结构，通过由一块长距毫米波雷达和两块短距毫米波雷达形成“品”字形的毫米波雷达组监测目标运动距离、方位、速度信息。该装置包括：毫米波雷达组：一块长距毫米波雷达110(最大探测距离200米)、两块短距毫米波雷达120(最大探测距离100米)，全景摄像头2，微处理系统3(即处理模块)，转动装置4，声音报警器5，警示灯6，电源7(含配重物)，反光条8，支架9，外壳10，太阳能板11。
如图2所示，长距毫米波雷达110与两块短距毫米波雷达120成“品”字形布置，长距毫米波雷达110安置在上边；两块短距毫米波雷达120在下边，且两块短距雷达120安装夹角为120°；三块雷达均安置在转动装置4上，用螺母固定；长距毫米波雷达110的探测视角为±60°，用于探测远距离200米范围内的多个移动目标，获得所探测移动目标相对装置的距离、方位以及径向速度等数据，并通过线缆将数据传输到微处理系统3；长距毫米波雷达110最大可探测的移动目标数目为10；可采用设定距离阈值的方式进行区间范围内移动目标探测，且该距离阈值的设定可由微处理系统接收远程指令控制；短距毫米波雷达120探测视角均为±60°，用于获取所设定范围内(0～A)多个移动目标的距离、方位、速度等数据，并通过线缆将数据传输到微处理系统3，最大可探测的移动目标数目为20；可采用指定区域或设定距离阈值的方式进行区间范围内移动目标探测，且该区域或距离阈值的设定可由微处理系统3接收远程指令控制。
微处理系统3设置在PCB板上，且PCB板由螺母固定于锥体内支架9上，下方为电源7及配重物；用于对三块毫米波雷达获取的目标数据(包括距离、方位、速度等)进行综合处理，当被监测目标到监控装置的相对距离小于设定阈值时，开启全景摄像头2拍摄取证，并语音播报提醒，向报警器5发出指令进行报警；可将长距毫米波雷达110获得的多个移动目标距离、方位、速度等数据，结合卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，获得连续时间内各移动目标的运动轨迹，并将各移动目标的轨迹数据经通信模块上传至控制终端；可将短距毫米波雷达120获得的多个移动目标距离、方位、速度等数据，结合卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，获得连续时间内各移动目标的运动轨迹，并将各移动目标的轨迹数据经通信模块上传至控制终端；可对多个移动目标的长距/短距雷达回波进行多普勒信息分解，并与内部存储的四轮汽车、三轮车、自行车、行人、动物等的微多普勒时频谱图比对，以进行移动目标的粗识别，便于远程端确认。
进一步地，还包括物联网通信模块，微处理系统3连接物联网通信模块，可接收远程控制终端发出的控制指令；微处理系统3通过线缆与电源7及长距毫米波雷达110、短距毫米波雷达120、全景摄像头2相连，可将移动目标的雷达数据、视频数据进行打包上传远程终端。
全景摄像头2位于装置底端，可旋转，并通过线缆与微处理系统3连接；其上方与转动装置4固定，可通过设置与雷达一起旋转、也可独立旋转，支持360°视频监控；进一步，可配有红外摄像模块，可通过远程控制终端发送指令控制是否使用红外摄像模块，也可根据时间设定自动使用红外成像进行监测。
转动装置4用于转动毫米波雷达组，使毫米波雷达组进行周期性转动，未监测到移动目标时每隔10秒进行转动，每次转动60°，当监测到移动目标时，存储、记录所转动角度以形成多个移动目标的方位数据；可用于独立转动全景摄像头2；可通过远程控制终端发出的指令进行控制，达到人为控制观测方位、转动时间间隔的目的。转动装置4可由微处理系统3自主控制，也可由远程控制终端控制旋转，具有双模旋转轴承结构，可同时旋转毫米波雷达组、全景摄像头，也可独立旋转。
声音报警器5用于警示进入安防区域的被监测目标远离安防区域；且被监测目标距离装置越近，警报声音越剧烈，并伴有语音警示，提醒警示进入安防区域的被监测目标远离安防区域；警报可由远程监控终端人为控制其开启和关闭、警报声音的剧烈程度，必要情况下，远程控制终端可进行实时语音警示。但不仅限于音频，也可以使用语音播报及其他的声音提示方式。
警示灯6用于光学警示，保持一定频闪规律进行警示，警示所给安防区域存在危险或者不可靠近，警示灯显示方式可人工自行设定。但不仅限于灯光闪烁，也可以使用灯光面板显示文字或者灯光闪烁与灯火面板显示文字相结合的方式。
