一种管网设施监测传感与视频联动系统的制作方法

本实用新型属于物联网技术领域，特别涉及一种管网设施监测传感与视频联动系统。

背景技术：

信息管网的基础设施，如通讯管井、光缆交接箱体、槽道等，是信息管网的入口，也是保护管网安全、防侵入的关键设施。随着城市通信需求的快速发展，出现了私穿通讯光缆、盗用信息管网公共资源、非法侵入和破坏等问题，管网设施防侵入监测是重要的防护手段，需要对管井井盖、光缆交接箱门等设施的开启状态进行监测，及时发现侵入行为。

目前采用的监测方法比较单一，主要采用传感器监测和无线报警，其方法是在井盖、箱门上安装传感监测设备，当监测到井盖、箱门开启时，通过无线系统报警通知人员去处理。此种方式的缺陷和不足之处是当发生报警时，工作人员无法及时了解现场情况，需要派人员到现场去勘察，由于管网设施数量大、分布广、位置分散，接收报警后赶到现场需要较长时间，经常会出现不能及时处置的情况，当到达现场时，入侵行为已经结束，没有抓到入侵或破坏者，同时也经常出现白跑的现象，主要原因是巡检和施工正常开启引发的报警、传感器原因造成的误报等，从而造成人力的浪费。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种管网设施监测传感与视频联动系统，解决了为自动监测管网设施状态传感监测和图像视频联动提供可靠的系统集成构架的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种管网设施监测传感与视频联动系统，包括管网设施监测及联动装置、摄像机联动控制装置、摄像机、无线报警服务器、图像视频服务器、管控服务器和应用服务器；

管网设施监测及联动装置包括设施状态监测装置和监测联动发送装置，设施状态监测装置包括第一数据处理器、设施状态传感器、LoRaWAN无线模组、第一射频天线和第一电池，设施状态传感器与第一数据处理器的AD输入端电连接，LoRaWAN无线模组与第一数据处理器的一组IO口电连接，第一射频天线连接LoRaWAN无线模组的天线接入端，第一电池为第一数据处理器、设施状态传感器和LoRaWAN无线模组供电；

监测联动发送装置包括第二数据处理器、低功耗无线模组、存储器和第二射频天线，低功耗无线模组和存储器分别与第二数据处理器的两组IO口电连接，第二射频天线与低功耗无线模组的天线接入端连接；

第一数据处理器通过IO口与第二数据处理器通信；

摄像机联动控制装置包括摄像机联动接收装置和触发控制装置，摄像机联动接收装置包括第三数据处理器、IO模块、通信无线模组、第三射频天线和第二电池，IO模块与第三数据处理器的一组IO口连接，IO模块用于将第三数据处理器发出的低电压数字信号进行光电隔离后输出给触发控制装置，通信无线模组连接第三数据处理器的另一组IO口，第三射频天线连接通信无线模组的天线接入端，第二电池为第三数据处理器、IO模块和通信无线模组供电；

触发控制装置包括第四数据处理器、存储芯片、联动接收模块、摄像机接口模块和时钟模块，第四数据处理器的一组IO口连接IO模块，联动接收模块连接第四数据处理器的另一组IO口，联动接收模块用于与管控服务器通信，存储芯片、摄像机接口模块和时钟模块均通过IO口与第四数据处理器电连接，摄像机接口模块连接摄像机，摄像机接口模块用于按照摄像机的控制协议控制摄像机的工作；

摄像机设有用于控制拍摄开启和摄像角度的控制接口，摄像机接口模块与摄像机的控制接口电连接；

低功耗无线模组与通信无线模组通信；

无线报警服务器设有LoRaWAN数据接收模块，无线报警服务器的数据接收模块通过IP专线与LoRaWAN网络系统连接，LoRaWAN网络系统接收LoRaWAN无线模组的数据，LoRaWAN网络系统再通过专线将数据发送到报警服务器的LoRaWAN数据接收模块；

图像视频服务器通过网线、3G网络或4G网络与摄像机通信；

管控服务器通过网线分别与图像视频服务器和无线报警服务器，管控服务器通过无线网络与联动接收模块通信；

应用服务器通过网线与管控服务器通信；应用服务器通过网线、WIFI网络、3G网络或4G网络与用于手机和PC客户端通信。

优选的，所述第一数据处理器采用CORTEX-M0系列的KL7P64M48SF2和所述第二数据处理器采用MCS51系列的STC15W204S，所述设施状态传感器为重力加速度传感器BMA280LGA12，所述LoRaWAN无线模组、所述通信无线模组和所述低功耗无线模组均为LoRaWAN无线通信芯片SX1262。

