[發明專利]一種分布式光纖圍欄振動入侵識別系統

在審

• 申請號: 201611266625.8
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106600870A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 蔣超;趙國慶;馮小蔚;胡小燕
• 申請（專利權）人: 上海華魏光纖傳感技術有限公司
• 主分類號: G08B13/12
• 分類號: G08B13/12
• 代理公司: 上海世貿專利代理有限責任公司31128
• 代理人: 李浩東

技術領域

本發明涉及光纖圍欄安防領域，尤其涉及一種分布式光纖圍欄振動入侵識別系統。

背景技術

光纖圍欄以光纖振動作為傳感對象，具有監測范圍廣、靈敏度高、環境適應性好、抗干擾能力強等多方面優勢，在安防領域有著廣泛地應用。

光纖圍欄安防報警系統的工作原理為：當圍欄入侵行為產生時(如攀爬、踩踏、搖晃、擠壓等)，可使圍欄上的光纖產生微小振動；利用傳感光纖對上述振動信號進行實時采集，結合先進的信號處理及模式識別手段，對圍欄入侵行為進行識別，并將入侵報警信息(包含報警位置、報警類型、持續時間等)實時、可靠地上報給安防管理系統。安防報警系統的關鍵是入侵識別算法。

現有大多數光纖圍欄安防系統依靠能量閾值或過零率閾值方式對入侵事件進行識別，較好的解決了入侵行為報警問題，但它不能準確辨識腳踹、攀爬等具體入侵行為。與此同時，大風暴雨等惡劣自然環境下的光纖振動也極易被識別為入侵行為，導致大量誤報現象的發生。

雖然具有模式識別功能的光纖圍欄安防系統能精準識別圍欄入侵具體行為事件，但該系統存在著大量冗余計算，即對所有光纖振動信號進行模式識別處理，缺乏對正常振動數據和異常數據的區分，導致光纖圍欄安防系統數據處理量大的問題。

事實上，屏蔽大風大雨等無害事件的干擾，對圍欄入侵主要事件(如剪網、攀爬等)進行精準識別，已成為光纖圍欄安防系統實際應用急需解決的兩個重要問題。本發明提出一種新型的分布式光纖振動入侵識別方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種分布式光纖振動入侵識別系統，其通過簡單的光纖圍欄振動信號測量，采用過零率閾值方法截取光纖振動異常數據塊；接著采用特征提取技術，從振動異常數據塊中提取出特征參數；最后利用人工神經網絡對振動入侵事件進行識別。

為了解決上訴問題，本發明是通過以下方案實現的：一種分布式光纖振動入侵識別系統，其特征在于所述分布式光纖振動入侵識別系統包括

分布式光纖振動傳感系統，用以識別圍欄入侵光纖振動信號；

異常振動塊截取模塊，對采集的光纖振動信號進行滑動窗分幀處理，并計算分幀光纖振動信號的過零率；通過設定過零率閾值，對大于過零率閾值參數的光纖振動異常的異常振動塊進行截取；

特征提取模塊，分別計算異常振動塊的過零率總數、短時能量、持續時間、最大振動上升沿角度及極值末尾下降沿斜率，為人工網絡模式識別方法提供特征參數；

人工神經網絡模塊，通過對已知入侵事件特征參數進行訓練，對未知入侵事件的振動數據進行精確識別。

優選地，所述的分布式光纖振動傳感系統將傳感光纖掛網安裝在圍欄上，利用M-Z干涉原理，以識別圍欄入侵光纖振動信號。

優選地，所述的滑動窗分幀處理使用的窗函數為海明窗。

優選地，所述的分幀光纖振動信號X_n(m)的過零率Z_n的計算方法為：

其中，sgn[]是符號函數，即：

所述的短時能量方法為：

其中，N為信號幀長。

優選地，所述的為最大振動上升沿角度定義為：

假設異常振動塊的起始振動坐標點為(x₁,y₁),幅值最大振動點的坐標為(x₂,y₂),則最大振動上升沿角度θ是

θ＝argtan((y₂-y₁)/(x₂-x₁))

所述的為末尾極值下降沿斜率定義為：

假設異常振動塊第一個極大值點的振動坐標點為(x₃,y₃),截止點的坐標為(x₄,y₄),則末尾極值下降沿斜率k是：

k＝(y₄-y₃)/(x₄-x₃)

優選地，所述的人工神經網絡使用的是多層前向網絡，即BP神經網絡。

優選地，所述的人工神經網絡使用BP神經網絡選用三層感知器網絡，輸入層單元數為5個，對應5個特征提取參數；輸出層單元數為4個，對應剪網、攀爬、風雨和拍擊4個入侵行為事件；隱層神經單元數據取8～10之間。

與現有技術相比，本發明具有如下特點：