專(zhuān)利名稱(chēng)：光纖周界安全管理系統(tǒng)及其模式識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖周界安全管理系統(tǒng)，包括光纖傳感器陣 列、信號(hào)處理與解調(diào)系統(tǒng)和模式識(shí)別系統(tǒng)。該發(fā)明可以應(yīng)用于邊 境安全、石油管線(xiàn)安全的監(jiān)測(cè)和重要基礎(chǔ)設(shè)施的保護(hù)等場(chǎng)合。不 僅包括光纖傳感系統(tǒng)本身，而且具有強(qiáng)大的通信、控制和數(shù)據(jù)管 理能力。
背景技術(shù)：
周界安全是安防領(lǐng)域中最為重要的方面之一。從長(zhǎng)距離的邊 境線(xiàn)安全、石油管線(xiàn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，到短距離的重要基礎(chǔ)設(shè)施的防 護(hù)，對(duì)國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)都有著重要的意義。近年來(lái)，隨著計(jì) 算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了各種新的安 防手段。與傳統(tǒng)的高壓電纜、錄像監(jiān)控等手段相比，分布式光纖 監(jiān)控方案有著諸多優(yōu)勢(shì)，如信號(hào)通過(guò)光纖傳輸，不受外界電磁信 號(hào)的干擾；與無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)相比，不受功耗條件的限制，可以實(shí) 現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
光纖傳感器技術(shù)在多種領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，因?yàn)橛兄哽`敏度、抗輻射與電磁干擾和易于大規(guī)模組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，光纖加速 度傳感器及其網(wǎng)絡(luò)在周界安全、石油管道監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有著不可比擬 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
現(xiàn)有的光纖傳感系統(tǒng)，如專(zhuān)利CN 1 8 6 2 2 3 9 A、 CN1 9 9 5 9 3 5 A，采用普通光纖構(gòu)成干涉儀的方案，有兩個(gè)明顯的 缺點(diǎn)第一，振動(dòng)探測(cè)靈敏度不高；第二，定位精度不高。上面 兩種方案只是感受到了簡(jiǎn)單的壓力信號(hào)，信息量有限，利用這些 信號(hào)對(duì)各種事件類(lèi)型是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
光纖加速度傳感器是基于光纖技術(shù)的地面振動(dòng)加速度的換 能器件，把地面的地震動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化成為光信號(hào)相位的變化，利用 檢測(cè)手段可以把實(shí)際信號(hào)還原出來(lái)，對(duì)地面振動(dòng)信號(hào)作實(shí)時(shí)的監(jiān) 測(cè)。在安防應(yīng)用場(chǎng)合，系統(tǒng)能夠?yàn)榭赡艿娜肭质录M(jìn)行預(yù)警，并 且能夠?qū)κ录念?lèi)型進(jìn)行判別、分類(lèi)，對(duì)應(yīng)對(duì)方案的快速實(shí)施起 到指導(dǎo)作用。
基于地震動(dòng)信號(hào)的目標(biāo)識(shí)別最早源于戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用中的地面無(wú) 人值守傳感器(UGS)系統(tǒng)。UGS系統(tǒng)中一般包括聲音、震動(dòng)、 紅外、圖像等多種傳感器組成。地震動(dòng)傳感器是一種有效的探測(cè) 方式，當(dāng)有目標(biāo)入侵時(shí)，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生對(duì)地面的剌激，從而產(chǎn)生 地震動(dòng)信號(hào)向遠(yuǎn)處傳播。由地震動(dòng)傳感器進(jìn)行感知，通過(guò)對(duì)各種 地震動(dòng)信號(hào)的分析，可以做出事件類(lèi)型的判斷。根據(jù)文獻(xiàn)，因?yàn)?地震動(dòng)信號(hào)是典型的非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，所以對(duì)各類(lèi)事件的識(shí)別需 要很好的提取信號(hào)的特征。同時(shí)，也對(duì)高準(zhǔn)確率的識(shí)別算法提出要求。 技術(shù)內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種光纖周界安全管理系統(tǒng)及其模 式識(shí)別方法，該系統(tǒng)及其方法可以應(yīng)用于邊境線(xiàn)安全、石油管線(xiàn) 安全及其它周界安全場(chǎng)合的應(yīng)用。
本發(fā)明提供一種光纖周界安全管理系統(tǒng)，其特征在于，該系 統(tǒng)包含
一光源；
一復(fù)用系統(tǒng)，該復(fù)用系統(tǒng)的輸入端采用光纖與光源連接，該
復(fù)用系統(tǒng)起到光纖通道復(fù)用的作用；
一光纖傳感器陣列，該光纖傳感器陣列的輸入端采用光纖與 復(fù)用系統(tǒng)的輸出端連接，敏感外界物理量的變化；
一解調(diào)系統(tǒng)，該解調(diào)系統(tǒng)的輸入端與復(fù)用系統(tǒng)的輸出端連
接，把光信號(hào)的轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并恢復(fù)出光纖傳感器陣列所敏感 的外界物理量的變化；
一信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)，該信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)的 輸入端與解調(diào)系統(tǒng)的輸出端連接，對(duì)解調(diào)系統(tǒng)輸出的信號(hào)進(jìn)行處 理并識(shí)別；
一報(bào)警管理系統(tǒng)，該報(bào)警管理系統(tǒng)的輸入端與信號(hào)處理與模 式識(shí)別系統(tǒng)的輸出端連接，根據(jù)信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)的輸出 結(jié)果進(jìn)行報(bào)警，管理和外界的通信。其中所述的光纖陣列包含多個(gè)串連連接的傳感器，可以實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)距離多點(diǎn)監(jiān)測(cè)。
其中所述的多個(gè)傳感器是震動(dòng)傳感器，敏感外界侵入事件所 引起的地震動(dòng)信號(hào)。
其中所述的信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)包含
