基于地震波的地下入侵監測系統的制作方法
【專利摘要】本發明專利提供一種基于地震波的地下入侵監測系統，該系統的工作過程為：數據采集單元將地震波探測傳感器拾取的震動信號記錄下來，并通過通信控制單元上傳到計算機單元。計算機單元對傳輸過來的震動信號的起始位置定位、趨勢跟蹤，然后進行分類、識別，最后在三維立體地圖上顯示，通過識別判斷引起震動信號的類型若符合報警條件，報警單元報警。本發明的目的是提供一種利用地震波實現地上、地下入侵報警、入侵目標定位、入侵目標跟蹤、入侵行為識別、入侵目標移動描述，可從根本上解決傳統安防系統在地下出現入侵時存在監測盲區的問題，為安防領域提供一種新型有效的防范系統。
【專利說明】基于地震波的地下入侵監測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及安全防范【技術領域】，特別涉及一種從地下進行入侵報警的監測系統。【背景技術】
[0002]近年來，隨著人民生活質量不斷提高，偷盜違法犯罪行為也在不斷上升，諸如銀行、金庫、博物館、古墓、重要的庫房被盜的案件時有發生。目前我國的安防領域的主要防范措施和設備是視頻監控、紅外探測、微波探測、聲控報警、超聲波探測、振動入侵探測器等設施和設備。視頻監控系統只要有攝像頭安裝的地方就可以監控，但攝像頭安裝的地方必須要有光源，因此不能對黑暗中的目標進行監控，即不可全天候工作。在室外易受自然氣候影響，且攝像頭安裝不隱蔽，不法分子很容易知道攝像頭安裝的位置，從而避開攝像頭進行違法活動。同時，目前對視頻信號的智能化處理還存在困難，不能實現自動監控。
[0003]紅外探測布防范圍小，且造價較高，受環境因素影響較大，不適于室外安裝，準確率較低。微波探測采用多普勒雷達原理進行入侵探測，根據接收到的回波的多普勒頻移來判斷是否有人入侵，但是這種探測存在兩個不足:(I)由于微波的穿透力強，所以這種報警器對室內活動人員的屏蔽較弱，容易引起虛警；(2)環境中的金屬物體對微波反射較強，容易在大面積的物體背后形成探測盲區，造成防范漏洞。聲控報警器價格低，但是誤報率高，只適用于較為安靜的場所，不適于嘈雜環境。超聲波入侵探測通過超聲波發射器發射超聲波，在有效距離內如有活動目標反射，則回波頻率與原發射頻率將會有多普勒頻差，利用該頻差報警，但也存在誤報的現象，且不能判斷活動目標的類型。振動入侵探測器用來檢測入侵者用工具破壞ATM機等物體所產生的機械沖擊而引起報警的探測裝置或用于探測入侵者用工具破壞建筑物等所產生的機械沖擊而引起報警的探測器裝置，適用于不同結構的ATM機、保險柜、墻體、門、窗及鐵護欄等物體的防范，可以有效地防止被防護物體的砸、打、撬等的破壞活動。但振動入侵探測器只能檢測振動，不能判斷振動類型，對地下淺層挖掘，進而進行入侵的行為不能作出判斷。
[0004]以上的安防設備對于在地面上出現的犯罪行為起到了有效的監控和監測的作用，但對于目前出現的一些新的犯罪手段，比如，在接近金庫很遠的地方從地下挖掘，形成一個通道，直到金庫的地下，再進行盜竊。上述的監控、監測方法對這樣的犯罪形式均無能為力。類似這樣的犯罪行為不僅出現在銀行、金庫等民用領域，甚至在監獄、邊防等重點防護領域也層出不窮。利用地下挖掘越獄、偷渡、偷盜的犯罪行為，往往讓這些部門的保衛人員防不勝防。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種利用地震波實現地上、地下入侵報警、入侵目標定位、入侵目標跟蹤、入侵行為識別、入侵目標移動描述，可從根本上解決傳統安防系統在地下出現入侵時存在監測盲區的問題，為安防領域提供一種新型有效的防范系統。
