本實用新型屬于安防監(jiān)控及環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無人值守地面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)大致有如下幾種：(1)紅外對射監(jiān)控系統(tǒng)；(2)震動光纖周界監(jiān)控系統(tǒng)；(3)張力圍欄周界報警系統(tǒng)；(4)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，下面分別介紹。

(1)紅外對射監(jiān)控系統(tǒng)

紅外對射探測器由收、發(fā)兩部分組成。紅外發(fā)射器向安裝在幾米甚至于幾百米遠的接收器發(fā)射紅外線，其射束有單束、雙束，甚至多束。當(dāng)相應(yīng)的紅外射束被遮斷時，接收器即發(fā)出報警信號。其工作原理是接收器能收到紅外射束為正常狀態(tài)，而當(dāng)發(fā)生入侵時，發(fā)射器發(fā)射的紅外射束被遮擋，即光電管接收不到紅外光，從而輸出相應(yīng)的報警電信號，并經(jīng)整形放大后輸出開關(guān)量報警信號，該報警信號可被報警控制器接收，并去聯(lián)動執(zhí)行機構(gòu)啟動其它的報警設(shè)備，如聲光報警器、模擬電子地圖、電視監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等。

主動紅外周界監(jiān)控報警系統(tǒng)通常由前端探測系統(tǒng)、現(xiàn)場報警系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、中心控制系統(tǒng)、聯(lián)動系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)六部分組成。前端探測系統(tǒng)由主動紅外探測器及其相關(guān)附件組成，其對周界圍墻或護欄進行防護，檢測周界入侵行為，并輸出報警信號?，F(xiàn)場報警系統(tǒng)由現(xiàn)場報警器及聯(lián)動裝置組成，在探測器檢測到入侵行為時，即啟動現(xiàn)場報警設(shè)備，對非法入侵行為進行威懾。總線制報警控制器包括信號傳輸模塊及傳輸線路兩部分；多線制報警控制器只涉?zhèn)鬏斁€路，該部分負責(zé)探測器報警信號傳輸及相關(guān)電源的輸送?？偩€傳輸距離根據(jù)報警控制器的不同或會有差異，一般都在1000m以上，甚至通過擴展設(shè)備還能實現(xiàn)總線傳輸距離延伸。中心控制系統(tǒng)負責(zé)接收前端報警信號，對前端探測器的工作狀態(tài)進行檢測，同時提供報警聯(lián)動控制。

(2)震動光纖周界監(jiān)控系統(tǒng)

震動光纖周界監(jiān)控系統(tǒng)是利用激光、光纖傳感和光通信等高科技技術(shù)構(gòu)建的安全報警系統(tǒng)，它是基于分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于周界監(jiān)控防護的新系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用單根光纖(光纜)作為傳感傳輸二合一的器件，通過對直接觸及光纖(纜)或通過承載物，如覆土、鐵絲網(wǎng)、圍欄、管道等，傳遞給光纖(纜)的各種擾動，進行持續(xù)和實時的監(jiān)控。采集擾動數(shù)據(jù)，經(jīng)過后端分析處理和智能識別，判斷出不同的外部干擾類型，實現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)警或?qū)崟r告警，從而達到對侵入設(shè)防區(qū)域周界的威脅行為進行預(yù)警監(jiān)測的目的。

分布式全光纖振動周界安全告警系統(tǒng)，主要由傳感光纜、傳輸光纜和信號處理器三部分組成。在這套系統(tǒng)中，光纖不僅可用于信號傳輸，還可以用作安全防范應(yīng)用中的傳感器。每個分區(qū)作為獨立的安防區(qū)域，對本防區(qū)的外界入侵信號進行實時監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)控線路有入侵者攀爬時，光纖傳感光纜中的光信號發(fā)生變化，信號處理器經(jīng)過系列信號處理，區(qū)分第三方入侵行為與正常干擾，可以馬上定位有入侵者的地方。

(3)張力圍欄周界報警系統(tǒng)

