本實用新型涉及安防技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)無線感應(yīng)的智慧感知定位圍欄系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

圍欄是需要進(jìn)行區(qū)域防范或檢測人員出入邊界位置的裝置，它廣泛應(yīng)用于人民生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)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(wǎng)等基礎(chǔ)構(gòu)件組成。對于防護(hù)性要求較低的情況，這些基本的構(gòu)件可以滿足防護(hù)功能。而面對防護(hù)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(gòu)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(dá)，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(hù)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(hù)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(biāo)并對其定位，同時能夠滿足各種環(huán)境條件下(比如風(fēng)雪、高溫和山地)施工和監(jiān)測，從而保證良好防護(hù)的功能成為其技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵問題。當(dāng)前較為成熟的電子圍欄產(chǎn)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(yīng)用場景下，這些電子圍欄產(chǎn)品均無法有效發(fā)揮其應(yīng)有作用。比如，在沒有電力供應(yīng)的地區(qū)，鋪設(shè)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(fù)雜多變的場景(比如，國界線，大型牧場，自然保護(hù)區(qū)，海上界線等)，面對各種無法預(yù)知的環(huán)境條件變化，目前缺乏先進(jìn)科學(xué)的防控管理手段，仍然是基于傳統(tǒng)鐵絲網(wǎng)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(hù)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(guān)聯(lián)技術(shù)交叉的復(fù)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(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)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(biāo)的問題，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)無線感應(yīng)的智慧感知定位圍欄系統(tǒng)。

為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

基于物聯(lián)網(wǎng)無線感應(yīng)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(jìn)一步包括感應(yīng)樁、段控網(wǎng)關(guān)和系統(tǒng)管理中心；每個防區(qū)段內(nèi)均設(shè)置有2個以上的感應(yīng)樁；每個感應(yīng)樁上均安裝有至少1個物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊和1個物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊；每個感應(yīng)樁上的所有物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊均與該感應(yīng)樁上的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊通信；每兩個相鄰感應(yīng)樁上的物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊相互通信；感應(yīng)樁通過感應(yīng)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(wǎng)關(guān)；每個防區(qū)段內(nèi)均設(shè)有1個段控網(wǎng)關(guān)，該段控網(wǎng)關(guān)與該防區(qū)段內(nèi)的所有感應(yīng)樁上的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊相互通信；段控網(wǎng)關(guān)接收防區(qū)段內(nèi)感應(yīng)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(nèi)設(shè)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(wǎng)關(guān)相互通信；系統(tǒng)管理中心接收各個段控網(wǎng)關(guān)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(fēng)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(dá)、移動偵測等其他附加各種傳感檢測手段。

為了能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行管理，本實用新型還進(jìn)一步包括專用無線配置終端；每個防區(qū)段內(nèi)均設(shè)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(nèi)的所有感應(yīng)樁的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊以及段控網(wǎng)關(guān)相互通信；專用無線配置終端向該防區(qū)段內(nèi)的各個感應(yīng)樁和段控網(wǎng)關(guān)下發(fā)配置信息并檢測工作狀態(tài)，并智能引導(dǎo)記錄巡邏人員是否到達(dá)某個感應(yīng)樁，方便維護(hù)人員的圍欄檢測和維修裝置。

本實用新型可以與有形圍欄配合或自成獨立隱形圍欄。當(dāng)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(yīng)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(yīng)樁，這樣可以準(zhǔn)確定位入侵位置。當(dāng)自成獨立隱形圍欄時，感應(yīng)樁即形成整個圍欄的邊界。

按防區(qū)大小任意擴(kuò)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。在本實用新型中，每個防區(qū)段內(nèi)的感應(yīng)樁的數(shù)量介于2-256之間。

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

每2個相鄰感應(yīng)樁上的物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊采用ISM頻段進(jìn)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(shù)相比，本實用新型具有如下特點：