[0006]本發明的優點在于:借助地震勘探的原理，對地下入侵的行為進行定位、識別和判斷，有效防止從地下入侵實施違法犯罪的行為。借助模式識別的理論，對運動物體和人類的各種行為進行區分，通過對采集到的地震波信號進行預處理和特征提取后，和特征庫的特征進行匹配，找出潛在的是否有入侵的行為發生。同時，本發明可以識別入侵的行為是在地面發生還是在地下發生，并可以對其趨勢進行跟蹤。對于本發明所述的地震波監測系統布置的區域范圍內，可以在三維立體地圖上顯示出具體的位置。
[0007]本發明主要由地震波探測傳感器(I)、電源控制單元(2)、數據采集單元(3)、通信控制單元(4)、計算機單元(5)和報警單元(6)等組成。各部分的功能是:地震波探測傳感器(I)用于拾取運動物體或人類活動激發的地震波信號；數據采集單元(3)將地震波探測傳感器拾取的地震波信號轉換為數字信號；通信控制單元(4)用于將數據采集單元轉換的數字信號傳輸到計算機單元(5)，在計算機單元(5)上將地震波信號進行分析，找出入侵行為發出的信號，并進行識別、分類、符合報警的條件報警單元(6)進行報警，電源控制單元
(2)為數據采集單元(3)和通信控制單元(4)提供電能。
[0008]本發明的特征在于，地震波探測傳感器(I)可以使用一維的傳感器，也可以使用三維的傳感器；
[0009]本發明的特征在于地震波探測傳感器(I)可以安裝在野外或者地下，屬于隱蔽式安裝；
[0010]本發明的特征在于通過地上或地下運動目標激發的地震波信號進行采集，結合模式識別的功能，完成目標分類識別、預警和趨勢跟蹤任務；
[0011]本發明的特征在于通過檢測到的地震波，可以判斷出地震波激發的地點；
[0012]本發明的特征在于通過檢測到的地震波，可以對激發地震波的行為作出判斷，判斷出是否是入侵行為；
[0013]本發明的特征在于通過檢測到的地震波，對入侵行為定位和判斷出的情況下，可以對其趨勢進行跟蹤；
[0014]本發明的特征在于，對于判斷出的入境行為的發生地點和趨勢可以在三維立體地圖上顯示出來，可以直觀的看出具體發生的位置和趨勢。
[0015]為了達到上述目的，本發明采取的步驟如下:
[0016]I)利用地震波探測傳感器(I)拾取地震波信號；
[0017]2)對地震波信號進行預處理；
[0018]3)利用地震波信號進行定位；
[0019]4)對地震波信號提取特征；
[0020]5)對地震波信號進行模式識別；
[0021]6)將識別出的信號在計算機單元(5)上的三維立體地圖顯示，顯示出具體的位置。如果是入侵活動，并一直具有發展的趨勢，則觸發報警單元(6)報警。
[0022]在上述技術方案中，步驟2)所述預處理是對采集到的地震波信號進行數字濾波處理，濾除干擾的信號。可采用平均值濾波、FIR濾波器、自適應濾波等方法。
[0023]步驟3)所述對地震波激發點(下稱震源)的定位采用四點定位的原則，地震波探測傳感器(I)在使用地點布置時，每4個傳感器為I組，如圖3所示。在傳感器布置的區域內，如果出現運動物體或人類的行為激發出地震波，已知的是各個傳感器的坐標和它所接收到信號的時刻，不知道的是震源發生的位置和時刻。設震源位置的空間坐標為(x，y，z)，發生時刻為t，第i個傳感器坐標為(Xi，yi，Zi)，傳感器檢測到的時刻為t，聲波傳播的平均速度為V，在震源和第i個傳感器之間的走時方程為:
【權利要求】
1.一種基于地震波的地下入侵監測系統，其特征在于，該地下入侵監測系統包括地震波探測傳感器(1)、電源控制單元(2)、數據采集單元(3)、通信控制單元(4)、計算機單元(5)和報警單元(6)，地震波探測傳感器(I)拾取震動信號后送入數據采集單元(3)，將模擬信號轉變為數字信號，并通過通信控制單元(4)，將數字信號傳給計算機單元(5)，計算機單元(5)將接收到的信號進行預處理，對于一些自然噪音和工頻干擾信號采用數字濾波的方法將其濾除，將預處理后的信號進行相應的分析，首先進行定位計算，找出地震波的激發地點，也就是判斷入侵的發生地點，然后對濾波后的信號進行特征提取，采用過零分析濾波后的信號，即在時域中對