Sistema y método para la vigilancia perimetral de infraestructuras.

Sistema y método para la vigilancia perimetral de infraestructuras.

Método y sistema constituido por una pasarela inteligente (1) y uno o más tipos de avanzados sensores inalámbricos como sensores de presencia inalámbricos enterrados (5), sistemas radar de onda continua FMCW (6) y vehículos autónomos no tripulados (7) que se constituye en un sistema de vigilancia perimetral que se gestione de forma autónoma o mediante la intervención del usuario (11) a través de diferentes dispositivos móviles (10).

Para comunicarse con los diferentes avanzados sensores inalámbricos la pasarela inteligente dispone de diferentes módulos de comunicación (2) tales como WIFI, ZWAVE, 3G, UHF. Por otro lado, para la comunicación con el usuario y con internet y/o redes privadas de datos la pasarela también contiene un módulo de comunicación (3).

La gestión del sistema de vigilancia perimetral se lleva a cabo en la unidad procesadora presente en la plataforma (4). Es esta unidad la que recopila la información de los diferentes avanzados sensores inalámbricos y la información procedente de internet y/o redes privadas de datos. En función de los datos recopilados, la plataforma actúa sobre los actuadores presentes en los sensores de presencia inalámbricos enterrados, sobre los parámetros de control del radar de FMCW y/o sobre los vehículos autónomos no tripulados.

Sistema y método para la vigilancia perimetral de infraestructuras

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un método y un sistema compuesto por diversos sensores avanzados para gestionar remotamente la protección de un área de manera inteligente.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Hasta hace poco los sistemas de protección de infraestructuras y edificios se basaban en el uso de cámaras de video, sensores de presencia (PIR) , y sensores de apertura de puertas y

ventanas. La tecnología ha evolucionado y hay sistemas comerciales de radio capaces de cubrir hasta 200 metros, pero también han aparecido radares de banda ultra ancha que pueden formar redes de sensores que además de alertar de presencia como un volumétrico estándar, son capaces de medir ritmos cardiacos o respiraciones, incluso a través de paredes, tal y como describe EP 1979762 A2, “Ultra-wideband radar sensors and networks”.

La emisión de señales de detección vía radio es frecuentemente utilizada en grandes áreas y perímetros como bases militares, aeropuertos, grandes industrias, o recintos y complejas edificaciones de geometrías irregulares en campo abierto debido a las complejas necesidades de protección. Existen también soluciones de barreras de microondas monoestáticas o biestáticas con alcances de hasta 450 metros y capacidad de operación independientemente de las condiciones meteorológicas. Estas soluciones analizan conductas y filtran falsas alarmas. Su principal desventaja es el tiempo de instalación así como la imposibilidad de ser ocultadas.

También se comercializan sensores completamente invisibles compuestos por dos cables térmicos que enterrados en el terreno o empotrados en un muro, permiten cubrir de manera completamente invisible distancias de hasta 150 metros de largo y tres metros de ancho. Otro tipo de sistema invisible más interesante es el que forman las redes de sensores no atendidos tal y como describe EP 2458407 A1, “Unattended ground sensor and network”.

Este sistema es sencillo, fácilmente desplegable y tiene un bajo coste. El sistema se compone de una red de sensores y una estación base que procesa las señales y permite al usuario comunicarse remotamente.

La aparición de tecnologías de bajo coste permiten construir aparatos asequibles para un gran número de entornos y aplicaciones. Un ejemplo son los aviones no tripulados y cuadricópteros. Otro ejemplo es la patente WO 2012094430 A2, “Tethered airborne surveillance system”, que describe a un robot aéreo de vigilancia.

Otro ejemplo es la reciente comercialización de la tecnología de Circuitos Integrados Monolíticos de Microondas (MMICs) y Circuitos Integrados de Radio Frecuencia (RFIC) , y el paso a producción masiva de estos dispositivos. Los requisitos de tamaño reducido, alta resolución y rangos cortos para un sistema de radar han hecho que los radares a frecuencias sub-milimétricas sean ideales para sistemas anticolisión de automóviles y operaciones de control de crucero tal y como describe la invención US 2004/012517, o de detección de pequeños objetos en pistas de aterrizaje como propone US 8362946 B2 “Millimeter wave surface imaging radar system”.

