一种高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦系统及其方法

1.本发明涉及智慧社区技术领域，尤其涉及一种高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦系统及其方法。


背景技术：

2.高空抛、坠物或坠人都极大地威胁者人们的人身安全，即使是很小的物品，从高空坠下后都会变成可杀人的利器，仅仅依靠人工巡查、安全教育等方法并不能完全杜绝这类情况，因此，需要针对高空抛、坠物或坠人的高新科技帮助预防这类安全问题。目前应对高空抛、坠物等现象，一种是加装棚盖来接住高空抛、坠物，这种行为影响市容，一般会认定为违规建筑予以拆除；另外一种大多是安装摄像头等视觉装置来监控，这种方法仅是用于事后取证，它或多或少能够起到威慑作用，高空抛物或许会少点，但高空坠物还是会发生，这并不能阻止高空抛、坠物事件由此带来的严重后果，而且不能全天候使用，采用的图像技术容易受气候、光线等因素影响，对距离信息的提取比较困难，一旦摄像头出现故障，就不能工作，不利于事后取证，而且阻拦精准度有待提高。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.基于上述问题，本发明提供一种高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦系统及其方法，解决高空抛物、坠物、坠人带来的安全问题，并全天候监测，提供可靠性，提高阻拦精准度。
5.(二)技术方案
6.基于上述的技术问题，本发明提供一种高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦方法，包括：
7.s1、通过有源相控阵雷达装置的每个发射/接收组件对管辖楼栋进行全天候电扫描，一旦发生高空抛物、坠物或坠人事件时，反射雷达波被发射/接收组件接收，获取高空抛物、坠物或坠人的扫描信息；所述有源相控阵雷达设有4-9个阵元，安装在楼栋侧面；
8.s2、通过有源相控阵雷达装置进行多个扫描周期的速度、运动轨迹、体积和形体变化的对比，排除鸟类飞行的干扰，识别出抛物、坠物、坠人事件；
9.s3、若为抛物、坠物或坠人事件，根据抛物、坠物或坠人事件目标的位置，确定发生抛物、坠物或坠人事件的管辖区域，第一时间启动声光报警装置，发送地址编码控制指令，地址编码对应的阻拦装置伸出进行阻拦。
10.进一步的，所述步骤s3还包括：通过通信模块发送信息给区域负责人和110和/或120。
11.进一步的，所述步骤s3后还包括：
12.s4、伸出的所述阻拦装置达到伸出时间阈值时，再次发送地址编码控制指令，地址编码对应的阻拦装置收回。
13.进一步的，所述伸出时间阈值设置为10分钟。
14.进一步的，所述步骤s2包括：
15.s21、排除鸟类飞行的干扰：通过有源相控阵雷达装置进行前后10个周期的速度和运动轨迹对比，判断运动轨迹是否与直线自由落体运动或者抛物线的轨迹相符，若是，则进入步骤s22，若否，则判断速度是否大于速度阈值，若是，则为鸟类，若否，则判断运动轨迹是否垂直向下，若否，则为鸟类，若是，则进入步骤s22；
16.s22、判断抛物事件：通过有源相控阵雷达装置进行前后10个周期的速度和运动轨迹对比，判断运动轨迹是否符合抛物线运动的轨迹，且有横向上的初速度，若是，则为抛物事件，若否，则进入步骤s23；
17.s23、判断坠人和坠物事件：通过有源相控阵雷达装置进行前后10个周期的速度和运动轨迹对比，判断运动轨迹是否符合直线自由落体运动的轨迹，若否，则不是坠人也不是坠物；若是，则为坠人或坠物，进一步判断体积是否大于设置的标准值，若否，则是坠物事件，若是，则通过有源相控阵雷达装置进行前后100个周期的物或人形体进行对比，判断坠落过程中形体上是否发生改变，若是，则为坠人事件，若否，则为坠物事件。
18.进一步的，所述设置的标准值根据一岁儿童的体积设置。
19.进一步的，所述管辖楼栋为多栋楼。