电源7(含配重物)用于供给整个装置供电，配重物用来保持装置在小于一定风力下保持装置处于竖直状态并可以抵抗部分震动干扰。反光条8用于夜间通过反光达到警示前方区域需慎重前行的目的。装置外壳10可使装置悬挂于给定区域。太阳能板11用于给装置电源模块供给电量。物联网通信模块用于将报警信息、在产生警报到警报解除时间内的被监测目标的数据信息实时发送到远程监控终端，并接收远程控制终端发出的控制指令。
本发明另一实施例提供一种特定安防区域监测提醒方法，如图3-5所示。该方法包括：
利用360°周期性旋转的77GHz长距毫米波雷达探测移动目标，获取雷达回波数据；
探测到移动目标后，在移动目标进入77GHz短距毫米波雷达的探测范围内后，利用360°周期性旋转的77GHz短距毫米波雷达继续探测移动目标，获取雷达回波数据；
对77GHz长距毫米波雷达或77GHz短距毫米波雷达的雷达回波数据进行处理；具体过程包括：对所述雷达回波数据进行多普勒信息分解，获取多个移动目标的距离、方位信息；根据多个移动目标的距离、方位信息，结合卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，以获得连续时间内多个移动目标的预测运动轨迹；其中，在轨迹预测过程中，基于多个移动目标的实际量测值即距离、方位信息，利用量测值概率互联机制对移动目标的预测运动轨迹进行修正；
当移动目标的距离小于预设距离阈值时，发出警报信号以警示移动目标。
根据本发明实施例，77GHz长距毫米波雷达，用于感应±60°视角范围内远距离移动目标(200米)范围内的目标信息；两块77GHz短距毫米波雷达探测视角均为±60°，且两块短距毫米波雷达板安装夹角为120°，即实现短距离(100米)内240°视角的同步探测，短距毫米波雷达安装夹角、所选毫米波雷达探测距离均可根据实际情况进行调整或选取合适的雷达型号；77GHz长距毫米波雷达的型号例如为TI公司的AWR2243四芯片级联版，77GHz短距毫米波雷达的型号例如为AWR1443。
77GHz毫米波雷达组借助转动装置，进行360°周期性旋转来监测周围移动目标，每隔10秒进行转动，每次转动60°，探测到移动目标即停止；转动装置可远程终端人工控制，设定雷达监测区域(如方位范围)或旋转周期；未监测到移动目标或目标距离大于长距雷达设定阈值时，只有长距毫米波雷处于工作状态，短距离毫米波雷达、摄像头均处于待机状态；获得所探测移动目标相对监测装置的距离、方位及径向速度信息等，一旦判别目标的相对距离信息超过设定阈值，立即引导短距离跟踪雷达工作。长距离毫米波雷达启动方式为：长距毫米波雷达监测设定区域是否存在移动目标，若存在移动目标，且当目标位置与雷达相对距离小于设定值时，启动短距毫米波雷达获取移动目标的距离、方位、速度信息，引导光学摄像头(含红外摄像模式)旋转至雷达探测方位，以便进行后续拍摄取证；长距离毫米波雷达可同时针对多个目标进行分别跟踪，根据距离、方位、速度等信息，经微处理系统获得探测时间内各移动目标的运动轨迹，并将轨迹数据经通信模块上传至控制终端。设定长距雷达距离阈值为A＝100(50<A≤100米)，则长距毫米波雷达监测100～200米内是否存在移动目标；若存在移动目标，且当目标与雷达相距小于100米时，微处理系统同时启动两块短距毫米波雷达获取移动目标的距离、方位、速度信息，开启间隔的语音提醒、灯光闪烁，引导光学摄像头(含红外摄像模式)旋转至雷达探测方位。
当监测到移动目标进入100米范围内时，短距毫米波雷达工作，当监测到移动目标距离小于阈值距离时，微处理系统控制摄像头旋转到指定方位进行拍摄取证，并向报警模块发出指令产生警报，且移动目标与装置距离越小，警报声越剧烈，提醒进入范围的移动目标及时远离安防区域，警报持续至被监测目标与装置距离大于给定阈值距离，警报也可通过远程监控终端人工开启或者关闭，并且报警模块可通过远程控制终端播报实时语音，便于警报可根据实际情况进行处理。
短距毫米波雷达工作方式为：设定短距雷达距离阈值为B(5<B<A)，当移动目标与指定位置区域的距离信息小于设定值时，经微处理系统启动报警装置、光学摄像头进行拍摄取证，启动警示灯、持续警报提醒。
可旋转全景摄像头工作方式为：当短距毫米波雷达监测到移动目标后，摄像头观测方位由毫米波雷达组所捕获的目标方位确定，提供视频取证数据；可由远程监控终端发送控制指令调控观测方位。