Hay invenciones que describen cómo estos radares pueden formar redes EP 1875266 A1, “Low-cost, high-performance radar networks”, de manera que la capacidad de detección se incrementa en la medida que aumenta el número de nodos de la red.

La tendencia es que los sistemas inalámbricos sustituyan a los sistemas cableados, posicionándose los sistemas de radio frecuencia como la tecnología más robusta para acaparar todo el mercado de la seguridad, tanto en transmisión como en detección,

pudiendo llegar a integrar todos los sistemas que componen la acción de la protección de una infraestructura. Además, las nuevas plataformas de desarrollo van a permitir próximamente la implementación de algoritmos genéticos, redes neuronales e inteligencia artificial, junto con la incorporación de radares de onda continua en bandas submilimétricas así como el uso de robots de vigilancia terrestre y aérea.

El reto es incorporar los nuevos sistemas de detección (sensores enterrados, cuadricópteros, radares) y lograr que se comuniquen con una pasarela común que gestione la protección de una infraestructura de manera inteligente.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la presente invención es el de integrar diferentes sensores utilizados en otras aplicaciones entre sí y gestionados por una pasarela inteligente. De esta forma estos 5 sensores formarán parte de un entorno digital. Para ello se van a desarrollar una serie de algoritmos que controlen, procesen la información y gestionen la generación de alertas. La integración de estos sensores mejorará diferentes aspectos cotidianos como la seguridad tanto en el hogar del usuario, como en entornos industriales y entornos móviles. La principal novedad reside en la conectividad de dichos sensores con la pasarela de usuario que aporta unas funcionalidades que los propios sensores trabajando de forma autónoma no poseen.

La pasarela consiste en un dispositivo físico dotado de una serie de componentes hardware y software que dotan de una novedosa conectividad e inteligencia grupal y/o social, capaz de recopilar información a través de:

1. Una variedad de sensores

2. Algoritmos de aprendizaje instalados en la pasarela

3. Información disponible en Internet, los calendarios electrónicos, información disponible en redes privadas (intranet) .

La pasarela dispone de diferentes interfaces de comunicación vía radio, 3G, 4G, Ethernet, que permiten su comunicación un una gran variedad de dispositivos (sensores, actuadores, …) , redes de comunicaciones privadas e internet.

Además de los sensores/actuadores habituales en sistemas de protección (detectores de presencia, cámaras de video, sirenas, …) la invención incluye novedosos sensores, en concreto:

1. Sensores de presencia inalámbrico y enterrado. Se trata de dispositivos hardware/software inalámbricos, equipados con sensores como geófono y magnetómetro, y sensor acústico, entre otros, responsables de la detección de objetos. Estos sensores se comunican entre sí (con otros sensores del mismo tipo) y con la pasarela a través de una interfaz radio (WIFI, ZWAVE, ZIGBEE, UHF, etc.) para enviar las posibles detecciones. También a través de la interfaz radio es capaz de recibir información procedente de la pasarela.

2. Radares FMCW. Se trata de un radar de onda continua como los descritos en US 2004/012517 o US 8362946 B2 que se comunica mediante una interfaz radio (WIFI, ZWAVE, ZIGBEE, UHF, …) para enviar las detecciones. También a través de la interfaz radio es capaz de recibir información procedente de la pasarela.

3. Vehículo autónomo no tripulado (terrestre, aéreo, acuático) . Se trata de un dispositivo hardware/software que integra una cámara de video y un módulo GPS. Este sistema se comunica con la pasarela a través de una interfaz radio (WIFI, ZWAVE, ZIGBEE, UHF, …) para enviar la información de video. También a través de la interfaz radio es capaz de recibir

información procedente de la pasarela.

Con la integración de los anteriores sensores en la pasarela conforma un sistema de vigilancia perimetral completo que funciona básicamente a tres niveles:

1. En primer lugar, la pasarela recibe las amenazas procedentes de los sensores de presencia enterrados y del radar FMCW.

2. La pasarela procesa la información y envía al vehículo autónomo no tripulado al lugar

de la amenaza. 20

3. La pasarela recibe el video procedente del vehículo autónomo y avisa al usuario del hecho.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 muestra la arquitectura del sistema completo. El sistema se compone de la pasarela de usuario (1) ubicada en la instalación de usuario (9) y que contiene los módulos de radiofrecuencia (2) para comunicarse con los dispositivos, el módulo para conexión a internet (3) para comunicarse con los servicios locales de información de internet (8) y con el

usuario (11) a través de los terminales de usuario (10) , los algoritmos de búsqueda, procesado y envío de la información (4) . El sistema se compone de los sensores de presencia inalámbricos y enterrados (5) , del radar de onda continua FMCW (6) y del vehículo autónomo no tripulado (7) .

