电子围栏式入侵检测系统和方法

技术领域

本发明涉及电子围栏领域，特别涉及一种电子围栏式入侵检测系统和电子围栏式入侵检测方法。

背景技术

电子围栏式入侵检测系统主要应用于对某一区域及其边界进行防范，当被外来事物入侵后识别入侵类型、根据预设规则发出告警信号、启动预置设备、记录入侵信号和\或远传入侵信息的防范体系。电子围栏式入侵检测系统从最初的纯物理检测手段(例如，电子围栏、红外对射器)逐渐发展到现在的多种技术融合的综合性周界区域入侵检测系统。

现有的电子围栏式入侵检测系统大体分为:红外对射、微波对射、泄漏电缆、振动电缆/光纤、电子围栏/电网、静电感应等入侵检测系统。其中，红外对射、微波对射易受地形条件或恶劣气候等环境因素影响；振动电缆/光纤受外界影响较大，行人或路过车辆在周界区域外通过时产生的振动极易引起误报；泄漏电缆造价高、施工复杂、雷雨天容易产生误报且无法精确定位入侵位置；电子围栏/电网等对人身有一定的危害性；静电感应造价过高且易受环境因素影响。现有的电子围栏式入侵检测系统的系统输出量通常为开关量信号，通常只能检测到周界区域出现了入侵物体，无法准确地提供入侵物体的性质(如：生物还是非生物)、当前准确位置、运动趋势等信息，缺乏多源数据的综合管理处置能力。

由此可知，现有的电子围栏式入侵检测系统容易受到外界环境(地形、恶劣天气等)的影响而产生误报、漏报、缺乏精确定位入侵位置的手段、施工维护复杂，系统信息化程度低。导致现有的电子围栏式入侵检测系统存在准确率低、灵敏度低、智能性差等问题。

发明内容

本发明提供了一种电子围栏式入侵检测系统和电子围栏式入侵检测方法，以解决至少一个上述技术问题。

为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种电子围栏式入侵检测系统，包括：

多个主动式毫米波雷达，均与数据处理模块连接，用于将若干个同时位于周界区域内的以下参数发送到数据处理模块：入侵物体的与该主动式毫米波雷达之间的距离值、入侵物体与主动式毫米波雷达天线法线方向的方位角度、入侵物体的速度值；

多个被动式红外信号接收器，均与数据处理模块连接，用于其检测到周界区域内的红外辐射值发送到数据处理模块；所述主动式毫米波雷达和被动式红外信号接收器设置于周界区域边界处且布置于同一个水平截面上；

大气温度测量设备，与数据处理模块连接，用于将周界区域的实时大气温度值发送到数据处理模块；

视频采集模块，与数据处理模块连接，用于将采集到的视频数据发送到数据处理模块；

数据无线传输模块，与数据处理模块连接，用于接收来自数据处理模块的数据，并将接收到的数据通过无线传输的方式传送至预定设备中；

就地声光告警模块，与数据处理模块连接，用于在收到数据处理模块的启动信号后按照预置方式进行声光报警；

数据中心，与数据处理模块无线连接，数据中心与数据处理模块之间可进行双向数据传输。

优选地，主动式毫米波雷达数量不小于3个时，宜采取非共线方式布置，主动式毫米波雷达之间的连线所构成的网格能较为均匀地分割周界区域。

优选地，主动式毫米波雷达为FMCW型毫米波雷达，其对多目标的测距精度优于0.2m，对多目标的角度测量精度优于2°，对多目标的测速精度优于0.05m/s，优先选用能提供多目标各自反射截面积的FMCW型毫米波雷达。

优选地，被动式红外信号接收器的敏感波段为动物辐射红外波段，尤为关注人体辐射红外波段。

优选地，大气温度测量设备为数字式测温装置，具备室外长期工作所需的防护等级，其测温精度优于0.1℃。

优选地，数据处理模块为基于Linux内核的嵌入式系统，其采用ARM处理器和FPGA芯片构建，该嵌入式系统中内置了多种通用接口以实现与主动式毫米波雷达、大气温度测量设备、数据处理模块、数据无线传输模块、视频采集模块、就地声光告警模块等的通信。