微处理系统结合长距/短距毫米波雷达对多个移动目标的回波数据(如距离、方位、速度等)进行处理，实现多目标轨迹跟踪；同时，全景摄像头所监测影像(夜间摄像头自动切换至红外成像模式)通过通信模块实时传输到远程监控终端，远程终端可根据需要人工控制全景摄像头监测方位；微处理系统也通过通信模块将警报发生时间、目标与装置实时距离、目标轨迹信息通过物联网远程通信模块发送至远程控制中心，便于远程控制中心对警报情况进行及时处理。其中，多目标轨迹跟踪方式为：首先，各雷达存储的多个移动目标的历史回波数据(包括距离R、方位a等信息)在同一极坐标系下绘制，形成已知的m条轨迹串
…
这里表示第1个目标在初始时刻相对雷达的方位角度及距离信息；接着，对各个目标采用卡尔曼滤波算法进行轨迹更新，其中重点应对多条目标轨迹可能存在交叉、干扰问题；引入量测值概率互联机制，即设定某时刻轨迹的验证区域，利用位于验证区域内的潜在测量值作为该目标测量值的概率来更新轨迹估计，对于雷达与摄像头融合探测的第i个目标，给定移动目标i、k时刻的状态估计/>则k+1时刻的状态预测为：式中Fi表示状态转移矩阵；k+1时刻的状态预测误差协方差矩阵为：Pi k+1|k＝FiPi kFi+Qi，式中，Qi表示状态噪声协方差矩阵，Pi k表示k时刻的状态估计误差协方差矩阵；设k+1时刻的验证区域为预测观测值/>周围的区域，/>式中Hi表示观测矩阵，验证区域的半径为：/>判断k+1时刻移动目标i的实际量测值是否在验证区域内，判别条件为：/>式中，/>表示k+1时刻移动目标的实际量测值，/>表示卡尔曼滤波算法中的新息矩阵，g表示预设概率阈值，Ri表示观测噪声协方差矩阵；满足判别条件即确定移动目标i的实际量测值在验证区域内，将k+1时刻移动目标i的实际量测值/>确定为移动目标i的有效测量值，按照完成移动目标i的预测运动轨迹更新，式中表示卡尔曼增益系数。否则视为其他目标的测量值，再重复验证此条件；其中g表示概率的阈值，本实施例中取g＝0.55。
本发明提出一种特定安防区域监测提醒报警装置及方法，通过使用毫米波雷达组获取被监测移动目标与装置的距离、方位信息，在监测到移动目标与装置的距离小于给定阈值时，触发报警机制：报警器报警，且移动目标靠的越近，警报越剧烈；全景摄像头根据定位信息进行跟踪拍摄，拍摄影像通过通信模块发送至远程监控终端；微处理系统将警报发生时间、定位信息通过物联网远程通信模块发送至远程终端，供远程监测终端对警报做出相应反应，克服现有监控方式在粉尘、泥浆、雨雾、尘埃等恶劣天气条件下性能大幅度下降的弊端，大大提高了装置的稳定性和可靠度。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种特定安防区域监控提醒报警装置，其特征在于，包括77GHz毫米波雷达组、转动装置、处理模块和报警模块；其中：
所述77GHz毫米波雷达组用于探测多个移动目标，获得包含移动目标相对所述监控提醒报警装置的距离、方位信息的雷达回波数据，并将雷达回波数据传输至所述处理模块；所述77GHz毫米波雷达组包括一块长距毫米波雷达和两块短距毫米波雷达，长距毫米波雷达与两块短距毫米波雷达成“品”字形设置，其中，长距毫米波雷达设置在上边，两块短距毫米波雷达设置在下边；所述长距毫米波雷达的探测距离大于所述短距毫米波雷达的探测距离；所述77GHz毫米波雷达组设置在所述转动装置上；
所述转动装置用于转动77GHz毫米波雷达组，使77GHz毫米波雷达组进行周期性转动；
所述处理模块用于对所述雷达回波数据进行处理，当移动目标与所述监控提醒报警装置的距离小于预设距离阈值时，发送报警信息至报警模块；其中，对所述雷达回波数据进行处理的过程包括：对所述雷达回波数据进行多普勒信息分解，获取多个移动目标的距离、方位信息；根据多个移动目标的距离、方位信息，结合卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，以获得连续时间内多个移动目标的预测运动轨迹；其中，在轨迹预测过程中，基于多个移动目标的实际量测值即距离、方位信息，利用量测值概率互联机制对移动目标的预测运动轨迹进行修正；所述量测值概率互联机制是指设定某时刻预测运动轨迹的验证区域，利用位于验证区域内的潜在量测值作为目标量测值的概率来更新轨迹估计；利用量测值概率互联机制对移动目标的预测运动轨迹进行修正的具体过程包括：
