多傳感器信息融合技術(shù)的汽車(chē)防盜系統(tǒng)研究

商丘工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 徐雁波 李 威 賈 磊

多傳感器信息融合技術(shù)的汽車(chē)防盜系統(tǒng)研究

商丘工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 徐雁波 李 威 賈 磊

結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)上汽車(chē)防盜器普遍存在的誤報(bào)、監(jiān)測(cè)距離和擾民等問(wèn)題，本文采用多傳感器監(jiān)測(cè)，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)汽車(chē)防盜系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，有效地提高了汽車(chē)防盜系統(tǒng)的精準(zhǔn)率和可靠性。

多傳感器；信息融合；防盜系統(tǒng)

0 引言

隨著汽車(chē)保有量逐年增加，以及電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，傳感器技術(shù)、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)和智能控制技術(shù)等被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)防盜系統(tǒng)，使其產(chǎn)品向智能程度高的網(wǎng)絡(luò)式方向發(fā)展。目前市場(chǎng)上有些汽車(chē)防盜系統(tǒng)采用單點(diǎn)監(jiān)控，遇到情況容易出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)等現(xiàn)象，并不加分析產(chǎn)生報(bào)警信息。而多傳感器系統(tǒng)在性能差異和互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，采用數(shù)據(jù)融合的方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造數(shù)據(jù)中心，精準(zhǔn)判斷汽車(chē)所在的狀態(tài)，降低報(bào)警器的誤報(bào)率，加強(qiáng)防盜系統(tǒng)的可靠性，并結(jié)合無(wú)線通訊技術(shù)向車(chē)主發(fā)送相關(guān)信息。

1 多傳感器信息融合技術(shù)

1.1 多傳感器信息融合技術(shù)原理

多傳感器信息融合是指協(xié)同使用多種傳感器，如不同位置的多個(gè)同類或不同類的傳感器，并將這些傳感器所提供的局部環(huán)境的不整的信息加以綜合，形成與系統(tǒng)環(huán)境一致性的完整描述。目的主要是基于各傳感器分離獲取的監(jiān)測(cè)信息，進(jìn)行優(yōu)化組合得到更準(zhǔn)確的信息。運(yùn)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)綜合處理來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)信息和相關(guān)信息，可以獲得比運(yùn)用單個(gè)，孤立的傳感器更加詳細(xì)而精確的結(jié)論。

1.2 多傳感器信息融合技術(shù)功能模型

當(dāng)前，多傳感器信息融合的一般功能模型是后續(xù)工作的關(guān)鍵。在多傳感器信息融合領(lǐng)域，已經(jīng)有許多學(xué)者在這方面做出了一些努力研究，其中最具代表性的是美國(guó)軍事實(shí)驗(yàn)室理事聯(lián)合會(huì)數(shù)據(jù)融合工作組提出的JDL模型。

JDL模型是一個(gè)有效的、跨越多個(gè)運(yùn)用領(lǐng)域的模型，它確定了適用于信息融合的過(guò)程、功能、技術(shù)種類和特定技術(shù)，包括對(duì)象評(píng)估、態(tài)勢(shì)評(píng)估、威脅評(píng)估和過(guò)程評(píng)估。

在信息融合系統(tǒng)中，根據(jù)信息的特點(diǎn)，可分為數(shù)據(jù)層信息、特征層信息和決策層信息。傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)在融合中心被處理時(shí)，可以在某一層，也可以在多層，但最終的融合結(jié)果都要傳送到融合數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)可以從高層次的融合結(jié)果對(duì)低層次的進(jìn)行調(diào)整。

2 傳感器信息的選擇

多傳感器信息融合技術(shù)主要就是利用多種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、提取信息、實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)控制。在傳感器的選擇方面應(yīng)遵循一定的原則：合理選擇傳感器并加以優(yōu)化組合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高精度、低成本的需求；選用不同種類的傳感器，以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，信息共享，降低虛報(bào)漏報(bào)的概率；選用多個(gè)同種類的傳感器，合理布局，做到監(jiān)測(cè)無(wú)死角，提高系統(tǒng)可靠性。所以，在汽車(chē)防盜系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模塊中常選用以下幾種傳感裝置。

1)微波多普勒傳感器：當(dāng)人或物體靠近多普勒傳感器接收器時(shí)，波源的發(fā)射波投射到運(yùn)動(dòng)的物體上，反射波或散射波的頻率會(huì)發(fā)生變化，再經(jīng)多普勒檢測(cè)、放大、限幅等措施，可以得到一個(gè)相對(duì)應(yīng)的輸出電平，即可以判定人或物體是否靠近。

2)振動(dòng)傳感器：一些不法分子進(jìn)行盜竊大多都是對(duì)車(chē)體進(jìn)行破壞（如砸壞玻璃），該傳感器能夠?qū)?chē)體振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在受到外力破壞時(shí)，可以通過(guò)聲音或閃光報(bào)警。

3)傾角傳感器：當(dāng)車(chē)體遭到破壞以后，車(chē)體相對(duì)于初始位置會(huì)出現(xiàn)傾角變化，所以，該傳感器可以監(jiān)測(cè)車(chē)體傾角變化，從而判斷為汽車(chē)整體被搬運(yùn)或拖吊情況。

