CN208737505U - 基于无线传感器网络的人员安全监视及考勤设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的人员安全监视及考勤设备，包括阅读器、有源标签和图形图像获取装置；阅读器分别设置在出入口、以及施工现场内部需要进行人员定位的位置，图形图像获取装置设置在出入口通道侧边；本实用新型通过在出入口、以及施工现场内部需要进行人员定位的位置设置具有单向辐射天线和全向辐射天线的阅读器，用于检测标签佩戴人员的行进方向以及位置，并通过人脸识别系统与之配合使用，识别准确度高，防止代考勤情况的发生，且系统结构简单，操作方便，成本低、易实施。

Description

基于无线传感器网络的人员安全监视及考勤设备

技术领域：

本实用新型涉及一种无线传感器领域，特别是涉及一种基于无线传感器网络的人员安全监视及考勤设备。

背景技术：

目前，随着工业化、城市化进程的加快，建筑物以及各种站点的建设施工已成常态。人们对施工现场人员的进出流动以及现场级的安全监测的关注日益增加。现有技术中，识别人员的进出方向的方法主要为：在出入通道上出入方向上各安装多个阅读器，当携带标签的人员进入通道的监测区域时，若通道外面的 阅读器读到标签，则判定为进入；当通道里面的阅读器读到标签，则判定 为出去，标签本身不具备识别进出方向的能力。RFID系统采用多读头顺序关联法来判定进出方向，需要第三方设备 (通常称为前置机)来接收阅读器发送的标签序列号、读取标签的时间、阅读器ID号等信息，再根据读取标签序列号的先后顺序来判定进出方向，系统的构 成复杂，成本高；而且，阅读器容易发生漏读标签、读取时间错误等异常情况， 会导致进出方向判别错误。此外，将RFID芯片佩戴在工作人员身上如安全帽上，通过多个局部区域的多个射频定位器中离该人员最近的一个射频定位器激活，并对施工人员位置进行定位，并根据射频芯片的ID信息判断工作人员的身份，这种定位方式需设置多个阅读器，尤其当施工现场占地面积较大时对阅读器个数和射频标签的信号强度要求较高，且只能大致定位人员的方位，不能具体定位人员的方向，定位精度低。

同时对于现有的标签定位考勤设备，仅仅是单独的定位功能，在现实中由于标签体积比较小，人员之间的标签容易混淆或者带错标签情况的发生，也不免存在一人携带多个标签进行代考勤情况的发生，由于仅仅采用标签定位进行考勤，无法对携带标签人员进行身份核对，导致考勤失败或者非正常考勤。

因此，有必要提供一种成本低、安装简单且定位精度高的施工现场人员安全监视及考勤系统。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种成本低、安装简单且定位精度高、并通过视频采集结合面部识别促进考勤精度，防止出现待考勤操作的基于无线传感器网络的人员安全监视及考勤设备。

本实用新型的技术方案是：一种基于无线传感器网络的人员安全监视及考勤设备，包括阅读器、有源标签和图形图像获取装置，所述阅读器包括用于发送不同频率的射频信号F1和射频信号F2的第一射频发送器和第二射频发送器，第一射频发送器具有一单向辐射天线、至少一反射体，所述第二射频发送器具有一全向辐射天线，所述反射体和全向辐射天线设置于单向辐射天线的两侧，其中一路射频信号通过单向辐射天线发送，另一路射频信号通过全向辐射天线发送，使得两路射频信号分别覆盖于不同的地理区域上，有源标签包括相互连接的射频收发器和处理器，所述射频收发器通过无线与辐射天线连接，所述阅读器与监控控制中心连接，监控控制中心与图形图像获取装置连接，并通过无线与移动通讯终端连接，所述图形图像获取装置为设置在云台上具有自动对焦功能的摄像机。