1、系統(tǒng)具備入侵感知定位功能，能夠與鐵絲網(wǎng)圍欄相結(jié)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(wǎng)技術(shù)，感應(yīng)、傳輸及組網(wǎng)功能合一工作模式，感應(yīng)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(fēng)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(yīng)用環(huán)境的普適性，可應(yīng)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(wǎng)無線感應(yīng)的智慧感知定位圍欄系統(tǒng)的原理圖。

圖2是感應(yīng)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

本實用新型根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)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(zhǔn)確處置突發(fā)事件。

基于物聯(lián)網(wǎng)無線感應(yīng)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(shè)置的隱形及有形圍欄，感應(yīng)樁、段控網(wǎng)關(guān)、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(nèi)包括若干個固定裝置。每個防區(qū)段內(nèi)均設(shè)置有2個以上的感應(yīng)樁，這些感應(yīng)樁安裝在固定裝置上；每個感應(yīng)樁均包含1個及以上的ISM頻段物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊和1個物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊；每個感應(yīng)樁的所有物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊均與該感應(yīng)樁的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊通信；相鄰的感應(yīng)樁的物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊相互通信；感應(yīng)樁通過感應(yīng)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(wǎng)關(guān)。每個防區(qū)段內(nèi)均設(shè)置有1個段控網(wǎng)關(guān)，該段控網(wǎng)關(guān)與該防區(qū)段內(nèi)的所有感應(yīng)樁的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊相互通信；段控網(wǎng)關(guān)接收防區(qū)段內(nèi)感應(yīng)樁發(fā)送來的信息，并上報給系統(tǒng)管理中心。整個圍欄內(nèi)設(shè)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(wǎng)關(guān)相互通信；系統(tǒng)管理中心接收各個段控網(wǎng)關(guān)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(nèi)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(nèi)的所有感應(yīng)樁的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊以及段控網(wǎng)關(guān)相互通信；專用無線配置終端向該防區(qū)段內(nèi)的各個感應(yīng)樁和段控網(wǎng)關(guān)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(dá)某個感應(yīng)樁，方便維護(hù)人員的圍欄檢測和維修裝置。

(1)感應(yīng)樁

由于任何圍欄都由眾多的立柱或支架構(gòu)成圍欄固定及連接，可以在鐵絲網(wǎng)圍欄的固定裝置上安裝感應(yīng)樁，因此感應(yīng)樁沿著圍欄的立柱安裝，或獨立架設(shè)感應(yīng)樁安裝支架。每個感應(yīng)樁由安裝在立柱或支架上的[1,2,…,N]個物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊和一個物聯(lián)網(wǎng)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(yīng)樁的物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊，I(n)表示第G(i)個物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊，K表示感應(yīng)樁總數(shù)量。

在本實用新型中，與常規(guī)圍欄配合時，感應(yīng)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(yīng)樁。獨立布設(shè)時，感應(yīng)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(yīng)樁。物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊所采用的物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊可以采用藍(lán)牙、Zigbee、WiFi等通用或自研無線超低功耗技術(shù)。在本實用新型優(yōu)選實施例中，在配合鐵絲網(wǎng)圍欄應(yīng)用場景下，每個感應(yīng)樁包括2個ISM頻段物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊，其中，1個物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊位于立柱的上部，1個物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊位于立柱的下部。相鄰兩個感應(yīng)樁構(gòu)成1個檢測段，可級聯(lián)也可交叉，其上的物聯(lián)網(wǎng)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(yīng)樁之間，4個物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊相互發(fā)射和接收信號，即某個感應(yīng)樁上的物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊R₁可以接收來自相鄰的感應(yīng)樁上的兩個物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊T₁,T₂發(fā)射的信號：

R_i＝T₁±T₂

詳細(xì)地，對于任何一個物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊是間歇發(fā)射信號，第一個感應(yīng)樁發(fā)射信號，第二個感應(yīng)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(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊上報給段控網(wǎng)關(guān)。每個感應(yīng)樁與段控網(wǎng)關(guān)的距離為0-6公里，可以根據(jù)實際情況調(diào)整。

