智能自适应电子围栏系统及其控制方法与流程

本发明涉及物联网，尤其涉及一种智能自适应电子围栏系统及其控制方法。

背景技术：

1、随着科技的飞速发展，对围栏系统的期望已不再局限于传统的安全功能，而是希望其具备智能化和自适应性，能够根据环境变化或用户需求自动调整其功能和工作方式，从而提高安全性和效率。然而，现有的电子围栏系统通常面临安装复杂、对环境要求高、维护困难等问题。例如，激光和红外系统需要精确的对准和稳定的环境条件，而脉冲式电子围栏则受限于特定的应用场景。这些复杂的安装要求增加了系统部署的难度和成本，同时对环境的高要求也是一个限制因素，这些系统往往对周围环境的稳定性和光线条件有较高的要求，限制了其适用范围，尤其在户外或恶劣环境下效果更为有限，这些系统缺乏灵活性，难以适应多变的安防需求。

技术实现思路

1、基于此，本发明提供一种智能自适应电子围栏控制方法及系统，以解决至少一个上述技术问题。

2、为实现上述目的，一种智能自适应电子围栏控制方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：对原始围栏进行边缘检测处理，生成围栏潜在边界数据；根据围栏潜在边界数据进行拓扑结构分析，得到围栏拓扑结构数据；根据围栏拓扑结构数据进行风险节点标记处理，生成监控节点数据；

4、步骤s2：通过监控节点数据对电子围栏单元进行模块节点部署，并进行模块自组网处理，生成自组网围栏网络数据；

5、步骤s3：通过自组网围栏网络数据对预设的移动app进行无线通信连接，得到无线通信连接数据；根据无线通信连接数据进行鉴权加密处理，生成加密通信策略；

6、步骤s4：对原始围栏进行设备定位处理，得到围栏地理定位数据；移动app对自组网围栏网络数据进行模块节点列表可视化，生成模块节点列表数据；根据模块节点列表数据进行拉力阈值测试，并进行模块节点管理操作，得到用户操作指令数据；基于围栏地理定位数据通过加密通信策略将用户操作指令数据进行自适应节点数据更新，生成自适应节点更新数据；

7、步骤s5：通过自适应节点更新数据利用张力传感器对拉力索进行持续拉力值检测，生成持续拉力检测数据；根据持续拉力检测数据进行低功耗监控处理，得到低功耗监控策略；根据持续拉力检测数据进行动态零位值处理，生成拉力零位值数据；基于低功耗监控策略利用模数转换芯片进行拉力值采样处理，生成adc拉力采样数据；根据adc拉力采样数据以及拉力零位值数据拉力预警处理，生成围栏监控告警数据。

