CN101388130A - 基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统、装置与实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统、装置与实施方法，包括：各类传感器、无线传输设备、无线传感网节点、视频撷取装置、智能视频处理系统，安装在围界上，摄取并输出传感探测、视频信号；视频服务器，与视频撷取装置相连，用于接收并存储视频撷取信号输出的视频信号；震动定位传感系统专门针对有需求的重要防区布设；组合气象传感器、照明及声音报警装置的引入应用全面有效的提高全气候全天时系统监控报警的准确率。本发明还提供一种层次立体的监控和一种报警系统实施方案和多级数据融合报警方案，有效减少误警率和漏警率。

Description

基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统、装置与实施方法

技术领域

本发明涉及一种基于无线传感网的围界多级立体监控、报警防入侵综合系统，具体地说，涉及一种诸如机场、特殊单位、通道等场所全天候全天时的实时监控，一旦有非正常入侵，系统启动多级报警策略，形成处警机制；系统并形成监控信息的收集、存储、管理及发布。

背景技术

在我国，诸如机场飞行区，大型社区等围界的日常安全管理主要依靠专职人员驾乘交通工具或行走巡逻以及定点岗哨的方式，这些方式无法对围界实现全天候、全天时实时监控和防护。警卫人员主要依靠对讲系统进行通信，无法及时获取并记录告警情况下的图像信息，跟踪监控可能的入侵者，给安全带来漏洞。目前大型围界监控系统尚未达到智能化水平，主要方法有以下几类：

(1)空间区域探测。主要采用电磁场、微波、红外、视频等技术在空间形成不可见的探测区域。包括主动微波探测器、静电场探测器、红外光束探测器等。该方法相对廉价、不受光线或云彩阴影的影响，但易受小动物的干扰，需摄像机二次确认，保护区域易于被探测识别。

(2)依附围栏探测。采用驻极体电缆、光纤电缆、惯性传感器等构建具有一定阻挡作用的探测系统。包括震动传感电缆、震动传感光缆、惯性震动电缆等。该方法受气候影响，在盐雾区易被腐蚀；易松动、变形，维护工作量大。

(3)独立围栏系统。采用张力、光纤、电容、高压脉冲等传感器构建的具有阻挡和探测功能的探测系统。包括张力围栏、隐蔽周界、电子脉冲等。这种物理屏障和入侵探测系统的有机结合的方法探测概率高，误报率低，但是必须新建围栏，且造价昂贵，电子脉冲方式频谱较宽，尚未有对飞行器无干扰证明，且需摄像机二次确认。

(4)埋地电缆探测。按一定的要求将探测传感器埋于地下，探测磁场、压力等变化而构建的隐蔽探测系统。包括围栏式、地埋式震动电缆或电磁场探测器等。该方法不受因风摆动物体的影响，却易受小动物的干扰，需架设围栏或开挖沟漕，保护区域窄小。

另外，在一些需要紧急布设探测器，或者受环境限制不能敷设线缆的围界地点，常规的通讯方式不能满足要求，需要采用其他可靠、快捷的方法将探测器的信息传回监控中心。

发明内容

本发明目的在于提供一种大型围界、通道的防入侵监控，报警、数据存储发布等功能的多级信息融合综合系统。综合考虑围界地理环境、气候条件，利用无线传感网随机布设，智能组网的特点，并充分考虑传感系统特征、作用范围及布设特点，形成一个完全、准确的，能在复杂环境下全天候、全天时安全可靠的智能监控报警系统。

根据上述目的，本发明提供的基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统包括：

传感器，包括围栏探测器、震动传感定位系统、倾角传感器、组合气象传感器系统等，安装在需要监控和报警的围界上；

视频撷取装置，安装在围界上，所述视频撷取装置摄取并输出视频信号；

智能视频监视系统，由云台、摄像机、工控机等组成，完成智能识别，可疑入侵者跟踪等任务；

照明及声音报警装置，由户外型探照灯、前端报警喇叭、现场I/O控制器和监控软件组成。当有报警信号发生时，根据警报等级，通过监控软件发出警告信号，现场I/O控制器根据防区对应逻辑关系，触发对应报警区域的照明及报警声音；

