基于北斗系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的野外圖像采集設(shè)備防盜定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

丁一鈞 聶電開(kāi) 武存山

摘 要：針對(duì)野外環(huán)境下無(wú)人值守的視頻監(jiān)控系統(tǒng)太陽(yáng)能電池板、蓄電池和攝像頭等重要部件容易被盜的問(wèn)題，文中設(shè)計(jì)了一種基于北斗和物聯(lián)網(wǎng)的防盜定位系統(tǒng)，采取重點(diǎn)設(shè)備隱蔽安裝定位終端，廣域覆蓋公網(wǎng)傳輸信息，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)支撐和多種管理終端在線實(shí)時(shí)感知的架構(gòu)和方法實(shí)現(xiàn)對(duì)離位設(shè)備的報(bào)警和實(shí)時(shí)定位。實(shí)驗(yàn)證明，該防盜定位系統(tǒng)可以顯著提升威懾力，降低高值設(shè)備被盜風(fēng)險(xiǎn)，提高被盜設(shè)備找回的可能性，并有效提升野外無(wú)人值守監(jiān)控系統(tǒng)管理水平。

關(guān)鍵詞：定位;北斗;防盜;物聯(lián)網(wǎng);報(bào)警;傳感器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）09-00-02

0 引 言

目前野外無(wú)人值守的監(jiān)控系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)、森林防火、邊境管控和治安治理等方面有著廣泛的應(yīng)用，因野外供電和傳輸條件限制，經(jīng)常采用太陽(yáng)能電池和鉛酸電池供電，使用無(wú)線網(wǎng)橋傳輸視頻信號(hào)。考慮單個(gè)站點(diǎn)的監(jiān)控范圍和工作時(shí)長(zhǎng)，野外站點(diǎn)的太陽(yáng)能板和蓄電池功率容量較大，前端的監(jiān)控?cái)z像頭規(guī)格較高，單個(gè)站點(diǎn)的成本高昂，容易被不法分子盜竊破壞，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，影響監(jiān)控功能，導(dǎo)致監(jiān)控中斷事故，引發(fā)嚴(yán)重后果，且因地處偏僻，找回難度較大。因此，如何保障野外監(jiān)控站點(diǎn)的安全，提高站點(diǎn)防盜性能是擺在維護(hù)人員面前的一個(gè)重要課題。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種防盜定位系統(tǒng)，通過(guò)在高價(jià)值設(shè)備上安裝定位終端，當(dāng)設(shè)備發(fā)生位移振動(dòng)時(shí)可自動(dòng)推送報(bào)警信息到維護(hù)人員手機(jī)，同時(shí)系統(tǒng)還具有軌跡回放和定位發(fā)聲功能，可協(xié)助公安部門(mén)找回被盜設(shè)備，確保野外站點(diǎn)的運(yùn)行安全。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由基于北斗系統(tǒng)的定位終端、后臺(tái)管理軟件和管理終端組成，定位信息的傳輸采用覆蓋范圍廣泛的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，考慮系統(tǒng)使用成本，可使用各大運(yùn)營(yíng)商的物聯(lián)網(wǎng)卡傳輸信息，定位終端可安裝在太陽(yáng)能板、鉛酸蓄電池和監(jiān)控?cái)z像頭等單價(jià)較高的設(shè)備上，當(dāng)設(shè)備被盜時(shí)，觸發(fā)定位終端的加速度傳感器，終端將北斗定位信息和終端電量等狀態(tài)信息通過(guò)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)推送至后臺(tái)管理系統(tǒng)，管理人員可在手機(jī)登錄移動(dòng)終端實(shí)時(shí)獲取被盜設(shè)備的位置，并可以觸發(fā)定位終端發(fā)出較高分貝的警報(bào)聲，便于快速定位被盜設(shè)備的具體位置[1]。系統(tǒng)主要架構(gòu)如圖1所示。

1.1 定位終端

定位終端設(shè)計(jì)小巧，內(nèi)置蓄電池，使用MT2503/MTK3333/MTK5931系列芯片實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)信息傳輸以及設(shè)備定位等功能[2]，采取外置電源變換設(shè)備為定位終端持續(xù)供電，且在設(shè)備被盜斷電后能持續(xù)工作5天以上，確保有足夠的時(shí)間找回被盜設(shè)備。定位終端支持北斗、AGPS等多重定位方式[3]，北斗系統(tǒng)定位精度在10 m以?xún)?nèi)，AGPS工作模式下定位精度為50 m，且能靜默工作，減少被盜賊發(fā)現(xiàn)的可能性。系統(tǒng)通過(guò)加速度傳感器實(shí)現(xiàn)動(dòng)作和離位報(bào)警，減少誤報(bào)，節(jié)約電能。

定位終端可以安裝運(yùn)營(yíng)商提供的物聯(lián)網(wǎng)SIM卡，利用運(yùn)營(yíng)商廣泛的網(wǎng)絡(luò)覆蓋傳輸定位信息和終端狀態(tài)實(shí)現(xiàn)多卡共享流量，不僅可降低成本，也便于集中管理[4]。

為了便于在設(shè)備被盜后快速定位找回，定位終端還可設(shè)計(jì)安裝拾音器和揚(yáng)聲器，在接近被盜設(shè)備時(shí)使用管理終端觸發(fā)警報(bào)聲，實(shí)現(xiàn)小型設(shè)備的定位和找尋。內(nèi)置內(nèi)存卡可以實(shí)現(xiàn)定位信息、軌跡以及周?chē)曇舻拇鎯?chǔ)，便于后期取證。