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

根據(jù)物體進(jìn)入布防電磁場區(qū)域產(chǎn)生影響的感知思想，物聯(lián)網(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊I(n)在圍欄周界產(chǎn)生一個橢球形狀電磁場入侵監(jiān)測區(qū)域。當(dāng)有物體進(jìn)入該區(qū)域時會出現(xiàn)電磁場能量衰減，或者增強(qiáng)的現(xiàn)象。從而準(zhǔn)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(wǎng)無線收發(fā)感應(yīng)模塊的信號覆蓋區(qū)域內(nèi)，主要有物體遮擋了最小菲涅爾區(qū)的40％的時候，信號強(qiáng)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(yīng)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(shè)備工作狀態(tài)和心跳信息，定期通過一個物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊上報給段控網(wǎng)關(guān)，完成設(shè)備狀態(tài)、心跳信息產(chǎn)生及上報。

對于本實用新型的感應(yīng)樁無線感知檢測模式，因具備環(huán)境條件自主學(xué)習(xí)、感知算法自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整、設(shè)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?？梢詼?zhǔn)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(chǎn)生及上報。對傳播環(huán)境變化自適應(yīng)，檢測靈敏度自適應(yīng)，可以根據(jù)地形地物自學(xué)習(xí)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(fù)雜地形地物的情況，大大簡化了工程施工難度和技術(shù)要求。

(2)段控網(wǎng)關(guān)

段控網(wǎng)關(guān)主要是接收感應(yīng)樁發(fā)送來的設(shè)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(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)接收若干個感應(yīng)樁的信息管理，一個段控網(wǎng)關(guān)可以管理最多254個感應(yīng)樁，即

這里M表示一個段控網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)管理的感應(yīng)樁數(shù)量值。

詳細(xì)地，配合光纖、公眾通信網(wǎng)等各種數(shù)據(jù)鏈接口條件，負(fù)責(zé)一個防區(qū)段的各檢測段告警、設(shè)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(wǎng)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(diào)測多功能終端(Powerless Electronic Fence Gateway，PEFGW)，作為該段的匯聚節(jié)點及網(wǎng)關(guān)單元。每個檢測段包含若干個由感應(yīng)樁組成的ISM頻段雙頻點雙向多扇面探測對，感應(yīng)樁之間的距離5-30m可按需調(diào)整，視地形條件調(diào)整間距。

每個防區(qū)段的段控網(wǎng)關(guān)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(chǎn)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(yù)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(yù)留通道。系統(tǒng)按防區(qū)大小任意擴(kuò)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(fù)責(zé)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(nèi)服務(wù)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(xué)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(diào)測多功能終端，其目的是為了簡化維護(hù)和施工現(xiàn)場調(diào)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(yīng)樁和段控網(wǎng)關(guān)下發(fā)附加配置信息及設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)測。同時，該終端可以智能引導(dǎo)維護(hù)人員到達(dá)某個感應(yīng)樁，方便維護(hù)人員的圍欄檢測和維修裝置。負(fù)責(zé)收集巡邏人員途經(jīng)鐵絲網(wǎng)圍欄信息，現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)分析并完成現(xiàn)場各檢測段的簡單調(diào)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(hù)工具。核心是一個無線收發(fā)及處理終端，還可以配置及調(diào)整感應(yīng)樁的各項參數(shù)。監(jiān)測現(xiàn)場是否正常，感應(yīng)樁的工作狀態(tài)，比如電池的電量信息，參見圖3。

本實用新型基于物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)(比如藍(lán)牙、Zigbee、WiFi等通用或自研無線超低功耗技術(shù)的智慧感知定位圍欄技術(shù)，采用物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)感知檢測及組網(wǎng)傳輸合一的創(chuàng)新思想，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同地形地物條件和自然環(huán)境下的特定區(qū)域內(nèi)，對非法入侵進(jìn)行定位、告警信息產(chǎn)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(yù)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。