本發(fā)明涉及安防技術領域，具體涉及一種基于物聯(lián)網無線感應的智慧感知定位圍欄系統(tǒng)。

背景技術：

圍欄是需要進行區(qū)域防范或檢測人員出入邊界位置的裝置，它廣泛應用于人民生產和生活的各個領域，例如工廠、住宅小區(qū)的圍墻等。圍欄主要是由立柱和圍欄網等基礎構件組成。對于防護性要求較低的情況，這些基本的構件可以滿足防護功能。而面對防護功能要求更高的場景，比如全天候自動檢測圍欄的各種不穩(wěn)定因素狀況。這種情況下圍欄的組成，除了圍欄的基本構件之外，按照功能需求往往要求添加一些特殊的感知或傳感裝置，比如紅外、激光、微波對射，被動紅外探測，雷達，振動檢測及視頻監(jiān)控裝置等主動或者被動探測裝置，使得圍欄具備入侵檢測的防護功能，以便使得圍欄存在非法闖入時能夠及時告警。

在實現(xiàn)智慧防護功能的圍欄裝置中，如何解決圍欄的自動檢測各種非法侵入目標并對其定位，同時能夠滿足各種環(huán)境條件下(比如風雪、高溫和山地)施工和監(jiān)測，從而保證良好防護的功能成為其技術實現(xiàn)的關鍵問題。當前較為成熟的電子圍欄產品和周界感知系統(tǒng)，在特定和理想的場景中可以發(fā)揮良好的檢測作用。然而，在不具備外界供電條件，以及天氣環(huán)境條件惡劣等應用場景下，這些電子圍欄產品均無法有效發(fā)揮其應有作用。比如，在沒有電力供應的地區(qū)，鋪設現(xiàn)有的主動或者被動探測裝置就會變得十分困難。而在圍欄范圍較大，地形復雜多變的場景(比如，國界線，大型牧場，自然保護區(qū)，海上界線等)，面對各種無法預知的環(huán)境條件變化，目前缺乏先進科學的防控管理手段，仍然是基于傳統(tǒng)鐵絲網和人工巡查。這對圍欄定位系統(tǒng)提出了具備良好監(jiān)測、定位、防護功能和智慧功能提出了更高的需求。而且還需要從工程實現(xiàn)的關聯(lián)技術交叉的復雜度、成熟度以及運行安全、可控可靠、可管理性等方面考量市場的接納度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是現(xiàn)有圍欄難以在無外界供電及各種環(huán)境條件下自動檢測各種非法侵入目標的問題，提供一種基于物聯(lián)網無線感應的智慧感知定位圍欄系統(tǒng)。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

基于物聯(lián)網無線感應的智慧感知定位圍欄系統(tǒng)，其整個圍欄區(qū)域包括若干防區(qū)段；其不同之處還進一步包括感應樁、段控網關和系統(tǒng)管理中心；每個防區(qū)段內均設置有2個以上的感應樁；每個感應樁上均安裝有至少1個物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊和1個物聯(lián)網數(shù)據(jù)通信模塊；每個感應樁上的所有物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊均與該感應樁上的物聯(lián)網數(shù)據(jù)通信模塊通信；每兩個相鄰感應樁上的物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊相互通信；感應樁通過感應周圍電磁場的增衰情況來檢測異常入侵信息，并形成告警信息上報至該防區(qū)段的段控網關；每個防區(qū)段內均設有1個段控網關，該段控網關與該防區(qū)段內的所有感應樁上的物聯(lián)網數(shù)據(jù)通信模塊相互通信；段控網關接收防區(qū)段內感應樁發(fā)送來的信息，并上報給系統(tǒng)管理中心；整個圍欄區(qū)域內設有1個系統(tǒng)管理中心，該系統(tǒng)管理中心與所有防區(qū)段的段控網關相互通信；系統(tǒng)管理中心接收各個段控網關發(fā)來的信息，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)所有信息的管理和控制。本系統(tǒng)無需市電或利用風力、太陽能等外界供電條件來保證系統(tǒng)正常可靠工作，且無需紅外、激光、振動檢測、雷達、移動偵測等其他附加各種傳感檢測手段。