定位終端安裝時(shí)要考慮其供電、隱蔽及信號(hào)傳輸?shù)葐?wèn)題，在太陽(yáng)能電池板安裝時(shí)可并列安裝在太陽(yáng)能板背部的接線盒處，蓄電池連續(xù)供電。在蓄電池上安裝時(shí)可將終端安裝在電池箱中，并采用必要的遮擋和隱蔽手段。終端在攝像頭上安裝時(shí)可采用強(qiáng)磁吸附方式，安裝在攝像頭防水罩或遮光罩內(nèi)部，采用電源變換器，利用攝像頭工作的12 V或48 V電源供電。上述設(shè)備均設(shè)置離位和斷電告警，當(dāng)設(shè)備被盜走或供電被切斷時(shí)發(fā)出告警信息。監(jiān)控站點(diǎn)其他設(shè)備因?yàn)轶w積和價(jià)值等原因，一般無(wú)需安裝定位終端[5]。

1.2 管理軟件系統(tǒng)

管理系統(tǒng)接收到定位終端通過(guò)GPRS傳輸?shù)亩ㄎ缓蜖顟B(tài)信息后進(jìn)行判別，將報(bào)警信息推送到界面首頁(yè)或移動(dòng)管理端。我們采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)量眾多的定位終端信息，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主要采取三層結(jié)構(gòu)，包含數(shù)據(jù)庫(kù)、管理基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)及設(shè)備數(shù)據(jù)。中間層用于設(shè)備、站點(diǎn)等增加、修改、刪除系統(tǒng)設(shè)置的工作。表示層為用戶(hù)日常查詢(xún)定位等管理提供便利[6]。在移動(dòng)管理終端安裝管理軟件，采用現(xiàn)有的百度或者高德地圖數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)管理與地圖漫游縮放等功能，定位信息可在地圖層上疊加顯示，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)軌跡回放，確定被盜物品的位置。

管理軟件需實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)管理功能。首先，管理定位終端以列表形式展現(xiàn)當(dāng)前終端編號(hào)、電量、報(bào)警信息等狀態(tài)，并編輯每個(gè)終端的名稱(chēng)和分組功能;其次，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)管理，為不同權(quán)限的用戶(hù)分配系統(tǒng)操作和查看權(quán)限，例如普通用戶(hù)只能查看有限數(shù)量的終端信息，管理員擁有最高操作權(quán)限[7]。

終端監(jiān)控功能可實(shí)現(xiàn)終端信息瀏覽、低電量告警等功能，選擇具體某一個(gè)定位終端時(shí)，可查看終端位置、北斗定位衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度、當(dāng)前剩余電量等信息。在此基礎(chǔ)上可以選擇回放單個(gè)定位終端的歷史軌跡與錄音等，便于定位找回被盜設(shè)備。

管理軟件能實(shí)時(shí)監(jiān)控定位終端狀態(tài)，如果某個(gè)終端的加速度或者位移傳感器觸發(fā)警報(bào)[8]，管理軟件則將定位終端名稱(chēng)、編號(hào)和當(dāng)前位置等信息以短信形式推送到預(yù)留的管理員或運(yùn)維人員的手機(jī)上[9]，及時(shí)止損，并配合移動(dòng)端軟件將定位信息展現(xiàn)在地圖上。

如果需要對(duì)某個(gè)監(jiān)控站點(diǎn)的設(shè)備進(jìn)行必要的維護(hù)，在管理系統(tǒng)中可設(shè)置某個(gè)定位終端為維護(hù)模式，防止誤報(bào)警[10]。為了防止野生動(dòng)物或者大風(fēng)導(dǎo)致誤報(bào)警，可以通過(guò)管理軟件設(shè)置定位終端的加速度感應(yīng)靈敏度，進(jìn)一步降低誤報(bào)率。

2 實(shí)驗(yàn)界面

2.1 移動(dòng)端主界面

管理軟件主界面如圖2所示。主界面列出一級(jí)功能，包括定位和軌跡回放等。

2.2 定位界面

定位界面如圖3所示。

該界面可查看定位終端在地圖上的實(shí)時(shí)位置、經(jīng)緯度、電量、信號(hào)強(qiáng)度等信息。

2.3 軌跡回放

軌跡回放界面如圖4所示。使用該界面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)指定定位終端的軌跡進(jìn)行回訪，便于準(zhǔn)確定位設(shè)備的歷史軌跡和當(dāng)前位置。

2.4 終端設(shè)置

終端設(shè)置界面如圖5所示。

在終端設(shè)置界面可以設(shè)置定位終端的相關(guān)功能，如加速度傳感器靈敏度、休眠、維護(hù)模式等。

3 結(jié) 語(yǔ)

野外監(jiān)控站點(diǎn)因地處偏遠(yuǎn)，位置相對(duì)分散、孤立，設(shè)備極易被盜，從而影響對(duì)所在區(qū)域的監(jiān)控效果。采用本文設(shè)計(jì)的防盜系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)低功耗長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)威懾，即使設(shè)備被盜，也可接收?qǐng)?bào)警信息，通過(guò)歷史軌跡回放、實(shí)時(shí)定位、發(fā)聲等功能，協(xié)助公安機(jī)關(guān)定位被盜設(shè)備，挽回?fù)p失，打擊違法犯罪，保證野外監(jiān)控站點(diǎn)正常運(yùn)行，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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