張力式電子安全圍欄周界報警系統(tǒng)由報警控制器(主機)和電子圍欄兩部分組成。主機探測入侵者，并能發(fā)出報警信號；電子圍欄主機產(chǎn)生和接收高壓脈沖信號，并在前端探測圍欄處于觸網(wǎng)、短路、斷路狀態(tài)時能產(chǎn)生報警信號，并把入侵信號發(fā)送到安全報警中心；前端探測圍欄由金屬桿及金屬導(dǎo)線等構(gòu)件組成的有形周界。通過控制鍵盤或控制軟件，可實現(xiàn)多級聯(lián)網(wǎng)。電子圍欄是一種主動防入侵圍欄，對入侵企圖做出反擊，擊退入侵者，延遲入侵時間，并且不威脅人的性命，并把入侵信號發(fā)送到安全部門監(jiān)控設(shè)備上，以保證管理人員能及時了解報警區(qū)域的情況，快速做出處理。

電子安全圍欄是有形的屏障，安裝適當(dāng)?shù)母叨群徒嵌龋茈y攀越；如果強行突破，脈沖主機又會發(fā)出報警信號，脈沖主機有兩種信號，第一路信號每分鐘對整個電子圍欄巡檢多次，檢查電子線是否斷路或短路，另一組信號傳送到監(jiān)控中心。主機在電子圍欄上產(chǎn)生約8000伏低能量脈沖電壓，該電壓能有效擊退并威懾入侵者。

(4)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是由攝像、傳輸、控制、顯示、記錄登記等部分組成。攝像機通過同軸視頻電纜將視頻圖像傳輸?shù)娇刂浦鳈C，控制主機再將視頻信號分配到各監(jiān)視器及錄像設(shè)備，同時可將需要傳輸?shù)恼Z音信號同步錄入到錄像機內(nèi)。通過控制主機，操作人員可發(fā)出指令，對云臺的上、下、左、右的動作進行控制及對鏡頭進行調(diào)焦變倍的操作，并可通過控制主機實現(xiàn)在多路攝像機及云臺之間的切換。

紅外對射監(jiān)控系統(tǒng)、震動光纖周界監(jiān)控系統(tǒng)及張力電子圍欄周界報警系統(tǒng)都屬于“柵欄”式安防監(jiān)測系統(tǒng)，只能對越過預(yù)設(shè)警戒線的入侵做出反應(yīng)，無法有效地對整個監(jiān)控區(qū)域進行全面監(jiān)控。在這幾種“柵欄式”安防監(jiān)測系統(tǒng)中，紅外對射監(jiān)控系統(tǒng)安裝使用較為方便，但易受干擾、可靠性能低，且無法防范有針對性的穿越。張力電子圍欄周界報警系統(tǒng)和震動光纖周界監(jiān)控系統(tǒng)可靠性較高，受到環(huán)境及飛鳥走獸的干擾比較小，可靠性高，但信號處理較為復(fù)雜。震動光纖周界監(jiān)控系統(tǒng)對防水和防止磁場干擾的要求比較高，布放較為方便；張力電子圍欄周界報警系統(tǒng)對安裝基礎(chǔ)的強度要求比較高，監(jiān)測區(qū)域較廣時布放費用過高。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能有效地對感興趣的區(qū)域進行監(jiān)控，得到的監(jiān)控信息直觀、準確、及時且信息量大，方便監(jiān)控人員對情況有清晰的認識，但是在監(jiān)控區(qū)域面積較大時，系統(tǒng)布放麻煩，且花費較高，攝像頭密集程度不夠時，布控區(qū)域存在監(jiān)控死角。

基于以上分析，現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)存在著各種不足，有待改進，本案由此產(chǎn)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的，在于提供一種WSM監(jiān)測系統(tǒng)，其可用于野外、海島、邊境、機場、倉庫及其它有監(jiān)控需求區(qū)域的無人監(jiān)控與環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測。