一光電轉(zhuǎn)換模塊，該模塊輸入端通過(guò)光纖與復(fù)用系統(tǒng)的輸出 端連接，把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)；
一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，該模塊輸入端與光電轉(zhuǎn)換模塊輸出端相連 接，把模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字電信號(hào)；
一多數(shù)字信號(hào)處理板模塊，該模塊輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸 出端連接，接收來(lái)自數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)并進(jìn)行運(yùn)算處理，恢復(fù) 出由多個(gè)光纖傳感器所探測(cè)到的地震動(dòng)信號(hào)，并對(duì)地震動(dòng)信號(hào)進(jìn) 行處理和識(shí)別。
其中所述的報(bào)警管理系統(tǒng)包含
一總線(xiàn)，負(fù)責(zé)多數(shù)字信號(hào)處理板與主機(jī)之間的通信； 一主機(jī)，作為光纖周界安全管理系統(tǒng)的運(yùn)算核心； 一侵入日志數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)用戶(hù)界面接口與主機(jī)進(jìn)行通信，記
錄周界中侵入日志；
一特征數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)用戶(hù)界面接口與主機(jī)進(jìn)行通信，記錄周
界安全中各種入侵事件特征；
一通信模塊，該模塊通過(guò)主機(jī)進(jìn)行管理，負(fù)責(zé)與外界的通信； 一用戶(hù)界面，該用戶(hù)界面是基于主機(jī)上的人機(jī)交互界面，系統(tǒng)管理人員可以通過(guò)該界面對(duì)光纖周界安全管理系統(tǒng)進(jìn)行配置。
其中所述的侵入日志數(shù)據(jù)庫(kù)包含侵入時(shí)間、侵入事件的類(lèi) 型、侵入事件的和侵入事件發(fā)生的地點(diǎn)。
其中所述的特征數(shù)據(jù)庫(kù)包含
侵入事件所引起的地震動(dòng)原始信號(hào)；
經(jīng)過(guò)特征提取后的不同侵入事件的特征量。
其中所述的通信模塊包含如下特征
一個(gè)串口可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警日志的傳輸，與其它安防方式，利用 視頻、紅外進(jìn)行融合，進(jìn)行通信和結(jié)果融合；
通過(guò)以太網(wǎng)口直接與局域網(wǎng)相連，具有遠(yuǎn)程登錄和管理功
能；
以實(shí)現(xiàn)侵入事件地震動(dòng)信號(hào)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸。
本發(fā)明提供一種光纖周界安全管理系統(tǒng)的模式識(shí)別方法，該 方法采用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該方法包括如下 步驟
步驟1 :信號(hào)輸入步驟，該步驟是接收解調(diào)系統(tǒng)所恢復(fù)出的 侵入信號(hào)；
步驟2 :信號(hào)預(yù)處理步驟，該步驟對(duì)信號(hào)輸入步驟的信號(hào)進(jìn) 行去噪的預(yù)處理；
步驟3 :特征提取步驟，該步驟對(duì)通過(guò)對(duì)信號(hào)的變換和統(tǒng)計(jì)， 提取出不同侵入事件的本質(zhì)屬性，為進(jìn)一步的識(shí)別做好準(zhǔn)備；
步驟4 :分類(lèi)器的設(shè)計(jì)步驟，該步驟構(gòu)造對(duì)侵入信號(hào)分類(lèi)所使用的分類(lèi)器模型；
步驟5 :學(xué)習(xí)步驟，該學(xué)習(xí)步驟包含在特征提取步驟和分類(lèi) 器設(shè)計(jì)步驟之間，對(duì)特征庫(kù)中不同事件的特征參量，不斷的輸入 到已經(jīng)設(shè)計(jì)好的分類(lèi)器中，當(dāng)分類(lèi)性能達(dá)到最好時(shí)，學(xué)習(xí)步驟完
成，這時(shí)，保存已經(jīng)學(xué)習(xí)好的分類(lèi)器參數(shù)；
步驟6:輸出結(jié)果，該步驟給出侵入事件所發(fā)上的類(lèi)型。 其中所述信號(hào)預(yù)處理步驟包含以下步驟
信號(hào)的分幀、加窗步驟，該步驟負(fù)責(zé)對(duì)連續(xù)侵入信號(hào)分成若
干個(gè)數(shù)據(jù)幀，以滿(mǎn)足進(jìn)一步處理、識(shí)別的需要；
信號(hào)的去噪步驟，該步驟負(fù)責(zé)去除外界噪聲的影響，改善侵 入信號(hào)的信噪比，提高系統(tǒng)的探測(cè)和識(shí)別準(zhǔn)確率；
侵入信號(hào)的探測(cè)步驟，該步驟對(duì)去噪后的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，以 確定該信號(hào)是否表示已經(jīng)有侵入事件發(fā)生。
其中所述信號(hào)的去噪步驟包含
一個(gè)自適應(yīng)噪聲濾波器，該自適應(yīng)噪聲濾波器負(fù)責(zé)外界周期 性噪聲或者干擾的去除，提高輸入信號(hào)的信噪比。 其中所述自適應(yīng)濾波器包含
一傳輸系統(tǒng)，該傳輸系統(tǒng)表示外界周期性噪聲信號(hào)沿著地表
傳輸傳輸所引起的改變；
一自適應(yīng)算法，該自適應(yīng)算法步驟構(gòu)成傳輸系統(tǒng)和信號(hào)輸出 之間的反饋，根據(jù)輸出的反饋信號(hào)，自適應(yīng)算法實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)傳輸 系統(tǒng)的參數(shù)，使周期性噪聲實(shí)時(shí)的被去除。其中所述侵入信號(hào)的探測(cè)步驟是一個(gè)自適應(yīng)恒虛警率侵入 探測(cè)方法，該方法包含以下步驟
分幀信號(hào)輸入步驟，該步驟接收的是侵入信號(hào)經(jīng)過(guò)分幀、去 噪后的信號(hào)；
計(jì)算統(tǒng)計(jì)滑動(dòng)平均能量步驟，該步驟計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的平均
能量；
閾值更新步驟，該步驟按照統(tǒng)計(jì)滑動(dòng)平均能量步驟所計(jì)算的
能量，按照下面的公式進(jìn)行更新，得到自適應(yīng)閾值；
計(jì)算窗口內(nèi)大于自適應(yīng)閾值的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)；
判斷步驟，該步驟判斷步驟得出的窗口內(nèi)大于自適應(yīng)閾值的 數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)是否大于一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值，如果是，那么外界信號(hào) 被探測(cè)到，如果否，那么將轉(zhuǎn)回到分幀信號(hào)輸入步驟繼續(xù)進(jìn)行；
輸出結(jié)果步驟。
其中所述特征提取步驟包含以下步驟
