一种电子围栏及实现方法

摘要

本发明公开了一种电子围栏及实现方法，涉及微功率物联网应用领域，所述方法包括：沿着有形围墙或虚拟围墙形成围栏式磁场激活区；在所述围栏式磁场激活区附近设置多个接收站；设置分别连接所述多个接收站的中心处理站；当用户终端移动到所述围栏式磁场激活区时，所述用户终端在围栏式磁场激活区的磁场作用下，进入激活状态，向外发射终端信号；若干接收站收到所述终端信号后，分别生成包含终端信号接收功率值和接收站ID的接收站信号，并发送至所述中心处理站；中心处理站利用来自所述若干接收站的接收站信号，确定用户终端所在的位置。本发明能够对处于电子围栏附近的携带用户终端的人员的位置进行准确定位。

权利要求

1.一种电子围栏的实现方法，其特征在于，包括：

沿着有形围墙或虚拟围墙形成围栏式磁场激活区；

在所述围栏式磁场激活区附近设置多个接收站；

设置分别连接所述多个接收站的中心处理站；

当用户终端移动到所述围栏式磁场激活区时，所述用户终端在围栏式磁场激活区的磁场作用下，进入激活状态，向外发射终端信号；

若干接收站收到所述终端信号后，分别生成包含终端信号接收功率值和接收站ID的接收站信号，并发送至所述中心处理站；

所述中心处理站利用来自所述若干接收站的接收站信号，确定用户终端所在的位置，其包括：所述中心处理站通过解析来自所述若干接收站的接收站信号，得到所述若干接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值，并形成包含所述若干接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值的报警样本空间；

所述中心处理站在其建立的测试样本空间数据库中查找与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间，并将所找到的匹配度最高的测试样本空间对应的测试位置作为所述用户终端的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在设置所述中心处理站之后，所述中心处理站建立测试样本空间数据库，所述测试样本空间数据库包含多个与所述围栏式磁场激活区内不同测试位置对应的测试样本空间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测试样本空间包括若干接收站ID及所述若干接收站接收的用户终端在某个测试位置发射的终端信号接收功率值，所述中心处理站在所述测试样本空间数据库中查找与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间的步骤包括：通过将各测试样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值分别与所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值进行匹配，确定匹配度最高的测试样本空间。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测试样本空间包括对应于某个测试位置的测试样本空间结构特征值，所述中心处理站在所述测试样本空间数据库中查找与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间的步骤包括：利用所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值，计算报警样本空间结构特征值；

将所述报警样本空间结构特征值与各测试样本空间结构特征值比较，并将比较结果一致的测试样本空间结构特征值对应的测试样本空间作为匹配度最高的测试样本空间。

5.一种电子围栏，其特征在于，包括：

有形围墙或虚拟围墙，用来形成围栏式磁场激活区，从而使移动到所述围栏式磁场激活区的用户终端在所述围栏式磁场激活区的磁场作用下，进入激活状态，并向外发射终端信号；

多个接收站，设置在沿着所述有形围墙或虚拟围墙而形成的围栏式磁场激活区的附近，用来在收到所述终端信号后，分别生成包含终端信号接收功率值和接收站ID的接收站信号，并发送至中心处理站；

中心处理站，分别连接所述多个接收站，用于利用来自若干接收站的接收站信号，确定用户终端所在的位置；

其中，所述中心处理站通过解析来自所述若干接收站的接收站信号，得到所述若干接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值，并形成包含所述若干接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值的报警样本空间，在其建立的测试样本空间数据库中查找与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间，并将所找到的匹配度最高的测试样本空间对应的测试位置作为所述用户终端的位置。

6.根据权利要求5所述的电子围栏，其特征在于，在设置所述中心处理站之后，所述中心处理站建立测试样本空间数据库，所述测试样本空间数据库包含多个与所述围栏式磁场激活区内不同测试位置对应的测试样本空间。

7.根据权利要求6所述的电子围栏，其特征在于，所述测试样本空间包括若干接收站ID及所述若干接收站接收的用户终端在某个测试位置发射的终端信号接收功率值，所述中心处理站通过将各测试样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值分别与所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值进行匹配，确定匹配度最高的测试样本空间。