优选地，数据无线传输模块为基于4G/5G技术的透明传输模块。

优选地，数据中心为高性能服务器。

本发明还提供了一种电子围栏式入侵检测方法，用于上述的电子围栏式入侵检测系统，包括如下步骤：

步骤(1)，在周界区域边界处的选定位置处布置若干个主动式毫米波雷达、若干个被动式红外信号接收器，并记录它们的几何关系信息；将主动式毫米波雷达、被动式红外信号接收器、大气温度测量设备、数据无线传输模块、视频采集模块、就地声光告警模块连接到数据处理模块；实现数据处理模块和数据中心的远程通信；通过系统调试使得系统硬件处于正常工作状态，其中大气温度测量设备实时检测大气温度，并将温度值传送到数据处理模块，数据处理模块根据环境温度值按照内置规则动态调整红外检测的判定阈值；

步骤(2)，主动式毫米波雷达检测到周界区域出现若干入侵物体后，将各个入侵物体的距离、方位角度、速度、反射截面积发送到数据处理模块；

步骤(3)，数据处理模块根据预置的周界区域边界信息并结合多个主动式毫米波雷达提供的信息，使用几何算法计算出各个入侵物体在周界区域内的精确位置；

步骤(4)，数据处理模块根据步骤(3)中得到的位置信息启动距离各入侵物体最近的被动式红外信号接收器并接收红外信号量值，数据处理模块根据内置规则及动态阈值进行生物检测，判断各入侵物体是否为生物；

步骤(5)，根据步骤(2)、步骤(3)获取的信息，根据梯度预测算法确定各入侵物体的运动趋势分析；

步骤(5)，根据步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)获取的信息，使用内置的决策矩阵法确定入侵的危险等级；

步骤(6)，根据步骤(5)的危险等级按照内置规则确定需要执行的应急操作；

步骤(7)，数据中心收到就地信息后依据内置程序进行处理。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下创新之处：

(1)多源数据的综合管理处置能力。

现有技术中的系统通常只能检测到周界区域出现了入侵物体，无法准确地提供入侵物体的性质(如：生物还是非生物)、当前准确位置、运动趋势等信息，缺乏多源数据的综合管理处置能力。本发明实现了生物感知式的多源数据的综合管理。

(2)根据预测算法进行入侵物体的运动趋势分析

现有技术中的系统通常只能检测到周界区域出现了入侵物体，无法根据已有信息进行可靠的入侵物体的性质和运动趋势分析，故无法实现层次化的分类告警。本发明可以根据相关信息实现层次化的分类告警。

(3)智能确定需要执行的应急操作

现有技术中的系统无法实现层次化的分类告警，而本发明实现了层次化的分类告警，可以根据分类告警信息，智能化地选择相应的应急操作，使得应急过程有针对性且高效。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明涉及周界区域防护领域，特别是涉及一种电子围栏式入侵检测系统，包括设置周界区域边界处的若干个主动式毫米波雷达、若干个被动式红外信号接收器；还包括大气温度测量设备、数据处理模块、数据无线传输模块、视频采集模块、就地声光告警模块和数据中心。

其中，主动式毫米波雷达和被动式红外信号接收器布置于同一个水平截面上(垂直方向的高差不宜超过2米，优选地小于0.5米)。主动式毫米波雷达数量不小于3个时，宜采取非共线方式布置，优选地，主动式毫米波雷达之间的连线所构成的网格能较为均匀地分割周界区域。主动式毫米波雷达均连接到数据处理模块，主动式毫米波雷达能将若干个同时位于周界区域内的以下参数：(1)入侵物体的与该主动式毫米波雷达之间的距离值、(2)入侵物体与主动式毫米波雷达天线法线方向的方位角度(3)入侵物体的速度值发送到数据处理模块。