信號(hào)接收步驟，該步驟接收的事經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理后的侵入信
號(hào)；
信號(hào)的功率譜變換步驟，該步驟計(jì)算出信號(hào)的功率譜估計(jì)， 為提取功率譜方面信號(hào)作準(zhǔn)備；
信號(hào)的小波變換步驟，該步驟對(duì)小波變換，為提取小波方面 的特征作準(zhǔn)備；
功率譜共振峰選擇步驟，該步驟搜索出信號(hào)的功率譜中的共 振峰頻率的位置，作為特征量；功率譜形狀統(tǒng)計(jì)量計(jì)算步驟，該步驟計(jì)算從功率譜變換步驟 得到的功率譜的形狀統(tǒng)計(jì)量，作為特征量；
小波能量計(jì)算步驟，該步驟根據(jù)信號(hào)的小波變換步驟得到的
小波系數(shù)計(jì)算出小波能量，作為特征量；
歸一化聯(lián)合特征，該步驟把功率譜共振峰選擇功率譜共振峰 選擇步驟得到的共振峰特征量、功率譜形狀統(tǒng)計(jì)特征量、小波能 量特征量聯(lián)合構(gòu)成一組新的特征量，為了統(tǒng)一化單位，做歸一化 處理。
其中所述分類(lèi)器的設(shè)計(jì)步驟所用的分類(lèi)器是一個(gè)支持向量 機(jī)的分類(lèi)器，支持向量機(jī)是把原始的特征量映射到一個(gè)高維空間 中，在高維空間中求取最優(yōu)分類(lèi)面的步驟。
其中所述學(xué)習(xí)步驟包括
根據(jù)侵入事件特征提取方法構(gòu)造特征樣本集，分別建立訓(xùn)練
集和測(cè)試集；
通過(guò)一個(gè)徑向基核函數(shù)，把特征量從地位空間映射到高維空 間，在高維空間中求取最優(yōu)分類(lèi)面；
一個(gè)可用于多分類(lèi)的支持向量機(jī)，把多分類(lèi)問(wèn)題先轉(zhuǎn)化成兩 兩分類(lèi)問(wèn)題。


為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附
圖詳細(xì)說(shuō)明如后，其中圖1是本發(fā)明的光纖周界安全管理系統(tǒng)框圖2是表示自適應(yīng)濾波器子系統(tǒng)；
圖3是表示環(huán)境自適應(yīng)恒虛警率算法流程圖4是表示特征提取流程圖5是表示模式識(shí)別流程圖6是表示事件探測(cè)范圍示意圖7是表示人員侵入所引起地震動(dòng)信號(hào)；
圖8是表示車(chē)輛侵入所引起地震動(dòng)信號(hào)；
圖9是表示光纖周界安全管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明一種光纖周界安全管理系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包含
一光源10 1;
一復(fù)用系統(tǒng)1 0 2 ，該復(fù)用系統(tǒng)1 0 2的輸入端采用光纖與 光源l0l連接，該復(fù)用系統(tǒng)起到光纖通道復(fù)用的作用；
一光纖傳感器陣列1 0 3 ，該光纖傳感器陣列1 0 3的輸入 端采用光纖與復(fù)用系統(tǒng)的輸出端1 0 2連接，敏感外界物理量的 變化；該光纖陣列1 0 3包含多個(gè)串連連接的傳感器10 3 1， 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離多點(diǎn)監(jiān)測(cè)；該多個(gè)傳感器l 0 3 l是震動(dòng)傳感 器，敏感外界侵入事件所引起的地震動(dòng)信號(hào)；
一解調(diào)系統(tǒng)1 0 4 ，該解調(diào)系統(tǒng)1 Q 4的輸入端與復(fù)用系統(tǒng)1 0 2的輸出端連接，把光信號(hào)的轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并恢復(fù)出光纖 傳感器陣列l(wèi) 0 3所敏感的外界物理量的變化；
一信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)1 0 5，該信號(hào)處理與模式識(shí)別 系統(tǒng)1 0 5的輸入端與解調(diào)系統(tǒng)1 0 4的輸出端連接，對(duì)解調(diào)系
統(tǒng)l 0 4輸出的信號(hào)進(jìn)行處理并識(shí)別；該信號(hào)處理與模式識(shí)別系 統(tǒng)1 0 5包含
一光電轉(zhuǎn)換模塊10 51 (結(jié)合參閱圖9 )，該模塊輸入端 通過(guò)光纖與復(fù)用系統(tǒng)l 0 2的輸出端連接，把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信 號(hào)；
一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊l 0 5 2 ，該模塊輸入端與光電轉(zhuǎn)換模塊1
0 5 l輸出端相連接，把模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字電信號(hào)；
一多數(shù)字信號(hào)處理板模塊l 0 5 3，該模塊輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn) 換模塊l 0 5 2輸出端連接，接收來(lái)自數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)并進(jìn) 行運(yùn)算處理，恢復(fù)出由多個(gè)光纖傳感器1 0 3 l所探測(cè)到的地震 動(dòng)信號(hào)，并對(duì)地震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理和識(shí)別。
一報(bào)警管理系統(tǒng)1 0 6 ，該報(bào)警管理系統(tǒng)1 0 6的輸入端與 信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)l 0 5的輸出端連接，根據(jù)信號(hào)處理與 模式識(shí)別系統(tǒng)l 0 5的輸出結(jié)果進(jìn)行報(bào)警，管理和外界的通信；
所述的報(bào)警管理系統(tǒng)l Q 6包含
一總線(xiàn)1Q61 (結(jié)合參閱圖9 )，負(fù)責(zé)多數(shù)字信號(hào)處理板
1 0 5 3與主機(jī)1 0 6 2之間的通信；
一主機(jī)1 0 6 2，作為光纖周界安全管理系統(tǒng)的運(yùn)算核心；一侵入日志數(shù)據(jù)庫(kù)1 0 6 3 ，通過(guò)用戶(hù)界面接口 1 0 6 6與 主機(jī)進(jìn)行通信，記錄周界中侵入日志；所述的侵入日志數(shù)據(jù)庫(kù)1 0 6 3包含侵入時(shí)間、侵入事件的類(lèi)型、侵入事件的和侵入事 件發(fā)生的地點(diǎn)；
一特征數(shù)據(jù)庫(kù)1 0 6 4 ，通過(guò)用戶(hù)界面接口 1 0 6 6與主機(jī) 進(jìn)行通信，記錄周界安全中各種入侵事件特征；該特征數(shù)據(jù)庫(kù)包 含侵入事件所引起的地震動(dòng)原始信號(hào)；經(jīng)過(guò)特征提取后的不同 侵入事件的特征量；