信號幅值與設定閾值比較，計算并統計濾波后的信號越過閾值的次數，形成不同目標特征的樣本庫，實現1、車輛行駛，2、人員行走，3、動物移動，4、人工挖掘，5、機械挖掘，6、電動工具挖掘，7、鑿挖墻壁等行為的區分，然后對濾波后的信號進行模式識別，主要是對采集并提取特征的地震波信號和特征庫進行比對，進行模式識別，模式識別采用BP神經網絡的方法，神經網絡的輸出為上述7種行為，通過大量的數據對構造的神經網絡進行訓練，符合某種行為時神經網絡對應節點輸出為I，其余則為O，從而判斷出地震波信號的行為和趨勢，根據建立的特征庫，在本發明所述的地震波監測系統執行目標監測任務時，只要運動目標或人類的行為產生的地震波信號被布置的震波探測傳感器(I)接收到，數據采集單元(3)就對運動目標地震波信號進行現場采集，將采集的信號進行特征提取后與樣本庫中的標準特征信號分別進行比較，找出特征最相似的作為識別結果，在計算機單元(5)上的三維立體地圖上顯示，從而實現入侵監測的目的。
2.根據權利要求1所述的基于地震波的地下入侵監測系統，其特征在于，所述的地震波探測傳感器(I)可以是以一維的，也可以是三維的，可以安裝在野外或者地下，對應一個完整的監控區域，地震波探測傳感器(I)安裝的位置應在三維空間上覆蓋整個監測區域，并保證均勻分布從而使整個監測區的事件記錄具有相同的效果，且必須避免所有的地震波探測傳感器(I)布置在一個兩維平面上。
3.根據權利要 求1所述的基于地震波的地下入侵監測系統，其特征在于，通過檢測到的地震波，執行相應的定位程序后，可以判斷出地震波激發的地點，執行定位算法時，地震波探測傳感器(I)布置時，每4個傳感器為I組，在傳感器布置的區域內，如果出現運動物體或人類的行為激發出地震波，已知的是各個傳感器的坐標和它所接收到信號的時刻，不知道的是震源發生的位置和時刻。設震源位置的空間坐標為U，y, 2)，發生時刻為〖，第1個傳感器坐標為(Xi，yi; Zi),傳感器檢測到的時刻為\，聲波傳播的平均速度為V，在震源和第i個傳感器之間的走時方程為:
(X1-X)2+ (Y1-y)2+(Z1-Z)2 = v2(t1-t)2(i = 1,2,3,4) (1) 在三維空間中定位一個未知點的坐標位置(X，1，z)和發震時刻t，通過已知四個以上的固定點坐標，即基于地震波的地下入侵監測系統監測過程中只要有四個地震波探測傳感器(I)來接受一個震動信號，就能把一個入侵行為的起始地點定位出來。
4.據權利要求1所述的基于地震波的地下入侵監測系統，其特征在于，通過地上或地下運動目標激發的地震波信號進行采集，結合模式識別的功能，完成目標分類識別、預警任務，模式識別利用過零分析提取不同信號的特征，采用過零分析采集到的地震波信號，在時域對信號幅值與設定閾值比較，計算信號越過閾值的次數，信號的過零分析與頻譜分析具有密切關系，當信號是頻率為f的正弦信號時，過零點數為:N = kf(2) 式中，k為比例系數ば為頻率的正弦信號， 由式（2)可看出，過零數與信號的頻率成正比，對頻率范圍も□ f2的平穩隨機信號，單位時間內的過零點數與功率譜G(f)的關系為：
5.據權利要求1所述的基于地震波的地下入侵監測系統，其特征在于，通過檢測到的地震波，對入侵行為定位和判斷出的情況下，可以對其趨勢進行跟蹤。
6.據權利要求1所述的基于地震波的地下入侵監測系統，其特征在于，對于判斷出的入境行為的發生地點和趨勢可以在計算機單元（5)上的三維立體地圖上顯示出來，可以直觀的看出違法犯罪行為具體發生的位置和趨勢。
【文檔編號】G08B13/00GK103544791SQ201210238481
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優先權日:2012年7月10日
【發明者】彭蘇萍, 梁喆, 鄭晶 申請人:中國礦業大學(北京), 彭蘇萍, 梁喆