8、本发明对原始围栏进行边缘检测处理，能够有效地识别出围栏的边界。根据围栏潜在边界数据进行拓扑结构分析，可以建立起围栏之间的拓扑关系，明确各个围栏之间的连接方式与相对位置。根据围栏拓扑结构数据进行风险节点标记处理，能够识别出在拓扑结构中具有特殊位置或重要连接关系的节点，标记这些节点作为监控节点，从而形成一个有效的监控网络，有助于提高围栏安全性与管理效率。通过监控节点数据对电子围栏单元进行模块节点部署，将监控节点的位置信息应用到电子围栏单元中，确保在关键位置上部署了监控设备，从而实现对围栏系统的全面监控和覆盖。通过自组网处理可以使得各个电子围栏单元之间建立起稳定的通信连接，实现数据的传输和共享。这样的自组网机制能够增强整个围栏系统的稳定性和鲁棒性，确保即使在部分节点出现故障或失效的情况下，系统仍能正常运行。通过自组网围栏网络数据对预设的移动app进行无线通信连接，确立了围栏系统与移动应用程序之间的通信桥梁，使得移动设备能够与围栏网络进行有效的无线通信。通过此连接，移动app可以获取围栏系统的实时数据和状态信息，实现对围栏系统的监控和控制。通过对通信连接进行鉴权和加密处理，确保了通信数据的安全性和保密性，可以有效地防止未经授权的访问和数据泄露，保护围栏系统和用户数据的安全。通过设备定位技术，准确地确定围栏的地理位置信息，使得围栏系统能够对其所在位置进行精准的管理和控制。通过可视化模块节点列表，用户可以清晰地了解到围栏网络中各个模块节点的位置和状态信息，为用户的操作和决策提供了直观的参考依据。通过拉力阈值测试和模块节点管理操作，可以对围栏系统的节点进行有效的监测和管理，及时发现和处理异常情况，保障围栏系统的稳定运行。得到的用户操作指令数据则为用户提供了对围栏系统进行灵活管理和控制的手段。通过加密通信策略，确保了用户操作指令数据在传输过程中的安全性和保密性，根据围栏地理定位数据，实现了对围栏系统节点数据的自适应更新，有效地保障了围栏系统的稳定性和安全性。通过张力传感器获取的持续拉力检测数据，可以及时反映围栏系统的工作状态和围栏受力情况。通过低功耗监控策略，能够有效降低围栏系统的能耗，延长设备的使用寿命，同时保证对围栏系统的持续监控。通过动态零位值处理，能够及时校准拉力传感器的零位漂移，保证拉力检测数据的准确性和可靠性，提高了围栏监控系统的精度和稳定性。通过adc拉力采样数据，可以将模拟的拉力信号转换为数字信号，在低功耗的情况下完成了对拉力值的采样处理。通过拉力预警处理，能够及时识别围栏系统中存在的拉力异常情况，并生成相应的告警数据，提醒相关人员及时采取措施，保障围栏系统的安全运行。因此，本发明的一种智能自适应电子围栏控制方法通过模块化设计，能够适应各种复杂环境，实现快速安装和灵活配置。集成的自适应传感技术和无线通信网络提高了系统的响应能力和数据传输的安全性，降低了部署和维护的难度，同时提高了系统的整体性能和用户体验。此外，优化的电源管理策略使得系统在无外部扰动时自动进入低功耗休眠模式，显著延长了电池寿命，适合无供电条件、长期无人值守的安防场景。

9、优选地，步骤s1包括以下步骤：

10、步骤s11：对原始围栏进行图像拍摄处理，得到原始围栏图片数据；

11、步骤s12：根据原始围栏图片数据进行边缘检测处理，生成围栏潜在边界数据；

12、步骤s13：对围栏潜在边界数据进行闭合轮廓提取，生成实际围栏轮廓数据；根据实际围栏轮廓数据进行拓扑结构分析，得到围栏拓扑结构数据；

13、步骤s14：通过实际围栏轮廓数据对围栏拓扑结构数据进行拓扑节点特征提取，生成围栏节点特征数据；

14、步骤s15：通过预设的安全风险指标数据对围栏节点特征数据进行节点风险评估，得到节点风险评估数据；

15、步骤s16：根据节点风险评估数据进行最低风险节点筛选，分别得到最低风险节点以及高风险节点；将最低风险节点标记为监控主节点，将高风险节点标记为监控子节点，从而得到监控节点数据。

16、本发明通过图像拍摄处理，获取了原始围栏的图片数据，能够以数字形式记录围栏的初始状态。利用边缘检测处理，能够准确地识别围栏的潜在边界，从而在图像中清晰地勾勒出围栏的轮廓。通过闭合轮廓提取，得到了实际围栏的轮廓数据，进一步通过拓扑结构分析，可以了解围栏之间的连接关系和布局。对围栏的拓扑结构数据进行节点特征提取，有助于识别围栏中的关键节点，这些节点在风险评估中发挥关键作用，提高了风险评估的准确性和有效性。通过预设的安全风险指标数据对围栏节点特征数据进行节点风险评估，能够及时发现潜在的安全隐患。通过最低风险节点筛选，能够确定出最为安全稳定的监控主节点，以及存在风险的监控子节点，这有助于优化监控资源的分配，提高围栏安全管理的效率和效果。