8.根据权利要求6所述的电子围栏，其特征在于，所述测试样本空间包括对应于某个测试位置的测试样本空间结构特征值，所述中心处理站利用所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值，计算报警样本空间结构特征值，将所述报警样本空间结构特征值与各测试样本空间结构特征值比较，并将比较结果一致的测试样本空间结构特征值对应的测试样本空间作为匹配度最高的测试样本空间。

说明书

一种电子围栏及实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微功率物联网应用领域，特别涉及一种电子围栏及实现方法。

背景技术

[0002] 电子围栏是一种主动式的防越围栏，对越过围栏的企图做出反应，并把相应的报警信号发送到监控设备上，以保证管理人员能及时了解报警区域的情况，快速的做出处理。

[0003] 电子围栏以其独特的性能，被广泛应用于变电站、电厂、水厂、工厂、工业重地、工矿企业、物资仓库、住宅小区、别墅区、学校、机场、水产养殖及畜牧场所、政府机构、重点文物场所、军事设施、监狱、看守所等有围墙及需要围墙的场所。

[0004] 传统电子围栏分为红外、泄漏电缆、振动等方式的电子围栏，上述类型的电子围栏在应用上具有较高的漏报率和误报率，即明显存在漏警和虚警等问题，在某些安防要求高的重要场所，例如监狱，电子围栏的漏警和虚警都是不能容忍的。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种电子围栏及实现方法，能更好地解决现有电子围栏漏报率和误报率高的问题。

[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种电子围栏的实现方法，包括：

[0007] 沿着有形围墙或虚拟围墙形成围栏式磁场激活区；

[0008] 在所述围栏式磁场激活区附近设置多个接收站；

[0009] 设置分别连接所述多个接收站的中心处理站；

[0010] 当用户终端移动到所述围栏式磁场激活区时，所述用户终端在围栏式磁场激活区的磁场作用下，进入激活状态，向外发射终端信号；

[0011] 若干接收站收到所述终端信号后，分别生成包含终端信号接收功率值和接收站ID的接收站信号，并发送至所述中心处理站；

[0012] 所述中心处理站利用来自所述若干接收站的接收站信号，确定用户终端所在的位置。

[0013] 优选地，在设置所述中心处理站之后，所述中心处理站建立测试样本空间数据库，所述测试样本空间数据库包含多个与所述围栏式磁场激活区内不同测试位置对应的测试样本空间。

[0014] 优选地，所述中心处理站利用来自所述若干接收站的接收站信号，确定用户终端所在的位置的步骤包括：

[0015] 所述中心处理站通过解析来自所述若干接收站的接收站信号，得到所述若干接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值，并形成包含所述若干接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值的报警样本空间；

[0016] 所述中心处理站在所述测试样本空间数据库中查找与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间，并将所找到的匹配度最高的测试样本空间对应的测试位置作为所述用户终端的位置。

[0017] 优选地，所述测试样本空间包括若干接收站ID及所述若干接收站接收的用户终端在某个测试位置发射的终端信号接收功率值，所述中心处理站在所述测试样本空间数据库中查找与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间的步骤包括：

[0018] 通过将各测试样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值分别与所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值进行匹配，确定匹配度最高的测试样本空间。

[0019] 优选地，所述测试样本空间包括对应于某个测试位置的测试样本空间结构特征值，所述中心处理站在所述测试样本空间数据库中查找与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间的步骤包括：

[0020] 利用所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值，计算报警样本空间结构特征值；

[0021] 将所述报警样本空间结构特征值与各测试样本空间结构特征值比较，并将比较结果一致的测试样本空间结构特征值对应的测试样本空间作为匹配度最高的测试样本空间。

[0022] 根据本发明的另一方面，提供了一种电子围栏，包括：

[0023] 有形围墙或虚拟围墙，用来形成围栏式磁场激活区，从而使移动到所述围栏式磁场激活区的用户终端在所述围栏式磁场激活区的磁场作用下，进入激活状态，并向外发射终端信号；

[0024] 多个接收站，设置在沿着所述有形围墙或虚拟围墙而形成的围栏式磁场激活区的附近，用来在收到所述终端信号后，分别生成包含终端信号接收功率值和接收站ID的接收站信号，并发送至中心处理站；

[0025] 中心处理站，分别连接所述多个接收站，用于利用来自若干接收站的接收站信号，确定用户终端所在的位置。

[0026] 优选地，在设置所述中心处理站之后，所述中心处理站建立测试样本空间数据库，所述测试样本空间数据库包含多个与所述围栏式磁场激活区内不同测试位置对应的测试样本空间。