為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是：

一種WSM監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)個節(jié)點簇、監(jiān)控中心和手持終端，其中，每個節(jié)點簇包含有布置在監(jiān)測區(qū)域的若干個傳感器節(jié)點和一個匯聚節(jié)點，監(jiān)控中心設(shè)于另一安全地點，手持終端供監(jiān)測區(qū)域巡邏人員使用；傳感器節(jié)點將監(jiān)測數(shù)據(jù)送入對應(yīng)連接的匯聚節(jié)點，所述匯聚節(jié)點將傳感器節(jié)點傳輸?shù)谋O(jiān)測數(shù)據(jù)以及匯聚節(jié)點采集的數(shù)據(jù)送入監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心進行圖形化顯示；手持終端與監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)通訊。

上述傳感器節(jié)點包括第一嵌入式控制系統(tǒng)及分別與之連接的數(shù)個傳感器模塊、近程無線通信模塊，第一嵌入式控制系統(tǒng)將數(shù)個傳感器模塊的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過近程無線通信模塊送入對應(yīng)連接的匯聚節(jié)點。

上述數(shù)個傳感器模塊包含磁傳感器模塊、聲音陣列傳感器模塊、振動傳感器模塊、多普勒微波傳感器模塊及紅外傳感器模塊。

上述傳感器節(jié)點還包含有與第一嵌入式控制系統(tǒng)連接的北斗定位模塊，第一嵌入式控制系統(tǒng)將北斗定位模塊采集的實時位置送入對應(yīng)連接的匯聚節(jié)點。

上述匯聚節(jié)點包括第二嵌入式控制系統(tǒng)及分別與之連接的數(shù)個傳感器模塊、近程無線通信模塊、遠程無線通信模塊，第二嵌入式控制系統(tǒng)通過近程無線通信模塊接收來自傳感器節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過遠程無線通信模塊送入監(jiān)控中心；第二嵌入式控制系統(tǒng)同時將數(shù)個傳感器模塊的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過遠程無線通信模塊送入監(jiān)控中心。

上述數(shù)個傳感器模塊包含磁傳感器模塊、聲音陣列傳感器模塊、振動傳感器模塊、多普勒微波傳感器模塊及紅外傳感器模塊。

上述遠程通信模塊采用北斗通信模塊或GPRS模塊。

上述匯聚節(jié)點還包括與第二嵌入式控制系統(tǒng)連接的遠程攝像頭，遠程攝像頭在第二嵌入式控制系統(tǒng)的控制下進行拍照。

上述匯聚節(jié)點還包含有與第二嵌入式控制系統(tǒng)連接的北斗定位模塊，第二嵌入式控制系統(tǒng)將北斗定位模塊采集的實時位置送入監(jiān)控中心。

采用上述方案后，本實用新型可代替巡邏人員對倉庫、邊境線、海島等通常較難監(jiān)控的地方進行監(jiān)控，以及對感興趣區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)連續(xù)采集。降低了區(qū)域監(jiān)控及環(huán)境監(jiān)測方面的人工成本，提高了系統(tǒng)監(jiān)控效率及可靠性。系統(tǒng)以無線方式進行數(shù)據(jù)傳輸，以內(nèi)置可充電鋰電池方式進行供電，提高了系統(tǒng)布放的效率、降低了系統(tǒng)布放的成本，且布放及使用更為便捷。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體架構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型的傳輸示意圖；

圖3是傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是傳感器節(jié)點的原理框圖；

圖5是匯聚節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是匯聚節(jié)點的原理框圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細說明。

如圖1和圖2所示，本實用新型提供一種WSN(Wireless Sensor Network，無線傳感器網(wǎng)絡(luò))監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)個節(jié)點簇、監(jiān)控中心和手持終端，其中，每個節(jié)點簇包含有布置在監(jiān)測區(qū)域的若干個傳感器節(jié)點和一個匯聚節(jié)點，負責(zé)某一區(qū)域的監(jiān)控；監(jiān)控中心設(shè)于另一安全地點，手持終端供監(jiān)測區(qū)域巡邏人員使用，下面分別介紹。