17、优选地，步骤s2包括以下步骤：

18、步骤s21：基于监控主节点利用紧固配件将电子围栏单元部署于原始围栏，将该电子围栏单元的围栏控制盒标记为主监控模块；

19、步骤s22：利用预设的无线自组网协议对主监控模块进行网络初始化处理，生成网络初始化数据；

20、步骤s23：通过网络初始化数据对监控子节点进行网络节点位置校准，生成校准监控子节点数据；

21、步骤s24：通过校准监控子节点数据对原始围栏进行电子围栏单元部署，将该电子围栏单元的围栏控制盒标记为子监控模块；

22、步骤s25：根据主监控模块以及子监控模块进行模块自组网处理，生成自组网围栏网络数据。

23、本发明通过基于监控主节点利用紧固配件将电子围栏单元部署于原始围栏，实现了电子围栏单元与原始围栏的结合，并确立了主监控模块的位置。利用预设的无线自组网协议对主监控模块进行网络初始化处理，建立了电子围栏监控系统的网络基础，确保了主监控模块能够准确地识别周围的监控子节点。通过网络初始化数据对监控子节点进行网络节点位置校准，确保监控子节点在围栏区域内的准确位置，从而保证整个监控系统的覆盖范围和效果。将电子围栏单元部署扩展到整个围栏区域，并确立了子监控模块的位置。根据主监控模块以及子监控模块进行模块自组网处理，使得整个围栏监控系统能够自动建立起网络连接，实现了各个监控模块之间的数据交换和协作，提高了监控系统的稳定性和可靠性。

24、优选地，步骤s25包括以下步骤：

25、步骤s251：基于主监控模块利用伪随机数生成器进行随机密钥种子生成，得到随机密钥种子数据；

26、步骤s252：通过预设的密钥生成算法对随机密钥种子数据进行密钥生成处理，分别得到网络密钥数据以及应用密钥数据；

27、步骤s253：通过主监控模块对子监控模块进行入网请求广播处理，生成广播入网请求数据；

28、步骤s254：基于网络密钥数据通过主监控模块对子监控模块进行公钥交换处理，从而得到网络共享密钥数据；

29、步骤s255：通过广播入网请求数据以及网络共享密钥数据进行节点间网络连接，得到模块网络连接数据；

30、步骤s256：基于模块网络连接数据通过应用密钥数据对子监控模块进行应用密钥设置，得到子节点应用密钥数据；

31、步骤s257：根据子节点应用密钥数据进行心跳参数设定，并进行节点配置更新处理，得到自组网围栏网络数据。

32、本发明通过基于主监控模块利用伪随机数生成器进行随机密钥种子生成，确保了密钥的随机性和安全性。通过预设的密钥生成算法对随机密钥种子数据进行密钥生成处理，确保了密钥的正确性和唯一性。通过主监控模块对子监控模块进行入网请求广播处理，建立模块之间通信连接的关键，确保了各个子监控模块能够正确地加入监控系统网络。基于网络密钥数据通过主监控模块对子监控模块进行公钥交换处理，确保了网络通信的安全性和保密性，防止了未经授权的访问和数据泄露。通过广播入网请求数据以及网络共享密钥数据进行节点间网络连接，确保了各个子监控模块能够正确地加入到网络中，并建立了相互之间的通信连接。基于模块网络连接数据通过应用密钥数据对子监控模块进行应用密钥设置，确保了数据传输的安全性和完整性，防止了数据被篡改或窃取。根据子节点应用密钥数据进行心跳参数设定，确保了监控系统的稳定性和可靠性。