[0027] 优选地，所述中心处理站通过解析来自所述若干接收站的接收站信号，得到所述若干接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值，并形成包含所述若干接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值的报警样本空间，在所述测试样本空间数据库中查找与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间，并将所找到的匹配度最高的测试样本空间对应的测试位置作为所述用户终端的位置。

[0028] 优选地，所述测试样本空间包括若干接收站ID及所述若干接收站接收的用户终端在某个测试位置发射的终端信号接收功率值，所述中心处理站通过将各测试样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值分别与所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值进行匹配，确定匹配度最高的测试样本空间。

[0029] 优选地，所述测试样本空间包括对应于某个测试位置的测试样本空间结构特征值，所述中心处理站利用所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值，计算报警样本空间结构特征值，将所述报警样本空间结构特征值与各测试样本空间结构特征值比较，并将比较结果一致的测试样本空间结构特征值对应的测试样本空间作为匹配度最高的测试样本空间。

[0030] 与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

[0031] 1、本发明的用户终端在围栏式磁场激活区内可以主动发射终端信号，从而消除了漏警和虚警问题；

[0032] 2、本发明能够对处于电子围栏附近的携带用户终端的人员的位置进行准确定位。

附图说明

[0033] 图1是本发明实施例提供的电子围栏的实现方法流程图；

[0034] 图2是本发明实施例提供的信号发送流向示意图；

[0035] 图3是本发明实施例提供的电子围栏应用拓扑图。

具体实施方式

[0036] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0037] 具有报警功能的区域周界识别装置，传统的周界如围墙，但翻越围墙不能报警。应用于数字化监狱周界安防等领域。

[0038] 图1是本发明实施例提供的电子围栏的实现方法流程图，如图1所示，步骤包括：

[0039] 步骤S101：沿着有形围墙或虚拟围墙形成围栏式磁场激活区。

[0040] 进一步说，在有形围墙或虚拟围墙上安装线圈，发码器产生的电信号经过功率放大器放大后送入线圈，使得线圈产生1.5米至2米的围栏式磁场激活区。

[0041] 其中，上述有形围墙指可视围墙，虚拟围墙指无形围墙，例如可以是埋于地表以下的围墙。

[0042] 步骤S102：在所述围栏式磁场激活区附近设置多个接收站。

[0043] 步骤S103：设置分别连接所述多个接收站的中心处理站。

[0044] 在设置所述中心处理站之后，所述中心处理站建立测试样本空间数据库，所述测试样本空间数据库包含多个与所述围栏式磁场激活区内不同测试位置对应的测试样本空间。

[0045] 其中，任意一个测试样本空间均包括若干接收站ID及所述若干接收站接收的用户终端在某个测试位置发射的终端信号接收功率值，和/或对应于某个测试位置的测试样本空间结构特征值。

[0046] 例如：首先在围栏式磁场激活区内确定N个位置点，每一个位置点设置位置信息编号。然后，在每一位置点，激活的用户终端发出终端信号，此时假设有M个接收站收到终端信号，其中的接收站i将得到终端信号接收功率值Pi,M个接收站的终端信号功率值构成一个功率值的测试样本空间。区域内有N个位置点，这样就构成N个测试样本空间，由于位置不同，因此，测试样本空间不同，测试样本空间的结构特征值也不同。

[0047] 步骤S104：当用户终端A移动到所述围栏式磁场激活区时，用户终端A在围栏式磁场激活区的磁场作用下，从失活状态进入激活状态，向外发射终端信号。

[0048] 进一步说，用户终端A所发射的终端信号可以包括终端ID。

[0049] 步骤S105：若干接收站收到所述终端信号后，分别生成包含终端信号接收功率值和接收站ID的接收站信号，并发送至所述中心处理站。

[0050] 进一步说，若收到的终端信号中包含终端ID，则将该终端ID也携带于接收站信号中，发送至中心处理站。

[0051] 步骤S106：所述中心处理站利用来自所述若干接收站的接收站信号，确定用户终端所在的位置。

[0052] 进一步说，中心处理站通过解析来自所述若干接收站的接收站信号，得到所述若干接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值，从而形成包含所述若干接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值的报警样本空间，然后在所述测试样本空间数据库中查找与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间，并将所找到的匹配度最高的测试样本空间对应的测试位置作为所述用户终端的位置。

