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科普知識
數(shù)據(jù)分類:
防盜報警系統(tǒng)

基于多傳感器信息融合技術(shù)防盜報警系統(tǒng)

發(fā)布日期:2022-10-09 點擊率:140

  摘 要:本文介紹了利用多傳感器信息融合技術(shù)進行防盜報警的監(jiān)測系統(tǒng)。文中給出了傳感器的選擇原則和系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),并討論了多傳感器信息數(shù)據(jù)融合的幾種模型結(jié)構(gòu)。
  關(guān)鍵詞:多傳感器技術(shù) 防盜報警系統(tǒng) 數(shù)據(jù)融合

  1、引言

  二十年來,多傳感器信息融合技術(shù)獲得了普遍的關(guān)注和廣泛的應(yīng)用,融合一詞幾乎無限制的被眾多應(yīng)用領(lǐng)域引用。信息融合是針對一個系統(tǒng)中多種傳感器(多個或多類)這一特定問題而展開的一種信息處理的新研究方向,因此信息融合又稱為多傳感器融合。根據(jù)國外的研究成果,信息融合的定義可概括為:利用計算機技術(shù)對按時序獲得的若干傳感器的觀測信息在一定準則下加以自動分析、綜合以完成所需的決策和估計任務(wù)而進行的信息處理過程。由此可知,多傳感器系統(tǒng)是信息融合的硬件基礎(chǔ),多源信息是信息融合的加工對象,協(xié)調(diào)優(yōu)化和綜合處理是信息融合的核心。本文就多傳感器技術(shù)的應(yīng)用和數(shù)據(jù)融合模型的設(shè)計兩方面 問題進行探討。

  2、傳感器的選擇

  多傳感器集成與信息融合技術(shù)主要是利用多種傳感器或多個同類傳感器進行數(shù)據(jù)采集,應(yīng)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理,提取有用的信息,實現(xiàn)測量與控制。

  選用傳感器時應(yīng)遵循的原則為:選用不同種類、不同功能的傳感器,充分發(fā)揮各個傳感器的優(yōu)勢,取長補短,實現(xiàn)信息共享,降低虛報漏報的可能性。

  因此,基于上述分析和原則,為實現(xiàn)防盜監(jiān)測的目的,可選用以下傳感器構(gòu)成多傳感器防盜報警系統(tǒng):

  (1)熱釋電紅外傳感器。凡是存在于自然界的物體,例如人體、火焰等物體都會放射出紅外線,只是其發(fā)射的紅外線的波長不同而已。人體的溫度為 36~37℃,可輻射出中心波長為9~10μm的紅外線。在硅片表面上貼上截止波長為7~10μm的濾光片,只允許波長超過7~10μm的紅外線通過,而小于7μm的紅外線被濾除掉,于是就得到只對人體敏感的熱釋電紅外線傳感器。

  (2)超聲傳感器。超聲波穿透性較強,具有一定的方向性,傳輸過程中衰減較小,反射能力較強。當有人站在傳感器前時,由于人體的反射,在接收電路中將檢測到信號,這個信號被放大后,輸入到單片機中進行判別報警。

  (3)多普勒傳感器。當波源與觀測者之間相對運動時,引起波的頻率的改變,這種現(xiàn)象稱之為多普勒效應(yīng)。利用多普勒效應(yīng)可以制成多普勒效應(yīng)傳感器。當人體或物體相對于傳感器移動時,反射回來的信號與原信號間產(chǎn)生頻移,集成電路再把微弱的頻移信號進行放大,再經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施,最后取得和物體移動信號響應(yīng)相關(guān)的直流輸出電平。

  (4)CCD傳感器。CCD傳感器是一個由光敏二極管構(gòu)成的光電傳感器陣列。其結(jié)構(gòu)為行間轉(zhuǎn)移型。這種器件光敏面積大,靶面利用率高。當景物的光學圖像,經(jīng)由攝像物鏡投射到這個陣列上時,由于各光敏二極管受光的強弱不同而感生出不同量的光電荷。這些感生電荷,經(jīng)過一定時間(一場)的積累,在轉(zhuǎn)移柵的控制下,水平地移送到與像元對應(yīng)的設(shè)置在光敏元旁邊的垂直移位寄存器中,而后又在行轉(zhuǎn)移脈沖的控制下,將電荷移送到水平移位寄存器,并由水平移位時鐘控制依次向輸出端轉(zhuǎn)移,最后由輸出電路輸出視頻信號。由CCD傳感器輸出的視頻信號已具有較大幅度(0.5V以上),經(jīng)由處理電路進行處理(包括自動增益控制、校正、同步信號混合、功率放大等),在終端得到全電視信號輸出。

