一种移动物体监测方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种移动物体监测方法及系统，包括：101、无线传感器网络中的多个黑子传感器分别收集z轴加速度，并向基站周期性发送；102、所述基站周期性收集多个所述黑子传感器发送的z轴加速度，并发送给计算机；103、所述计算机根据预存的指纹图谱确定各所述z轴加速度对应的距离值；104、所述计算机通过所述多个黑子传感器发送的z轴加速度所对应的距离值，确定该多个黑子传感器所在环境中移动物体的位置。本发明可以采用轻量级数据完成移动物体的监测，并且可靠性高，容易实现。
【专利说明】一种移动物体监测方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及监控领域，尤其涉及一种移动物体监测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 移动监测与跟踪技术作为视频监控技术的基础，已经成为近几十年来的热门研究 课题。该技术可广泛应用于各种领域。例如，监控系统可以利用探测和跟踪技术来监测物 体移动。通过视频跟踪增强，该系统可以被用来监视道路交通和目标跟踪。
[0003] -般来说，目前大多数用于移动物体的监测与跟踪系统都是利用部署在测试领域 事先收集环境数据的无线传感器。该传感器将选择反馈视频数据到中央基站或到其中的一 个或几个传感器共享信息，以便在该测试场检测出移动体的不定路径。通过监控系统与管 理信息系统、网络系统相结合，实现对大量视频数据的压缩存储、传输和自动处理，从而达 到资源共享，提供更加方便、快捷的移动物体监测和跟踪服务。
[0004] 但是，当出于科研或军事目的，需要在一些环境恶劣、人迹罕至的区域进行监测 时，目前这种通过视频数据进行监测的方案将存在较大缺陷，一方面，由于视频的数据量较 大，无论是现场处理还是传输，都需要具有较高性能的设备，而恶劣环境中往往无法提供满 足这一需求的设备，另一方面，传感器的安装和维护也较难进行。因此，需要一种采用轻量 级数据且易于实现的监测方法。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种利用黑子传感器的移动物体监测与跟踪方 案，可以采用轻量级数据完成移动物体的监测，并且可靠性高，容易实现。
[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种移动物体监测方法，包括：
[0007] 101、无线传感器网络中的多个黑子传感器分别收集z轴加速度，并向基站周期性 发送；
[0008] 102、所述基站周期性收集多个所述黑子传感器发送的z轴加速度，并发送给计算 机；
[0009] 103、所述计算机根据预存的指纹图谱确定各所述z轴加速度对应的距离值；
[0010] 104、所述计算机通过所述多个黑子传感器发送的z轴加速度所对应的距离值，确 定该多个黑子传感器所在环境中移动物体的位置。
[0011] 可选地，所述步骤103前还包括：
[0012] 所述计算机根据各已校准的黑子传感器的z轴加速度标准偏差和该黑子传感器 与移动物体之间的距离值，建立所述指纹图谱。
[0013] 可选地，所述步骤104包括：
[0014] 对于所述多个黑子传感器，所述计算机采用三边测量法选择三个黑子传感器所采 集的z轴加速度对应的距离值，根据所选择的三个距离值确定该多个黑子传感器所在环境 中移动物体的位置。
[0015] 可选地，所述的方法还包括：
[0016] 当更新周期到达时，黑子传感器的安全模块发送第一对称密钥Ml给无线传感器 网络安全模块；基站的安全模块发送第二对称密钥M2给无线传感器网络安全模块；
[0017] 无线传感器网络安全模块根据所述第一对称密钥Ml和所述第二对称密钥M2进行 用户合法性验证；
[0018] 无线传感器网络安全模块进行代码分析处理；
[0019] 无线传感器网络安全模块向所述黑子传感器的安全模块和基站安全模块分别返 回验证结果；
[0020] 所述黑子传感器的安全模块和基站的安全模块当收到验证成功的结果后向所述 无线传感器网络的安全模块发起密钥更新指令；
[0021] 所述无线传感器网络的安全模块向安全模块和基站安全模块分别发送更新后的 密钥。
[0022] 可选地，所述的方法还包括：