一通信模塊1 0 6 5，該模塊通過(guò)主機(jī)1 0 6 2進(jìn)行管理， 負(fù)責(zé)與外界的通信；該通信模塊10 6 5包含如下特征 一個(gè)串 口可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警日志的傳輸，與其它安防方式，利用視頻、紅外 進(jìn)行融合，進(jìn)行通信和結(jié)果融合；通過(guò)以太網(wǎng)口直接與局域網(wǎng)相 連，具有遠(yuǎn)程登錄和管理功能；以實(shí)現(xiàn)侵入事件地震動(dòng)信號(hào)遠(yuǎn)程 實(shí)時(shí)傳輸；
一用戶(hù)界面l 0 6 6 ，該用戶(hù)界面是基于主機(jī)上的人機(jī)交互 界面，系統(tǒng)管理人員可以通過(guò)該界面對(duì)光纖周界安全管理系統(tǒng)進(jìn) 行配置。
請(qǐng)參閱圖5所示，本發(fā)明提供一種光纖周界安全管理系統(tǒng)的 模式識(shí)別方法，該方法采用如前所述的系統(tǒng)，其特征在于，該方 法包括如下步驟
步驟1 :信號(hào)輸入步驟5 0 1，該步驟是接收解調(diào)系統(tǒng)1 0 4所恢復(fù)出的侵入信號(hào)；步驟2 :信號(hào)預(yù)處理步驟5 0 2，該步驟對(duì)信號(hào)輸入步驟5
0 1的信號(hào)進(jìn)行去噪的預(yù)處理；其中所述信號(hào)預(yù)處理步驟5 0 2
包含以下步驟信號(hào)的分幀、加窗步驟，該步驟負(fù)責(zé)對(duì)連續(xù)侵入
信號(hào)分成若干個(gè)數(shù)據(jù)幀，以滿(mǎn)足進(jìn)一步處理、識(shí)別的需要；信號(hào) 的去噪步驟，該步驟負(fù)責(zé)去除外界噪聲的影響，改善侵入信號(hào)的 信噪比，提高系統(tǒng)的探測(cè)和識(shí)別準(zhǔn)確率；侵入信號(hào)的探測(cè)步驟， 該步驟對(duì)去噪后的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，以確定該信號(hào)是否表示己經(jīng)有 侵入事件發(fā)生；
所述侵入信號(hào)的探測(cè)步驟是一個(gè)自適應(yīng)恒虛警率侵入探測(cè) 方法，該方法包含以下步驟分幀信號(hào)輸入步驟3 0 1 (結(jié)合參 閱圖3)，該步驟接收的是侵入信號(hào)經(jīng)過(guò)分幀、去噪后的信號(hào)； 計(jì)算統(tǒng)計(jì)滑動(dòng)平均能量步驟3 0 2 ，該步驟計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的平 均能量；閾值更新步驟3 0 3，該步驟按照統(tǒng)計(jì)滑動(dòng)平均能量步 驟3 0 2所計(jì)算的能量，按照下面的公式進(jìn)行更新，得到自適應(yīng) 閾值；計(jì)算窗口內(nèi)大于自適應(yīng)閾值的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)3 0 4;判斷步 驟3 0 5 ，該步驟判斷步驟得出的窗口內(nèi)大于自適應(yīng)閾值的數(shù)據(jù) 點(diǎn)個(gè)數(shù)是否大于一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值，如果是，那么外界信號(hào)被探 測(cè)至U，如果否，那么將轉(zhuǎn)回到分幀信號(hào)輸入步驟3 0 l繼續(xù)進(jìn)行；
輸出結(jié)果步驟；
所述信號(hào)的去噪步驟包含 一個(gè)自適應(yīng)噪聲濾波器，該自適 應(yīng)噪聲濾波器負(fù)責(zé)外界周期性噪聲或者干擾的去除，提高輸入信 號(hào)的信噪比；所述自適應(yīng)濾波器包含
一傳輸系統(tǒng)2 0 1(結(jié)合參閱圖2)，該傳輸系統(tǒng)表示外界
周期性噪聲信號(hào)沿著地表傳輸傳輸所引起的改變；
一自適應(yīng)算法2 0 2 ，該自適應(yīng)算法步驟構(gòu)成傳輸系統(tǒng)2 0
1和信號(hào)輸出之間的反饋，根據(jù)輸出的反饋信號(hào)，自適應(yīng)算法實(shí)
時(shí)的調(diào)節(jié)傳輸系統(tǒng)2 0 l的參數(shù)，使周期性噪聲實(shí)時(shí)的被去除； 步驟3 :特征提取步驟5 0 3 ，該步驟對(duì)通過(guò)對(duì)信號(hào)的變換
和統(tǒng)計(jì)，提取出不同侵入事件的本質(zhì)屬性，為進(jìn)一步的識(shí)別做好
準(zhǔn)備；
所述特征提取步驟5 0 3包含以下步驟信號(hào)接收步驟，該 步驟接收的事經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理5 0 2后的侵入信號(hào)；信號(hào)的功率 譜變換步驟5 0 3 1 (結(jié)合參閱圖4 )，該步驟計(jì)算出信號(hào)的功 率譜估計(jì)，為提取功率譜方面信號(hào)作準(zhǔn)備；信號(hào)的小波變換步驟
5 0 3 2，該步驟對(duì)小波變換，為提取小波方面的特征作準(zhǔn)備； 功率譜共振峰選擇步驟5 0 3 3 ，該步驟搜索出信號(hào)的功率譜中 的共振峰頻率的位置，作為特征量；功率譜形狀統(tǒng)計(jì)量計(jì)算步驟
5 0 3 4 ，該步驟計(jì)算從功率譜變換步驟5 0 3 1得到的功率譜 的形狀統(tǒng)計(jì)量，作為特征量；小波能量計(jì)算步驟5 0 3 5 ，該步 驟根據(jù)步驟5 0 3 2得到的小波系數(shù)計(jì)算出小波能量，作為特征 量；歸一化聯(lián)合特征5 0 3 6，該步驟把功率譜共振峰選擇步驟
5 0 3 3得到的共振峰特征量、功率譜形狀統(tǒng)計(jì)特征量、小波能 量特征量聯(lián)合構(gòu)成一組新的特征量，為了統(tǒng)一化單位，做歸一化處理；
步驟4 :分類(lèi)器的設(shè)計(jì)步驟5 0 4，該步驟構(gòu)造對(duì)侵入信號(hào)
分類(lèi)所使用的分類(lèi)器模型；
所述分類(lèi)器的設(shè)計(jì)步驟5 0 4所用的分類(lèi)器是一個(gè)支持向
量機(jī)的分類(lèi)器，支持向量機(jī)是把原始的特征量映射到一個(gè)高維空 間中，在高維空間中求取最優(yōu)分類(lèi)面的步驟；
步驟5 :學(xué)習(xí)步驟5 0 5 ，該學(xué)習(xí)步驟包含在特征提取步驟 5 0 3和分類(lèi)器設(shè)計(jì)步驟5 0 4之間，對(duì)特征庫(kù)中不同事件的特 征參量，不斷的輸入到己經(jīng)設(shè)計(jì)好的分類(lèi)器中，當(dāng)分類(lèi)性能達(dá)到 最好時(shí)，學(xué)習(xí)步驟完成，這時(shí)，保存已經(jīng)學(xué)習(xí)好的分類(lèi)器參數(shù)；
所述學(xué)習(xí)步驟5 0 5包括
根據(jù)侵入事件特征提取方法構(gòu)造特征樣本集，分別建立訓(xùn)練 集和測(cè)試集；通過(guò)一個(gè)徑向基核函數(shù)，把特征量從地位空間映射 到高維空間，在高維空間中求取最優(yōu)分類(lèi)面； 一個(gè)可用于多分類(lèi) 的支持向量機(jī)，把多分類(lèi)問(wèn)題先轉(zhuǎn)化成兩兩分類(lèi)問(wèn)題；
步驟6 :輸出結(jié)果5 0 6 ，該步驟給出侵入事件所發(fā)上的類(lèi)型。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸Dl，圖1說(shuō)明了光纖周界安全系統(tǒng)的基本組成， 主要包含光源1 0 1 、復(fù)用系統(tǒng)1 0 2 、光纖傳感器陣列10 3、 解調(diào)系統(tǒng)l Q 4 、信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)1 0 5和報(bào)警管理系 統(tǒng)1 Q 6組成。