以太网交换机，与所述传感器输出信号、视频信号等，通过光纤与监控中心连接；

视频服务器，接收并存储视频撷取装置输出的视频信号，并接入所述以太网交换机；

串口服务器，将所述传感信号检测器输出信号转换成网络信号，并接入所述以太网交换机；

无线传感网节点，无线传感网节点布设在需要应急检测的围界上，节点之间通过多跳、自组织的方式自动组网；无线传感网节点将所述多个传感信号检测器的输出信号之间融合后输出至附近的基站；

监控中心，将围界上各类传感探测器信息，视频信号等进行汇集，存储，处理，发布，形成多类信息集合并判断出所述信号是否表示有入侵者侵入，输出控制信号。

在所述的围界监控与智能报警系统中还包括照明装置，安装在所述围界上，与所述传感信号检测器相连，接收所述传感信号检测装置的传感信号。该照明装置为探照灯。

在所述的围界监控与智能报警系统中还包括声音警告装置，安装在所述围界上，与所述传感信号检测器相连，接收所述传感信号检测装置的传感信号。

本发明提供的基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统，依据围界内不同区域的地理特征和防范需求，采取不同的多层围界联合监控方式。系统由外层至内层围界主要结构如下：

(a)外层张力围栏探测器按一定距离分布布设于外层围界，探测器报警信号通过串口服务器接入以太网交换机进而传输至监控中心；

(b)第二层埋地敷设震动定位传感系统。震动定位传感系统由光纤、震动探测器、控制中央处理器组成。检测探测区域内的震动信号，检测结果通过光纤传输至指控中心。

(c)第三层在围界上安装视频撷取装置，所述视频撷取装置所述视频撷取装置摄取并输出视频信号，并将所述视频信号输出至监控中心；

(d)第四层安装按一定距离分布安装倾角传感器，检测结果通过光纤传输至指控中心。并加装分布式照明及声音警告装置。

(e)第五层为智能视频监视系统。智能视频监视系统由云台、摄像机、工控机组成。

(f)监控中心将围界上的各类传感探测器的信息、视频信号进行汇集、处理，形成文字、声音和视频图像等多种类型的信息；

(g)在上述围界监控和报警方法中，还在所述围界上安装组合气象传感系统，收集统计管理各类气象信息供分析判断。

本发明亦提供了一种基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统的信息融合的多级报警联动实现方法。将来自前端多个不同传感探测装置的数据和各层次判决结果进行融合，形成在复杂监控环境下更完整、准确的报警判决结果。依据各局部探测器向系统融合中心提供的目标是否存在的局部决策信息，融合中心采用分布式决策融合算法。在实际应用中，对融合中心而言，各探测器仅能向融合中心提供目标是否存在的决策信息。针对这种特殊情况下的分布式决策融合，融合中心如何依据各个探测器的决策报告做出目标是否出现的决策。为了便于值守人员清晰了解报警信息，及时作出判断，防入侵系统监控中心共设有故障警报、一级入侵警报、二级入侵警报、三级入侵警报，紧急警报，其具体定义如下：

(a)故障警报：表示有探测终端处于故障状态。

(b)一级入侵警报：所述张力围栏探测器、工作区域倾角传感器单独或部分同时报警，表示有目标当前位于围界外侧或围界上触动、攀爬或破坏，提示工作人员进行视频复核。

(c)二级入侵警报：所述震动定位传感系统、重要区域倾角传感器、砖墙区域固定视频单独或部分同时报警，表示入侵目标当前已位于围界内或砖墙上，提示工作人员进行视频复核。