[0023] 当所述黑子传感器收到所述计算机修改内置程序的指令时，所述黑子传感器中的 安全模块根据相应的密钥对所述指令进行认证；认证通过后交给本黑子传感器中的CPU主 机；所述CPU主机控制本黑子传感器中相应的无线通讯模块执行所述指令，并将执行结果 返回给所述计算机。
[0024] 本发明还提供了一种移动物体监测系统，包括：
[0025] 多个黑子传感器、基站和计算；所述多个黑子传感器及所述基站通过无线传感器 网络相连；
[0026] 所述黑子传感器用于收集z轴加速度，并向所述基站周期性发送；
[0027] 所述基站用于周期性收集所述多个黑子传感器发送的z轴加速度，并发送给所述 计算机；
[0028] 所述计算机用于根据预存的指纹图谱确定各所述z轴加速度对应的距离值；通过 所述多个黑子传感器发送的z轴加速度所对应的距离值，确定该多个黑子传感器所在环境 中移动物体的位置。
[0029] 可选地，所述计算机还用于根据各已校准的黑子传感器的z轴加速度标准偏差和 该黑子传感器与移动物体之间的距离值，建立所述指纹图谱。
[0030] 可选地，所述计算机通过所述多个黑子传感器发送的z轴加速度所对应的距离 值，确定该多个黑子传感器所在环境中移动物体的位置是指：
[0031] 所述计算机对于所述多个黑子传感器，采用三边测量法选择三个黑子传感器所采 集的z轴加速度对应的距离值，根据所选择的三个距离值确定该多个黑子传感器所在环境 中移动物体的位置。
[0032] 可选地，所述黑子传感器包括：
[0033] 安全模块、CPU主机、无线通讯模块；
[0034] 所述无线通讯模块用于当收到所述计算机修改内置程序的指令时，发送给所述安 全模块；
[0035] 所述安全模块用于根据相应的密钥对所述指令进行认证；认证通过后交给所述 (PU主机；
[0036] 所述CPU主机用于控制所述无线通讯模块执行所述指令，并将执行结果返回给所 述计算机。
[0037] 可选地，所述基站包括安全模块，所述系统还包括：无线传感器网络的安全模块；
[0038] 所述黑子传感器的安全模块用于当更新周期到达时，发送第一对称密钥Ml给所 述无线传感器网络的安全模块；当收到所述无线传感器网络的安全模块验证成功的结果 后，向所述无线传感器网络的安全模块发起密钥更新指令；
[0039] 所述基站的安全模块用于当所述更新周期到达时，发送第二对称密钥M2给所述 无线传感器网络的安全模块；当收到所述无线传感器网络的安全模块验证成功的结果后， 向所述无线传感器网络的安全模块发起密钥更新指令；
[0040] 所述无线传感器网络的安全模块用于分别根据所述第一对称密钥Ml和第二对称 密钥M2进行用户合法性验证，向黑子传感器的安全模块和基站的安全模块分别返回验证 结果；在收到所述黑子传感器的安全模块和基站的安全模块发送的密钥更新指令后，返回 更新后的密钥。
[0041] 本发明的技术方案通过采集黑子传感器的z轴加速度来监测移动物体监测，只需 要较小的数据处理量/传输量就可以得到移动物体较为准确的位置，并且黑子传感器只要 投放到监测环境，让其自由散布在监测环境中即可，不需要人工进行安装，实现起来非常方 便易行；由于本方案是通过多个黑子传感器的z轴加速度进行定位，而并不需要每个黑子 传感器都完好，因此可以投放多余实际需要数量的黑子传感器，这样即使部分损坏也仍可 以得到足够产生可靠结果的数据，不需要人工维护保养；因此本方案可以适用于在恶劣环 境或无人区域中对单个移动物体的监测。本发明的优化方案通过安全模块的认证及密钥的 定期更新，增强了无线传感器网络通信的安全性，可防止黑子传感器内部指令被篡改。
【专利附图】
【附图说明】
[0042] 图1是实施例一的移动物体监测方法的流程示意图；
[0043] 图2是实施例一中采用云计算系统实现时的示意图；
[0044] 图3是三边测量法的示意图；
[0045] 图4是实施例一中安全认证的流程示意图；
[0046] 图5是实施例一中流程示意图；
[0047] 图6是距离值和z轴加速度标准偏差的曲线图；
[0048] 图7是实施例一的例子中测量的示意图；
[0049] 图8是实施例一的例子中可视化展示的示意图；
[0050] 图9是实施例二中的黑子传感器的示意框图。
【具体实施方式】
[0051] 下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