33、优选地，步骤s3包括以下步骤：

34、步骤s31：对自组网围栏网络数据进行移动端设备搜索，并进行主监控设备标识信息采集，得到围栏主监控标识数据；

35、步骤s32：基于围栏主监控标识数据对预设的移动app以及主监控模块进行无线通信连接，得到无线通信连接数据；

36、步骤s33：获取用户uid数据；利用预设的移动app生成平台密钥数据；通过预设的密钥关联规则对平台密钥数据以及用户uid数据进行密钥关联处理，生成密钥关联数据；

37、步骤s34：基于无线通信连接数据将密钥关联数据传输至主监控模块进行密钥鉴权验证，生成密钥鉴权验证数据；

38、步骤s35：当密钥鉴权验证数据为验证通过时，主监控模块生成实时时间戳以及实时随机数，将实时时间戳、实时随机数、用户uid数据以及平台密钥数据进行鉴权码处理，得到鉴权码数据；当密钥鉴权验证数据为验证不通过时，将密钥关联数据标记为非法验证信息，主监控模块将预设的移动app断开通信连接；

39、步骤s36：根据鉴权码数据进行加密通信策略处理，生成加密通信策略。

40、本发明通过对自组网围栏网络数据进行移动端设备搜索，能够准确地定位主监控设备，并采集到其标识信息，这有助于确定监控系统的核心节点，确保监控系统的主要控制点被正确识别。基于围栏主监控标识数据，能够在预设的移动app和主监控模块之间建立无线通信连接，确保了移动端设备与主监控模块之间的通信畅通。在获取用户uid数据的同时，生成平台密钥数据，并将其与用户uid数据进行密钥关联处理，确保了用户身份与密钥的正确匹配。通过将密钥关联数据传输至主监控模块进行密钥鉴权验证，能够确保用户身份和密钥的合法性，有效地防止了未授权用户的接入，确保了通信的安全性和稳定性。根据鉴权码数据进行加密通信策略处理，提高了通信系统的抗攻击能力和稳定性。

41、优选地，步骤s4包括以下步骤：

42、步骤s41：用户对预设的移动app进行位置信息授权处理，生成位置信息授权数据；

43、步骤s42：通过位置信息授权数据对原始围栏进行设备定位处理，得到围栏地理定位数据；

44、步骤s43：移动app对自组网围栏网络数据进行模块节点列表可视化，生成模块节点列表数据；

45、步骤s44：根据模块节点列表数据进行模块节点角色划分，得到模块节点角色划分数据；

46、步骤s45：对模块节点角色划分数据进行拉力阈值测试，分别生成拉力预警阈值数据以及拉力过载阈值数据；

47、步骤s46：用户根据拉力预警阈值数据以及拉力过载阈值数据对模块节点列表数据进行模块节点拉力阈值调整，并进行模块节点管理操作，得到用户操作指令数据；

48、步骤s47：基于围栏地理定位数据通过加密通信策略将用户操作指令数据传输至自组网围栏网络数据进行自适应节点数据更新，生成自适应节点更新数据。

49、本发明用户对预设的移动app进行位置信息授权处理，允许用户控制移动设备的位置信息的共享权限，确保了用户的隐私权和安全性。通过位置信息授权数据对原始围栏进行设备定位处理，将用户授权的位置信息与围栏地理位置进行匹配，确保了围栏监控系统能够准确地定位设备。移动app对自组网围栏网络数据进行模块节点列表可视化，将围栏网络中的节点信息以可视化的方式呈现给用户，帮助用户直观地了解围栏网络的结构和各个节点的状态。根据模块节点列表数据进行模块节点角色划分，将围栏网络中的节点按照其功能和特性进行划分，明确了各个节点的角色和职责。对围栏节点的稳定性和可靠性进行测试，确定了节点的工作极限和预警值。用户根据节点的工作情况和环境特性进行调整和管理，保证了节点的稳定运行和最优性能。

50、优选地，步骤s45包括以下步骤：

51、步骤s451：基于模块节点角色划分数据通过预设的节点拉力测试样本数据对拉力索进行逐模块节点拉力测试，并利用张力传感器进行拉力数字信号收集，得到拉力数字信号数据；

