一种智慧园区智能安防报警方法及系统与流程

本发明属于校园安防报警，具体而言是一种智慧园区智能安防报警方法及系统。

背景技术：

1、近年来校园安全事故频发，严重影响到了学校的正常教育教学工作和学生的身心健康，校园安全问题成为全社会所普遍关注的重要话题。由于中小学校园是一个人员密集程度高，学子们求学的重要场所，同时中小学生年龄小，个人防范及保护意识低，极易受到伤害，因此中小学校园的安全问题更加要引起重视。目前中小学校园存在的安全隐患具体包括学生之间互相嬉戏造成的人身伤害事故、校外不良人员对在校学生的侵害等，针对中小学校园安全开展安防报警已经成为校园管理的一个重要内容。

2、然而目前中小学校园的安防报警基本都是围绕出入口门禁治安管理、校园内学生活动区域监控管理、校园围墙边界区域的巡逻管理等，以此来最大限度降低外来人员给学生带来的伤害以及及时发现学生之间的人身伤害事故，但其忽略了校园公共设施的安防管理，例如体育公共设施，全民健身运动开展以来，各中小校园的操作内大都配置有成套的体育器材，其中单杠凭借占地面积小、结构简单、价格低等优势，成为中小校园配置最为普遍的体育器材。但受暴力使用的人为因素以及长期处于室外、风吹日晒的自然因素影响，某些单杠可能已经暗藏安全隐患，在这种情况下，如果学生使用已经存在安全隐患的单杠，就很容易引发人身伤害事故，且由于缺乏对体育公共设施使用的安防预警，当发生人身伤害事故时，常常难以及时发现，进而错失最佳处理时机，从而无法有效保障学生在使用单杠时的人身安全。

技术实现思路

1、本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种智慧园区智能安防报警方法及系统，能够有效弥补目前中小学校园在安防报警方面存在的缺陷。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：第一方面，本发明提供一种智慧园区智能安防报警方法，包括以下步骤：步骤1：统计校园操场内布设的单杠数量，并将各单杠进行编号，并将编号印记在单杠上。

3、步骤2：在单杠布设区域设置监控摄像仪、预警提示器和人体红外传感器，并在各单杠的横杠上设置安全监测终端。

4、步骤3：由人体红外传感器感应是否存在人体靠近单杠布设区域，若未感应到人体靠近单杠布设区域，则由监控摄像仪对各单杠处于未使用状态下的放置危险系数进行监测分析。

5、步骤4：基于各单杠处于未使用状态下的放置危险系数筛选出危险单杠，并记录危险单杠的编号，进而将其传输至体育器材管理中心，若此时刻人体红外传感器感应到有人体靠近单杠布设区域，则通过预警提示器将危险单杠的编号进行预警提示，与此同时获取当前被使用的单杠编号，将其记为目标单杠，并执行步骤5。

6、步骤5：基于目标单杠的编号启动安全监测终端对目标单杠处于使用状态下的放置危险系数进行监测分析。

7、步骤6：由监控摄像仪对目标单杠的使用人员进行运动姿态监测分析，得到使用人员对应的运动姿态风险系数。

8、步骤7：结合目标单杠处于使用状态下的放置危险系数和使用人员对应的运动姿态风险系数评估使用人员对应的综合人身危险系数。

9、步骤8：将使用人员对应的综合人身危险系数与设置的允许综合人身危险系数进行对比，若使用人员对应的综合人身危险系数小于允许综合人身危险系数，则通过预警提示器进行危险预警，若使用人员未停止运动或使用人员掉落时，则定位当前校园内的就近巡逻人员，进而截取使用人员的人脸图像传输至就近巡逻人员，由其进行人工处理。

10、在本发明第一方面的一种能够实现的方式中，所述安全监测终端包括若干压力传感器和振动传感器，其中若干压力传感器等间距布设在横杠上，且将各压力传感器按照布设顺序依次编号。