[0052] 需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结 合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况 下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0053] 实施例一、一种移动物体监测方法，如图1所示，包括：
[0054] 101、无线传感器网络中的多个黑子传感器分别收集z轴加速度，并向基站周期性 发送；
[0055] 102、所述基站周期性收集多个所述黑子传感器发送的z轴加速度，并发送给计算 机；
[0056] 103、所述计算机根据预存的指纹图谱确定各所述z轴加速度对应的距离值；
[0057] 104、所述计算机通过所述多个黑子传感器发送的z轴加速度所对应的距离值，确 定该多个黑子传感器所在环境中移动物体的位置。
[0058] 无线传感器网络是空间上分布的自主传感器（节点）以自组织和多跳的方式构 成的，以便用来监视某个区域的环境条件。传感器节点在一个无线传感器网络的数量可以 大到成千上万。每个传感器节点都配备了带天线的无线收发器，以便测量环境指标发送到 中心站进行处理。无线传感器网络的拓扑结构可以是单跳星形网络或者多跳网状网络。中 心站收集来自于无线传感器网络和流程的所有节点测量，以形成在整场环境条件的综合视 角。
[0059] 本实施例中所采用的传感器节点为黑子传感器（也称为智能微尘传感器），这是 无线传感器网络微尘之一；当黑子传感器所在的空间中存在移动的物体时，该物体的移动 将会导致黑子传感器的移动，因此黑子传感器会检测到各轴上的加速度，该加速度随着与 移动物体的距离不同而变化；通过多个黑子传感器上报的数据和指纹图谱，将能得到该移 动物体较为准确的近似位置；由于只需查询出各z轴加速度对应的距离值即可定位，简略 了采用视频数据监测时所需的处理过程，因此提高了移动物体监测和跟踪的实时性。
[0060] 本实施例的一种实施方式中，所述黑子传感器支持IEEE 802. 15. 4 MAC层，具有内 置的2. 4GHz无线电天线。可以配备多传感器板，包括2G/6G三轴加速度传感器、能够检测 到三个轴上的加速度；还可以内置温度传感器、光传感器、多个三色LED指示灯、多个模拟 输入、多个瞬时开关、多个通用I/O引脚和多个高电流输出引脚。
[0061] 本实施例中，由所述基站和计算机等设备组成中心站，其中基站收集分布在测试 领域中已经找到一个移动物体的大致位置的黑子传感器上的振动测量，然后转发给计算机 上的应用程序来处理。
[0062] 利用黑子传感器的计算功能对传感器的零位和增益进行校正，对非线性和温度漂 移进行补偿，可以获得较之传统传感器更精确的测量结果。对z轴加速度进行校准之后，使 得测量结果稳态误差值进一步缩小，并可以对超出范围值的节点进行分析，从而确定其是 否收到物理攻击，进而采取预警措施。这些都是传统传感器所欠缺的。
[0063] 由于黑子传感器中使用了微处理器，其接口容易实现数字化与标准化，可方便地 与一个网络系统或上一级计算机进行接口，这样就可以由远程中心计算机控制整个系统工 作。同时也可以与云端相连，实现定期检测，诊断故障并发现原因。黑子传感器通过接口与 可视化GUI (图形用户界面）显示器结合起来，可选点显示或定时循环显示各种测量值及相 关参数。
[0064] 黑子传感器所具有的另外一个优势就是使用过程中更加低碳环保，可以自带微型 薄膜太阳能电池，结合智能微尘本身体积小耗能低的特点，可以支持其使用数年。该优势可 以弥补传统无线传感器因为电池能量有限而形成节点功能性制约。同时，黑子传感器不受 节点间传输距离限制，传统无线传感器节点之间传输距离一般为60米，超过该距离或者受 到障碍物或周围环境的影响，通信传输性能就会受到影响。
[0065] 本实施例结合无线传感器网络和黑子传感器，能够通过收集和分析黑子传感器供 给的测量来确定黑子传感器所在环境中单个移动物体（包括人）的位置，进而可以跟踪并 显示该移动物体的运动。