52、步骤s452：利用残差平方计算公式对拉力数字信号数据进行多轮迭代优化，分别得到最优张力传感器灵敏度系数以及最优偏置系数，其中，残差平方计算公式如下所示：

53、；

54、式中，表示为最小残差平方和数据，表示为最优张力传感器灵敏度系数，表示为最优偏置系数，表示为测试样本序号数据，表示为测试样本数量，表示为测试样本实际施加的压力值，表示为初始张力传感器灵敏度系数，表示为拉力数字信号数据，表示为初始偏置系数；

55、步骤s453：基于最优张力传感器灵敏度系数以及最优偏置系数利用实际拉力计算公式对拉力数字信号数据进行实际测试拉力计算，生成实际测试拉力数据，其中，实际拉力计算公式如下所示：

56、；

57、式中，表示为实际测试拉力数据，表示为最优张力传感器灵敏度系数，表示为最优偏置系数，表示为传感器的稳态内码值，表示为张力传感器零点；

58、步骤s454：根据实际测试拉力数据进行拉力值统计分析，分别得到拉力变化趋势数据以及峰值拉力值数据；

59、步骤s455：根据拉力变化趋势数据进行预警阈值处理，生成拉力预警阈值数据；

60、步骤s456：根据峰值拉力值数据进行拉力极值设置，生成拉力过载阈值数据。

61、本发明对每个模块节点的拉力进行准确的测试，确保了系统中每个部件的工作状态和性能。过数学方法对数据进行优化处理，确保了传感器的准确度和稳定性，提高了拉力测试的精确性和可靠性。将数字信号转换为实际的物理拉力值，对拉力数据进行全面的统计和分析，以了解系统中拉力的变化趋势和峰值情况。根据拉力变化趋势数据进行预警阈值处理，确定了系统中拉力的预警阈值，帮助系统及时发现并处理出现的拉力异常情况，保证系统的稳定运行和安全性。根据峰值拉力值数据进行拉力极值设置，确定了系统中拉力的极限阈值，确保了系统在极端情况下的稳定性和安全性，为系统的安全保护提供了有效措施。

62、优选地，步骤s5包括以下步骤：

63、步骤s51：通过自适应节点更新数据对张力传感器进行持续拉力值检测，生成持续拉力检测数据；

64、步骤s52：当持续拉力检测数据为恒定时，根据持续拉力检测数据进行稳态数据记录，分别得到稳态内码数据以及内码截距数据，同时将电子围栏单元标记为拉力稳态模式，并对电子围栏单元进行低功耗监控处理，得到低功耗监控策略；

65、步骤s53：当持续拉力检测数据不恒定时，或者根据低功耗监控策略进行唤醒时，利用模数转换芯片进行拉力值采样处理，生成adc拉力采样数据；

66、步骤s54：通过稳态内码数据以及内码截距数据进行零位值计算，生成拉力零位值数据；

67、步骤s55：通过拉力零位值数据对adc拉力采样数据进行拉力预警阈值检测以及拉力过载检测，生成拉力预警数据；

68、步骤s56：移动app根据拉力预警数据进行颜色反馈，当节点拉力超过或低于阈值或拉力索断开，节点切换背景色为红色、正常状态背景色为绿色；根据拉力预警数据进行告警信息处理，并推送给用户，生成围栏监控告警数据。

69、本发明通过自适应节点更新数据对张力传感器进行持续拉力值检测，允许系统不断监测张力传感器的输出值，确保能够及时获取拉力的变化情况。系统在拉力稳定时进行记录和标记，并进入低功耗模式，以节省能源并延长设备寿命。利用模数转换芯片对拉力值进行采样处理，确保了系统能够在需要时对拉力进行及时的采样和监测，以应对拉力变化或异常情况。通过稳态内码数据和内码截距数据进行零位值计算，准确地计算出拉力传感器的零位值。系统根据预设的阈值对拉力进行实时监测和预警，及时发现拉力异常情况，确保系统的安全性和稳定性。用户直观地了解到围栏节点的状态，并及时采取相应的措施以保证系统的正常运行和安全性。