  這四種傳感器從人體輻射的紅外線、人體對超聲波的反射、人體移動引起波的頻率的改變和人體圖像等不同方面監(jiān)測人體入侵的情況,基本上可以實現(xiàn)人體入侵的全部源信息的采集,從最大程度上消除報警信息的不確定性,提高報警的準確率。

  3、報警系統(tǒng)的組成

  3.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

  集成多傳感器的防盜監(jiān)測報警系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

圖1 多傳感器集成防盜報警系統(tǒng)硬件框圖


  熱釋電紅外傳感器、超聲傳感器、多普勒傳感器、CCD傳感器這四種傳感器分別采集人體入侵信息中的不同特征參數(shù),將信息分別傳遞到各自的信號調(diào)理電路進行放大、濾波去干擾和A/D轉(zhuǎn)換,并將調(diào)理后的信息傳送至單片機,由單片機進行數(shù)據(jù)預(yù)處理,實現(xiàn)對人體入侵情況的判斷并進行報警。在組網(wǎng)應(yīng)用中,信息被傳到上位機——PC機或工控機,由上位機進行信息處理,實現(xiàn)對整體情況的監(jiān)測。

  3.2 多傳感器技術(shù)中的數(shù)據(jù)融合技術(shù)

  多傳感器集成數(shù)據(jù)融合的模型主要可分為功能、結(jié)構(gòu)和數(shù)學模型等。功能模型從融合的過程出發(fā),結(jié)構(gòu)模型從信息融合的組成出發(fā),而數(shù)學模型則是信息融合算法和綜合邏輯。

  按照信息抽象的五個層次,各相應(yīng)的將信息融合分為五級,即檢測級融合、位置級融合、目標識別級融合、態(tài)勢評估與威脅估計。由于融合本身主要發(fā)生在檢測、位置和目標識別級,因而在討論結(jié)構(gòu)模型時,只考慮前三級的融合結(jié)構(gòu)。本文僅僅討論檢測級的幾種數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)模型。

  在數(shù)據(jù)檢測級,數(shù)據(jù)融合的結(jié)構(gòu)模型主要有串行、并行、帶反饋并行、樹狀和分散等幾種類型。針對不同的目標和應(yīng)用領(lǐng)域,可以選用一種或幾種結(jié)構(gòu)混合使用。在防盜監(jiān)測中,可以采用如圖2所示的串行數(shù)據(jù)檢測融合結(jié)構(gòu)模型,能夠較為準確地獲取現(xiàn)場人體入侵的情況。首先由熱釋電紅外傳感器(P)檢測是否有人體輻射出的中心波長為9~10μm的紅外線,進行判決,把結(jié)果傳到超聲傳感器(U)節(jié)點,在此融合這兩個傳感器的檢測結(jié)果形成一個新的判決,依次類推,再傳到多普勒傳感器(T),CCD傳感器(C)構(gòu)成的節(jié)點,最后融合輸出判決結(jié)果。

  另外也可以采用如圖3所示的并行的數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)。在并行結(jié)構(gòu)中,四個傳感器的檢測數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)融合中心同時被處理,無論是出現(xiàn)哪一種情況,都將被檢測并傳送至單片機,然后輸出結(jié)果。并行方式的特點是,報警設(shè)置簡單,明確,同時誤報的可能性也大一些,可以采用硬判決方式,簡化數(shù)據(jù)檢測的處理,使得硬件簡單化。

圖2 串行結(jié)構(gòu)模型示意圖


圖3 并行結(jié)構(gòu)模型示意圖


  還可以采用串并行的混合融合結(jié)構(gòu),這樣能更全面的反映所檢測的環(huán)境的人體入侵情況,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。每一個線性均可單獨作為一個結(jié)果輸出,同時還能就融合的判決輸出。

圖4 串并行混合結(jié)構(gòu)模型示意圖


  4、結(jié)束語

  多傳感器集成與信息融合技術(shù)目前在自動控制、軍事、航空導航等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了很大的成功。隨著傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)以及信息技術(shù)的高速發(fā)展,多傳感技術(shù)也將得到不斷地發(fā)展,并逐漸應(yīng)用在防盜報警系統(tǒng)等其他各個領(lǐng)域。

  參考文獻

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