基于傳感器原理的人體移動監測/檢測技術現狀

李俊生，陸躍年，李 俊

中國電子科技集團38所四創公司，安徽合肥 230031

許多場合需要對人體移動、靠近做出監測報警。利用傳感器來獲知人體移動變化的信息，進行智能判斷分析，可實現人體移動檢測報警功能。目前基于傳感器原理實現人體移動信息獲取的方法主要包括：熱能檢測、腳步移動檢測、位置變化檢測等。熱能檢測可以選用紅外人體傳感器；腳步移動可以選用振動傳感器；位置變化檢測可以選用超聲傳感器。對于傳感器的選擇可根據應用環境、成本預算、檢測精度等來選擇，本文就從幾種傳感器的原理，技術難點，研究現狀，技術展望進行分析。

1 紅外人體傳感技術

測量原理：

基于人體紅外傳感的報警系統，利用熱釋電傳感器作為探測單元，采取人體特征波長10um附近的紅外線，并利用特殊光學鏡片，判斷出由于人體移動，造成的紅外線能量的變化，這種能量變化的起因是由于人體紅外能量在一定時間之內發生了改變，而是它改變的方法是通過光學鏡片劃分不同的感應區，當人從一個感應區走到另一個感應區時，紅外線會傳輸到不同的傳感器單元。

如圖1所示，探測器包含5個感應區，當人進入一個感應區，或者離開一個感應區，或者從一個感應區進入另一個感應區都將被檢測。圖1的感應區用數字1，2，3，4，5標出，當人從非感應區進入1，或者從感應區5離開至非感應區，都將被檢測；而當人從1進入2，從2進入3，從3進入4，從4進入5，也將被檢測；在此過程中，檢測距離延探測器中心點為最遠，即2進3，3進4最遠橫向距離可達30米，1進2，4進5橫向距離不足30米。

圖1 人延圓周方向做橫向移動

技術難點：

1）人體的紅外線因個體差異多少，使得信號采集時有很大不一樣，即，不同的人，雖然釋放紅外線波長相同，但能量強度差別較大，給檢測帶來困難；

2）無法實現遠距離縱向檢測，這是因為，紅外方法基于光學鏡片透射，當鏡片劃分不同區域，人體輻射紅外線在不同區域出現，可以被檢測，因此主要是檢測橫向移動，即以探測器為中心的圓周運動時，此方法最為靈敏。而縱向移動檢測距離只能通過擴大鏡片面積來實現，然而，探測器尺寸不能隨意變大，因此，擴大鏡面用來實現縱向移動遠距離檢測是受限制的。

研究現狀：

目前紅外人體檢測主要應用于室內，因為此種方法干擾因素較多，室外難以很好應用。而檢測距離主要在10m以內，以5m～8m為主流。我所研制的遠距離紅外測量系統，橫向距離可以實現30m，縱向距離可以實現10m左右（溫度低于22℃），每個探測器可以有強探測點一個，次強探測點4個。另外可以實現40m距離的橫向移動檢測，但此種探測器只有一個探測點，并無其它探測點。

技術展望：

經過前期初步的設計和理論分析，以目前的條件（主要是元器件的限制），通過后續的實驗，預計再經過一年的研發，紅外人體傳感方法可以實現：1）單個探測器五個探測點，強探測點檢測距離達到40m，縱向檢測實現20m～25m的距離；2）單個探測器七個探測點，強探測點橫向檢測距離20m，縱向檢測實現10m～15m的距離。

振動檢測方法：

振動檢測是利用振動傳感器來實現人、車輛等由于移動產生的振動聲波。此種傳感器從原理來看又分為：電渦流式，電容式，電感式，電阻式，壓電式幾種。

檢測原理：

傳感器會接收各種原因所產生的振動信息，并轉變為模擬電信號，此信號再經適當的信號處理進行分析，轉換為可以報警控制的電信號，當引起的振動信號超過一定強度，進行報警。

技術難點：

人體移動腳步屬于微弱信號，采集這樣的信號需要很高靈敏度的振動傳感器，而目前市場所售的傳感器無法滿足這種靈敏度的需求，能夠應用在人腳步振動檢測的探測器屬于高端軍事用途，這種傳感器檢測距離遠，但需要埋在地下，利用線纜連接，面積達到了幾十個平方米，且探測器不易購買，成本高，不適合民用。

研究現狀：

通常民用振動傳感器檢測距離3m～5m，使用時須大力產生振動傳感器才有響應，對輕微振動無響應，例如，把傳感器貼在墻體，當有人用重物用力敲擊墻體時才能探測到信號。

展望：

利用振動傳感作為手段進行人體靠近報警研究，較難實現10～15的距離檢測，主要是成本太高，難以實現，如果把軍事用振動傳感器技術開放，成本將會大大降低，測量距離也將可以實現50m～100m。

2 超聲檢測方法

檢測原理：

超聲波主要用于距離的測量，定期發送超聲波，遭遇障礙物時發生反射，發射波經由接收器接收并轉化為電信號，這樣測距技術只要測出發送和接收的時間差，然后按照下式計算，即可求出距離。

其中S為測量的距離，C是聲波傳播的速度，Dt是來回所需時間。

超聲測人體移動主要是通過聲波發射之后，被人所反射得到的距離，當人體移動時，檢測出的距離會變化，并以此作為依據，判斷為有人移動。

技術難點：

人體移動超聲測量是基于超聲測距原理，而超聲波對人體檢測最大的困難在于人穿著的衣服對超聲波有吸收作用，因此無法實現遠距離準確人體超聲測距，測距不能完成，后續的判斷也就無從談起。另外，超聲測距，如果實現20m的測量，需要探測器兩個，一個反射一個接收，探測器直徑要20cm左右，體積較大，功率較大，且不能準確測量人體。

研究現狀：

目前研究主要是用于測量距離，這主要是因為人體（衣服）對超聲波有強烈的吸收，致使不能通過超聲的定位，來判斷人體的存在。

展望：

超聲用于人體檢測將不會成為主流。

結論：

通過對紅外熱傳感器、振動傳感器、超聲傳感器的分析比較，可以得出紅外熱傳感器最適合應用在人體接近報警系統，技術成熟，成本較低，但由于本身原理的限制，使它對直線靠近的人體不夠靈敏，這將是下一步重點解決的問題。

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