20.进一步的，所述阻拦装置设置在一楼和二楼之间，以及大于5的每固定楼层之间。
21.本发明也公开了一种高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦系统，采用所述的高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦方法，包括有源相控阵雷达装置、数据处理模块、声光报警装置、通信装置和若干个阻拦装置，所述数据处理模块分别连接所述有源相控阵雷达装置、声光报警装置、通信装置和阻拦装置，所述有源相控阵雷达装置设置在楼宇侧面进行全天候电扫描，每个阻拦装置都有特定的地址编码，所述阻拦装置包括液压或电动的伸缩杆和阻拦布或阻拦网。
22.进一步的，所述通信模块为5g通信模块，用于发送信息给区域负责人和110和/或120。
23.(三)有益效果
24.本发明的上述技术方案具有如下优点：
25.(1)本发明通过有源相控阵雷达装置发射高频率的雷达波扫描所管辖区域，一旦出现高空抛物、坠物或坠人事件，其会反射雷达波，被有源相控阵雷达接收到，通过数据处理模块对反射雷达波的信号进行处理和分析，得出位置、高度、速度和方位信息，并根据多个扫描周期的速度、运动轨迹、体积和形体变化，分别识别出抛物、坠物、坠人事件，通过速度和运动轨迹的双重判断，排除鸟类飞行的干扰，实现全天候监测，提高识别的精确度；并根据高空抛物、坠物或坠人事件的位置信息，发射数字编码指令控制指令信号，打开相对应的阻拦装置，进行精准阻拦，提高阻拦精准度；从而解决高空抛物、坠物、坠人带来的安全问题；
26.(2)本发明通过启动声光报警装置进行预警，提醒行人发生高空抛物、坠物或坠人事件，注意避让，有利于提高安全性；并通过通信模块发送信息给区域负责人和110和/或120，使得立即到现场进行相应事件的处理；
27.(3)本发明的阻拦装置在达到伸出时间阈值时收回，防止同一位置多次高空抛物、
坠物或坠人事件发生的情况，并给物业或者相关工作人员处理阻拦网上的坠物体、抛物体或者人的时间；
28.(4)本发明采用有源相控阵雷达装置，数据传递时间快，反应速度快，能实现多目标、多方向、多层次的高空抛物、坠物、坠人事件的识别；
29.(5)本发明的有源相控阵雷达装置故障率低，不易受光线或气候的影响，可保证全天候作业，具有很高的可靠性，为事后取证提供保障；
30.(6)本发明可根据一栋楼房或多栋楼房布局情况，可进行一部有源相控阵雷达装置与多个阻拦装置的组合配备，可根据单一的高空抛物、坠物、坠人情况或者多位置多次高空抛物、坠物、坠人情况通过数字编码指令控制模式来进行精准拦截，也可垂直方向安装多个阻拦装置，来减少过高高空抛物、坠物、坠人的冲击力，将损伤降到最低，且阻拦装置的可伸缩设计不影响建筑外观。
附图说明
31.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
32.图1为本发明实施例高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦系统的三维示意图一；
33.图2为本发明实施例高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦系统的三维示意图二；
34.图3为本发明实施例高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦系统的原理示意图；
35.图中：1：有源相控阵雷达装置；2：阻拦装置；21：阻拦布或阻拦网；22：伸缩杆；3：雷达波；4：抛物体、坠物体或人；5：楼宇。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