优选的，所述联动接收模块通信为4G模块USER-LTE-7S4，兼容3G/GRPS。

本实用新型所述的一种管网设施监测传感与视频联动系统，解决了为自动监测管网设施状态传感监测和图像视频联动提供可靠的系统集成构架的技术问题，实现远程无线报警和同步拍摄现场图像视频，回传到监控中心，管理单位可以实时获得设施报警信息、现场图像和视频，可以实时远程处置和调度，快速调度和处理，同时保存图像和视频数据，可以作为破坏侵入行为的证据，便于事后处置；本实用新型提出管网设施传感与视频联动监测系统，将监测设备与摄像机实现了报警和视频联动，提供了可视化视频图像数据，可以在事中处置过程中实时查看视频，了解现场情况，及时处置，合理调度。同时保存图像视频数据，可以做为证据用于事后处置；本实用新型提出了控制方法，采用开放的控制策略，将监测装置与摄像机进行关联，对关联关系和数量没有限制，可以实现一个摄像机同时监控多个管网设施，扩展监控范围，降低成本，也可以实现多个摄像机同时监控一个管网设施，实现全角度多方位监控；本实用新型采用接口组件，可以适用于各类摄像机、可以适用于其他传感器和设施，适应性广。

附图说明

图1是系统结构示意图；

图2是管网设施监测及联动装置结构示意图；

图3是摄像机联动触发控制装置结构示意图；

图4是控制策略流程示意图；

图5是可视化报警事件数据流程示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-图4所示的一种管网设施监测传感与视频联动系统，包括管网设施监测及联动装置、摄像机联动控制装置、摄像机、无线报警服务器、图像视频服务器、管控服务器和应用服务器；

管网设施监测及联动装置包括设施状态监测装置和监测联动发送装置；

管网设施监测及联动装置用于自动监测设施的状态、无线报警信号发送、联动信号发送、使用电池长期供电，管网设施监测装置安装在管网设施上。

设施状态监测装置包括第一数据处理器、设施状态传感器、LoRaWAN无线模组、第一射频天线和第一电池，设施状态传感器与第一数据处理器的AD输入端电连接，LoRaWAN无线模组与第一数据处理器的一组IO口电连接，第一射频天线连接LoRaWAN无线模组的天线接入端，第一电池为第一数据处理器、设施状态传感器和LoRaWAN无线模组供电；

设施状态监测装置用于对设施开启状态或其他非正常状态状态进行监测；设施状态监测装置安装在管网设施上，通过设施状态传感器(角度和加速度传感器等)测设施的状态变化(如井盖开启、箱门开启等)，第一数据处理器预设一个设定阈值，并判断设施状态传感器的输出信号是否超过设定阈值时，如果超过设定阈值，则通过LoRaWAN无线模组发送报警信息，报警信息通过LoRaWAN网络发给无线报警服务器；

同时第一数据处理器给监测联动发送装置发送高电平数字开关量信号，触发监测联动发送装置工作。

监测联动发送装置包括第二数据处理器、低功耗无线模组、存储器和第二射频天线，低功耗无线模组和存储器分别与第二数据处理器的两组IO口电连接，第二射频天线与低功耗无线模组的天线接入端连接；

第一数据处理器通过IO口与第二数据处理器通信；

第二数据处理器的IO端口接收管网设施监测装置的高电平数字开关量信号后，从存储器中读取预设的联动数据指令信息，并启动低功耗无线模组向摄像机联动控制装置发送联动指令

所述联动发送装置由所述第一电池供电，所述联动发送装置还包括一个可控硅，所述可控硅串联在所述第一电池对所述联动发送装置的供电回路中，所述可控硅的G极由所述第一数据处理器通过IO口控制。

当设施状态监测装置触发报警并需要监测联动发送装置发送信息时，第一数据处理器控制所述可控硅导通，使电池为联动发送装置供电，当不需要监测联动发送装置发送信息是，第一数据处理器控制所述可控硅断开，使电池断开为联动发送装置的供电回路，从而保证了低功耗。

摄像机联动控制装置包括摄像机联动接收装置和触发控制装置，摄像机联动接收装置包括第三数据处理器、IO模块、通信无线模组、第三射频天线和第二电池，IO模块与第三数据处理器的一组IO口连接，，IO模块用于将第三数据处理器发出的低电压数字信号通过MOSFET开关驱动触发控制装置，通信无线模组连接第三数据处理器的另一组IO口，第三射频天线连接通信无线模组的天线接入端，第二电池为第三数据处理器、IO模块和通信无线模组供电；

摄像机联动接收装置安装在摄像上，通信无线模组实时监听联动指令，当接收到联动指令后，第三数据处理器从休眠转入工作状态，将联动指令通过IO模块发送到联动触发控制装置中；