(d)三级入侵警报：经视频复核后，确认入侵目标为人或人为操纵目标，当前正在入侵或破坏围栏；或入侵目标已进入围栏内。

(e)紧急警报：通过视频发现围栏周围受到恶意破坏，纵火等行为，工作人员必须出警。

附图说明

图1是本发明的大型围界监控与智能报警系统防入侵系统结构示意图。

图2是本发明的系统软件结构图。

图3是本发明的报警融合方案流程图。

图4是本发明的围界探测设备示意图。

图5是本发明的基于组合气象的自适应探测方案结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

根据围界的不同探测手段和布设方式，整体防入侵系统可划分为多个区域采用不同传感探测器分而治之的方式实现联控，以区域A代表围界中某一重要监控区域作为示例加以描述。请参阅图1所示，图1示出了区域防入侵系统结构图。如图1所示，该系统主要包括：张力围栏探测器10、震动定位传感系统20、视频撷取装置30、智能视频监视系统40、倾角传感器50、组合气象传感器60、照明及声音警告装置70、信号传输系统80及监控中心90。下面将根据每一系统组成部件在系统中的具体应用予以描述。

(a)作为围界的外层物理围栏，本文选择张力围栏探测器10作为示例，应当能理解，该例不应成为成为对本发明的限制，本发明可以使用各类常规的物理围栏探测装置。张力围栏探测器10每隔一段距离为一个子防区，每个子防区由一个处理器处理该子防区的报警信号，输出的报警信号通过信号传输系统接入位于指控中心90，指控中心90显示报警防区的报警类型、位置。

(b)震动定位传感系统20。本发明震动定位传感系统由光纤、震动探测器、控制中央处理器组成。按照实际需要将震动光纤环绕布设于围界上，拾取震动信号。当有入侵者攀爬围界引起光纤震动时，震动处的光纤的光路发生变化，导致光信号强度发生变化，震动探测器捕获信号后经处理输出感应信号及报警结果。震动定位传感系统20可按一定距离分布埋设，检测探测一定范围内的震动信号，检测结果通过信号传输系统70至指控中心90。

(c)视频撷取装置30可为固定摄像机，类型不受限制。该装置安装高度视具体围界环境和视场角度而定。视频撷取装置亦按照一定距离分布布设于围界之上，其视场通常固定。

(d)安装在围界物理围界上的倾角传感器50，每隔一段距离安装一个，实时检测围栏水平垂直状态，检测结果通过信号传输系统80中的光纤或者无线传输设备传至指控中心110。在此基础上，可加装照明及声音警告装置70，用于警告联动。

(e)智能视频监视系统40由云台、摄像机、工控机等相关设备组成，选择性布设在需要监控的重点地段，智能视频监视系统40的一路视频信号送入工控机，工控机内运行智能视频软件，可自动识别、跟踪进入视场范围内的入侵目标，并控制云台随入侵目标的移动而转动。

(f)组合气象传感器60包括各种环境传感器、通讯控制器、气压仪、数据采集器和显示器等。围界周围环境温度、空气温度、相对湿度、风速、风向、雨量、气压等实时被实时采集。安装在监控中心90附近的各个观测点。

(g)照明及声音警告装置70中照明子系统在夜间等环境照明不充分的情况下为视频子系统提供满足摄像机最低照度要求的光照度，实现对围界的不间断实时监控，在围界上每隔一段距离设一处补充照明点，既能保证足够的光照度，又保证照度基本均匀，以保证摄像机夜间的工作需求。具体方案：从两个取电点各引一条220V电力电缆，在取电点设控制箱，安装定时控制器，可以设定照明灯的开启和关闭时间。同时通过控制电缆将控制信号传至指控中心90，指控中心90可编程控制围界照明的开启及关闭。布线方式：从取电点布放的电力电缆进入控制箱，再从控制箱布放电力电缆至补充照明点。声音警告子系统由现场扬声器、现场I/O控制设备组成，每个扬声器控制50米范围，采用每100米2个，背靠背的安装方式，固定在摄像机立柱上。