[0053] 中心处理站在所述测试样本空间数据库中查找与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间的方式包括以下两种：

[0054] (1)通过将各测试样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值分别与所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值进行匹配，确定匹配度最高的测试样本空间。

[0055] (2)利用所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值，计算报警样本空间结构特征值，将所述报警样本空间结构特征值与各测试样本空间结构特征值比较，并将比较结果一致的测试样本空间结构特征值对应的测试样本空间作为匹配度最高的测试样本空间。

[0056] 实际应用中，也可以结合上述两种方式确定匹配度最高的测试样本空间。

[0057] 通过上述方法，能够确定携带用户终端的用户是否位于电子围栏内，如果处于电子围栏内，则能够确定用户在电子围栏内的某一具体位置。进一步地，通过增加接收站数量和测试位置点，能够提高定位精度。

[0058] 本发明的电子围栏包括有形围墙或虚拟围墙，其用来形成围栏式磁场激活区，从而使移动到所述围栏式磁场激活区的用户终端在所述围栏式磁场激活区的磁场作用下，进入激活状态，并向外发射终端信号。具体地说，在有形围墙或虚拟围墙上安装线圈，发码器产生的电信号经过功率放大器放大后送入线圈，使得线圈产生预定范围(1.5米至2米，例如1.8米)的围栏式磁场激活区；用户终端进入围栏式磁场激活区后受磁场激发从失活状态进入激活状态，向外发射终端信号，该终端信号中可以包括终端ID。

[0059] 本发明的电子围栏还包括多个接收站和中心处理站，其中，多个接收站设置在沿着有形围墙或虚拟围墙而形成的围栏式磁场激活区的附近，用来在收到所述终端信号后，分别生成包含终端信号接收功率值和接收站ID的接收站信号，并发送至中心处理站；中心处理站，分别连接所述多个接收站，用于利用来自若干接收站的接收站信号，确定用户终端所在的位置。

[0060] 图2是本发明实施例提供的信号发送流向示意图，如图2所示。

[0061] 首先中心处理站建立测试样本空间数据库，所述测试样本空间数据库包含多个与所述围栏式磁场激活区内不同测试位置对应的测试样本空间。具体地说，在围栏式磁场激活区内确定N个位置点，每一个位置点设置位置信息编号。然后，在每一位置点，激活的用户终端发出终端信号，此时假设有M个接收站收到终端信号，其中的接收站i将得到终端信号接收功率值Pi,M个接收站的M个终端信号功率值构成一个功率值的测试样本空间。区域内有N个位置点，这样就构成N个测试样本空间，由于位置不同，因此，测试样本空间不同，测试样本空间的结构特征值也不同。

[0062] 然后，未知用户携带用户终端进入磁场激活区后，用户终端受磁场作用从失活状态进入激活状态，向外发射终端信号。此时，假设有M’个接收站将收到终端信号，并生成包含终端信号接收功率值和接收站ID的接收站信号，发送至中心处理站。中心处理站通过解析来自所述若干接收站的接收站信号，得到所述若干接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值，并形成包含所述M’个接收站的接收站ID及相应的终端信号接收功率值的报警样本空间，该报警样本空间同样存在结构特征值。

[0063] 最后，在所述测试样本空间数据库中查找与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间，并将所找到的匹配度最高的测试样本空间对应的测试位置作为所述用户终端的位置。

[0064] 中心处理站确定与所述报警样本空间匹配度最高的测试样本空间的方式包括以下两种：

[0065] (1)通过将各测试样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值分别与所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值进行匹配，确定匹配度最高的测试样本空间。

[0066] 具体处理步骤如下：

[0067] 第一步：处理系统获取测试样本数据ybsj(i,j,k)，其中，i为测试样本数据编号(其对应位置点名称或测试位置编号)，j为接收站序列号(即第j号接收站收到的终端信号接收功率值，k为测试样本数据数组的第k个数据。

[0068] 处理系统获取报警样本数据CYSJ(i’,j,k)，其中，i’为报警样本数据待确定的编号(即找到与测试样本数据库中匹配度最高的i，即找到报警样本数据对应的RTU实际所在位置)，j为接收站序列号(即第j号接收站收到的终端信号接收功率值)，k为报警样本数据数组的第k个数据。