為了能夠對系統(tǒng)進行管理，本發(fā)明還進一步包括專用無線配置終端；每個防區(qū)段內均設有1個專用無線配置終端，該專用無線配置終端與該防區(qū)段內的所有感應樁的物聯(lián)網數(shù)據(jù)通信模塊以及段控網關相互通信；專用無線配置終端向該防區(qū)段內的各個感應樁和段控網關下發(fā)配置信息并檢測工作狀態(tài)，并智能引導記錄巡邏人員是否到達某個感應樁，方便維護人員的圍欄檢測和維修裝置。

本發(fā)明可以與有形圍欄配合或自成獨立隱形圍欄。當與有形圍欄配合時，圍欄自帶有圍欄固定裝置(即立柱)，此時感應樁的數(shù)量少于等于圍欄立柱的數(shù)量，每個或每隔幾個圍欄固定裝置上安裝有1個感應樁，這樣可以準確定位入侵位置。當自成獨立隱形圍欄時，感應樁即形成整個圍欄的邊界。

按防區(qū)大小任意擴展至n(n≥1)個防區(qū)段。整個圍欄區(qū)域多點實時檢測及上報告警信息。在本發(fā)明中，每個防區(qū)段內的感應樁的數(shù)量介于2-256之間。

物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊為藍牙無線收發(fā)模塊、zigbee無線收發(fā)模塊、wifi無線收發(fā)模塊、或其他無線超低功耗模塊。

當每個感應樁上的物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊為1個時，該物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊位于感應樁的中部；當每個感應樁上的物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊為2個時，這2個物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊分別位于感應樁的上部和下部；當每個感應樁上的物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊為多個時，這些物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊均勻分布在感應樁上。

每2個相鄰感應樁上的物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊采用ism頻段進行單頻點或多頻點通信，由此形成單/多扇區(qū)監(jiān)測區(qū)域。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下特點：

1、系統(tǒng)具備入侵感知定位功能，能夠與鐵絲網圍欄相結合快速部署，也可以脫離傳統(tǒng)圍欄自成系統(tǒng)單獨部署，有效探測非法闖入，具有體積小、重量輕，極易安裝的特點；

2、采用ism頻段超低功耗物聯(lián)網技術，感應、傳輸及組網功能合一工作模式，感應樁單體功耗小于0.6毫瓦，具有微功耗的特點；

3、無需市電、風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、蓄電池等外界供電，在無外供電的環(huán)境可以正常使用，具備較好實際應用環(huán)境的普適性，可應用于不同地形條件和自然環(huán)境下的長距離安防項目，如沙漠、丘陵、草原、平原、森林、河流和海島等。

附圖說明

圖1是基于物聯(lián)網無線感應的智慧感知定位圍欄系統(tǒng)的原理圖。

圖2是感應樁射頻信號收發(fā)方案圖。

圖3是模塊間通信方式。

具體實施方式

本發(fā)明根據(jù)物聯(lián)網無線技術中的射頻信號存在物體遮擋、反射和散射情況下引起的電磁場變化，探測圍欄感知區(qū)域物體非法入侵和穿越，實現(xiàn)技防、物防、人防綜合安防控制系統(tǒng)。在非法入侵時候即時鎖定位置，同時把圍欄實時報警信息及時上傳安防控制中心，以便安防控制中心迅速發(fā)現(xiàn)、精確定位、準確處置突發(fā)事件。

基于物聯(lián)網無線感應的智慧感知定位圍欄系統(tǒng)，如圖1所示，包括常規(guī)圍欄或另外設置的隱形及有形圍欄，感應樁、段控網關、專用無線配置終端和系統(tǒng)管理中心。圍欄上帶有2個以上的固定裝置；整個圍欄被劃分成若干防區(qū)段，每個防區(qū)段內包括若干個固定裝置。每個防區(qū)段內均設置有2個以上的感應樁，這些感應樁安裝在固定裝置上；每個感應樁均包含1個及以上的ism頻段物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊和1個物聯(lián)網數(shù)據(jù)通信模塊；每個感應樁的所有物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊均與該感應樁的物聯(lián)網數(shù)據(jù)通信模塊通信；相鄰的感應樁的物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊相互通信；感應樁通過感應周圍電磁場的增衰情況來檢測異常入侵信息，并形成告警信息上報至該防區(qū)段的段控網關。每個防區(qū)段內均設置有1個段控網關，該段控網關與該防區(qū)段內的所有感應樁的物聯(lián)網數(shù)據(jù)通信模塊相互通信；段控網關接收防區(qū)段內感應樁發(fā)送來的信息，并上報給系統(tǒng)管理中心。整個圍欄內設有1個系統(tǒng)管理中心，該系統(tǒng)管理中心與所有防區(qū)段的段控網關相互通信；系統(tǒng)管理中心接收各個段控網關發(fā)來的信息，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)所有信息的管理和控制。防區(qū)段內可通過專用無線配置終端管理，該專用無線配置終端與該防區(qū)段內的所有感應樁的物聯(lián)網數(shù)據(jù)通信模塊以及段控網關相互通信；專用無線配置終端向該防區(qū)段內的各個感應樁和段控網關下發(fā)附加配置信息及工作狀態(tài)監(jiān)測，并記錄巡邏人員是否到達某個感應樁，方便維護人員的圍欄檢測和維修裝置。