[0066] 本实施例的一种实施方式中，前端系统（传感器节点、基站）可以将采集到的移动 物体的监测数据直接发送到云计算系统中，也可以通过前置机进行处理。处于远端的监控 终端可以实时的从云计算系统中查看对应的监测数据。基于云计算的数据信息不存储在本 地，而是保存在云计算提供的虚拟存储中心，用户的各种调用应用程序也是运行在云计算 的数据处理中心，即大规模的服务器集群中。用户只需要接入互联网，就可以通过电脑、手 机等终端设备，在任何地点方便快捷的远程监控、处理数据。
[0067] 本实施例中，在收集到移动物体的运动轨迹信息之后，需要对相关的图像进行加 工和存储。通过云计算当中的虚拟存储和虚拟计算机服务，可以很好的解决监测跟踪系统 中的数据存储和数据处理问题。基于云计算的整个物体运动检测和跟踪系统的结构如图2 所示，本地的检测系统（基站和黑子传感器）将得到的z轴加速度发送给云计算系统；远程 的用户终端可以通过所述云计算系统所得到的移动物体的位置，对移动物体进行监测和跟 足示。
[0068] 本实施例的一种例子中，以云计算服务器作为所述计算机；该例子应用于对一个 无人区域的监视，可以在该无人区域中部署连接到云计算服务器的单个基站和8个黑子传 感器，其中，所述黑子传感器可以通过内置的加速度和进料测量来收集z轴加速度；黑子传 感器的振动会受到移动物体的影响，并且该振动与黑子传感器和该移动物体的距离存在一 定的联系。这样当有移动物体进入该区域时，其位置和移动轨迹将会被云计算服务器捕获。 [0069] 本实施例的一种实施方式中，还可以采用虚拟图形用户界面来显示移动物体的轨 迹。所述轨迹可以是不同时刻所述移动物体的位置的连线。
[0070] 本实施例的一种实施方式中，所述步骤103具体可以包括：
[0071] 所述计算机根据各已校准的黑子传感器的z轴加速度标准偏差和该黑子传感器 与移动物体之间的距离值，建立所述指纹图谱。
[0072] 该方案的主要思想是利用距离值和黑子传感器z轴加速度标准偏差之间的关系。 之前在每一个点进行对实验场实际测量的校准，使得距离值和黑子传感器z轴加速度标准 偏差（"指纹"）之间的对应关系已达到无处不在。因此可以根据指纹图谱实际测量到距离 值。
[0073] 指纹图谱是利用多径传播来构建位置信息，由于信号传播过程中受地形和障碍物 影响，多径会呈现出非常强的位置特殊性。而采用z轴加速度标准偏差可以避免因外力影 响或者非地球重力影响而产生的误差，其在测量数据过程中只受重力加速度影响，同时进 行不同距离反复试验及测量后校准，从而达到测量零误差。
[0074] 首先，需要实验许多地方的"指纹"。即，在一个点上，收集测量从相邻的黑子传感 器和形成的距离值的签名，其中包含传感器读数和移动物体的距离值之间的对应关系。测 量必须重复数次，并进行必要的校准，以减少噪声环境对其的影响。在此过程结束时，将有 一个指纹图谱来提供坐标和传感器读数之间的一对一的映射关系。预期的测定点的指纹图 谱上的个数要大到可以增加该映射关系在每个点的精度，通过在试验中不断的增大预期测 定点的个数，然后来观测测量结果，来找到合适的个数。
[0075] 本实施方式中，所述步骤104具体可以包括：
[0076] 对于所述多个黑子传感器，所述计算机采用三边测量法选择三个黑子传感器所采 集的z轴加速度对应的距离值，根据所选择的三个距离值确定该多个黑子传感器所在环境 中移动物体的位置。
[0077] 三边测量法是一种常用的定位算法，是从已检测到在移动物体附近的黑子传感器 中选择三个非线性节点。通常情况下，三个节点是基于信号强度和到目标的距离来选择的。 如图3所示，三个节点的检测圆（以黑子传感器位置为圆心、该黑子传感器的z轴加速度标 准偏差对应的距离值为半径所构成的圆）和这三个检测圆共同覆盖的区域将用于定位移 动物体的位置，比如以该共同覆盖的区域的中心点作为近似位置。
[0078] 在其它实施方式中，也可以使用最大似然方法来寻找所有传感器的交叉覆盖区 域，然后确定所述移动物体的位置。
[0079] 在本实施方式中，结合指纹图谱、三边测量法和黑子传感器，形成一种新的移动物 体监测和跟踪方法。
[0080] 本实施例的一种实施方式中，所采用的黑子传感器进行了硬件结构改进，针对现 有的微尘传感器安全性较差问题进行了弥补，增加了安全模块，使得其较普通微尘传感器 更加安全，增强其隐私保护功能。