70、优选地，步骤s52包括以下步骤：

71、步骤s521：通过拉力稳态模式对电子围栏单元进行外设休眠处理，并通过低速时钟进行时间校准处理，生成低功耗休眠数据；

72、步骤s522：根据低功耗休眠数据进行wwdg初始化处理，生成wwdg初始化数据；根据低功耗休眠数据进行gpio初始化处理，生成gpio初始化数据；

73、步骤s523：根据wwdg初始化数据进行看门狗中断监控，当看门狗中断定时器溢出中断产生时，对看门狗计数器进行计数清除处理，并通过唤醒模数转换芯片进行实时拉力采样，生成实时拉力采样数据；根据实时拉力采样数据进行拉力预警阈值判断，当实时拉力采样数据低于或等于拉力预警阈值时，继续执行低功耗休眠策略；

74、步骤s524：根据gpio初始化数据进行外部事件中断监控，当无外部事件中断产生，继续执行低功耗休眠策略；

75、步骤s525：当实时拉力采样数据高于拉力预警阈值时，或者外部响应事件进行中断时，对电子围栏单元进行唤醒决策处理，从而得到低功耗监控策略。

76、本发明通过拉力稳态模式对电子围栏单元进行外设休眠处理，并通过低速时钟进行时间校准处理，有效地降低了电子围栏单元的功耗，延长了设备的电池寿命，并通过时间校准确保了设备在休眠状态下的时间准确性，为系统提供了节能的同时保证了时钟的准确性。根据wwdg初始化数据进行看门狗中断监控，并通过唤醒模数转换芯片进行实时拉力采样，实现了看门狗的监控功能，并在唤醒时进行实时拉力采样。根据gpio初始化数据进行外部事件中断监控，监控外部事件的中断情况，确保系统在没有外部事件触发时继续保持低功耗状态，节省能源。根据实时拉力采样数据或外部事件的中断情况决定是否唤醒电子围栏单元，以响应出现的拉力异常情况或外部事件，保证系统的稳定性和安全性。

77、本发明还提供一种智能自适应电子围栏系统，执行如上所述的智能自适应电子围栏控制方法，该智能自适应电子围栏系统包括：

78、边缘风险监控模块，用于对原始围栏进行边缘检测处理，生成围栏潜在边界数据；根据围栏潜在边界数据进行拓扑结构分析，得到围栏拓扑结构数据；根据围栏拓扑结构数据进行风险节点标记处理，生成监控节点数据；

79、自组网部署模块，用于通过监控节点数据对电子围栏单元进行模块节点部署，并进行模块自组网处理，生成自组网围栏网络数据；

80、鉴权通信加密模块，用于通过自组网围栏网络数据对预设的移动app进行无线通信连接，得到无线通信连接数据；根据无线通信连接数据进行鉴权加密处理，生成加密通信策略；

81、操作指令响应模块，用于对原始围栏进行设备定位处理，得到围栏地理定位数据；移动app对自组网围栏网络数据进行模块节点列表可视化，生成模块节点列表数据；根据模块节点列表数据进行拉力阈值测试，并进行模块节点管理操作，得到用户操作指令数据；基于围栏地理定位数据通过加密通信策略将用户操作指令数据进行自适应节点数据更新，生成自适应节点更新数据；

82、智能监控告警模块，用于通过自适应节点更新数据利用张力传感器对拉力索进行持续拉力值检测，生成持续拉力检测数据；根据持续拉力检测数据进行低功耗监控处理，得到低功耗监控策略；根据持续拉力检测数据进行动态零位值处理，生成拉力零位值数据；基于低功耗监控策略利用模数转换芯片进行拉力值采样处理，生成adc拉力采样数据；根据adc拉力采样数据以及拉力零位值数据拉力预警处理，生成围栏监控告警数据。