其中光源l 0 1是一個(gè)寬帶光源，例如可以是一個(gè)波長(zhǎng)范圍從1 5 3 0 nm至'J 1 5 6 0 nm的ASE光源，或者是一個(gè)超輻射發(fā) 光二極管(SLD)。光源發(fā)出的光耦合到光纖中，經(jīng)過(guò)復(fù)用系統(tǒng)1 0 2 ，到達(dá)光纖傳感器陣列。許多光纖通信中的復(fù)用技術(shù)如波分 復(fù)用(WDM)、時(shí)分復(fù)用(TDM)和空分復(fù)用(SDM)技術(shù)，都已經(jīng) 應(yīng)用到了光纖傳感系統(tǒng)中來(lái)。不失一般性的，在本實(shí)施中，以波 分復(fù)用技術(shù)來(lái)說(shuō)明。光纖傳感器陣列1 0 3由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)串 聯(lián)而成，下面以基于光纖光柵(FBG)為例來(lái)說(shuō)明，在陣列中每 一個(gè)光纖光柵對(duì)應(yīng)于一個(gè)特定的中心波長(zhǎng)，即布拉格(Bragg) 波長(zhǎng)。當(dāng)光源發(fā)出的光到達(dá)每一個(gè)光纖光柵，那么將在中心波長(zhǎng) 反射。當(dāng)有外界侵入事件發(fā)生時(shí)，事件所引起的土壤的振動(dòng)(加 速度信號(hào))，會(huì)引起光柵的拉伸，這個(gè)拉伸引起中心波長(zhǎng)的漂移，
如下所示<formula>formula see original document page 23</formula>
上式中，^是光柵的布拉格波長(zhǎng)，《是一個(gè)系數(shù)，s是光柵 應(yīng)變量。這樣，地面振動(dòng)信號(hào)的加速度的變化就轉(zhuǎn)化為波長(zhǎng)的中
心波長(zhǎng)的變化。復(fù)用系統(tǒng)1 0 2負(fù)責(zé)傳感器陣列中，不同的光纖 光柵分解到對(duì)應(yīng)的工作波長(zhǎng)，可以用一個(gè)解波分復(fù)用器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 解調(diào)系統(tǒng)l 0 4把波長(zhǎng)的變化轉(zhuǎn)化成可供處理的數(shù)字電信號(hào)。解 調(diào)的方案有多種，相位產(chǎn)生載波(PGC)方法是較為常用的方法， 其計(jì)算方法的具體細(xì)節(jié)可以參閱相關(guān)參考文獻(xiàn)。
光纖傳感器陣列l(wèi) 0 3按照周界規(guī)劃進(jìn)行布設(shè)，兩個(gè)傳感器 之間的距離決定著整個(gè)系統(tǒng)探測(cè)的精度。根據(jù)靈敏度的測(cè)算，單個(gè)傳感器可以探測(cè)到6 0 m以外的人員走動(dòng)，對(duì)車(chē)輛的探測(cè)范圍 可以達(dá)到l 2 Om以上。為了不至于有盲區(qū)存在，兩個(gè)傳感器之 間的距離設(shè)為5 0 m，對(duì)一個(gè)2 km的周界，所需傳感器的個(gè)數(shù)為 4 0個(gè)。信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)1 0 4恢復(fù)出所有通道的地震動(dòng)信號(hào)，然 后進(jìn)入信號(hào)處理和識(shí)別流程。
如圖1所示信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)，主要包括信號(hào)的預(yù)處 理和模式識(shí)別的流程。如圖5所示，信號(hào)的預(yù)處理5 0 1主要作 用是信號(hào)的去噪，使有用信號(hào)得到增強(qiáng)。常用的信號(hào)去噪的方法 有傳統(tǒng)的濾波方法，自適應(yīng)濾波器等方法。因?yàn)榍秩胧录鸬?地震動(dòng)信號(hào)主要以低頻成分為主，所以采用一個(gè)帶寬1 Hz 2 0 OHz的帶通濾波器，將外界可能的高頻噪聲濾除。但同時(shí)，若 在應(yīng)用環(huán)境中存在一個(gè)周期性噪聲，且幅度較大，那么就可以利 用一個(gè)自適應(yīng)濾波器將其去除，自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)如圖2所
不o
如圖2所示，一個(gè)自適應(yīng)濾波器由一個(gè)傳輸系統(tǒng)2 0 l和一 個(gè)自適應(yīng)算法模塊2 0 2組成和一個(gè)運(yùn)算單元2 0 3組成。自適 應(yīng)濾波器的一個(gè)通道是期望信號(hào)d和加性噪聲n的輸入，另外一 個(gè)則是噪聲信號(hào)n'的，他們來(lái)自同一個(gè)噪聲源，但是被外界的 環(huán)境改變了，通過(guò)自適應(yīng)的步驟，實(shí)時(shí)的跟蹤外界噪聲的變化， 經(jīng)過(guò)運(yùn)算器2 0 3以后，噪聲被實(shí)時(shí)的抵消掉。在本發(fā)明中，使 用相鄰地震動(dòng)傳感器所得到的信號(hào)作為兩個(gè)通道的輸入，那么外 界的周期性噪聲，就會(huì)被實(shí)時(shí)的抵消掉，有用信號(hào)得到增強(qiáng)。自適應(yīng)濾波器的實(shí)現(xiàn)采用最小均方(LMS)算法，自適應(yīng)濾波器的
更新算法如下所示
(" +1) = w 0) + 2 / e(")x(n _A; = 0,1,…，W -1
信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理步驟后，有用信號(hào)得到增強(qiáng)，進(jìn)入恒虛警率 目標(biāo)探測(cè)算法單元，如圖3所示。恒虛警率算法由信號(hào)分幀3 0 1 、滑動(dòng)統(tǒng)計(jì)平均單元3 0 2 、閾值更新單元3 0 3 、窗口內(nèi)閾 值個(gè)數(shù)單元3 0 4和判定單元3 0 5組成。如前所述，分幀信號(hào) 通過(guò)加窗處理后進(jìn)入滑動(dòng)平均單元3 0 2，該單元計(jì)算出在時(shí)間 長(zhǎng)度L內(nèi)的統(tǒng)計(jì)平均平方跟能量，如下所示
丄 Z
閾值更新單元3 0 3負(fù)責(zé)根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果算出自適應(yīng)
閾值，如下所示
/ [m] = o; *丄A/ea"五[w — 1]
上式中a表示可以調(diào)節(jié)的參數(shù)，得到探測(cè)率與虛警率之間的 折中。最后由判定單元統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)序列中絕對(duì)值大于自適應(yīng)閾值的 點(diǎn)數(shù)，如果大于一個(gè)閾值，就判定為侵入事件發(fā)生，否則繼續(xù)更 新閾值。
當(dāng)一個(gè)侵入事件發(fā)生被探測(cè)到，進(jìn)入模式識(shí)別步驟。模式識(shí) 別包括特征提取，分類(lèi)器的設(shè)計(jì)步驟5 0 4和學(xué)習(xí)步驟5 0 5組