[0081] 所述安全模块模块与传感器CPU相连，同时与传感器自组织外部无线传感器网络 相连，对主机中事先设定的程序代码和存储数据提供隐私协议保护，与所述无线传感器网 络中密钥相匹配，基于黑子传感器较小的存储空间，采用轻量协作方式与节点所产生的网 络进行匹配。现有的安全技术主要是针对无线传感器网络，而缺乏针对传感器自身的安全 模块设计，这种情况下极容易导致黑子传感器中程序代码被恶意篡改，从而形成安全隐患。
[0082] 本实施方式中，所述方法还可以包括：
[0083] 当所述黑子传感器收到所述计算机修改内置程序的指令时，所述黑子传感器中的 安全模块根据相应的密钥对所述指令进行认证；认证通过后交给本黑子传感器中的CPU主 机；所述CPU主机控制本黑子传感器中相应的无线通讯模块执行所述指令，并将执行结果 返回给所述计算机。
[0084] 该步骤的具体流程如图4所示，包括：
[0085] 401、用户通过上一级计算机或者其他能发送指令的终端向黑子传感器发送修改 内置程序的指令。
[0086] 402、黑子传感器中的无线通讯模块收到用户发送的指令，将所述指令和匹配的密 钥数据上传给本黑子传感器中的安全模块。
[0087] 403、所述安全模块接收到上传的信息后，根据所述密钥数据对所接收到的指令进 行合法性认证，如通过则进行404,否则生成拒绝修改消息返回给无线通讯模块，进行409。
[0088] 404、所述安全模块对所述指令的内容进行分析处理，生成对本黑子传感器中的 CPU主机的控制命令。
[0089] 405、所述安全模块将所生成的控制命令发送给所述CPU主机。
[0090] 406、CPU主机将指令执行的结果传递给安全模块。
[0091] 407、安全模块收到结果后，生成结果信息（拒绝或同意修改）。
[0092] 408、安全模块将生成的结果信息发送给所述无线通讯模块。
[0093] 409、无线通讯模块将最终结果返回到所述上一级计算机。
[0094] 在传感器上设置安全模块之后，可以在黑子传感器彼此之间的交互、微尘传感器 与无线传感器网络之间的交互设置安全指令，这样可以有效的防止因为节点被篡改而造成 黑子传感器执行错误指令。
[0095] 本实施方式的一种备选方案中，所述黑子传感器自带的安全模块直接与所述基站 进行通信，使用对称密钥M1、M2,并且无线传感器网络的安全模块中同时存储密钥数据和指 令代码。只有三者都一致，才能进行下一步的信息传输。同时传感器的安全模块和基站的 安全模块会在每隔一个时段后同时发起密钥的更新，无线传感器网络的安全模块向传感器 的安全模块和基站的安全模块提交更新和接收请求，更新之后只有传感器、无线传感器网 络和基站的安全模块中密钥都一致，才能执行指令。
[0096] 这样可以消除黑子传感器在网络部署完成之前存在的恶意节点，还可以保证信息 在网络部署完成之后的传输安全。该安全模块的设置主要针对黑子传感器体积小、计算存 储能力有限的特点，因此采用较传统安全模块更加轻量的协议模式，这是与传统通信网络 中所使用的安全模块不同之处。
[0097] 本实施例的一种实施方式中，所述方法还包括密钥更新流程，如图5所示，包括：
[0098] 501、当更新周期到达时，黑子传感器的安全模块发送第一对称密钥Ml给无线传 感器网络的安全模块；
[0099] 502、基站的安全模块也同时发送第二对称密钥M2给所述无线传感器网络的安全 模块；
[0100] 503、所述无线传感器网络的安全模块根据所述第一对称密钥Ml和所述第二对称 密钥M2进行用户合法性验证；
[0101] 504、所述无线传感器网络的安全模块向黑子传感器的安全模块和基站的安全模 块分别返回验证结果；
[0102] 505、黑子传感器的安全模块和基站的安全模块当收到验证成功的结果后向无线 传感器网络的安全模块发起密钥更新指令；
[0103] 506、无线传感器网络的安全模块向黑子传感器的安全模块和基站的安全模块分 别发送更新后的密钥。
[0104] 更新完成后，黑子传感器和基站通过更新后的密钥进行数据传输。
[0105] 本实施方式中针对现有无线传感器网络安全方面并未有专门针对传感器自身信 息和传输安全的功能这一缺陷进行了设计，传统的无线传感器只是在互相组成的网络之间 设定一定的安全协议，这样的安全协议极易被攻击而导致恶意篡改，本实施方式中通过对 黑子传感器自身的安全模块和信息传输安全流程的设计，确保了信息在传输过程中的安 全。
[0106] 本实施例的一个例子中，不同部分的实现方法可以如下：
[0107] (1)基站