4)熱釋電紅外傳感器：人體可以放射出峰值為9～10μm的遠(yuǎn)紅外線，該傳感器可以過(guò)濾7～10μm的紅外線，所以對(duì)人體輻射的紅外信息較為敏感，可以監(jiān)測(cè)人體是否侵入車(chē)內(nèi)。

5)霍爾開(kāi)關(guān)器件。通過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)器件可以對(duì)汽車(chē)的車(chē)門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋及后備箱蓋的非法開(kāi)啟進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

這五種傳感器從人體移動(dòng)引起波頻率的改變、車(chē)體振動(dòng)引起的頻段變化、車(chē)體位態(tài)改變和人體輻射的紅外線等不同方面來(lái)監(jiān)測(cè)入侵的情況，再通過(guò)合理的布局，就能夠采集汽車(chē)防盜所需全部信息，最大程度地消除信息的不確定因素，提高報(bào)警的準(zhǔn)確率，從而減少誤報(bào)的可能性。

3 多傳感器信息的數(shù)據(jù)融合技術(shù)

在多傳感器系統(tǒng)中，需要多個(gè)傳感器提供相應(yīng)的信息，在對(duì)不確定信息的融合數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，目前，一些較成熟的融合算法有Kalman濾波、貝葉斯估計(jì)、Dempster-Shafer證據(jù)理論、模糊推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。本文所提出的汽車(chē)防盜系統(tǒng)是根據(jù)融合算法本身的特點(diǎn)，將模糊推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，得到所需要的結(jié)果數(shù)據(jù)。

模糊推理系統(tǒng)缺乏自學(xué)習(xí)、自組織和自適應(yīng)的能力，信息采集后，通過(guò)控制器輸入并被模糊化成一定關(guān)系，根據(jù)這個(gè)模糊關(guān)系推理得到處理后的信息，左后將這一信息進(jìn)行清晰化處理。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬人類大腦而產(chǎn)生的一種信息處理技術(shù)，在很多領(lǐng)域有所應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用大量的神經(jīng)元處理采集的信息，通過(guò)加權(quán)的形式與其他神經(jīng)元聯(lián)接，采用并行結(jié)構(gòu)和并行處理機(jī)制，具有很強(qiáng)的非線性映射能力，處理信息的能力較強(qiáng)。與模糊推理系統(tǒng)形成互補(bǔ)，在多傳感器信息融合方面，兩者的結(jié)合解決了信號(hào)處理和自動(dòng)推理的難題。

根據(jù)模糊邏輯器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)，在處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，要形成不同層，即輸入層、隱層和輸出層。輸入層不進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，該層主要是輸入5個(gè)傳感器采集的信息，是特征向量的基本要素。隱層則采用激勵(lì)函數(shù)或傳遞函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，提取能夠?qū)?yīng)系統(tǒng)狀況的參數(shù)信息。輸出層是網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)系統(tǒng)的輸出變量，實(shí)現(xiàn)模糊值到清晰值的轉(zhuǎn)化，確定系統(tǒng)識(shí)別的結(jié)果信息。

4 多傳感器信息融合的汽車(chē)防盜系統(tǒng)

對(duì)于多傳感器信息融合的防盜系統(tǒng)主要有傳感器模塊、電源模塊、中央處理模塊和警報(bào)響應(yīng)模塊。

其中傳感器組模塊由微波多普勒傳感器、振動(dòng)傳感器、傾角傳感器、熱釋電紅外傳感器和霍爾開(kāi)關(guān)器件組成，它們主要是對(duì)車(chē)輛環(huán)境周?chē)O(jiān)測(cè)，提供相關(guān)信息；電源模塊是通過(guò)車(chē)載蓄電池降壓提供電能；中央處理模塊主要對(duì)所有輸入的信息進(jìn)行計(jì)算處理并發(fā)出指令給警報(bào)響應(yīng)模塊。警報(bào)響應(yīng)模塊主要接收中央處理器的信息，根據(jù)指令執(zhí)行動(dòng)作（聲音、閃光報(bào)警、與車(chē)主通訊、鎖死點(diǎn)火系統(tǒng)或切斷油路等）。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著市場(chǎng)對(duì)汽車(chē)防盜系統(tǒng)要求的提高，本文對(duì)多信息融合技術(shù)的汽車(chē)防盜報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了研究，對(duì)比傳統(tǒng)的汽車(chē)防盜報(bào)警系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)報(bào)警的靈敏性和可靠性，同時(shí)在功能、成本、可擴(kuò)展性和后期維護(hù)上都有很大的改進(jìn)，應(yīng)用范圍得到了更大的擴(kuò)展。

[1]歐陽(yáng)林群.基于多傳感器信息融合技術(shù)的防盜報(bào)警系統(tǒng)研究[J].武夷學(xué)院學(xué)報(bào),2008(4).

[2]張兢,路彥和.基于多傳感器信息融合技術(shù)的防盜系統(tǒng)研究[J].中國(guó)測(cè)試技術(shù),2006(3).

[3]陳曉琴.基于多傳感器信息融合技術(shù)的汽車(chē)防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2010(12).

徐雁波（1986—），男，河南睢縣人，助教，主要從事汽車(chē)檢測(cè)技術(shù)研究工作。