傳感器節(jié)點可根據(jù)需要裝配多種傳感器，用以監(jiān)測節(jié)點周圍各種物理信號的變化。匯聚節(jié)點除配置各類傳感器模塊外并配置有遠程通信模塊及攝像頭，在接收到傳感器節(jié)點發(fā)送來的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，開啟攝像頭對檢測到異常的傳感器節(jié)點處進行拍照。所有數(shù)據(jù)(包括傳感器節(jié)點發(fā)送來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，拍攝到的照片數(shù)據(jù))經(jīng)遠程通信模塊(北斗通信模塊/GPRS模塊)發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心將接收到的數(shù)據(jù)以可視化形式顯示出來。

如圖3和圖4所示，傳感器節(jié)點以接口連接形式配置有磁、聲音陣列、振動、多普勒微波及紅外五種傳感器模塊，并以工作—休眠—工作交替的方式運行，實時監(jiān)測節(jié)點周圍的震動、紅外、磁場強度及聲音的變化，當(dāng)傳感器節(jié)點監(jiān)測到異常后，采集并存儲各傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，并用目標分類及定位算法對目標進行初步分類，然后將監(jiān)測數(shù)據(jù)及目標分類結(jié)果經(jīng)短距無線通信模塊發(fā)送給匯聚節(jié)點。

磁傳感器模塊主要檢測節(jié)點周圍磁場強度的變化，當(dāng)鐵磁物體出現(xiàn)和移動時，所引起的節(jié)點周圍的磁場變化都能被檢測到。聲音陣列傳感器模塊主要用于檢測節(jié)點周圍聲音信號變化，并利用TOA算法對聲源進行定位。振動傳感器模塊主要用于檢測節(jié)點周圍是否發(fā)生振動，能檢測車輛等經(jīng)過時引起的地面振動。多普勒微波傳感器模塊主要測量移動物體的速度。紅外傳感器用來監(jiān)測節(jié)點周圍的光線變化，能檢測到移動物體引起的微小光線變化。

如圖5和圖6所示，匯聚節(jié)點以接口連接形式配置有磁、聲音陣列、振動、多普勒微波及紅外五種傳感器模塊，以及遠程攝像頭、北斗模塊及GPRS遠程通信模塊。匯聚節(jié)點在自身裝配的傳感器節(jié)點監(jiān)測到異常，或者接收到傳感器節(jié)點的異常匯報后啟動遠程攝像頭對有異常區(qū)域進行拍照，并經(jīng)北斗或GPRS遠程通信模塊，將監(jiān)測數(shù)據(jù)和拍攝到的照片發(fā)送到監(jiān)控中心。匯聚節(jié)點的GPRS模塊上設(shè)計有受話器，在接收到監(jiān)控中心發(fā)送來的指令后，開啟模塊上的麥克風(fēng)，GPRS模塊會將采集到的節(jié)點周圍的聲音數(shù)據(jù)實時傳輸至監(jiān)控中心，供監(jiān)控人員監(jiān)聽分辨。

除傳感器外，傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點分別配置不同的無線通信模塊，傳感器節(jié)點只配置近程無線通信模塊，用以向匯聚接發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，判定有目標出現(xiàn)時向匯聚節(jié)點匯報異常警報。匯聚節(jié)點配置近程和遠程無線通信模塊，近程無線通信模塊用以實現(xiàn)和傳感器節(jié)點的通信，遠程無線模塊用以實現(xiàn)與監(jiān)控中心的通信。傳感器節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)與警報數(shù)據(jù)通過匯聚節(jié)點中轉(zhuǎn)匯報至監(jiān)控中心。

匯聚節(jié)點配置有遠程攝像頭，用以在有傳感器節(jié)點發(fā)送異常警報后開啟，對監(jiān)測區(qū)域進行拍照并發(fā)送到監(jiān)控中心。

傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點都配置有北斗定位模塊，用以向手持終端和監(jiān)控中心匯報節(jié)點實時位置。