触发控制装置包括第四数据处理器、存储芯片、联动接收模块、摄像机接口模块和时钟模块，第四数据处理器的一组IO口连接IO模块，联动接收模块连接第四数据处理器的另一组IO口，联动接收模块通过4G网络与管控服务器通信，存储芯片、摄像机接口模块和时钟模块均通过IO口与第四数据处理器电连接，摄像机接口模块连接摄像机，摄像机接口模块用于按照摄像机的控制协议控制摄像机的工作；

触发控制装置接收到联动指令后，由第四数据处理器按照预设的自动跟踪策略，生成控制指令队列，暂时保存在存储芯片中；之后由第四数据处理器通过摄像机接口模块与摄像机数据交换，读取存储芯片内的控制指令队列的数据，发送到摄像机，按照摄像机控制协议，控制摄像头转向、对焦，进行图像抓拍和视频录像，并在图像和视频中叠加报警时间和报警序号，第四数据处理器从时钟模块中读取时间，根据自动跟踪策略约定的时长，控制摄像机拍摄时长，时长到达后，结束拍摄动作，第四数据处理器发送结束信号，并控制摄像机回复控制调用之间的状态。

摄像机设有用于控制拍摄开启和摄像角度的控制接口，摄像机接口模块与摄像机的控制接口电连接；

摄像机具备控制接口的数字摄像机，包括球机、枪机；并同时具有联网功能，可以通过有线或者3G/4G无线网络将图像和视频数据发送到图像视频服务器上。

低功耗无线模组与通信无线模组通信；

无线报警服务器设有LoRaWAN数据接收模块，无线报警服务器的数据接收模块通过IP专线与LoRaWAN网络系统连接，LoRaWAN网络系统接收LoRaWAN无线模组的数据，LoRaWAN网路系统再通过专线将数据发送到报警服务器的LoRaWAN数据接收模块；

无线报警服务器将监测联动发送装置发送的报警信息按自定义的协议格式生成数据包，数据包包括时间、信道、频点、场强、信噪比、终端信息等；无线报警服务器将数据包采用SSL加密传输，保证数据传输安全；无线报警服务器对上传信息进行MAC合法性校验，对合法的信息进行解析处理，将数据处理成用户自定义的数据协议格式，然后发送到管控服务器；

图像视频服务器通过网线、3G网络或4G网络与摄像机通信；

图像视频服务器可以对多个摄像机进行管理配置，通过网络接收和存储摄像机回传的图像视频数据，可以兼容主流的图像视频格式，可以按照要求设置分辨率、帧率、码率值等参数进行格式转换，并负责把数据转发到管控服务器。

管控服务器通过网线分别与图像视频服务器和无线报警服务器，管控服务器通过4G无线网络与联动接收模块通信；

管控服务器实现管网设施监测装置、摄像机的控制管理、控制策略的录入编辑和下发，实现报警信息的管理、接收无线报警服务器及图像视频服务器发送的数据，按照预定的策略将报警信息和图像视频数据进行关联合成，形成一个完整的可视化报警事件数据，并转发给应用服务器。

应用服务器通过网线与管控服务器通信；应用服务器通过网线、WIFI网络、3G网络或4G网络与用于手机和PC客户端通信。

应用服务器实现报警信息的应用和存储管理，根据应用场景可制定报警规则，对符合条件的报警，可以将报警事件数据推送到手机、PC端；可以展现实时报警信息、报警现场图像和视频，可以实时远程处置和调度，快速调度和处理。同时存储报警事件数据，可以检索查询，做为破坏侵入行为的证据，便于事后处置。

优选的，所述第一数据处理器采用CORTEX-M0系列的KL7P64M48SF2和所述第二数据处理器采用MCS51系列的STC15W204S，所述设施状态传感器为角速度传感器或加速度传感器，角速度传感器或加速度传感器的输出端连接所述处理器的AD输入端，所述LoRaWAN无线模组、所述通信无线模组和所述低功耗无线模组均为LoRaWAN无线通信芯片SX1262；LoRaWAN无线通信芯片SX1262通过SPI接口与所述处理器通信。

优选的，所述联动接收模块通信为4G模块USER-LTE-7S4，兼容3G/GRPS。

实施例2：

实施例2所述的一种管网设施监测传感与视频联动的控制方法是在实施例1所述的一种管网设施监测传感与视频联动系统的基础上实现的，本实施例2只是实施例1提供的系统构架的一种实现和应该方法，实施例1所述的一种管网设施监测传感与视频联动系统不依赖于本实施例2提供的方法，包括如下步骤：

步骤1：建立所述一种管网设施监测传感与视频联动系统，在监控设施的井盖或箱体上安装管网设施监测及联动装置；将管网设施监测及联动装置的设备编号到录入到管控服务器中，安装摄像机，在摄像机上安装摄像机联动控制装置，由摄像机联动控制装置控制摄像机的拍摄及其对准角度，摄像机用于拍摄监控设备，将摄像机的编号录入到管控服务器中；