La figura 2 muestra la arquitectura hardware/software de los sensores de presencia enterrados y el procedimiento de comunicación con otros sensores y con la plataforma. El sensor de...

1. Un sistema de vigilancia perimetral de una instalación de un usuario (9) , donde el sistema está caracterizado porque comprende al menos un sensor de presencia (5, 12, 13) , una pasarela de usuario (1) , al menos un radar (6, 22) , al menos un vehículo autónomo no tripulado (7, 31) y al menos un terminal del usuario (10) y porque:

Dicha pasarela de usuario (1) comprende: -Un módulo de radiofrecuencia (2) configurado para comunicar dicha pasarela de usuario

(1) con el al menos un sensor de presencia (5, 12, 13) , el al menos un radar (6, 22) y el al menos un vehículo autónomo no tripulado (7, 31) ; -Un modulo de comunicación (3) , configurado para comunicar dicha pasarela de usuario (1) con el al menos terminal del usuario (10) y para comunicar dicha pasarela de usuario con servicios de información de internet (8) ;

-Un procesador (4) configurado para procesar y almacenar información de alarmas de detección procedentes del al menos un sensor (5, 12, 13) o del al menos un radar (6, 22) , para modificar unos primeros parámetros de detección del al menos un sensor (5, 12, 13) , para modificar unos segundos parámetros de detección del al menos un radar (6, 22) y unos parámetros del control de movimiento del al menos un vehículo autónomo no tripulado (7,

31) y para estimar la posición de un objeto detectado;

Dicho al menos un sensor de presencia (5, 12, 13) comprende: -Al menos un transductor (14a-14z) configurados para medir magnitudes físicas asociadas al movimiento y presencia de objetos;

-Un microcontrolador (16) configurado para generar una alarma de detección a partir de información recibida del al menos un transductor (14a-14z) y del valor de los primeros parámetros de detección; -Un módulo de radiofrecuencia (18) , configurado para comunicar de manera inalámbrica dicho al menos un sensor de presencia (5, 12, 13) con la pasarela de usuario (1) y con otros sensores de presencia del sistema;

Dicho al menos un vehículo autónomo no tripulado (7, 31) comprende: -Al menos un módulo de radiofrecuencia (36) configurado para comunicar dicho vehículo (7, 31) con la pasarela de usuario (1) ;

- Un microcontrolador (33) configurado para controlar el movimiento del vehículo (5, 12, 13) en función al menos de información recibida de la pasarela de usuario y del valor de unos parámetros de control del movimiento; -Una cámara de vídeo (34) ;

- Un módulo GPS (35) ;

Dicho al menos un radar (6, 22) comprende: -Un primer módulo de radiofrecuencia (25) que comprende de una etapa transmisora configurada para generar y transmitir una señal y una etapa receptora configurada para recibir una señal; -Un procesador (27) configurado para generar una alarma de detección de objetos a partir de la señal recibida y del valor de los segundos parámetros de detección; -Al menos un segundo módulo de radiofrecuencia (28) configurado para comunicar dicho radar (6, 22) con la pasarela de usuario (1) .

2. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la comunicación de radiofrecuencia entre la pasarela (1) con el al menos un sensor (5, 12, 13) , con el al menos un radar (6, 22) o con el vehículo (7, 31) se realiza mediante el uso de al menos una de las siguientes tecnologías: WIFI, ZWAVE, ZIGBEE o UHF,

3. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el al menos un sensor (5, 12, 13) comprende uno o más actuadores (21a-21z) y donde el procesador de la pasarela (1) está configurado para habilitar o deshabilitar dichos actuadores.

4. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el acceso a internet lo realiza la pasarela (1) mediante un interfaz de red ETHERNET, 3G o 4G.

5, Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde dicha pasarela está ubicada en la instalación del usuario (9) . 30

6. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el radar (6, 22) es un radar de onda continua FCMW.

7. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el procesador de la 35 pasarela (1) está configurado para habilitar o deshabilitar el funcionamiento del al menos un

sensor de presencia (5, 12, 13) , del al menos un radar (6, 22) y/o del al menos un vehículo (7, 31) .

8. Un método para la vigilancia perimetral de una instalación de un usuario (9) , donde el método está caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

a) Al menos un sensor de presencia (5, 12, 13) monitoriza de forma continua la instalación y envía una señal de alarma de detección a una pasarela de usuario (1) , si determina la detección de un objeto, donde la determinación de la detección de un objeto depende al menos del valor de unos primeros parámetros de detección del al menos un sensor; b) Al menos un radar (6, 22) monitoriza de forma continua la instalación y si determina la detección de un objeto, envía una señal de alarma de detección a la pasarela de usuario donde la determinación de la detección de un objeto por el al menos un radar (6, 22) depende al menos del valor de unos parámetros de detección del al menos un radar; c) Recibir la pasarela de usuario (1) , una señal de alarma de detección de al menos un sensor o de al menos un radar y determinar la detección de una amenaza basándose al menos en la información recibida en la señal de alarma de detección y si el resultado de la determinación de la detección de una amenaza es positivo, pasar al paso d) ; d) Estimar en la pasarela (1) , la posición del objeto detectado al menos basándose en información incluida en la señal de alarma de detección recibida; e) Enviar la pasarela de usuario (1) , un mensaje a un vehículo autónomo no tripulado (7, 31) incluyendo la posición estimada del objeto e indicándole que envíe información audiovisual de la posición estimada del objeto; f) Posicionarse, el vehículo autónomo no tripulado (7, 31) en una posición objetivo de acuerdo a la posición estimada recibida de la pasarela, activar una grabación de video y enviar la información audiovisual grabada a la pasarela de usuario (1) ; g) Cuando la pasarela de usuario empieza a recibir la información audiovisual, almacenar dicha información en la pasarela y enviar una comunicación a un terminal del usuario indicándole que se ha producido una alarma.

9, Un método según la reivindicación 8 donde el método adicionalmente comprende: -Enviar la pasarela (1) un mensaje al menos un sensor de presencia (5, 12, 13) modificando los primeros parámetros de detección de dicho al menos un sensor (5, 12, 13) en función de la información recibida de otros sensores de presencia y/o de servicios de información de internet y -Modificar el al menos un sensor de presencia (5, 12, 13) el valor de dichos primeros parámetros de acuerdo al mensaje recibido de la pasarela 10. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8-9 donde el método adicionalmente comprende: -Enviar la pasarela (1) un mensaje al al menos un radar (6, 22) modificando los segundos parámetros de detección de dicho al menos un radar en función de la respuesta en función de la información recibida de otros de otros radares y/o de servicios de información de internet y

-El al menos un radar (6, 22) modificar el valor de dichos segundos parámetros de acuerdo al mensaje recibido de la pasarela (1) .

11. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8-10 donde la señal de alarma de detección enviada del al menos un sensor (5, 12, 13) a la pasarela (1) incluye la identificación del al menos un sensor (5, 12, 13) y la señal de alarma de detección enviada del al menos un radar (6, 22) a la pasarela (1) incluye información de la posición del objeto detectado.

12. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8-11 donde la determinación de la detección de una amenaza en la pasarela (1) se basa también en información recibida de servicios de información de internet.

13. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 9, 10 y 12 donde dichos servicios de información de internet incluyen servicios de información de tráfico, de climatología o de 25 temperatura 14. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8-13 donde el método adicionalmente comprende: -enviar la pasarela (1) al terminal del usuario (10) la información audiovisual grabada por el

vehículo autónomo no tripulado (7, 31) .

15. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8-14 donde para la determinación de la detección de un objeto, el al menos un sensor (5, 12, 13) y el al menos un radar (6, 22) emplean técnicas de falsas alarmas.

16. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8-15 donde el vehículo (7, 31) envía la información audiovisual grabada a través de un interfaz de radiofrecuencia y si se pierde la cobertura de dicho interfaz, el vehículo envía la información audiovisual grabada a la pasarela a través de internet usando un interfaz de comunicaciones 3G.

17. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8-16, donde las comunicaciones entre la pasarela (1) con el al menos un sensor (5, 12, 13) o con el al menos un radar (6, 22) o con el vehículo (7, 31) son comunicaciones de radiofrecuencia.