[0069] 第二步：对于某一个具有K个测试样本数据的测试样本空间，计算测试样本数据ybsj(i,j,k)的功率与加权常数C的和A，公式如下：

[0070]

[0071] 对于具有K个报警样本数据的报警样本空间，计算报警样本数据cysj(i’,j,k)的功率+C的和A’，公式如下：

[0072]

[0073] 第三步：每一接收站的测试样本数据ybsj(i,j,k)的功率比公式如下：

[0074] Pybsj(i,j,k)＝((ybsj(i,j,k)+C))/A*100   (3)

[0075] 每一个接收站的报警样本数据cysj(i’,j,k)的功率比公式如下：

[0076] Pcysj(i’,j,k)＝((cysj(i’,j,k)+C))/A*100   (4)

[0077] 第四步：利用第三步得到的功率比，计算功率比重差，公式如下：

[0078]

[0079] 第五步：计算每一接收站与前一接收站之间的斜率差，其中，最后一个接收站与第一个接收站环回。

[0080] 测试样本数据的斜率与报警样本数据的斜率如公式(6)和公式(7)所示：

[0081] Dybsj(i,j,k)＝ybsj(i,j,k)-ybsj(i,j,k-1)   (6)

[0082] Dcysj(i’,j,k)＝cysj(i’,j,k)-cysj(i’,j,k-1)   (7)

[0083] 此时，每个接收站的斜率差如公式(8)所示：

[0084]

[0085] 第六步：将斜率差、功率比重差、加权系数相乘，如公式(9)所示：

[0086] ΔZH(i)＝ΔGL(i)*ΔXL(i)*a(k)   (9)

[0087] 通过以上计算，得到I个ΔZH(i)值，I为区域内的测试位置点数量。

[0088] 第七步：将得到的I个ΔZH(i)值进行比较，确定最小的ΔZH(i)，并确定i’＝i，即确定了RTU报警的位置i’在位置点i附近(i点的位置在数据库中是已知的)。

[0089] 其中，加权常数C可以为0，优选120。

[0090] 其中，加权系统a(k)可以为1，表示不加权，即所有变量起的作用均等。

[0091] 其中，a(k)用于调整每个变量在比对中的作用，如需突出某个变量的作用，可对该变量作大于1的加权计算，具体加权计算要视现场情况而定。

[0092] 加权能够得到更为准确的比对结果，如果不作加权也能达到用户的要求，可不作加权。

[0093] (2)利用所述报警样本空间中的若干接收站ID及相应的终端信号接收功率值，计算报警样本空间结构特征值，将所述报警样本空间结构特征值与各测试样本空间结构特征值比较，并将比较结果一致的测试样本空间结构特征值对应的测试样本空间作为匹配度最高的测试样本空间。也就是说，在测试样本空间数据库中寻找与报警样本空间空间数据结构特征值最接近的测试样本空间，这个测试样本空间对应的位置信息编号即是待确定的报警RTU所在的位置点。

[0094] 定位的精度可根据需要确定，精度与接收站的数量和结构布局有关，同时与测试位置点的密集度有关，在确定周界这种应用时，在工程实现、精度保证、降低误报和漏报概率上，本发明是一种十分有效的电子围栏技术。

[0095] 图3是本发明实施例提供的电子围栏应用拓扑图，如图3所示，在需要防护的有形或无形周界上布设距离可控的125kHz磁场激活区，即电子围栏(一般1.5～2米，例如1.6米)。用户携带腕式用户终端RTU进入该磁场激活区，RTU被激活并识别该磁场类别(即发码器产生的编码电信号)，以确定是否进入禁区或接近围墙，若确定已进入禁区或接近围墙，则RTU自动发出带有终端ID的终端信号(即终端报警信号)。接收站MTU收到终端信号后，将包含终端ID、接收站ID和终端信号接收功率值的接收站信号发送至处理系统(即中心处理站)，以供处理系统做出报警相关处理，同时根据接收站信号，计算出RTU准确位置，以引导相应人员迅速抵达报警现场。

[0096] 现有的精确定位方法不能解决“引导相应人员迅速抵达报警现场”的问题，原因是现有定位技术不能确定用户位置是位于室内或室外，墙里或墙外，从而使相应人员在赶赴现场时难以选择路径，而本发明通过上述技术方案解决了该问题。

[0097] 尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。