37.本发明实施例公开了一种高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦系统，如图1和图2所示，包括有源相控阵雷达装置1、数据处理模块、声光报警装置、通信装置和若干个阻拦装置2，所述有源相控阵雷达装置1设置在楼宇5侧面进行全天候电扫描，所述阻拦装置2的个数视实际情况来定，设置在楼宇5的多个位置，所述数据处理模块分别连接所述有源相控阵雷达装置1、声光报警装置、通信装置和阻拦装置2，本实施例中，所述有源相控阵雷达装置1、数据处理模块、声光报警装置和通信装置安装为一体。
38.所述有源相控阵雷达装置1的每个发射/接收组件(t/r组件)用于对管辖楼栋(可以一栋或多栋)进行全天候电扫描，一旦出现高空坠人，高空抛、坠物事件，高空抛物、坠物、坠人会反射雷达波3被t/r组件接收，将扫描信息发送给数据处理模块；当有源相控阵雷达军用时一般具有上千个甚至上万个阵元，且作用距离为几百公里远，所以工作的功率大，辐射高；但是本发明中有源相控阵雷达仅设有4-9个阵元，安装在楼栋侧面少有人经过处从二楼向上照射，作用距离约为几百米，工作功率较小，产生的辐射很小；而且相比环绕布置的机械式扫描的雷达的监测效果更好，能实现多目标、多方向、多层次监测。
39.所述数据处理模块对扫描信息进行识别，判断是否是抛物、坠物、坠人事件发生，利用智能算法对高空抛物、坠物、坠人运动特性进行分析，防止其它事件诸如鸟类飞行造成
误判，根据目标的距离、位置信息，确定管辖区域发生高空抛物、坠物、坠人的区域，通过有源相控阵雷达的某个发射/接收组件(t/r组件)发射特定的数字编码控制指令发射给所有的阻拦装置2。
40.所述阻拦装置2的设置位置包括但不限于楼宇5的一楼和二楼之间，每固定楼层如十层之间，根据接收的指令判断是否启动伸出，对高空坠、抛物进行阻拦，防止高空坠、抛物砸中楼下的活动人员或者设备，或者接住高空坠人；阻拦装置2在平时是处于收缩状态，且在伸出一段时间后缩回；每个阻拦装置2都有特定的地址编码，代表其所处的位置；所述阻拦装置2包括液压或电动的伸缩杆22和阻拦布或阻拦网21，通过伸缩杆22带动阻拦布或阻拦网21展开或收回，可以重复利用。
41.所述声光报警装置在识别出高空抛物、坠物、坠人事件发生时第一时间启动，提醒相关区域的活动人员注意“天外飞物”，及时作出规避动作。
42.所述通信模块为5g通信模块，用于发送信息给区域负责人和110和/或120；识别出高空坠物事件，发送信息给区域负责人通知其负责区域的具体位置发生了高空坠物事件，立即到现场处理；识别出高空抛物事件，则发送信息给区域负责人和110，通知其负责区域的具体位置发生了高空抛物事件，将抛物者楼层和位置信息锁定，进行事后法律取证，及时找到高空抛物者；识别出高空坠人事件发生，则发送信息给区域负责人、110和120，通知其负责区域的具体位置发生了高空坠人事件，尤其是120第一时间赶来救护。需要说明的是，发生低楼层高空坠人事件，本装置是能够起到缓冲作用，保护人员生命，过高楼层由于冲击力过大，仍可能对坠人造成致命伤害，这并不在本装置的作用范围内，但在垂直方向上多安装几个阻拦装置2是可以技术解决过高楼层冲击力问题，来保护人员生命。
43.所述高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦系统的工作原理如图3所示，运行方法包括：
44.s1、通过有源相控阵雷达装置1的每个发射/接收组件(t/r组件)对管辖楼栋(可以一栋或多栋)进行全天候电扫描，一旦发生高空抛物、坠物或坠人事件时，反射雷达波3被发射/接收组件接收，获取高空抛物、坠物或坠人的扫描信息；
45.利用有源相控制雷达的一维相位电扫描优势，对高空抛物、坠物或坠人事件的发生进行探测，获取高空抛、坠物或坠人的扫描信息，包括距离、方向和高度信息等；
46.s2、通过有源相控阵雷达装置1进行多个扫描周期的速度、运动轨迹、体积和形体变化的对比，排除鸟类飞行的干扰，识别出抛物、坠物、坠人事件：
47.s21、排除鸟类飞行的干扰：通过有源相控阵雷达装置1的微秒级扫描速度进行前后10个周期的速度和运动轨迹对比，判断运动轨迹是否与直线自由落体运动或者抛物线的轨迹相符，若是，则进入步骤s22，若否，则判断速度是否大于速度阈值，若是，则为鸟类，若否，则判断运动轨迹是否垂直向下，若否，则为鸟类，若是，则进入步骤s22；