(1)感應樁

由于任何圍欄都由眾多的立柱或支架構成圍欄固定及連接，可以在鐵絲網圍欄的固定裝置上安裝感應樁，因此感應樁沿著圍欄的立柱安裝，或獨立架設感應樁安裝支架。每個感應樁由安裝在立柱或支架上的[1,2,…,n]個物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊和一個物聯(lián)網數(shù)據(jù)通信模塊組成。即

這里s表示智慧圍欄定位系統(tǒng)，c(i)表示數(shù)據(jù)通信模塊，g(i)表示第i個感應樁的物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊，i(n)表示第g(i)個物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊，k表示感應樁總數(shù)量。

在本發(fā)明中，與常規(guī)圍欄配合時，感應樁的數(shù)量少于等于圍欄立柱的數(shù)量，即按照定位精度及實際需要在圍欄立柱或支架上安裝感應樁。獨立布設時，感應樁的數(shù)量與圍欄支架的數(shù)量一致，即圍欄支架上均安裝有1個感應樁。物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊所采用的物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊可以采用藍牙、zigbee、wifi等通用或自研無線超低功耗技術。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，在配合鐵絲網圍欄應用場景下，每個感應樁包括2個ism頻段物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊，其中，1個物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊位于立柱的上部，1個物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊位于立柱的下部。相鄰兩個感應樁構成1個檢測段，可級聯(lián)也可交叉，其上的物聯(lián)網收發(fā)模塊以類似無線信道的形式發(fā)送和接收射頻信號，如圖2所示。在每兩個感應樁之間，4個物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊相互發(fā)射和接收信號，即某個感應樁上的物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊r1可以接收來自相鄰的感應樁上的兩個物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊t1，t2發(fā)射的信號：

ri＝t1±t2

詳細地，對于任何一個物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊是間歇發(fā)射信號，第一個感應樁發(fā)射信號，第二個感應樁接收信號，分析接收信號，如出現(xiàn)異常，然后通過物聯(lián)網數(shù)據(jù)通信模塊上報給段控網關。每個感應樁與段控網關的距離為0-6公里，可以根據(jù)實際情況調整。

當一個感應樁上存在2個以上的物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊，從而感應樁發(fā)射信號具備多頻點多扇面的特性，感應樁相互之間發(fā)射接收多頻點ism信號。

根據(jù)物體進入布防電磁場區(qū)域產生影響的感知思想，物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊i(n)在圍欄周界產生一個橢球形狀電磁場入侵監(jiān)測區(qū)域。當有物體進入該區(qū)域時會出現(xiàn)電磁場能量衰減，或者增強的現(xiàn)象。從而準確、靈敏定位圍欄遭遇入侵等異常信息的檢測、判斷并形成告警信息，把該告警信息不斷上報系統(tǒng)管理中心。在物聯(lián)網無線收發(fā)感應模塊的信號覆蓋區(qū)域內，主要有物體遮擋了最小菲涅爾區(qū)的40％的時候，信號強度會出現(xiàn)明顯變化，可以使用下面式子表示

這里φ(t1(x))表示遮擋函數(shù)，表示接收的信號發(fā)生了變化。

每個感應樁的工作狀態(tài)和通信狀態(tài)檢測，比如微功耗數(shù)據(jù)鏈交互設備工作狀態(tài)和心跳信息，定期通過一個物聯(lián)網數(shù)據(jù)通信模塊上報給段控網關，完成設備狀態(tài)、心跳信息產生及上報。