11、在本发明第一方面的一种能够实现的方式中，所述步骤3中由监控摄像仪对各单杠处于未使用状态下的放置危险系数进行监测分析对应的具体分析方法如下：步骤31：由监控摄像仪对单杠布设区域进行图像采集，并从采集的单杠布设区域图像中提取各单杠的放置边缘轮廓线，由此将单杠布设区域图像分割为各单杠对应的放置状态图像。

12、步骤32：从各单杠对应的放置状态图像中提取外观缺陷参数和结构缺陷参数，其中外观缺陷参数包括外观缺陷类型、外观缺陷面积和外观缺陷结构，结构缺陷参数包括左右立柱支撑角度和横杠与立柱之间连接夹角。

13、步骤33：基于各单杠对应的外观缺陷参数分析各单杠对应的外观缺陷度，其具体分析过程如下：步骤331：将各单杠对应的外观缺陷类型与安防数据库中各种外观缺陷类型对应单位缺陷面积的风险因子进行匹配，从中匹配出各单杠对应单位缺陷面积的风险因子，记为λi，其中i表示为单杠的编号，i＝1，2，...，n。

14、步骤332：将各单杠对应的外观缺陷结构与安防数据库中单杠对应各种结构的重要度进行对比，从中筛选出各单杠对应外观缺陷结构的重要度，记为γi。

15、步骤333：将各单杠对应单位缺陷面积的风险因子、外观缺陷面积和外观缺陷结构的重要度导入外观缺陷度分析公式adi＝(λi*si+1)ln(γi+1)，以此分析出各单杠对应的外观缺陷度adi，其中si表示为第i个单杠对应的外观缺陷面积。

16、步骤34：基于各单杠对应的结构缺陷参数分析各单杠对应的结构失稳度，其具体分析过程如下：步骤341：将各单杠对应的左右立柱支撑角度分别与安防数据库中单杠立柱对应的标准支撑角度进行对比，计算各单杠对应的支撑失稳度ξi，其计算公式为其中θ左i、θ右i分别表示为第i个单杠对应的左右立柱支撑角度，θ0表示为单杠立柱对应的标准支撑角度。

17、步骤342：将各单杠对应的横杠与立柱之间连接夹角与安防数据库中单杠对应的横杠与立柱之间标准连接夹角进行对比，计算各单杠对应的连接失稳度σi，其中αi表示为第i个单杠对应的横杠与立柱之间连接夹角，α0表示为单杠对应的横杠与立柱之间标准连接夹角。

18、步骤343：将各单杠对应的支撑失稳度和连接失稳度通过结构失稳度分析公式以此分析出各单杠对应的结构失稳度sii，a、b分别表示为设定的支撑失稳度、连接失稳度对应的比例系数，e表示为自然常数。

19、步骤35：将各单杠对应的外观缺陷度和结构失稳度相加，得到各单杠处于未使用状态下的放置危险系数。

20、在本发明第一方面的一种能够实现的方式中，所述基于各单杠处于未使用状态下的放置危险系数筛选出危险单杠对应的筛选方式为将各单杠处于未使用状态下的放置危险系数与预设的允许放置危险系数进行对比，进而从中筛选出小于允许放置危险系数的单杠，并将筛选出的单杠记为危险单杠。

21、在本发明第一方面的一种能够实现的方式中，所述步骤5对应的具体实现过程参看以下步骤：步骤51：由安全监测终端对目标单杠对应横杠的受力属性和振动频率进行监测，其中受力属性包括受力点数量及各受力点的压力传感器编号和受力值。

22、步骤52：基于目标单杠对应横杠上各受力点的压力传感器编号定位各受力点的位置，同时定位目标单杠对应横杠的中心点位置，进而将目标单杠对应横杠上各受力点的位置与横杠中心点的位置进行对比，以此识别目标单杠对应横杠上受力点的分布方式和各受力点与中心点的间距，并将各受力点与中心点的间距记为各受力点的受力间距。