步骤2：在管控服务器中制定自动跟踪策略，自动跟踪策略包括球机策略和枪机策略：球机策略是首先通过图像视频服务器控制球机的云台和摄像头，使其能够清晰拍摄到监控设施，然后管控服务器记录摄像机参数，摄像机参数包括水平角度、垂直角度、焦距、分辨率、拍摄时长和帧数参数；

管控服务器关联被拍摄设施的设施编码和摄像机的编号，形成一条自动跟踪策略，并保持该自动跟踪策略；

枪机策略是首选通过图像视频服务器控制枪机摄像头，使其能够清晰拍摄到监控设施，然后管控服务器记录摄像机参数，摄像机参数包括焦距、分辨率、拍摄时长和帧数参数；

管控服务器关联被拍摄设施的设施编码和摄像机的编号，形成一条自动跟踪策略，并保持该自动跟踪策略；

步骤3：重复执行步骤2，使管控服务器对摄像机拍摄范围内的所有监控设施均相应生成一条跟踪策略；

管控服务器根据摄像机的编号、管网设施监测及联动装置的设备编号和监控设备的编号生成跟踪策略列表；

步骤4：管控服务器将跟踪策略列表通过4G无线网络下发给摄像机联动控制装置的联动接收模块，第四数据处理器通过联动接收模块接收跟踪策略列表，并存储在存储芯片中；

步骤5：管网设施监测装置实时监测状态，并根据设施状态传感器的输出信号来判断井盖或箱门是否开启：当监测到井盖开启、箱门开启时，管网设施监测装置产生一个报警信号，并通过LoRaWAN无线模组将该报警信号发送到无线报警服务器中；

同时第一数据处理器向第二数据处理器发送一个数字开关量信号，第二数据处理器接收到该数字开关量信号后，在通过低功耗无线模组向摄像机联动接收装置发送联动信号，摄像机联动接收装置的通信无线模组接收到该联动信号后，通过第三数据处理器向触发控制装置的第四数据处理器发送联动指令，联动指令包括管网设施监测及联动装置的设备编号和监控设备的编号；

步骤6：触发控制装置的第四数据处理器接收到联动指令后，根据存储芯片中的跟踪策略列表继续判断：首先判断设施编码是否在列表中，即是否在摄像机的拍摄范围内，如果在列表中，第四数据处理器根据策略列表中的自动跟踪策略生产控制指令队列，并将控制指令队列保存在存储器中；

再由触发控制装置的摄像机接口模块对摄像机进行控制，完成控制指令队列中的控制指令；

步骤7：摄像机在接收到控制指令后，根据控制指令队列中的控制指令和自动跟踪策略中的摄像机参数调整并开始拍摄，同时将拍摄的图像视频数据通过网络回传到图像视频服务器，完成控制指令队列后，由第四数据处理器生产一条执行完毕指令，并通过触发控制器的联动接收模块将执行完毕指令发送到管控服务器中；

拍摄完毕后，触发控制器控制摄像机恢复拍摄前的状态；

步骤8：管控服务器读取无线报警服务器和图像视频服务器的报警信号和图像视频数据，按照自动跟踪策略，将报警信号和图像视频数据进行关联，形成一个完整的可视化报警事件数据，并转发给应用服务器；

步骤9：应用服务器接收报警事件数据，生产报警消息，将报警消息推送到手机和PC客户端，供用户检索和查询。

本实用新型所述的一种管网设施监测传感与视频联动系统，解决了为自动监测管网设施状态传感监测和图像视频联动提供可靠的系统集成构架的技术问题，实现远程无线报警和同步拍摄现场图像视频，回传到监控中心，管理单位可以实时获得设施报警信息、现场图像和视频，可以实时远程处置和调度，快速调度和处理，同时保存图像和视频数据，可以作为破坏侵入行为的证据，便于事后处置；本实用新型提出管网设施传感与视频联动监测系统，将监测设备与摄像机实现了报警和视频联动，提供了可视化视频图像数据，可以在事中处置过程中实时查看视频，了解现场情况，及时处置，合理调度。同时保存图像视频数据，可以做为证据用于事后处置；本实用新型提出了控制方法，采用开放的控制策略，将监测装置与摄像机进行关联，对关联关系和数量没有限制，可以实现一个摄像机同时监控多个管网设施，扩展监控范围，降低成本，也可以实现多个摄像机同时监控一个管网设施，实现全角度多方位监控；本实用新型采用接口组件，可以适用于各类摄像机、可以适用于其他传感器和设施，适应性广。