被动式红外信号接收器均连接到数据处理模块，被动式红外信号接收器将其检测到周界区域内的红外辐射值发送到数据处理模块。

大气温度测量设备连接到数据处理模块，它能将周界区域的实时大气温度值发送到数据处理模块。

视频采集模块连接到数据处理模块，它能采集到的视频数据发送到数据处理模块。

数据无线传输模块连接到数据处理模块，它能将数据处理模块发送给它的数据通过无线传输的方式传送至约定的设备中。

就地声光告警模块连接到数据处理模块，它在收到数据处理模块的启动信号后能按照预置的方式进行声光报警。

数据中心与数据处理模块通过数据无线传输模块进行连接，它们间能进行双向数据传输，数据中心优选地为高性能服务器。

优选地，主动式毫米波雷达为FMCW(调频连续波)型毫米波雷达，其对多目标的测距精度优于0.2m，对多目标的角度测量精度优于2°，对多目标的测速精度优于0.05m/s。优先选用能提供多目标各自反射截面积的FMCW型毫米波雷达。

优选地，被动式红外信号接收器的敏感波段为动物辐射红外波段，尤为关注人体辐射红外波段。

优选地，大气温度测量设备为数字式测温装置，具备室外长期工作所需的防护等级，其测温精度优于0.1℃。

优选地，数据处理模块为基于Linux内核的嵌入式系统，其采用ARM处理器和FPGA芯片构建；该嵌入式系统中内置了多种通用接口以实现与主动式毫米波雷达、大气温度测量设备、数据处理模块、数据无线传输模块、视频采集模块、就地声光告警模块等的通信。

优选地，数据无线传输模块为基于4G/5G技术的透明传输模块。

优选地，数据中心为高性能服务器。

本发明中的电子围栏式入侵检测方法，包括如下步骤：

步骤(1)：在周界区域边界处的选定位置处布置若干个主动式毫米波雷达、若干个被动式红外信号接收器，并记录它们的几何关系信息；将主动式毫米波雷达、被动式红外信号接收器、大气温度测量设备、数据无线传输模块、视频采集模块、就地声光告警模块连接到数据处理模块；实现数据处理模块和数据中心的远程通信；通过系统调试使得系统硬件处于正常工作状态。其中大气温度测量设备实时检测大气温度，并将温度值传送到数据处理模块，数据处理模块根据环境温度值按照内置规则动态调整红外检测的判定阈值。

步骤(2)：主动式毫米波雷达检测到周界区域出现若干入侵物体后，将各个入侵物体的距离、方位角度、速度、反射截面积(可选)发送到数据处理模块。

步骤(3)：数据处理模块根据预置的周界区域边界信息并结合多个主动式毫米波雷达提供的信息，使用几何算法计算出各个入侵物体在周界区域内的精确位置。

步骤(4)：数据处理模块根据步骤(3)中得到的位置信息启动距离各入侵物体最近的被动式红外信号接收器并接收红外信号量值，数据处理模块根据内置规则及动态阈值进行生物检测，判断各入侵物体是否为生物。

步骤(5)：根据步骤(2)、步骤(3)获取的信息，根据梯度预测算法确定各入侵物体的运动趋势分析。

步骤(5)：根据步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)获取的信息，使用内置的决策矩阵法确定入侵的危险等级。

步骤(6)：根据步骤(5)的危险等级按照内置规则确定需要执行的应急操作。在一个优选的实施例中，对生物入侵启动声光设备进行驱离，对生物入侵不启动声光设备；对一定等级的入侵进行视频取证并远传等；对人员入侵进行语音告警并视频取证并远传，对非生物入侵不启动声光设备。

步骤(7)：数据中心收到就地信息后依据内置程序进行处理。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下创新之处：

(1)多源数据的综合管理处置能力。

现有技术中的系统通常只能检测到周界区域出现了入侵物体，无法准确地提供入侵物体的性质(如：生物还是非生物)、当前准确位置、运动趋势等信息，缺乏多源数据的综合管理处置能力。本发明实现了生物感知式的多源数据的综合管理。

(2)根据预测算法进行入侵物体的运动趋势分析

现有技术中的系统通常只能检测到周界区域出现了入侵物体，无法根据已有信息进行可靠的入侵物体的性质和运动趋势分析，故无法实现层次化的分类告警。本发明可以根据相关信息实现层次化的分类告警

(3)智能确定需要执行的应急操作

现有技术中的系统无法实现层次化的分类告警，而本发明实现了层次化的分类告警，可以根据分类告警信息，智能化地选择相应的应急操作，使得应急过程有针对性且高效。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。