基于北斗系统和物联网的野外图像采集设备防盗定位系统设计

丁一钧 聂电开 武存山

摘 要：针对野外环境下无人值守的视频监控系统太阳能电池板、蓄电池和摄像头等重要部件容易被盗的问题，文中设计了一种基于北斗和物联网的防盗定位系统，采取重点设备隐蔽安装定位终端，广域覆盖公网传输信息，后台数据库支撑和多种管理终端在线实时感知的架构和方法实现对离位设备的报警和实时定位。实验证明，该防盗定位系统可以显著提升威慑力，降低高值设备被盗风险，提高被盗设备找回的可能性，并有效提升野外无人值守监控系统管理水平。

关键词：定位;北斗;防盗;物联网;报警;传感器

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）09-00-02

0 引 言

目前野外无人值守的监控系统在环境保护、森林防火、边境管控和治安治理等方面有着广泛的应用，因野外供电和传输条件限制，经常采用太阳能电池和铅酸电池供电，使用无线网桥传输视频信号。考虑单个站点的监控范围和工作时长，野外站点的太阳能板和蓄电池功率容量较大，前端的监控摄像头规格较高，单个站点的成本高昂，容易被不法分子盗窃破坏，造成较大的经济损失，影响监控功能，导致监控中断事故，引发严重后果，且因地处偏僻，找回难度较大。因此，如何保障野外监控站点的安全，提高站点防盗性能是摆在维护人员面前的一个重要课题。

针对上述问题，我们设计了一种防盗定位系统，通过在高价值设备上安装定位终端，当设备发生位移振动时可自动推送报警信息到维护人员手机，同时系统还具有轨迹回放和定位发声功能，可协助公安部门找回被盗设备，确保野外站点的运行安全。

1 系统组成

系统主要由基于北斗系统的定位终端、后台管理软件和管理终端组成，定位信息的传输采用覆盖范围广泛的移动网络，考虑系统使用成本，可使用各大运营商的物联网卡传输信息，定位终端可安装在太阳能板、铅酸蓄电池和监控摄像头等单价较高的设备上，当设备被盗时，触发定位终端的加速度传感器，终端将北斗定位信息和终端电量等状态信息通过运营商网络推送至后台管理系统，管理人员可在手机登录移动终端实时获取被盗设备的位置，并可以触发定位终端发出较高分贝的警报声，便于快速定位被盗设备的具体位置[1]。系统主要架构如图1所示。

1.1 定位终端

定位终端设计小巧，内置蓄电池，使用MT2503/MTK3333/MTK5931系列芯片实现公网信息传输以及设备定位等功能[2]，采取外置电源变换设备为定位终端持续供电，且在设备被盗断电后能持续工作5天以上，确保有足够的时间找回被盗设备。定位终端支持北斗、AGPS等多重定位方式[3]，北斗系统定位精度在10 m以内，AGPS工作模式下定位精度为50 m，且能静默工作，减少被盗贼发现的可能性。系统通过加速度传感器实现动作和离位报警，减少误报，节约电能。

定位终端可以安装运营商提供的物联网SIM卡，利用运营商广泛的网络覆盖传输定位信息和终端状态实现多卡共享流量，不仅可降低成本，也便于集中管理[4]。

为了便于在设备被盗后快速定位找回，定位终端还可设计安装拾音器和扬声器，在接近被盗设备时使用管理终端触发警报声，实现小型设备的定位和找寻。内置内存卡可以实现定位信息、轨迹以及周围声音的存储，便于后期取证。

定位终端安装时要考虑其供电、隐蔽及信号传输等问题，在太阳能电池板安装时可并列安装在太阳能板背部的接线盒处，蓄电池连续供电。在蓄电池上安装时可将终端安装在电池箱中，并采用必要的遮挡和隐蔽手段。终端在摄像头上安装时可采用强磁吸附方式，安装在摄像头防水罩或遮光罩内部，采用电源变换器，利用摄像头工作的12 V或48 V电源供电。上述设备均设置离位和断电告警，当设备被盗走或供电被切断时发出告警信息。监控站点其他设备因为体积和价值等原因，一般无需安装定位终端[5]。