所述单向辐射天线为定向天线，所述全向辐射天线为偶极天线。所述阅读器分别设置在考勤出入口、以及施工现场内部需要进行人员定位的位置，所述有源标签佩戴在现场人员身上。

所述摄像机为CCD摄像机，且其上设置有陀螺仪，所述云台设置在考勤出入口以及施工现场内部出入口的一侧，所述陀螺仪和云台均与监控控制中心连接。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过在出入口、以及施工现场内部需要进行人员定位的位置设置具有单向辐射天线和全向辐射天线的阅读器，用于检测标签佩戴人员的行进方向以及位置，并通过人脸识别系统与之配合使用，识别准确度高，防止代考勤情况的发生，且系统结构简单，操作方便，成本低、易实施。

2、本实用新型并通过阅读器确定的方向和位置信息驱动摄像机进行转动，实现对标签携带人的视频采集，并判断视频中标签携带人的行动方向与标签判断的运动方向是否一致，对行动方向进行双重确认，保证检测的准确性。

3、本实用新型在行动方向确认的情况下，通过摄像机采集的视频中提取标签携带人的面部图像并识别，并与数据库中存储的面部信息进行对比，确定是标签携带人员携带的本人的标签，防止一人携带多个标签或携带别人的标签造成考勤打卡混乱情况的发生。

4、本实用新型单向辐射天线具有指向性，全向辐射天线具有全面性，通过检测标签通过一种天线覆盖区域和两种天线重叠区域的前后顺序，判断标签的运动方向。

5、本实用新型标签采用间歇性侦测方式，定时侦测阅读器发送的射频信号。当标签侦测到射频信号F2时，就立即同时侦测射频信号F1，侦测不到F2就再次进入休眠，降低电能的损耗。

6、本实用新型根据返回的信息S或D，判断其返回的ID标签佩戴人员的身份以及该人员处于S或D对应的方位，方便管理人员准确定位该人员的位置，必要的情况下通知该人员转移。

7、本实用新型通过无线与标签对应管理人员携带的移动通讯终端连接，出现行动方向不一致或人脸识别不一致情况时，通过移动终端通知与检测到的有源标签对应人员的管理人员进行人员核对。

8、本实用新型摄像机上设置有陀螺仪，通过陀螺仪实现在摄像机转动时完成方向的确认（A到B方向或B到A方向），并结合采集视频中帧的前后顺序和视频中人员的轮廓参数，最终确定人员的运动方向。

附图说明：

图1是阅读器天线单元的结构图；

图2是阅读器天线单元识别标签位置与方向的原理图。

图3是本申请的结构连接框图。

图4是摄像头及陀螺仪运动投影简图。

具体实施方式：

实施例：参见图1、图2、图3和图4，图中，111-单向辐射天线，12-开口，113-反射体；101-射频信号F1单独覆盖区，103-射频信号F1和射频信号F2重叠覆盖区， 102-射频信号F2单独覆盖区,13-通道，14-摄像头。

基于无线传感器网络的人员安全监视及考勤设备，包括阅读器、有源标签和图形图像获取装置；阅读器分别设置在出入口、以及施工现场内部需要进行人员定位的位置，图形图像获取装置设置在出入口通道侧边。

阅读器具有两路射频发送器，分别用于发送不同频率的射频信号F1和射频信号F2；该两路射频发送器包含一天线单元，具有一单向辐射天线、至少一反射体及一全向辐射天线，该反射体设置于该单向辐射天线的一侧，该全向辐射天线设置于该单向辐射天线的另一侧，其中一路射频信号通过定向天线发送，另一路射频信号通过全向辐射天线发送，使得两路射频信号分别覆盖于不同的地理区域上。所述有源标签佩戴在现场人员身上，包括一射频收发器，用于侦测所述阅读器发送的射频信号，以及将标签序列号以及对应信息发送到阅读器；以及处理器，用于根据所侦测到的射频信号F1和射频信号F2的先后顺序和信号强度，判定向阅读器返回的信号值。阅读器根据标签返回的信号值以及标签序号ID判断标签的行进方向以及位置。