48.对于飞行的鸟类进入探测范围内，由于其具有一定的飞行速度，且轨迹与直线自由落体运动或者抛物线(抛物)轨迹不一样，内部智能算法通过有源相控阵雷达装置1的微秒级扫描速度进行前后10个周期的速度、轨迹对比，可以判断出为鸟类飞行，从而不触发整个系统运作。
49.对于在建筑物中栖息起飞的鸟类，起飞时它们会有一个向上运动过程，且运动轨迹也不会垂直向下，内部智能算法通过有源相控阵雷达装置1的微秒级扫描速度进行前后
10个周期的速度、轨迹对比，可以判断为鸟类起飞，从而不触发整个系统运作。通过速度和运动轨迹的双重判断，排除鸟类造成的误判。其中，速度根据多普勒效应测算得到。
50.s22、判断抛物事件：通过有源相控阵雷达装置1的微秒级扫描速度进行前后10个周期的速度和运动轨迹对比，判断运动轨迹是否符合抛物线运动的轨迹，且有横向上的初速度，若是，则为抛物事件，若否，则进入步骤s23；
51.坠物、坠人在运动轨迹上符合直线自由落体运动，抛物由于在横向上有一个初速度，其轨迹类似与抛物线运动，内部智能算法通过有源相控阵雷达装置1的微秒级扫描速度进行前后10个周期的速度、轨迹对比，很容易将抛物与坠物、坠人分开，并且根据抛物的起止位置、速度立即储存相关信息，为后续公安部门提供抛物肇事证据。
52.s23、判断坠人和坠物事件：通过有源相控阵雷达装置1的微秒级扫描速度进行前后10个周期的速度和运动轨迹对比，判断运动轨迹是否符合直线自由落体运动的轨迹，若否，则不是坠人也不是坠物；若是，则为坠人或坠物，进一步判断体积是否大于设置的标准值，若否，则是坠物事件，若是，则通过有源相控阵雷达装置1的微秒级扫描速度进行前后100个周期的物或人形体进行对比，判断坠落过程中形体上是否发生改变，若是，则为坠人事件，若否，则为坠物事件；
53.坠物、坠人在轨迹上都类似于直线自由落体运动，但由于坠物在形体上并不会发生改变，而人在坠落过程中由于手脚运动会发生形体改变，并且人相对体积较大，本系统以一岁以上儿童(可以走路)雷达反射能量作为标准值，一旦有源相控阵雷达单一或者多个阵元通过接收反射回来的雷达信号超过标准值，则立马启动所有阵元对该物体进行强化识别，内部智能算法通过有源相控阵雷达装置1的微秒级扫描速度进行前后100个周期的物或人形体进行对比，如果发现过程中形体发生改变，则判断为坠人，没有改变，则判断为坠物。s3、若为抛物、坠物或坠人事件，根据抛物、坠物或坠人事件目标的位置，确定发生抛物、坠物或坠人事件的管辖区域，第一时间启动声光报警装置，发送地址编码控制指令，地址编码对应的阻拦装置2伸出进行阻拦，并通过所述通信模块发送信息给区域负责人和110和/或120；
54.一旦确认为抛物、坠物或坠人事件，立即进行位置追踪，并及时记录、储存，为后续单位或者司法部门留存相关证据。
55.阻拦装置2在平时是处于收缩状态。每个阻拦装置2都有特定的地址编码(代表其所处的位置)。一旦有源相控阵雷达装置1内部信号处理电路识别出高空抛物、坠物、坠人事件发生，根据目标的距离、位置信息，确定管辖区域发生高空抛物、坠物、坠人的区域，通过有源相控阵雷达的某个发射/接收组件(t/r组件)发射特定的数字编码控制指令发射给所有的阻拦装置2，每个阻拦装置2内部译码器将接收的指令进行译码，判断指令是否命令自己，如果是，将两边伸缩杆22迅速推出，从而带动阻拦布或阻拦网21伸出，对高空坠、抛物进行阻拦，防止高空坠、抛物砸中楼下的活动人员或者设备，或者接住高空坠人；如果否，则不做出任何动作。
56.若为坠人事件，则立即启动所述声光报警装置，并立即启动阻拦装置2进行阻拦，通过所述通信模块发送信息给区域负责人、110和120，通知其负责区域的具体位置发生了高空坠人事件，尤其是120第一时间赶来救护，本系统的阻拦装置2可垂直安装多个，从而减少高空坠人的冲击力，降低坠人的受伤程度，并且第一时间发生信息给相关配套单位；若为
