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专利号: 2021104737642
申请人: 沈阳工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于多传感器融合的分布式周界安防环境感知系统,其特征在于:该系统的具体实现步骤包括:步骤一:建立多传感器感知单元;

步骤二:通过将微控制器连接传感器,分别对各个传感器进行数据采集;

步骤三:总结实验结果,提出改进方法;

步骤四:将步骤二中得到的一部分采集数据建立样本标签,制作数据集;

步骤五:构造多传感器融合算法,模型采用1维卷积进行特征提取,多层感知器进行分类预测;将步骤四中带标签数据放入模型进行样本训练;

步骤六:将步骤五中得到的模型转译,配合着步骤二中得到的另一部分采集数据,完成加载权重数据并进行分类预测;并通过不断的迭代训练,最终得到理想的模型及权重数据,降低系统的误报漏报率;

步骤五具体为:

在ARM内核微控制器引入神经网络,建立适用于时间序列数据的特征提取和分类网络模型,运用大数据训练的方式得出权重文件,再将模型转译成微控制器能运行的C程序,最后移植到微控制内部,对新的传感器数据进行推理运算,得出分类预测结果;

所述的神经网络建立过程包括:

1)构建特征提取网络:

①、输入数据为3轴数据,每轴为1s的数据,采样频率设置为20Hz,数据量为60;

②、卷积层1,设卷积核长度为10,通道为3,步长为1,卷积后数据由20×3变为11×1;14个卷积核,输出11×14;

③、卷积层2,设卷积核长度为10,通道为14,步长为1,卷积后数据由11×14变为2×1;

14个卷积核,输出2×14;

④、全局平均池化,每个通道取平均值,14个通道,输出14个数值;

⑤、Dropout层:为防止过拟合,随机丢弃50%的数据,最后剩余7个值,作为多层感知机的输入;

2)构建分类网络:

隐藏层和隐藏神经元设计:多层感知器只建立一层隐藏层,隐藏层的神经元个数为11个;输出层为2分类,故有2个神经元;

3)激活函数:采用改进的ReLU函数RReLU,随机纠正线性单元,负值的斜率在训练中是随机的,在之后的测试中变为固定;在训练环节中,aji是从一个均匀的分布U(l,u)中随机抽取数值;其公式如下:         (2)。

2.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的分布式周界安防环境感知系统,其特征在于:步骤一具体为:所述的传感器包括对称设置的2个无线传感器、1个微波雷达传感器、1个6轴运动传感器和1个ARM内核微控制器;

2个无线传感器分别为第一无线传感器和第二无线传感器;

无线传感器、微波雷达传感器和6轴运动传感器用于采集周界附近的环境信息,ARM内核微控制器用于对采集的数据进行分析计算,判断出周界附近的物体类型以及是否有异常行为;

所述的雷达传感器进行5‑8米的远距离探测,所述的无线传感器进行近距离探测,用于填补微波雷达传感器的死角;所述的6轴运动传感器进行接触探测。

3.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的分布式周界安防环境感知系统,其特征在于:步骤二中微控制器与传感器的连接方式为:ARM内核微控制器的型号为STM32F407;第一无线传感器与ARM内核微控制器的USART1相连,第一无线传感器的5脚、6脚对应的ARM内核微控制器引脚号为PA10、PA9;第二无线传感器与ARM内核微控制器的USART3相连,第二无线传感器的5脚、6脚对应的ARM内核微控制器引脚号为PB10、PB11;

微波雷达传感器输出2脚与ARM内核微控制器的输入捕获I/O口相连,对应ARM内核微控制器的引脚号为PA0;

6轴运动传感器与ARM内核微控制器通过IIC接口连接,用于进行寄存器的配置、数据的读取;6轴运动传感器的23、24脚对应的ARM内核微控制器引脚为PB9、PB8;6轴运动传感器的

12脚为控制引脚,与ARM内核微控制器的PC0引脚相连。

4.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的分布式周界安防环境感知系统,其特征在于:步骤三具体为:针对无线传感器的通信传输原理,将原有的单一无线传感器增加到两个,组成多输入多输出的收发通信系统;

将无线传感器与电路板呈45°安装;

在一条顺序排列的总线上,由原来的顺序收发,改为交叉收发形式,用于使形成的感知场覆盖范围更全面。

5.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的分布式周界安防环境感知系统,其特征在于:步骤四具体为:将实验得出各传感器和人为入侵的频率范围,进行不同速度、方向和大小的实验,优化采样频率以配合系统整体的分析效果;

样本制作:由于样本数据来自传感器,在自然环境下,模拟入为入侵过程,通过人的走近、走远、慢走、快走、垂直走入、斜向走入连续采集数据,并给每条数据加入时间标签,设备ID号;考虑到工程因素,样本的制作较为繁琐,假设单隐藏层的多层感知器有I个输入节点,H个隐藏节点和O个输出节点,网络的权重系数总数为:SUM = (I + 1)*H + (H+1)*O                     (1) 。