對于本發(fā)明的感應樁無線感知檢測模式，因具備環(huán)境條件自主學習、感知算法自適應動態(tài)調整、設備免人工配置、工作狀態(tài)實時自巡檢等特點，具備鮮明的智慧特性。可以準確實現(xiàn)、靈敏定位圍欄周界遭遇入侵等異常信息的檢測、判斷，告警信息產生及上報。對傳播環(huán)境變化自適應，檢測靈敏度自適應，可以根據(jù)地形地物自學習形成信號傳播模型糾正?？梢宰约盒纬沙霈F(xiàn)非法入侵前后的信號檢測模型。在面對復雜地形地物的情況，大大簡化了工程施工難度和技術要求。

(2)段控網關

段控網關主要是接收感應樁發(fā)送來的設備狀態(tài)、告警等各項信息，并上報給系統(tǒng)管理中心。一個段控網關負責接收若干個感應樁的信息管理，一個段控網關可以管理最多254個感應樁，即

這里m表示一個段控網關負責管理的感應樁數(shù)量值。

詳細地，配合光纖、公眾通信網等各種數(shù)據(jù)鏈接口條件，負責一個防區(qū)段的各檢測段告警、設備狀態(tài)、心跳信息集中處理，向系統(tǒng)管理中心實時上報異常位置信息和狀態(tài)、心跳信息。

整個鐵絲網圍欄，劃分成若干防區(qū)段，每段長度在1-3km，每段包含一個巡更及現(xiàn)場調測多功能終端(powerlesselectronicfencegateway，pefgw)，作為該段的匯聚節(jié)點及網關單元。每個檢測段包含若干個由感應樁組成的ism頻段雙頻點雙向多扇面探測對，感應樁之間的距離5-30m可按需調整，視地形條件調整間距。

每個防區(qū)段的段控網關分段管理，保證本段及其他多段多點告警信息實時上報，避免檢測段需通過鏈狀傳輸產生的傳輸及處理時延，也可以為后續(xù)增加功能及其他監(jiān)控手段提供了升級預留接口，還可以為將來防區(qū)段現(xiàn)場免人工配置，由系統(tǒng)統(tǒng)一下發(fā)配置預留通道。系統(tǒng)按防區(qū)大小任意擴展至n(n≥1)個防區(qū)段。整個圍欄區(qū)域多點實時檢測及上報告警信息。

(3)系統(tǒng)管理中心

系統(tǒng)管理中心負責整個圍欄感知定位系統(tǒng)所有信息的管理和控制，一般包括室內服務器。整個圍欄定位系統(tǒng)是無線鏈狀監(jiān)測及mesh傳輸系統(tǒng)，為邊防連隊及其他用戶提供了科學管邊及防控的有效手段，可將發(fā)現(xiàn)的非法跨越邊境及其他入侵行為拍照回傳到系統(tǒng)管理中心。

(4)專用無線配置終端

專用無線配置終端是巡更及現(xiàn)場調測多功能終端，其目的是為了簡化維護和施工現(xiàn)場調測。專用無線配置終端主要根據(jù)無線通信的原理向各個感應樁和段控網關下發(fā)附加配置信息及設備工作狀態(tài)監(jiān)測。同時，該終端可以智能引導維護人員到達某個感應樁，方便維護人員的圍欄檢測和維修裝置。負責收集巡邏人員途經鐵絲網圍欄信息，現(xiàn)場設備狀態(tài)分析并完成現(xiàn)場各檢測段的簡單調試工作。這里的專用無線配置終端是一種常規(guī)現(xiàn)場維護工具。核心是一個無線收發(fā)及處理終端，還可以配置及調整感應樁的各項參數(shù)。監(jiān)測現(xiàn)場是否正常，感應樁的工作狀態(tài)，比如電池的電量信息，參見圖3。

本發(fā)明基于物聯(lián)網無線技術(比如藍牙、zigbee、wifi等通用或自研無線超低功耗技術的智慧感知定位圍欄技術，采用物聯(lián)網無線技術感知檢測及組網傳輸合一的創(chuàng)新思想，能夠實現(xiàn)在不同地形地物條件和自然環(huán)境下的特定區(qū)域內，對非法入侵進行定位、告警信息產生、上報及處置系統(tǒng)控制，如沙漠、丘陵、草原、平原、森林、河流和海島等的邊界定位和防控。也能夠完成房屋周圍預警和長距離鏈狀條件下的石油氣管線監(jiān)控等涉及到邊界圍欄的定位功能。