23、步骤53：将目标单杠对应横杠上受力点的分布方式导入到安防数据库中单杠受力对应各种分布方式的受力隐患因子进行匹配，其中分布方式包括单端分布和两端分布，从中匹配出目标单杠对应的受力隐患因子，记为χ。

24、步骤54：解析目标单杠对应的受力区域失衡指数，记为

25、步骤55：将目标单杠对应横杠上各受力点对应的受力值与安防数据库中单杠的允许承受力相减，得到各受力点对应的受力差值。

26、步骤56：将目标单杠的振动频率与安防数据库中单杠的允许振动频率相减，得到振动频率差值。

27、步骤57：基于目标单杠对应的受力隐患因子、受力区域失衡指数、各受力点对应的受力差值和振动频率差值分析目标单杠处于使用状态下的放置危险系数ψ，其分析公式为其中δfj表示为目标单杠对应横杠上第j个受力点对应的受力差值，j表示为受力点的编号，j＝1，2，...，m，δf0表示为预定义的安全受力差值，δf表示为目标单杠的振动频率差值，δf0表示为预定义的安全振动频率差值，a、b分别表示为设定的受力、振动频率对应的影响因子。

28、在本发明第一方面的一种能够实现的方式中，所述步骤54具体包括如下步骤：步骤541：若目标单杠对应横杠上受力点的分布方式为单端分布，则将目标单杠对应横杠上各受力点的受力间距导入单端分布对应的受力区域失衡指数计算公式得到目

29、标单杠对应的受力区域失衡指数其中li表示为目标单杠对应横杠上第j个受力点的受力间距，δl表示为等间距对应的距离。

30、步骤542：若目标单杠对横杠上受力点的分布方式为两端分布，则将目标单杠对应横杠上各受力点分别划分为左端受力点和右端受力点，进而统计左右两端受力点的数量，同时提取左端最大受力间距和右端最大受力间距，从而将其导入两端分布对应的受力区域失衡指数计算公式得到目标单杠对应的受力区域失衡指数其中k左、k右分别表示为目标单杠对应横杠上左、右两端受力点的数量，l左max、l右max分别表示为目标单杠对应横杠上左端最大受力间距、右端最大受力间距。

31、在本发明第一方面的一种能够实现的方式中，所述步骤6的操作过程执行以下步骤：步骤61：由监控摄像仪对目标单杠的使用人员在目标单杠上的运动身姿进行图像采集，进而从采集的运动身姿图像中提取人体重心线与人体运动身姿走向线之间夹角、身体悬空高度和支撑部位，同时将人体重心线与人体运动身姿走向线之间夹角、身体悬空高度分别记为β、h。

32、步骤62：将目标单杠的使用人员对应的支撑部位与设定的各种支撑部位对应的支撑损害因子进行对比，由此得到使用人员对应的支撑损害因子，记为

33、步骤63：将β、h和代入运动姿态风险系数分析公式得到使用人员对应的运动姿态风险系数φ，其中β0表示为设定的参考安全夹角，h表示为单杠的高度。

34、在本发明第一方面的一种能够实现的方式中，所述使用人员对应的综合人身危险系数的评估公式为其中表示为使用人员对应的综合人身危险系数，x、y分别表示为设定的运动姿态风险系数、放置危险系数对应的权重系数。

35、第二方面，本发明提供一种智慧园区智能安防报警系统，包括以下模块：校园操场单杠分布统计模块，用于统计校园操场内分布的单杠数量，并将各单杠进行编号，并将编号印记在单杠上。

36、单杠布设区域安防设备设置模块，用于在单杠布设区域设置监控摄像仪、预警提示器和人体红外传感器，并在各单杠的横杠上设置安全监测终端。

37、单杠未使用状态放置危险监测分析模块，用于由人体红外传感器感应是否存在人体靠近单杠布设区域，若未感应到人体靠近单杠布设区域，则由监控摄像仪对各单杠处于未使用状态下的放置危险系数进行监测分析。