[0108] 该基站连接到所使用的可视化的移动对象跟踪的笔记本电脑。与黑子传感器之间 连接时，基站首先必须初始化黑子传感器的MAC地址，以协调和该黑子传感器匹配的传感 器数目的传感器，然后监测来自黑子传感器的加速度值中的z轴（STD)的标准偏差，并基于 已获取的距离所描述的算法做计算。为了获得黑子传感器的监测，使用radiostream协议， 它是一个插座状的对等协议，可为两个设备之间提供可靠的、缓冲的基于10的流。根据这 项协议，建立一个基站和黑子传感器之间的连接。
[0109] Private RadiostreamConnection conn ；
[0110] conn = (RadiostreamConnection)connector, open(str)；
[0111] 其中 str 是〃radiostream:〈base station address): <port number>〃
[0112] 所以，现在该连接已取得，可以通过其开始传送数据；
[0113] 数据输入流 DIS = conn. openDataInputStream()
[0114] 数据输出流的 DOS = conn. openDataOutputStream();
[0115] DIS是接收到的数据，DOS是正在发送数据。
[0116] 使用从黑子传感器接收来的z轴加速度的标准偏差（STD)得到黑子传感器与移动 体之间的距离。通过每个传感器和移动物体之间的距离，可以找到该移动物体的近似位置。
[0117] (2)展台
[0118] 为了将对运动物体的跟踪与传感器的位置进行可视化，展现时使用 Jfreechart (-个开源的Java库），以便于开发人员显示品质的图表。用红色点代表该移 动物体的当前位置，蓝色点为前一位置，所以用户可以容易地观察该移动物体的轨道。每当 旧位置大于十，面板上的现有的蓝色点将被清除，使可视化保持同步更新状态。
[0119] (3)黑子传感器
[0120] 黑子传感器负责检测z轴加速度，并计算在z轴加速度的STD。计算每50个读数 的z轴加速度的最大值的STD，然后STD将被发送回基站，用于进一步的处理。为了建立与 基站的连接，采取与基站中同样的做法。
[0121] 其中 str 是〃radiostream:〈base station address): <port number>〃
[0122] 通过电台流连接黑子传感器到固定基站，并打开该连接的输入流和输出流。STD将 被发送到输出流从而给基站。
[0123] (4)预期结果
[0124] 通过校准，将得到z轴加速度在零振动的情况，以及一个指纹图谱，来揭示黑子传 感器的z轴加速度的标准偏差与黑子传感器和移动物体之间距离的对应关系。
[0125] (5)校准
[0126] 首先在上一个稳定的表面上固定一个黑子传感器。测量该黑子传感器的z轴加速 度，并作为稳态误差。然后，从与上面的黑子传感器已知距离的点的固定高度落下移动物体 (比如网球），并记录所述黑子传感器的z轴加速度的标准偏差。反复实验10次，计算平均 标准偏差。然后转移到另一个距离并反复的实验，以获得新的距离与平均标准偏差之间的 对应关系。测量的有效距离尽可能为2米。当距离黑子传感器超过2米，测量变得相当小， 接近黑子传感器时的稳态误差如上所述。表一显示了在实验过程中所采取的测量。
[0127] 表一、测量数据
[0128]
【权利要求】
1. 一种移动物体监测方法，包括： 101、 无线传感器网络中的多个黑子传感器分别收集z轴加速度，并向基站周期性发 送； 102、 所述基站周期性收集多个所述黑子传感器发送的z轴加速度，并发送给计算机； 103、 所述计算机根据预存的指纹图谱确定各所述z轴加速度对应的距离值； 104、 所述计算机通过所述多个黑子传感器发送的z轴加速度所对应的距离值，确定该 多个黑子传感器所在环境中移动物体的位置。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤103前还包括： 所述计算机根据各已校准的黑子传感器的z轴加速度标准偏差和该黑子传感器与移 动物体之间的距离值，建立所述指纹图谱。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤104包括： 对于所述多个黑子传感器，所述计算机采用三边测量法选择三个黑子传感器所采集的 z轴加速度对应的距离值，根据所选择的三个距离值确定该多个黑子传感器所在环境中移 动物体的位置。