给定移动目标i在k时刻的状态估计则k+1时刻的状态预测为：/>式中Fi表示状态转移矩阵；k+1时刻的状态预测误差协方差矩阵为：Pi k+1|k＝FiPi kFi+Qi，式中，Qi表示状态噪声协方差矩阵，Pi k表示k时刻的状态估计误差协方差矩阵；设k+1时刻的验证区域为预测观测值/>周围的区域，/>式中，Hi表示观测矩阵，验证区域的半径为：
判断k+1时刻移动目标i的实际量测值是否在验证区域内，判别条件为：式中，/>表示k+1时刻移动目标的实际量测值，表示卡尔曼滤波算法中的新息矩阵，g表示预设概率阈值，Ri表示观测噪声协方差矩阵；
满足判别条件即确定移动目标i的实际量测值在验证区域内，将k+1时刻移动目标i的实际量测值确定为移动目标i的有效量测值，按照更新公式完成移动目标i的预测运动轨迹更新，式中表示卡尔曼增益系数；
所述报警模块用于发出警报信号。
2.根据权利要求1所述的一种特定安防区域监控提醒报警装置，其特征在于，两块短距毫米波雷达的安装夹角为120°。
3.根据权利要求2所述的一种特定安防区域监控提醒报警装置，其特征在于，所述报警模块中所述警报信号包括声音、语音警示和灯光警示。
4.根据权利要求1所述的一种特定安防区域监控提醒报警装置，其特征在于，所述监控提醒报警装置还包括全景摄像头、电源、配重物、太阳能板、反光条；所述全景摄像头用于采集周围全景图像；所述电源用于给所述监控提醒报警装置供电；所述配重物用来保持使得所述监控提醒报警装置处于竖直状态和抵抗部分震动干扰；所述太阳能板用于给电源供给电量；所述反光条用于在夜间通过反光达到警示的目的。
5.根据权利要求4所述的一种特定安防区域监控提醒报警装置，其特征在于，所述监控提醒报警装置还包括物联网通信模块，所述物联网通信模块用于将所述报警信息、所述雷达回波数据和所述全景图像实时发送到远程控制终端，并接收远程控制终端发出的控制指令。
6.一种特定安防区域监控提醒报警方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用360°周期性旋转的77GHz长距毫米波雷达探测移动目标，获取雷达回波数据；
探测到移动目标后，在移动目标进入77GHz短距毫米波雷达的探测范围内后，利用360°周期性旋转的77GHz短距毫米波雷达继续探测移动目标，获取雷达回波数据；
对77GHz长距毫米波雷达或77GHz短距毫米波雷达的雷达回波数据进行处理；具体过程包括：对所述雷达回波数据进行多普勒信息分解，获取多个移动目标的距离、方位信息；根据多个移动目标的距离、方位信息，结合卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，以获得连续时间内多个移动目标的预测运动轨迹；其中，在轨迹预测过程中，基于多个移动目标的实际量测值即距离、方位信息，利用量测值概率互联机制对移动目标的预测运动轨迹进行修正；所述量测值概率互联机制是指设定某时刻预测运动轨迹的验证区域，利用位于验证区域内的潜在量测值作为目标量测值的概率来更新轨迹估计；利用量测值概率互联机制对移动目标的预测运动轨迹进行修正的具体过程包括：
给定移动目标i在k时刻的状态估计则k+1时刻的状态预测为：/>式中Fi表示状态转移矩阵；k+1时刻的状态预测误差协方差矩阵为：Pi k+1|k＝FiPi kFi+Qi，式中，Qi表示状态噪声协方差矩阵，Pi k表示k时刻的状态估计误差协方差矩阵；设k+1时刻的验证区域为预测观测值/>周围的区域，/>式中，Hi表示观测矩阵，验证区域的半径为：
判断k+1时刻移动目标i的实际量测值是否在验证区域内，判别条件为：式中，/>表示k+1时刻移动目标的实际量测值，表示卡尔曼滤波算法中的新息矩阵，g表示预设概率阈值，Ri表示观测噪声协方差矩阵；
满足判别条件即确定移动目标i的实际量测值在验证区域内，将k+1时刻移动目标i的实际量测值确定为移动目标i的有效量测值，按照更新公式完成移动目标i的预测运动轨迹更新，式中表示卡尔曼增益系数；
当移动目标的距离小于预设距离阈值时，发出警报信号以警示移动目标。
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