标签采用间歇性侦测方式，定时侦测阅读器发送的射频信号。当标签侦测 到射频信号F2时，就立即同时侦测射频信号F1，侦测不到F2就再次进入休眠。由于阅读器的单向辐射天线(定向天线)发射的无线信号具有指向性，信号只覆盖该单向辐射天线的某一个方向区域A，全向辐射天线发射的无线信号无方向性，信号覆盖该全向辐射天线周围的所有方向区域A和B，因此，具有单向辐射天线信号的方向区域A上既具有单向辐射天线信号又具有全向辐射天线信号，而其他方向上只有全向辐射天线信号。将地理区域A和B分别设为进出通道上先后经过的两个区域，标签根据接收到全向辐射天线信号和单向辐射天线信号、或只接收到全向辐射天线信号的先后顺序判断判断待返回的信号。当标签位于施工现场且距离保持在一定范围内时，标签可能检测到全向辐射天线信号和单向辐射天线信号、或只接收到全向辐射天线信号二者之一，当标签既检测到全向辐射天线信号又检测到单向辐射天线信号时标签返回某一信号D，当标签只检测到全向辐射天线信号时返回信号S，阅读器根据接收到的信号判断标签所在方位，以及在预定时间内接收到的返回信号的顺序判断标签的行进方向。

下面结合图1和图2，对识别行进方向的工作原理进行详细说明。

图1是阅读器天线单元的结构图。阅读器的天线单元，具有一单向辐射天线、至少一反射体及一全向辐射天线，该反射体设置于该单向辐射天线的一侧，该全向辐射天线设置于该单向辐射天线的另一侧，且 该单向辐射天线111的开口12对应该反射体113，较佳地，该反射体113的长度大于该单向辐射天线111的长度及小于该全向辐射天线112的长度，以提高该单向辐射天线111的指向性。其中全向辐射天线112可采用偶极天线。

图2是阅读器天线单元识别标签位置与方向的原理图。将阅读器设置在位置O，位置O可以为需要对现场人员进行安全监视的地方或考勤出入口，阅读器通过两路射频发送器同时发送2个不同频率的射频信号，包括射频信号F1和射频信号F2。射频信号F1为定向天线发射的信号，其信号覆盖区为纺锤形，位于地理区域A中的扇形区域102；射频信号F2为全向辐射天线发射的信号，其信号覆盖区为面包圈型，位于地理区域A和地理区域B中圆形区域101；且所述射频信号F1的信号覆盖区的径向，大于所述射频信号F2的信号覆盖区的径向，即射频信号F1的强度大于射频信号F2的强度。

为方便描述，本实用新型实施例将纺锤形的信号覆盖区简化为扇形，将面包圈 型的信号覆盖区简化为圆形。如图2所示扇形区域102为射频信号 F1的信号覆盖区，位于地理区域A上。圆形区域101为射频信号F2 的信号覆盖区，其以地理区域A和地理区域B的分界线为中轴线，平均分布在地理区域A和地理区域B上。并且，扇形区域的半径大于圆形区域的半径。即图2所示的区域101只覆盖有射频信号F1，区域103同时覆盖有射频信号F1 和射频信号F2，区域102只覆盖有射频信号F2。地理区域A和Ｂ可以分别代表施工现场的内外区域，如当区域A为施工现场的内部，区域Ｂ为施工现场的外部，则Ｏ点为出入口考勤点，当标签的行进方向是从地理区域B到地理区域A的方向 时，标签先进入到区域101，此时只侦测到射频信号F2而侦测不到射频信号F1； 随后，标签进入到扇形区与圆形区的公共区域(即区域103)，标签侦测到射频 信号F2也侦测到射频信号F1，即标签先检测到信号F2再检测到信号F1和F2。当标签既检测到全向辐射天线信号F2又检测到单向辐射天线信号F1时标签返回某一信号D且同时返回自身的序号ID，当标签只检测到全向辐射天线信号F2时返回信号S，且同时返回自身的序号ID，阅读器根据接收到的信号判断标签所在方位，以及在预定时间内接收到的返回信号的顺序判断标签的行进方向，此时，阅读器检测到该标签的ID以及信号DS，则判断标签的行进方向为进入施工区域。