(h)信号传输系统80。本发明中除了张力围栏探测器10自带有信号传输系统外，其余各信息采集节点设备如：震动定位传感系统20、视频撷取装置30、智能视频监视系统40、倾角传感器50、组合气象传感器60、照明及声音警告装置70等设备或自带网口，或通过串口服务器，利用以太网-光纤-以太网的连接方式或者以太网-无线基站-无线基站-以太网的方式，将数据传回控制机房、或通过自备电缆实现设备间信号联动。视频撷取装置30、智能视频监视系统40的视频信号经视频线传输至视频编码器，然后通过带光纤接口的以太网交换机，以太网交换机将视频信号通过光纤传输至指控中心90。每个视频撷取装置30配置一个视频信号编码器，将固定摄像机的模拟信号编码成数字信号；智能视频监视系统40配置一个工控机，工控机处理输入的视频信号，判断是否有人员侵入围界内，若有人员侵入，则控制云台转动跟踪入侵人员。倾角传感器50和震动定位传感系统20输出的信号为串口信号，通过串口服务器将探测器的串口信号转换成网络信号，然后经RJ45网线接入带光纤接口的以太网交换机，以太网交换机将信号通过光纤传输至指控中心90。

(i)监控中心90是整个系统的核心，将围界上的各类传感探测器的信息、视频信号进行汇集、处理，形成文字、声音和视频图像等多种类型的信息。此外，指控中心90可以指挥安保人员的出警等，并控制控制系统中的各种传感探测器、传输设备等。监控中心90的硬件包括：视频工作站若干台，含服务器用的显示器若干台，数据库、信息处理、报警联动、GIS平台用工作站若干台，智能协同管理库，千兆交换机，光纤接入设备(光配线箱、终端盒、接头盒、尾纤等)，UPS(含UPS电源)。

以下是本发明的多级立体信息融合联动监控报警系统实现方法描述：

(a)当张力围栏探测器10探测到有目标时，启动警情发生区域现场照明及声音警告70，实现警示提醒；同时监控中心90启动一级入侵警报。工作人员收到一级入侵警报后，采用固定视频进行复核，特殊状况下，若视频不清晰，直接启动三级入侵警报，防止漏报。通常情况下，通过视频复核，若无目标入侵或目标已离开，报警探测器复位至探测状态；若有目标入侵，工作人员通过视频判断入侵对象，若入侵对象为人或人为操纵目标，则启动三级入侵警报，移动视频跟踪，工作人员处警；若入侵对象为动物，不触发三级入侵警报，工作人员处警。

(b)当震动定位传感系统20或倾角传感器50探测到入侵目标时，启动警情发生区域现场照明及声音警告系统70，监控中心90显示二级入侵警报。工作人员收到二级入侵警报后，采用视频复核，特殊状况下，若视频不清晰，直接启动三级入侵警报，防止漏报。通常情况下，通过视频复核，若无目标入侵，报警探测器复位至探测状态；若有目标入侵工作人员通过视频判断入侵对象，若入侵对象为人或人为操纵目标，则启动三级入侵警报，移动视频跟踪，工作人员处警；若入侵对象为动物，工作人员处警。

(c)照明及声音警告联动控制机制：通过设置定时开关或者光敏电阻检测照度，如果定时时间到或者围界现场达不到所需照度，则触发照明装置开启，并且照明装置在被触发时，延时照明。其开灯的照度水平满足摄像所要求的照度值；在特殊情况下，亦可根据用户实际需要通过开关实现照明灯的开、关；当探测器探测有目标入侵时，将报警信号送至监控中心，监控中心90系统经探测融合算法后，确认有报警信号后发送控制信号，触发警情发生区段和邻近区段声音警告，实现现场联动报警；工作人员亦可在监控中心通过声音警告按钮手动实现现场声光警告。