1.2 管理软件系统

管理系统接收到定位终端通过GPRS传输的定位和状态信息后进行判别，将报警信息推送到界面首页或移动管理端。我们采用SQL数据库管理数量众多的定位终端信息，数据库设计主要采取三层结构，包含数据库、管理基础信息数据及设备数据。中间层用于设备、站点等增加、修改、删除系统设置的工作。表示层为用户日常查询定位等管理提供便利[6]。在移动管理终端安装管理软件，采用现有的百度或者高德地图数据库实现地图数据管理与地图漫游缩放等功能，定位信息可在地图层上叠加显示，同时还可实现轨迹回放，确定被盗物品的位置。

管理软件需实现基础管理功能。首先，管理定位终端以列表形式展现当前终端编号、电量、报警信息等状态，并编辑每个终端的名称和分组功能;其次，实现用户管理，为不同权限的用户分配系统操作和查看权限，例如普通用户只能查看有限数量的终端信息，管理员拥有最高操作权限[7]。

终端监控功能可实现终端信息浏览、低电量告警等功能，选择具体某一个定位终端时，可查看终端位置、北斗定位卫星信号强度、移动网络信号强度、当前剩余电量等信息。在此基础上可以选择回放单个定位终端的历史轨迹与录音等，便于定位找回被盗设备。

管理软件能实时监控定位终端状态，如果某个终端的加速度或者位移传感器触发警报[8]，管理软件则将定位终端名称、编号和当前位置等信息以短信形式推送到预留的管理员或运维人员的手机上[9]，及时止损，并配合移动端软件将定位信息展现在地图上。

如果需要对某个监控站点的设备进行必要的维护，在管理系统中可设置某个定位终端为维护模式，防止误报警[10]。为了防止野生动物或者大風导致误报警，可以通过管理软件设置定位终端的加速度感应灵敏度，进一步降低误报率。

2 实验界面

2.1 移动端主界面

管理软件主界面如图2所示。主界面列出一级功能，包括定位和轨迹回放等。

2.2 定位界面

定位界面如图3所示。

该界面可查看定位终端在地图上的实时位置、经纬度、电量、信号强度等信息。

2.3 轨迹回放

轨迹回放界面如图4所示。使用该界面可以实现对指定定位终端的轨迹进行回访，便于准确定位设备的历史轨迹和当前位置。

2.4 终端设置

终端设置界面如图5所示。

在终端设置界面可以设置定位终端的相关功能，如加速度传感器灵敏度、休眠、维护模式等。

3 结 语

野外监控站点因地处偏远，位置相对分散、孤立，设备极易被盗，从而影响对所在区域的监控效果。采用本文設计的防盗系统，可实现低功耗长时间待机威慑，即使设备被盗，也可接收报警信息，通过历史轨迹回放、实时定位、发声等功能，协助公安机关定位被盗设备，挽回损失，打击违法犯罪，保证野外监控站点正常运行，具有一定的实用价值。

参考文献

[1]杨星.便携式设备防盗报警定位系统设计[D].武汉：华中科技大学，2015.

[2]李立志.基于GPRS和GPS防盗追踪系统的研究与实现[D].北京：北京工业大学，2011.

[3]李海生.基于GSM短消息的远程监测系统 [D].秦皇岛：燕山大学，2005.

[4]中国联通.中国联通通信网络运行维护规程[S].北京：中国联通，2009.

[5]李钦.基于GSM的变压器防盗系统设计[J].传感器世界，2013（7）：38-40.

[6]张立军.偏远地区配电变压器防盗控系统的设计[D].济南：山东科技大学，2011.

[7]余肖勇.基于GSM的远程监控系统的设计与应用[D].长沙：中南大学，2005.

[8]朱国忠，雷声，潘敏，等.基于加速度传感器的保险箱报警系统设计[J].电子技术应用，2011，37（1）：120-123.

[9]闫正龙，陈正江，黄强，等.基于GIS/GPS，GSM，GPRS技术的车辆监控系统的设计与实现[J].西北大学学报（自然科学版），2008，38（1）：127-130.

[10]丁占兴.基于GPS的车载防盗系统设计[D].大连：大连海事大学，2008.