坠物事件，特别是大物体降落，其危害程度非同一般，立即进行预警提醒该区域过往行人，打开阻拦装置2进行阻拦，发送信息给区域负责人通知其负责区域的具体位置发生了高空坠物事件，立即到现场处理；若为抛物事件，则发送信息给区域负责人和110，通知其负责区域的具体位置发生了高空抛物事件，将抛物者楼层和位置信息锁定，进行事后法律取证，及时找到高空抛物者。
57.s4、伸出的所述阻拦装置2达到伸出时间阈值时，再次发送地址编码控制指令，地址编码对应的阻拦装置2收回；
58.所述伸出时间阈值设定为10分钟，防止同一位置多次高空抛物、坠物或坠人事件发生的情况，并给物业或者相关工作人员处理阻拦布或阻拦网21上的坠物体、抛物体或者人4的时间。
59.综上可知，通过上述的一种高空抛物、坠物、坠人识别预警阻拦系统及其方法，具有以下有益效果：
60.(1)本发明通过有源相控阵雷达装置发射高频率的雷达波扫描所管辖区域，一旦出现高空抛物、坠物或坠人事件，其会反射雷达波，被有源相控阵雷达接收到，通过数据处理模块对反射雷达波的信号进行处理和分析，得出位置、高度、速度和方位信息，并根据多个扫描周期的速度、运动轨迹、体积和形体变化，分别识别出抛物、坠物、坠人事件，通过速度和运动轨迹的双重判断，排除鸟类飞行的干扰，实现全天候监测，提高识别的精确度；并根据高空抛物、坠物或坠人事件的位置信息，发射数字编码指令控制指令信号，打开相对应的阻拦装置，进行精准阻拦，提高阻拦精准度；从而解决高空抛物、坠物、坠人带来的安全问题；
61.(2)本发明通过启动声光报警装置进行预警，提醒行人发生高空抛物、坠物或坠人事件，注意避让，有利于提高安全性；并通过通信模块发送信息给区域负责人和110和/或120，使得立即到现场进行相应事件的处理；
62.(3)本发明的阻拦装置在达到伸出时间阈值时收回，防止同一位置多次高空抛物、坠物或坠人事件发生的情况，并给物业或者相关工作人员处理阻拦网上的坠物体、抛物体或者人的时间；
63.(4)本发明采用有源相控阵雷达装置，有源相控阵雷达波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描(一般可以在几个微秒内实现雷达波束形成和波束位置转换)，从而缩短了对目标信号检测、录取、信息传递等所需的时间，具有较高的数据率；同时相控阵天线通常采用数字化工作方式，雷达与数字计算机相结合，大大提高了自动化程度，简化了雷达操作，使之具有很高的反应速度；有源相控阵雷达装置能够同时形成多个独立控制的波束，分别用以执行搜索、探测、识别、跟踪、照射目标和跟踪等多种功能，并利用电子扫描的灵活性、快速性和按时间分割原理或多波束，可实现边搜索边跟踪工作方式，与电子计算机相配合，能同时搜索、探测和跟踪不同方向和不同高度的多批目标；因此，本发明数据传递时间快，反应速度快，能实现多目标、多方向、多层次的高空抛物、坠物、坠人事件的识别；
64.(5)本发明的有源相控阵雷达装置由于单个固态组件功率小，故障率低，所以具有极高的可靠性；其次，相控阵雷达的阵列组较多，且并联使用，即使有少量组件失效，仍能正常工作，突然完全失效的可能性很小，试验表明，一般阵面50％的阵元失效时雷达仍能正常工作，10％的阵元失效时系统性能只是略有下降，平均故障时间(mtbf)≥10万小时，因此，
本发明的故障率低，不易受光线或气候的影响，可保证全天候作业，具有很高的可靠性，为事后取证提供保障；
65.(6)本发明可根据一栋楼房或多栋楼房布局情况，可进行一部有源相控阵雷达装置与多个阻拦装置的组合配备，可根据单一的高空抛物、坠物、坠人情况或者多位置多次高空抛物、坠物、坠人情况通过数字编码指令控制模式来进行精准拦截，也可垂直方向安装多个阻拦装置，来减少过高高空抛物、坠物、坠人的冲击力，将损伤降到最低，且阻拦装置的可伸缩设计不影响建筑外观。
66.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。