成。特征提取步驟如圖4所示，包括功率譜估計(jì)5 0 3 1和小波 變換步驟5 0 3 2 ，而后從功率譜估計(jì)結(jié)果中計(jì)算共振峰5 0 3 3和形狀統(tǒng)計(jì)量5 0 3 4 ，通過(guò)小波系數(shù)計(jì)算小波能量5 0 35 ，最終得到歸一化的聯(lián)合特征5 0 3 6 。為了更好的說(shuō)明該方
法，給出實(shí)際外場(chǎng)實(shí)際信號(hào)結(jié)果，分別給出了人員走動(dòng)和輪式車(chē) 輛經(jīng)過(guò)單個(gè)傳感器器時(shí)的信號(hào)。
功率譜估計(jì)包括經(jīng)典方法和現(xiàn)代譜估計(jì)方法。為了更好的描
述，采用該進(jìn)的周期圖方法對(duì)信號(hào)的功率譜進(jìn)行估計(jì)。圖9示出
了人員信號(hào)和輪式車(chē)量的地震動(dòng)信號(hào)的功率譜估計(jì)。
基于SVM的分類(lèi)方法是在高維空間中求取最優(yōu)分類(lèi)面的步 驟，通過(guò)一個(gè)"核函數(shù)"，將原始特征向量映射到一個(gè)高維空間。 在測(cè)試步驟中采用libSVM軟件包進(jìn)行測(cè)試，其基本的決策函數(shù)
如下所示
/(x) = sgn(力a》,〖(x, x) + 6*) ,'=i
在上式中，",'是與支持向量對(duì)應(yīng)的最優(yōu)解，^代表每一個(gè)支 持向量，^是分類(lèi)的閾值，可以由任意一對(duì)的支持向量而得到。
訓(xùn)練集是通過(guò)上面的特征提取步驟而得到，作為支持向量機(jī) 的輸入，在訓(xùn)練步驟中采用交叉驗(yàn)證的方法尋找支持向量機(jī)的最 優(yōu)參數(shù)。訓(xùn)練完成后，訓(xùn)練好的模型作為識(shí)別模式而保持起來(lái)， 以備實(shí)際環(huán)境下應(yīng)用。
光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)的解調(diào)系統(tǒng)1 0 4和信號(hào)處理1 0 5步驟 都是在數(shù)字信號(hào)處理(DSP)板上來(lái)完成的。如9所示，光信號(hào) 經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊1 0 5 1后，進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換1 Q 5 2步驟，進(jìn) 入DSP模塊。多塊DSP板通過(guò)總線(xiàn)1 0 5 3與主機(jī)1 0 6 2相連。 主機(jī)1 0 6 2可以實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP模塊初始化、參數(shù)配置等操作。多塊DSP處理板構(gòu)成并行結(jié)構(gòu)，每塊可以完成1 6路光纖傳感器實(shí)
時(shí)解調(diào)與模式識(shí)別處理，把識(shí)別結(jié)果實(shí)時(shí)的傳送給主機(jī)1 0 6 2
進(jìn)行處理。
主機(jī)模塊l 0 6 2是光纖周界安全管理系統(tǒng)的核心模塊，他 具體實(shí)現(xiàn)智能化的管理系統(tǒng)。它包含有一個(gè)中央處理器CPU、只 讀存儲(chǔ)器ROM和隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM,通過(guò)總線(xiàn)將它們聯(lián)系在一起。 在操作系統(tǒng)平臺(tái)上，包含一個(gè)智能化管理軟件系統(tǒng)。
管理軟件系統(tǒng)可以通過(guò)總線(xiàn)1 0 6 1獲取經(jīng)過(guò)DSP板的原 始信號(hào)、特征數(shù)據(jù)和識(shí)別結(jié)果等。軟件包含一個(gè)用戶(hù)界面1 0 6 6 ，顯示原始數(shù)據(jù)的信號(hào)，特征量及其侵入的日志(時(shí)間、地點(diǎn)、 事件類(lèi)型等)；通過(guò)用戶(hù)界面，用戶(hù)可以管理侵入事件特征庫(kù)， 對(duì)不同的侵入事件進(jìn)行信號(hào)分析，對(duì)新的侵入事件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的 更新。與外界的通信接口 1 0 6 5負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，遠(yuǎn)程的 登錄和管理的功能。通信接口包含一個(gè)串行口 、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口(局 域網(wǎng)LAN或廣域網(wǎng)WLAN)，不僅實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程通信的功能，而且與 其它的安防方式如圖像、紅外等協(xié)同工作。
作為一個(gè)實(shí)施例，在周界應(yīng)用中，光纖地震動(dòng)傳感器測(cè)得人 員走動(dòng)和車(chē)輛經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)引起的地震動(dòng)信號(hào)如圖7所示是入 侵人員走動(dòng)信號(hào)；圖8示出了侵入車(chē)輛引起的地震動(dòng)信號(hào)。圖6 示出了事件探測(cè)范圍。人員走動(dòng)信號(hào)是有規(guī)律性的地面沖擊信 號(hào)，而車(chē)輛信號(hào)則是一個(gè)隨著距離的變化信號(hào)不斷增強(qiáng)又逐漸衰 減的步驟。預(yù)先采集一些不同類(lèi)型的侵入事件，建立特征樣本集，對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行訓(xùn)練，存儲(chǔ)已經(jīng)建好的模型；當(dāng)實(shí)際應(yīng)用 時(shí)，把訓(xùn)練好的模型讀入，然后實(shí)時(shí)信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理和特征提取
環(huán)節(jié)，作為分類(lèi)器的輸入，輸出即為得到的結(jié)
本發(fā)明一種光纖周界安全管理系統(tǒng)的特點(diǎn)
1、多傳感器節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力
2、地震動(dòng)時(shí)間的高探測(cè)率、低虛警率的
3、多種事件的高準(zhǔn)確率識(shí)別、分類(lèi)能力
4、多事件的精確定位及其跟蹤能力；
5、應(yīng)用環(huán)境的自適應(yīng)能力
6、強(qiáng)大的系統(tǒng)報(bào)警管理、通信能力。