監(jiān)控中心接收到匯聚節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)后，進行圖形化顯示。

巡邏人員配備有手持終端，實時查詢接收各個節(jié)點的監(jiān)測信息及異常匯報。

其中，目標檢測的流程為，傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點中的嵌入式控制系統(tǒng)通過AD通道采集各傳感器感知到的環(huán)境數(shù)據(jù)，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)連續(xù)多次超過設(shè)定的閾值時，判定有目標出現(xiàn)。閾值設(shè)定可通過無線命令實現(xiàn)非接觸設(shè)置。判有目標出現(xiàn)時，節(jié)點通過聲音傳感器采集到的聲音信號的頻譜分析，對照預(yù)先得到的目標聲音頻譜特征對出現(xiàn)的目標進行分類。

其中，遠程攝像機攝像流程為：當(dāng)判定有目標出現(xiàn)時，傳感器節(jié)點向匯聚節(jié)點發(fā)送異常警報，匯聚節(jié)點收到異常警報時，嵌入式控制系統(tǒng)開啟攝像頭，并向云臺接口發(fā)送命令，控制云臺帶動攝像機轉(zhuǎn)動到檢測到異常的傳感器節(jié)點方向，對該方向上情景進行拍照。照片數(shù)據(jù)經(jīng)遠程模塊發(fā)送到監(jiān)控中心。

匯聚節(jié)點配置有受話器及麥克風(fēng)，監(jiān)控中心認為有必要時，通過監(jiān)控中心的上位機軟件，經(jīng)無線模塊發(fā)送指令，匯聚節(jié)點接收到指令后打開受話器，麥克風(fēng)實時采集到的語音信息經(jīng)遠程無線模塊發(fā)送至監(jiān)控中心，供監(jiān)控中心監(jiān)聽判斷。

其中，傳感器節(jié)點的節(jié)能方式為工作休眠策略，即：只有震動傳感器一直處于工作狀態(tài)，電源管理模塊受控于嵌入式控制系統(tǒng)內(nèi)，按設(shè)定好的時間間隔為其他傳感器及模塊供電，當(dāng)其他模塊和傳感器處于休眠狀態(tài)時，若嵌入式控制系統(tǒng)判斷震動傳感器采集到的數(shù)據(jù)有異常時，喚醒所有傳感器及模塊，進入全功能工作方式。

綜合上述，本實用新型一種WSN監(jiān)測系統(tǒng)，具有如下特點：

(1)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化組織節(jié)點并傳輸數(shù)據(jù)，采用鋰電池供電，其中傳感器節(jié)點的支架式設(shè)計可用于野外工作，布放簡便，監(jiān)控規(guī)?？呻S時擴展；

(2)智能式監(jiān)測系統(tǒng)，可對監(jiān)控區(qū)域進行持續(xù)可靠監(jiān)測，能快速可靠地監(jiān)測到監(jiān)控區(qū)域的異常情況，在有異常情況時，系統(tǒng)可自主判定并啟動遠程攝像頭，并轉(zhuǎn)動到正確方位進行拍照；

(3)靈活的通信方式，采用遠程/近程無線通信方式搭配工作，實現(xiàn)遠距離非接觸式的區(qū)域監(jiān)控與環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測。

(4)基于音頻信號頻譜的智能式目標自動分類，系統(tǒng)自主判定有異常后，自動對采集到的音頻信號進行頻譜分析，實現(xiàn)目標的自動分類；

(5)應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的音頻信號受控監(jiān)測傳輸裝置，節(jié)點配置有受話器及麥克風(fēng)，監(jiān)控中心發(fā)送指令即可遠程控制打開受話器，麥克風(fēng)實時采集到的語音信息經(jīng)遠程無線模塊發(fā)送至監(jiān)控中心，供監(jiān)控中心監(jiān)聽判斷；

(6)系統(tǒng)高度模塊化，可根據(jù)實際清況配備不同的傳感器模塊，自動組合多種傳感器，以滿足不同的探測任務(wù)需求

以上實施例僅為說明本實用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實用新型保護范圍之內(nèi)。