基于多傳感器數(shù)據(jù)融合在家庭智能防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙娟

摘要： 基于單一傳感器的家庭智能防盜系統(tǒng)誤報(bào)率較高，本文提出在家庭智能防盜系統(tǒng)中采用多傳感器盜竊入侵檢測(cè)，通過(guò)D-S證據(jù)理論對(duì)多傳感器子系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行二級(jí)融合，主機(jī)做出分析判斷。通過(guò)一個(gè)具體實(shí)例說(shuō)明了測(cè)量信息融合過(guò)程，結(jié)果證實(shí)了該算法具有準(zhǔn)確度高，誤報(bào)率低等優(yōu)點(diǎn)。

Abstract： The anti-theft alarm system based on single sensor has highly false alarm rate. In this paper， it proposes using multi-sensor to detect theft intrusion in the home intelligent anti-theft alarm system. Subsystem of multi-sensor signals fuses secondly by D-S fusion algorithm and the CPU makes the analysis and judgment. The results illustrate that the algorithm has the advantages of high accuracy and lower false rate.

關(guān)鍵詞： 多傳感器；D-S證據(jù)理論；防盜報(bào)警；數(shù)據(jù)融合

Key words： multi-sensor；D-S evidence theory；anti-theft alarm；data fusion

中圖分類號(hào)：TN911.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）09-0114-03

0 引言

隨著人們財(cái)產(chǎn)安全意識(shí)的提高，家庭智能防盜系統(tǒng)已經(jīng)開始走進(jìn)人們生活。智能防盜系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)盜情并及時(shí)報(bào)警，可以大大降低財(cái)產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn)。目前家庭安防報(bào)警探測(cè)器包括：門窗磁開關(guān)探測(cè)器、紅外探測(cè)器、玻璃破碎探測(cè)器、微波探測(cè)器等[1]。但由于單一探測(cè)器會(huì)存在誤報(bào)率高[2-3]等現(xiàn)象，如微波探測(cè)器對(duì)移動(dòng)目標(biāo)較為敏感，飄動(dòng)的窗簾、闖入的小動(dòng)物都可能觸發(fā)報(bào)警；如被動(dòng)紅外對(duì)射探測(cè)器對(duì)外界的紅外輻射溫度較敏感，暖氣、電爐可能產(chǎn)生誤報(bào)，很難達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精確要求。

本文采用多傳感器多周期盜竊入侵檢測(cè)，運(yùn)用分布式D-S證據(jù)數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并從信息熵角度證實(shí)了該算法有效降低了誤報(bào)的概率，提高了防盜報(bào)警的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 D-S證據(jù)理論

1.1 基本概念

1967年Dempstery就提出了D-S證據(jù)理論[4]，Shafer后來(lái)又加以擴(kuò)充發(fā)展完善[5]，所以證據(jù)理論被稱之為D-S理論。

正面給出D-S證據(jù)理論合成原理框圖如圖1所示。

2 多個(gè)傳感器多次測(cè)量周期分布式信任分配函數(shù)的數(shù)據(jù)融合

3 仿真實(shí)驗(yàn)

在防盜報(bào)警實(shí)驗(yàn)中，在15m*10m有門無(wú)窗的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)安裝1個(gè)攝像頭，1個(gè)主機(jī)，3個(gè)傳感器，包括被動(dòng)紅外傳感器（用數(shù)字1表示），微波傳感器（用數(shù)字2表示），門磁開關(guān)傳感器（用數(shù)字3表示）。被動(dòng)紅外傳感器與微波傳感器安裝在天花板中央，門磁開關(guān)傳感器分為兩部分，一部分裝在門頁(yè)上，另一部分裝在門框上。當(dāng)處于布防狀態(tài)時(shí)，一旦有人推門而入，門與門框會(huì)產(chǎn)生位移，門磁傳感器會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，該信號(hào)即刻發(fā)送給主機(jī)；同時(shí)微波傳感器檢測(cè)到移動(dòng)的目標(biāo)，被動(dòng)紅外傳感器檢測(cè)到人多紅外輻射溫都會(huì)產(chǎn)生信號(hào)；該信號(hào)即刻都會(huì)發(fā)送給主機(jī)。在布防狀態(tài)，用攝像頭觀測(cè)整個(gè)過(guò)程，記錄每個(gè)關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)中的識(shí)別框架為？專={A，B，U}，A表示發(fā)生盜情報(bào)警，B表示沒(méi)有發(fā)生盜情不報(bào)警，U={A，B}即表示不確定（可能發(fā)生盜情報(bào)警也可能無(wú)盜情不報(bào)警）。實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)入房間40秒后，3個(gè)傳感器連續(xù)觀測(cè)2個(gè)周期（每個(gè)周期的時(shí)間為20秒），將獲取得到實(shí)驗(yàn)人員的原始信息，經(jīng)過(guò)相應(yīng)技術(shù)處理后的信任函數(shù)見表1。mnj（·）表示第n個(gè)傳感器在第j個(gè)周期確定的信任函數(shù)。例如m12（·）表示被動(dòng)紅外傳感器在2個(gè)測(cè)周期的基本的信任分配函數(shù)。

利用式（6）對(duì)三個(gè)傳感器在各自的兩個(gè)不同的周期進(jìn)行融合，融合后的結(jié)果如表2所示。

最后利用式（7）對(duì)3個(gè)傳感器兩個(gè)不同測(cè)量周期后融合后的信任函數(shù)，在融合中心用D-S證據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到最終的結(jié)果，見表3

由上面的計(jì)算結(jié)果可知，每次融合之后的信息熵都要小于融合之前的信息熵。由此不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)傳感器數(shù)目增加，測(cè)量的周期越多，經(jīng)過(guò)融合后的信息熵會(huì)變得越來(lái)越小。由于信息熵是信息不確定的度量，信息熵大則不確定性大，反之，信息熵越小不確定性就越小。

所以，經(jīng)過(guò)多傳感器兩級(jí)分布式融合之后信息熵變小了那么盜情報(bào)警的不確定性就減小了，可靠性得到了大幅度提高。

5 結(jié)論

本文提出在家庭智能防盜系統(tǒng)中采用多傳感器盜竊入侵檢測(cè)，運(yùn)用D-S證據(jù)理論構(gòu)建一個(gè)多周期多傳感器的分布式融合二級(jí)模型。該算法可以有效的提高報(bào)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，降低其不確定性，抗干擾性強(qiáng)，無(wú)論在智能家居，銀行還是倉(cāng)庫(kù)，公司等中具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]杭州晶控電子有限公司.教你搭建自己的智能家居系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2013：163-164.

[2]張麗，黃國(guó)青.基于Arduino/Android 的智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，31（4）：18-22.

[3]劉明琨，陳紅巖.基于多傳感器融合的防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù)，2012，31（1）：134-135.

[4]Dempster A P. Upper and lower probabilities induced by a Multi-valued mapping [J] Annual Mach Statist， 1967， 38（4）： 325-339.

[5]Shafer G A Mathematical Theory of Evidence[M]. Princeton University. Press， Princeton， 1976： 121-138.

[6]陳科，逄玉俊.數(shù)據(jù)融合故障診斷系統(tǒng)模型及應(yīng)用[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24（1）：70-73.