上述的本發(fā)明名稱(chēng)與內(nèi)容僅是為方便描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi) 容所定，而非用以限制本發(fā)明的權(quán)利范圍。且，凡是依據(jù)本發(fā)明 的發(fā)明精神所作的等效應(yīng)用或元件轉(zhuǎn)換、替代，均應(yīng)涵蓋在本發(fā) 明的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種光纖周界安全管理系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包含一光源；一復(fù)用系統(tǒng)，該復(fù)用系統(tǒng)的輸入端采用光纖與光源連接，該復(fù)用系統(tǒng)起到光纖通道復(fù)用的作用；一光纖傳感器陣列，該光纖傳感器陣列的輸入端采用光纖與復(fù)用系統(tǒng)的輸出端連接，敏感外界物理量的變化；一解調(diào)系統(tǒng)，該解調(diào)系統(tǒng)的輸入端與復(fù)用系統(tǒng)的輸出端連接，把光信號(hào)的轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并恢復(fù)出光纖傳感器陣列所敏感的外界物理量的變化；一信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)，該信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)的輸入端與解調(diào)系統(tǒng)的輸出端連接，對(duì)解調(diào)系統(tǒng)輸出的信號(hào)進(jìn)行處理并識(shí)別；一報(bào)警管理系統(tǒng)，該報(bào)警管理系統(tǒng)的輸入端與信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)的輸出端連接，根據(jù)信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)的輸出結(jié)果進(jìn)行報(bào)警，管理和外界的通信。
2 、如權(quán)利要求1所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)，其特征在 于，其中所述的光纖陣列包含多個(gè)串連連接的傳感器，可以實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)距離多點(diǎn)監(jiān)測(cè)。
3 、如權(quán)利要求2所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的多個(gè)傳感器是震動(dòng)傳感器，敏感外界侵入事件所 引起的地震動(dòng)信號(hào)。
4 、如權(quán)利要求1所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)，其特征在 于，其中所述的信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)包含一光電轉(zhuǎn)換模塊，該模塊輸入端通過(guò)光纖與復(fù)用系統(tǒng)的輸出 端連接，把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)；一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，該模塊輸入端與光電轉(zhuǎn)換模塊輸出端相連接，把模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字電信號(hào)；一多數(shù)字信號(hào)處理板模塊，該模塊輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸 出端連接，接收來(lái)自數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)并進(jìn)行運(yùn)算處理，恢復(fù) 出由多個(gè)光纖傳感器所探測(cè)到的地震動(dòng)信號(hào)，并對(duì)地震動(dòng)信號(hào)進(jìn) 行處理和識(shí)別。
5 、如權(quán)利要求1所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)，其特征在 于，其中所述的報(bào)警管理系統(tǒng)包含一總線(xiàn)，負(fù)責(zé)多數(shù)字信號(hào)處理板與主機(jī)之間的通信； 一主機(jī)，作為光纖周界安全管理系統(tǒng)的運(yùn)算核心； 一侵入日志數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)用戶(hù)界面接口與主機(jī)進(jìn)行通信，記錄周界中侵入日志；一特征數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)用戶(hù)界面接口與主機(jī)進(jìn)行通信，記錄周界安全中各種入侵事件特征；一通信模塊，該模塊通過(guò)主機(jī)進(jìn)行管理，負(fù)責(zé)與外界的通信； 一用戶(hù)界面，該用戶(hù)界面是基于主機(jī)上的人機(jī)交互界面，系統(tǒng)管理人員可以通過(guò)該界面對(duì)光纖周界安全管理系統(tǒng)進(jìn)行配置。
6 、如權(quán)利要求5所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)，其特征在 于，其中所述的侵入日志數(shù)據(jù)庫(kù)包含侵入時(shí)間、侵入事件的類(lèi) 型、侵入事件的和侵入事件發(fā)生的地點(diǎn)。
7 、如權(quán)利要求5所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)，其特征在 于，其中所述的特征數(shù)據(jù)庫(kù)包含侵入事件所引起的地震動(dòng)原始信號(hào)；經(jīng)過(guò)特征提取后的不同侵入事件的特征量。
8 、如權(quán)利要求5所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的通信模塊包含如下特征一個(gè)串口可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警日志的傳輸，與其它安防方式，利用視頻、紅外進(jìn)行融合，進(jìn)行通信和結(jié)果融合；通過(guò)以太網(wǎng)口直接與局域網(wǎng)相連，具有遠(yuǎn)程登錄和管理功能；以實(shí)現(xiàn)侵入事件地震動(dòng)信號(hào)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸。
9 、 一種光纖周界安全管理系統(tǒng)的模式識(shí)別方法，該方法采 用權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟1 :信號(hào)輸入步驟，該步驟是接收解調(diào)系統(tǒng)所恢復(fù)出的 侵入信號(hào)；步驟2 :信號(hào)預(yù)處理步驟，該步驟對(duì)信號(hào)輸入步驟的信號(hào)進(jìn) 行去噪的預(yù)處理；步驟3 :特征提取步驟，該步驟對(duì)通過(guò)對(duì)信號(hào)的變換和統(tǒng)計(jì)，提取出不同侵入事件的本質(zhì)屬性，為進(jìn)一步的識(shí)別做好準(zhǔn)備；步驟4:分類(lèi)器的設(shè)計(jì)步驟，該步驟構(gòu)造對(duì)侵入信號(hào)分類(lèi)所使用的分類(lèi)器模型；步驟5 :學(xué)習(xí)步驟，該學(xué)習(xí)步驟包含在特征提取步驟和分類(lèi)器設(shè)計(jì)步驟之間，對(duì)特征庫(kù)中不同事件的特征參量，不斷的輸入到己經(jīng)設(shè)計(jì)好的分類(lèi)器中，當(dāng)分類(lèi)性能達(dá)到最好時(shí)，學(xué)習(xí)步驟完成，這時(shí)，保存已經(jīng)學(xué)習(xí)好的分類(lèi)器參數(shù)；步驟6:輸出結(jié)果，該步驟給出侵入事件所發(fā)上的類(lèi)型。