(d)组合气象传感器60采集的气象参数通过网络汇集在监控中心90，监控中心90通过判别、信息融合，判断围界现场的物理环境，确定各传感子系统的适应参数，由各自适应阈值算法得出调整参数，再通过网络下传到各传感节点，提高系统工作的准确性。经过信息融合后的气象参数，如风力等还将用于报警系统的融合及联动，以过滤由强风、暴雨等自然因素引起的传感器报警，提高防入侵系统的探测率，降低系统的误报率、虚报率。

Claims (10)

1、一种基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统，其特征在于该系统的装置主要包括：

传感器，包括围栏探测器、震动定位传感系统、倾角传感器、组合气象传感器系统等，安装在需要监控和报警的围界上；

视频撷取装置，安装在围界上，所述视频撷取装置摄取并输出视频信号；

智能视频监视系统，安装在围界上，完成智能识别，可疑入侵者智能识别及跟踪等任务；

照明及声音报警装置，安装与围界上，由户外型探照灯、前端报警喇叭、现场I/O控制器和监控软件等组成；

以太网交换机，与所述传感器输出信号、视频信号等，通过光纤与监控中心连接；

视频服务器，接收视频撷取装置输出信号，并接入所述以太网交换机；

串口服务器，将所述传感信号检测器输出信号转换成网络信号，并接入所述以太网交换机；

无线传感网节点，无线传感网节点布设在需要应急检测的围界上，节点之间通过多跳、自组织的方式自动组网；无线传感网节点将所述多个传感信号检测器的输出信号之间融合后输出至附近的基站；

监控中心，将围界上各类传感探测器信息，视频信号等进行汇集，存储，处理，发布，形成多类信息集合并判断出所述信号是否表示有入侵者侵入，输出控制信号。

信号传输系统，将各类传感器、视频撷取装置、照明及声音警告装置等设备通过自带网口，或通过串口服务器，经以太网交换机，光纤传输数据传回监控中心，抑或通过自备电缆实现设备间信号联动。

2、如权利要求1所述的基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统，其特征在于所述围栏探测器为张力围栏探测器；所述传感器为震动定位传感系统，该震动定位传感系统中传感器为震动光纤；智能视频监视系统由云台、移动摄像机和工控机组成。

3、如权利要求1所述的基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统，其特征在于照明及声音报警装置中按一定距离分布布设安装所述围界上，照明装置附近安装控制器，控制信号通过线缆连接至监控中心；声音报警装置按一定距离分布固定布设于所述围界上。

4、如权利要求1所述的基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统，其特征在于所述监控中心收集各类探测信息，并在融合系统将信息予以多维融合，作出入侵判决形成报警信号。

5、如权利要求1所述的基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统，其特征在于所述信号传输系统由张力围栏系统专用传输线、光纤、以太网络及其他控制线综合而成。

6、如权利要求1所述的基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统，其特征在于该系统，依据围界内不同区域的地理特征和防范需求，采取不同的多层围界联合监控方式，系统由外层至内层围界主要结构如下：

