[發明專利]一種基于異構分布式光纖傳感器的在線外部入侵監測方法

有效

• 申請號: 202010816520.5
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN112383921B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 何蘇道;陳復揚;徐寧;王克杰;王子理
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04W12/121
• 分類號: H04W12/121;H04W24/02;H04W24/06;H04W84/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 曹坤

本發明公開了一種基于異構分布式光纖傳感器的在線外部入侵監測方法，屬于數據驅動型故障診斷領域；包括如下步驟：(1)、設計一個LGSSN；通過局部分類器對各個傳感器節點i的信號進行實時分類，獲得局部分類結果；(2)、基于由深度自編碼器和孤立森林構建的深度孤立森林算法設計局部分類器，刻畫各個傳感器節點i的局部特性；(3)、引入權值半分享策略簡化LGSSN結構，并設計并行式計算框架；(4)基于貝葉斯推理設計GIM；并結合空間滑動窗口判斷監測區域是否存在入侵及存在入侵時入侵的位置。本發明基于光纖振動信號，解決了高維樣本極度不均衡條件下異構分布式傳感器的智能入侵監測問題。

技術領域

本發明屬于數據驅動型故障診斷領域，尤其涉及基于異構分布式光纖傳感器的在線入侵監測方法。

背景技術

隨著互聯網技術的不斷深入發展，以互聯網為基礎擴展和延伸形成了新一代的網絡技術即物聯網；1999年在美國召開的移動計算機和網絡國際會議上首次被提出，2005年在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上，國際電信聯盟(ITU)發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》正式提出了物聯網的概念。直到現在，物聯網的應用廣泛，遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測等多個領域。安防系統是物聯網技術的一個重要應用。

社會公共安全中的一個重要部分是安全防范，在科學體系分類中，安全防范以及由安全防范引發的相關產業已經成為社會公共安全科學技術的一個分支。安全防范技術按照應用領域及學科專業可以細分為入侵探測與防盜報警技術、視頻探測與視頻監控技術、目標識別與控制技術、報警信息傳輸和控制技術等。在安防工程建設中，周界入侵方法技術中主要采用分布式傳感器網絡實現對安防區域的監控，主要應用的技術包括：紅外入侵探測技術、脈沖電子圍欄探測技術、光纖振動入侵探測技術、泄露電纜入侵探測技術、埋地電纜入侵探測技術、微波傳感入侵探測技術。在這些技術中，光纖振動入侵探測技術通過光纖作為傳感器件，結合無源光網絡通信技術，構建多個防護區域聯網安全報警系統。由于這種技術在防護感應區域及通信鏈路上都采用無源光纖器件，節點設備無需供電，是一種完全無源系統，具有高度安全可靠性，可以適應野外各種惡劣環境，具有較高的應用價值。

分布式光纖傳感器(Distributed optical fiber sensors,DOFS)系統在理論上各個傳感器節點的信號會表現出一定的差異，屬于分布式異構傳感器，受到光纖折射率和散射點數量不均勻分布及干涉衰落現象的影響。同時，由于受到制造工藝的影響，在大面積應用中光纖熔接、焊接等因素不可避免，進一步導致各個傳感器節點的信號呈現出較大不一致，同時，在長距離監控中，光纖的承載物不同導致各個傳感器節點對同一事件的響應出現差異，進而導致傳感器異構問題。受到傳感器異構的影響，各個節點采集到的數據分布表現出較大的差異，這導致采用傳統的方法針對特定傳感器節點建立的識別模型在長距離監控中會出現較大幅度的性能下降，嚴重制約著DOFS的工程應用。

由于DOFS存在異構問題，難以從理論上通過模型參數修正，基于數據驅動的方法成為了一個主要的解決途徑。但是，在廣泛的長距離監測應用中，目標樣本的采集較為困難，無法通過實驗來標定每一個傳感器節點的局部特性；同時外部入侵的實驗中只有少量的傳感器節點會受到影響，這會導致采集到的數據存在嚴重的類分布不均衡問題，限制分類算法的精度。

發明內容

為解決上述現有技術在基于異構分布式光纖傳感器在線入侵監測應用中由異構信號引起的性能退化、由需要大量標注數據引起的工程可行性不高問題，本發明提供了一種基于異構分布式光纖傳感器的在線入侵監測方法。

本發明的技術方案是：一種基于異構分布式光纖傳感器的在線外部入侵監測方法，包括如下步驟：

步驟(1.1)、設計一個分布式半分享集成監測網絡；通過局部分類器對分布式半分享集成監測網絡中各個傳感器節點i的信號進行實時分類，獲得局部分類結果；

設計分布式半分享集成監測網絡的具體操作步驟如下：