38、危险单杠筛选预警模块，用于基于各单杠处于未使用状态下的放置危险系数筛选出危险单杠，并记录危险单杠的编号，进而将其传输至体育器材管理中心，若此时刻人体红外传感器感应到有人体靠近单杠布设区域，则通过预警提示器将危险单杠的编号进行预警提示。

39、目标单杠使用状态放置危险监测分析模块，用于识别出目标单杠，并启动安全监测终端对目标单杠处于使用状态下的放置危险系数进行监测分析。

40、安防数据库，用于存储各种外观缺陷类型对应单位缺陷面积的风险因子，存储单杠对应各种结构的重要度，存储单杠立柱对应的标准支撑角度及单杠对应的横杠与立柱之间标准连接夹角，存储单杠受力对应各种分布方式的受力隐患因子，并存储单杠的允许承受力和允许振动频率。

41、使用人员运动姿态风险分析模块，用于由监控摄像仪对目标单杠的使用人员进行运动姿态监测分析，得到使用人员对应的运动姿态风险系数。

42、使用人员综合人身危险评估模块，用于结合目标单杠处于使用状态下的放置危险系数和使用人员对应的运动姿态风险系数评估使用人员对应的综合人身危险系数。

43、危险预警终端，用于将使用人员对应的综合人身危险系数与设置的允许综合人身危险系数进行对比，若使用人员对应的综合人身危险系数小于允许综合人身危险系数，则通过预警提示器进行危险预警。

44、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：(1)、本发明通过以中小学校园的体育公共设施——单杠作为安防对象，以此在单杠布设区域设置安防设备，从而对单杠的放置状态进行实时监控分析，并在分析存在危险信号时及时进行预警提示，实现了中小学校园内体育公共设施的安防预警，大大降低了人身伤害事故的发生率，且在人身伤害事故发生时及时通知校园内的就近巡逻人员，由此提高了人身伤害事故的发现及时率，进而避免了最佳处理时机的错失，最大限度保障了学生在使用单杠时的人身安全，充分填补了目前中小学校园的安防报警在校园公共设施安防方面存在的空白，在一定程度上扩大了中小学校园的安防管理覆盖范围，有利于提升中小学校园的安防管理效果。

45、(2)、本发明在对单杠的放置状态进行实时监控分析时，考虑到单杠并不是一直处于使用状态，由此提供了单杠在未使用状态下和使用状态下放置危险性的监测方案，其中单杠在未使用状态下放置危险性的监测借助安防设备中的人体红外传感器对是否存在人体靠近单杠布设区域进行感应，从而在未感应到人体靠近单杠布设区域时，对单杠处于未使用状态下的放置危险系数进行监测分析，以此筛查出危险单杠，并在感应到人体靠近单杠布设区域时，将危险单杠的编号向靠近人员进行预警提示，通过对单杠进行即将使用状态下的危险提示，实现了使用人员使用安全单杠的引导，从而在单杠初始使用阶段就避免了人身伤害事故的发生，具有较高的实用性价值，而单杠在使用状态下放置危险性的监测是采用被使用单杠受力、振动双维度的监测方式，实现了单杠在使用状态下放置危险性的全面监测分析，提高了分析结果的准确度，为后续评估使用人员的综合人身危险系数提供单杠放置危险参数的可靠评估依据。

46、(3)、本发明在当识别出使用人员使用单杠运动时，不仅对被使用单杠的放置危险性进行监测分析，还依据使用人员的运动姿势进行运动姿态风险状态分析，其分析结果能够直观量化地展示使用人员的运动风险状况，可据此提前预测学生所处的危险情况，为后续评估使用人员的综合人身危险系数提供使用人员运动姿态风险参数的可靠评估依据。