(a)外层张力围栏探测器按一定距离分布布设于外层围界，探测器报警信号通过串口服务器接入以太网交换机进而传输至监控中心；

(b)第二层埋地敷设震动定位传感系统。震动定位传感系统由光纤、震动探测器、控制中央处理器组成。检测探测区域内的震动信号，检测结果通过光纤传输至指控中心；

(c)第三层在围界上安装视频撷取装置，所述视频撷取装置所述视频撷取装置摄取并输出视频信号，并将所述视频信号输出至监控中心；

(d)第四层安装按一定距离分布安装倾角传感器，检测结果通过光纤传输至指控中心。并加装分布式照明及声音警告装置；

(e)第五层为智能视频监视系统。智能视频监视系统由云台、摄像机、工控机组成；

(f)监控中心将围界上的各类传感探测器的信息、视频信号进行汇集、处理，形成文字、声音和视频图像等多种类型的信息；

(g)在上述围界监控和报警方法中，还在所述围界上安装组合气象传感系统，收集统计管理各类气象信息供分析判断。

7、如权利要求6所述的基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统的实施方法，其特征在于在所述围界最外层安装张力围栏探测器，在判断出所述传感信号表示有入侵者时，通过特定的传输线传递探测信号给监控中心；在所述围界第二层上安装的震动定位传感系统，该系统的探测输出信号由光纤传输至监控中心；所述视频撷取装置架设于围界上一定高度，以固定视角监视区域。该装置按一定距离分布布设于围界系统第三层；所述倾角传感器按一定距离分布布设于围界，传感器输出信号由光纤传输至监控中心；分布布设的照明及声音警告装置连接专用控制器，由监控中心制定启动照明及声音报警装置机制；智能视频监控系统分布式布设于特定监控区域，系统内建智能目标识别与跟踪功能。

8、如权利要求6所述的基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统的实施方法，其特征在于监控中心将各层监控子系统的信息进行汇集、处理，提供现场视频、警情预测、情况汇总及综合指挥。

9、如权利要求6所述的基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统的实施方法，其特征在于所述气象组合传感器可以是采集气温、湿度、气压、风向、风速、雨量、能见度等气象要素中的任意组合。

10、一种基于无线传感网的多层次、立体围界防入侵系统的实施方法，包含如下步骤：

(a)当张力围栏探测器探测到有目标入侵时，启动警情发生区域现场照明及声音警告装置，实现警示提醒；监控中心即启动一级入侵警报。工作人员收到一级入侵警报后，采用固定视频进行复核，特殊状况下，若视频不清晰，直接启动三级入侵警报，移动视频跟踪，工作人员处警，防止漏报。通常情况下，通过视频复核，若无目标入侵或目标已离开，报警探测器复位至探测状态；若有目标入侵，工作人员通过视频判断入侵对象，若入侵对象为人或人为操纵目标，则启动三级入侵警报，移动视频跟踪，工作人员处警；若入侵对象为动物，不触发三级入侵警报，工作人员处警；

(b)当震动定位传感系统或倾角传感器探测到入侵目标时，启动警情发生区域现场照明及声音警告系统，监控中心显示二级入侵警报。工作人员收到二级入侵警报后，采用视频复核，特殊状况下，若视频不清晰，直接启动三级入侵警报，防止漏报。通常情况下，通过视频复核，若无目标入侵，报警探测器复位至探测状态；若有目标入侵工作人员通过视频判断入侵对象，若入侵对象为人或人为操纵目标，则启动三级入侵警报，移动视频跟踪，工作人员处警；若入侵对象为动物，工作人员处警；

(c)照明及声音警告联动控制机制：通过设置定时开关或者光敏电阻检测照度，如果定时时间到或者围界现场达不到所需照度，则触发照明装置开启，并且照明装置在被触发时，延时照明。其开灯的照度水平满足摄像所要求的照度值；在特殊情况下，亦可根据用户实际需要通过开关实现照明灯的开、关；当探测器探测有目标入侵时，将报警信号送至监控中心，监控中心系统经探测融合算法后，确认有报警信号后发送控制信号，触发警情发生区段和邻近区段声音警告，实现现场联动报警；监控中心工作人员亦可在监控中心通过声音警告按钮手动实现现场声光警告；

(d)组合气象传感器采集的气象参数通过网络汇集在监控中心，监控中心通过判别、信息融合，判断围界现场的物理环境，确定各传感子系统的适应参数，由各自适应阈值算法得出调整参数，再通过网络下传到各传感节点，提高系统工作的准确性；

上述的视频复核通过智能视频处理装置完成；照明装置为分布布设于围界上的户外探照灯。

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