当标签的行进方向是从地理区域A到地理区域B的方向时，标签先进入到区域103，此时标签侦测到射频 信号F2也侦测到射频信号F1随后，标签进入到区域101，此时只侦测到射频信号F2而侦测不到射频信号F1；即标签先同时检测到信号F1和F2再只检测到信号F2，则阅读器检测到该标签的ID以及信号SD，判断标签的行进方向为离开施工区域。按照同样的道理，也可以将区域A作为施工现场的外部，区域Ｂ为施工现场的内部。

在阅读器接收到有源标签返回信号值（SD或DS），并确定携带有源标签人员的行动方向和位置信息，并在监控控制中心中的显示器上进行显示，并把行动方向和位置信息作为摄像机运动的控制输入，实现摄像机对标签携带人的跟踪拍摄，并对采集视频中标签携带人的行动方向进行判断（通过陀螺仪实现在摄像机转动时完成方向的确认，比如：A到B方向或B到A方向；并结合采集视频中帧的前后顺序和视频中人员的目标轮廓参数，最终确定人员的运动方向），然后把视频得到的行动方向与阅读器得到的行动方向进行对比确认（是否同为A到B方向或同为B到A方向），行动方向不一致或视频中无人员目标轮廓，则通过移动通讯终端通知与检测到的有源标签对应人员的管理人员进行人员核对（是否完成上下班考勤）；行动方向一致，则在摄像机采集的视频中提取携带标签人员的面部图像并识别，并与数据库中存储的面部信息进行对比，面部信息与标签信息对应一致时，则确定是携带标签人员携带的本人的标签，完成上下班考勤操作；面部信息与标签信息不对应一致时，则携带标签人员携带的非本人的标签，则通过移动通讯终端通知与检测到的有源标签对应人员的管理人员进行人员核对（是否完成上下班考勤）。

此外，还可以阅读器设置在施工点等需要进行人员定位的位置，如建筑设备的拆卸或爆破点、需要使用塔吊等进行外里面设备安装的施工点，这些位置往往需要清散除重要施工人员外的其他人员，当阅读器检测到标签返回D信号时，即可根据其返回的ID判断标签佩戴人员的身份以及该人员处于A区域对应的方位，当接收到S信号时，则判断该人员处于B区域对应的方位。从而，方便管理人员准确定位该人员的位置，必要的情况下通知该人员转移。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种基于无线传感器网络的人员安全监视及考勤设备，包括阅读器、有源标签和图形图像获取装置，其特征是：所述阅读器包括用于发送不同频率的射频信号F1和射频信号F2的第一射频发送器和第二射频发送器，第一射频发送器具有一单向辐射天线、至少一反射体，所述第二射频发送器具有一全向辐射天线，所述反射体和全向辐射天线设置于单向辐射天线的两侧，其中一路射频信号通过单向辐射天线发送，另一路射频信号通过全向辐射天线发送，使得两路射频信号分别覆盖于不同的地理区域上，有源标签包括相互连接的射频收发器和处理器，所述射频收发器通过无线与辐射天线连接，所述阅读器与监控控制中心连接，监控控制中心与图形图像获取装置连接，并通过无线与移动通讯终端连接，所述图形图像获取装置为设置在云台上具有自动对焦功能的摄像机。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的人员安全监视及考勤设备，其特征是：所述单向辐射天线为定向天线，所述全向辐射天线为偶极天线。

3.根据权利要求1-2中任一所述的基于无线传感器网络的人员安全监视及考勤设备，其特征是：所述阅读器分别设置在考勤出入口、以及施工现场内部需要进行人员定位的位置，所述有源标签佩戴在现场人员身上。

4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的人员安全监视及考勤设备，其特征是：所述摄像机为CCD摄像机，且其上设置有陀螺仪，所述云台设置在考勤出入口以及施工现场内部出入口的一侧，所述陀螺仪和云台均与监控控制中心连接。