10、如權(quán)利要求9所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)的模式識(shí)別方法，其特征在于，其中所述信號(hào)預(yù)處理步驟包含以下步驟信號(hào)的分幀、加窗步驟，該步驟負(fù)責(zé)對(duì)連續(xù)侵入信號(hào)分成若干個(gè)數(shù)據(jù)幀，以滿(mǎn)足進(jìn)一步處理、識(shí)別的需要；信號(hào)的去噪步驟，該步驟負(fù)責(zé)去除外界噪聲的影響，改善侵 入信號(hào)的信噪比，提高系統(tǒng)的探測(cè)和識(shí)別準(zhǔn)確率；侵入信號(hào)的探測(cè)步驟，該步驟對(duì)去噪后的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，以 確定該信號(hào)是否表示已經(jīng)有侵入事件發(fā)生。
11、如權(quán)利要求1 0所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)的模式 識(shí)別方法，其特征在于，其中所述信號(hào)的去噪步驟包含一個(gè)自適應(yīng)噪聲濾波器，該自適應(yīng)噪聲濾波器負(fù)責(zé)外界周期 性噪聲或者干擾的去除，提高輸入信號(hào)的信噪比。
12、如權(quán)利要求1 1所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)的模式 識(shí)別方法，其特征在于，其中所述自適應(yīng)濾波器包含一傳輸系統(tǒng)，該傳輸系統(tǒng)表示外界周期性噪聲信號(hào)沿著地表傳輸傳輸所引起的改變；一自適應(yīng)算法，該自適應(yīng)算法步驟構(gòu)成傳輸系統(tǒng)和信號(hào)輸出 之間的反饋，根據(jù)輸出的反饋信號(hào)，自適應(yīng)算法實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)傳輸 系統(tǒng)的參數(shù)，使周期性噪聲實(shí)時(shí)的被去除。
13、如權(quán)利要求1 0所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)的模式 識(shí)別方法，其特征在于，其中所述侵入信號(hào)的探測(cè)步驟是一個(gè)自適應(yīng)恒虛警率侵入探測(cè)方法，該方法包含以下步驟分幀信號(hào)輸入步驟，該步驟接收的是侵入信號(hào)經(jīng)過(guò)分幀、去噪后的信號(hào)；計(jì)算統(tǒng)計(jì)滑動(dòng)平均能量步驟，該步驟計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的平均 能量；閾值更新步驟，該步驟按照統(tǒng)計(jì)滑動(dòng)平均能量步驟所計(jì)算的 能量，按照下面的公式進(jìn)行更新，得到自適應(yīng)閾值；計(jì)算窗口內(nèi)大于自適應(yīng)閾值的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)；判斷步驟，該步驟判斷步驟得出的窗口內(nèi)大于自適應(yīng)閾值的 數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)是否大于一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值，如果是，那么外界信號(hào) 被探測(cè)到，如果否，那么將轉(zhuǎn)回到分幀信號(hào)輸入步驟繼續(xù)進(jìn)行；輸出結(jié)果步驟。
14 、如權(quán)利要求9所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)的模式識(shí) 別方法，其特征在于，其中所述特征提取步驟包含以下步驟信號(hào)接收步驟，該步驟接收的事經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理后的侵入信號(hào)；信號(hào)的功率譜變換步驟，該步驟計(jì)算出信號(hào)的功率譜估計(jì)，為提取功率譜方面信號(hào)作準(zhǔn)備；信號(hào)的小波變換步驟，該步驟對(duì)小波變換，為提取小波方面 的特征作準(zhǔn)備；功率譜共振峰選擇步驟，該步驟搜索出信號(hào)的功率譜中的共 振峰頻率的位置，作為特征量；功率譜形狀統(tǒng)計(jì)量計(jì)算步驟，該步驟計(jì)算從功率譜變換步驟 得到的功率譜的形狀統(tǒng)計(jì)量，作為特征量；小波能量計(jì)算步驟，該步驟根據(jù)信號(hào)的小波變換步驟得到的 小波系數(shù)計(jì)算出小波能量，作為特征量；歸一化聯(lián)合特征，該步驟把功率譜共振峰選擇功率譜共振峰 選擇步驟得到的共振峰特征量、功率譜形狀統(tǒng)計(jì)特征量、小波能 量特征量聯(lián)合構(gòu)成一組新的特征量，為了統(tǒng)一化單位，做歸一化 處理。
15 、如權(quán)利要求9所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)的模式識(shí) 別方法，其特征在于，其中所述分類(lèi)器的設(shè)計(jì)步驟所用的分類(lèi)器 是一個(gè)支持向量機(jī)的分類(lèi)器，支持向量機(jī)是把原始的特征量映射 到一個(gè)高維空間中，在高維空間中求取最優(yōu)分類(lèi)面的步驟。
16、如權(quán)利要求9所述的光纖周界安全管理系統(tǒng)的模式識(shí) 別方法，其特征在于，其中所述學(xué)習(xí)步驟包括根據(jù)侵入事件特征提取方法構(gòu)造特征樣本集，分別建立訓(xùn)練集和測(cè)試集；通過(guò)一個(gè)徑向基核函數(shù)，把特征量從地位空間映射到高維空 間，在高維空間中求取最優(yōu)分類(lèi)面；一個(gè)可用于多分類(lèi)的支持向量機(jī)，把多分類(lèi)問(wèn)題先轉(zhuǎn)化成兩 兩分類(lèi)問(wèn)題。
全文摘要
一種光纖周界安全管理系統(tǒng)，包含一光源；一復(fù)用系統(tǒng)的輸入端采用光纖與光源連接，該復(fù)用系統(tǒng)起到光纖通道復(fù)用的作用；一光纖傳感器陣列的輸入端采用光纖與復(fù)用系統(tǒng)的輸出端連接，敏感外界物理量的變化；一解調(diào)系統(tǒng)的輸入端與復(fù)用系統(tǒng)的輸出端連接，把光信號(hào)的轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并恢復(fù)出光纖傳感器陣列所敏感的外界物理量的變化；一信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)的輸入端與解調(diào)系統(tǒng)的輸出端連接，對(duì)解調(diào)系統(tǒng)輸出的信號(hào)進(jìn)行處理并識(shí)別；一報(bào)警管理系統(tǒng)的輸入端與信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)的輸出端連接，根據(jù)信號(hào)處理與模式識(shí)別系統(tǒng)的輸出結(jié)果進(jìn)行報(bào)警，管理和外界的通信。
文檔編號(hào)G08B25/00GK101556724SQ20081010365
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者劉育梁, 芳 李, 邢懷飛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所