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括： 当更新周期到达时，黑子传感器的安全模块发送第一对称密钥Ml给无线传感器网络 安全模块；基站的安全模块发送第二对称密钥M2给无线传感器网络安全模块； 无线传感器网络安全模块根据所述第一对称密钥Ml和所述第二对称密钥M2进行用户 合法性验证； 无线传感器网络安全模块进行代码分析处理； 无线传感器网络安全模块向所述黑子传感器的安全模块和基站安全模块分别返回验 证结果； 所述黑子传感器的安全模块和基站的安全模块当收到验证成功的结果后向所述无线 传感器网络的安全模块发起密钥更新指令； 所述无线传感器网络的安全模块向安全模块和基站安全模块分别发送更新后的密钥。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括： 当所述黑子传感器收到所述计算机修改内置程序的指令时，所述黑子传感器中的安全 模块根据相应的密钥对所述指令进行认证；认证通过后交给本黑子传感器中的CPU主机； 所述CPU主机控制本黑子传感器中相应的无线通讯模块执行所述指令，并将执行结果返回 给所述计算机。
6. -种移动物体监测系统，其特征在于，包括： 多个黑子传感器、基站和计算；所述多个黑子传感器及所述基站通过无线传感器网络 相连； 所述黑子传感器用于收集z轴加速度，并向所述基站周期性发送； 所述基站用于周期性收集所述多个黑子传感器发送的z轴加速度，并发送给所述计算 机； 所述计算机用于根据预存的指纹图谱确定各所述z轴加速度对应的距离值；通过所述 多个黑子传感器发送的z轴加速度所对应的距离值，确定该多个黑子传感器所在环境中移 动物体的位置。
7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于： 所述计算机还用于根据各已校准的黑子传感器的z轴加速度标准偏差和该黑子传感 器与移动物体之间的距离值，建立所述指纹图谱。
8. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述计算机通过所述多个黑子传感器发送 的z轴加速度所对应的距离值，确定该多个黑子传感器所在环境中移动物体的位置是指： 所述计算机对于所述多个黑子传感器，采用三边测量法选择三个黑子传感器所采集的 z轴加速度对应的距离值，根据所选择的三个距离值确定该多个黑子传感器所在环境中移 动物体的位置。
9. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述黑子传感器包括： 安全模块、CPU主机、无线通讯模块； 所述无线通讯模块用于当收到所述计算机修改内置程序的指令时，发送给所述安全模 块； 所述安全模块用于根据相应的密钥对所述指令进行认证；认证通过后交给所述CPU主 机； 所述(PU主机用于控制所述无线通讯模块执行所述指令，并将执行结果返回给所述计 算机。
10. 如权利要求9所述的系统，其特征在于： 所述基站包括安全模块，所述系统还包括：无线传感器网络的安全模块； 所述黑子传感器的安全模块用于当更新周期到达时，发送第一对称密钥Ml给所述无 线传感器网络的安全模块；当收到所述无线传感器网络的安全模块验证成功的结果后，向 所述无线传感器网络的安全模块发起密钥更新指令； 所述基站的安全模块用于当所述更新周期到达时，发送第二对称密钥M2给所述无线 传感器网络的安全模块；当收到所述无线传感器网络的安全模块验证成功的结果后，向所 述无线传感器网络的安全模块发起密钥更新指令； 所述无线传感器网络的安全模块用于分别根据所述第一对称密钥Ml和第二对称密钥 M2进行用户合法性验证，向黑子传感器的安全模块和基站的安全模块分别返回验证结果； 在收到所述黑子传感器的安全模块和基站的安全模块发送的密钥更新指令后，返回更新后 的密钥。
【文档编号】H04W12/06GK104159220SQ201410406646
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】李丹, 张云勇, 魏进武, 张基恒 申请人:中国联合网络通信集团有限公司