CN105139560B - 基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除系统及其方法，包括专家分析模块、数据处理模块和振动监测终端；所述振动监测终端等间距安装在监狱隔离网上，用于对隔离网上的振动数据进行采集，然后将数据上传给数据处理模块；数据处理模块，用于接收振动监测终端上传的数据并将振动信息计算成实际值，然后存入数据库并转发至专家分析模块；本发明对隔离网振动进行探测，并对监测到的振动数据进行统计和分析，排除环境干扰，降低误报率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除系统及其方法。
背景技术
监狱隔离网安装在监狱围墙内测，距离狱墙5米左右，是犯人翻墙越狱的第一道屏障。当犯人试图翻越、剪切、攀爬隔离网时，会引起隔离网振动。
监狱隔离网安全防范属于周界入侵检测的范畴，常见的周界防范手段主要有微波对射、雷达、泄露电缆、视频分析、高压电网等，这些周界防范手段一般安装在隔离网与狱墙之间，当犯人成功翻越隔离网后，这些防范手段才会起作用。
目前市面上的隔离网振动监测产品，都是检测隔离网的振动幅值。由于隔离网种类繁多，安装固定方式、松紧程度各不相同，如果对环境因素产生的振动没有进行区分和滤除，隔离网振动监测产品将会产生很多误报，隔离网监测效果大打折扣。
现有的专利文件申请号：201410665035.7，公开了一种基于监狱隔离网振动的分析方法，本方法通过检测振动检测点的振动加速度标准差和变异系数，判断是否为环境因素、噪声因素或人为因素；能够实现对监狱隔离网振动探测，并对监测到的多个位置的振动数据进行分析处理，排除风、雨、冰雹、建筑施工、大型设备、车辆、爆破等非人为因素引起的振动干扰，降低误报率；对犯人翻越、破坏隔离网引起的振动进行分析告警，提醒值班人员及时处置，保障监狱周界安全。存在的缺点：当振动监测点监测到振动并上报监控平台，监控平台需要延时等待其他振动监测点上报振动信息，然后对所有终端的振动信息进行分析处理，这种分析方式将会导致振动告警的延时，一般需要延时5-10秒。新的分析方法：日常的振动信息反映了周围环境的变化，没有风、雨、建筑施工的影响，振动终端采集的振动幅值较小、振动次数较少；周围的环境发生变化，相应的振动幅值、振动次数等将会随之变化。平台定时对振动数据进行模糊分析，并将分析结果反馈给振动采集终端，确保振动采集终端能够依据环境因素的变化，进行振动告警。
因此，亟需一种基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除系统及其方法。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除系统及其方法，本方法对振动监测终端进行防区划分，并对安装在监狱隔离网上的振动监测终端的振动数据进行收集，通过定时对防区振动信息进行模糊聚类分析，动态调整振动监测终端的灵敏度，从而提高防区报警的准确性，降低误报，保障监狱周界安全。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除系统，包括专家分析模块、数据处理模块和振动监测终端；所述振动监测终端等间距安装在监狱隔离网上，用于对隔离网上的振动信息进行采集，然后将数据上传给数据处理模块；
所述数据处理模块，用于接收振动监测终端上传的数据并将振动信息计算成振动数据，然后存入数据库并转发至专家分析模块；
所述专家分析模块与数据处理模块通信，专家分析模块首先对设定时间内的振动数据建立数据矩阵，将数据矩阵进行运算，生成模糊相似关系矩阵；然后，根据模糊相似关系矩阵，求解模糊等价关系矩阵，用最大树法对模糊等价关系矩阵进行聚类；最后，通过分类参数设定的值，将振动特征相似的防区归为一类，专家分析模块根据分类结果动态调整振动监测终端的振动告警阈值。
一种基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除方法，包括以下步骤：
(1)对等间距安装在监狱隔离网上的振动监测终端按照安装位置划分防区，分成多个不同的区域；
(2)振动监测终端检测隔离网振动，并将振动信息上传到数据处理模块；
(3)数据处理模块将振动信息计算成振动数据，然后存入数据库并转发至专家分析模块；
(4)专家分析模块定时对单位时间内、不同防区产生的振动数据进行统计，并根据分类参数进行模糊聚类分析，对特征相似的防区按振动特征进行分类，然后执行步骤(5)；
(5)根据分类结果，对分类防区内的振动监测终端调整对应的振动告警阈值。
所述步骤(1)中，建立防区的原则是：按照振动监测终端的安装位置进行区域划分，因为位置相近的振动监测终端，通常受到相似的环境因素影响。
安装位置：指监测终端在监狱周界的实际安装位置。如：如果监狱周界是矩形，那么南墙附近的所有终端，可划分为一个区域；东墙附近的所有终端，可划分为一个区域。
所述步骤(4)中，专家分析模块进行模糊聚类分析的步骤包括：
(4-1)专家分析模块进行记时，当记时时长超过设置的单位时长，专家分析模块对设定时间内的数据进行一次统计分析；一般单位时长设置为60分钟；
(4-2)专家分析模块按防区进行振动信息统计，统计的信息包括：加速度幅值、角速度幅值、振动频率、振动产生次数；
振动频率是由振动采集终端进行计算并上报的。
振动次数是由专家分析模块进行分析时，从数据库的历史记录中统计出来的。
平均加速度幅值＝防区内加速度幅值之和÷振动产生次数÷防区内振动监测终端个数；
平均角速度幅值＝防区内角速度幅值之和÷振动产生次数÷防区内振动监测终端个数；
平均振动频率＝防区内振动频率之和÷振动产生次数÷防区内振动监测终端个数；
平均振动次数＝防区内振动次数之和÷振动产生次数÷防区内振动监测终端个数；
(4-3)专家分析模块按防区建立n×4的数据矩阵，n为划分的防区数目，矩阵的4列依次为：平均加速度幅值、平均角速度幅值、平均振动频率、平均振动次数；
(4-4)专家分析模块，首先，采用最大最小值法，将数据矩阵进行运算，生成模糊相似关系矩阵；然后，根据模糊相似关系矩阵，求解模糊等价关系矩阵，用最大树法对模糊等价关系矩阵进行聚类；最后，通过分类参数设定的值，将振动特征相似的防区归为一类。
分类参数的值是根据现场测试后得出的经验数据，一般设定为0.6。
振动特征相似：建立的数据矩阵经过上述一系列运算后，通过分类参数的值对矩阵进行聚类，就完成了数据的分类。分类的效果就是振动特征相似的防区归为了一类。
对防区进行分类的目的是，振动特征相似的防区，应采用相同的振动告警阈值。分类参数范围：[0,1]之间的浮点数，分类参数值越大，防区分类越细。分类参数一般设定为0.6。
所述步骤(5)对分类防区内的振动监测终端，进行振动告警阈值动态调整，振动告警阈值分5级：高阈值、较高阈值、一般阈值、较低阈值和低阈值，根据振动产生次数与加速度幅值的乘积大小，确定分类防区内振动监测终端的振动告警阈值，乘积越大，振动告警阈值越高；反之振动告警阈值越小。加速度幅值范围：[0g，4g],1g表示9.8N/s2。
高阈值对应的加速度阈值1.0g，较高阈值对应的加速度阈值0.8g，一般阈值对应的加速度阈值0.5g，较低阈值对应的加速度阈值0.35g，低阈值对应的加速度阈值0.2g。
工作原理及重要模块的介绍：该监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除方法的实现是在由数据处理模块、专家分析模块、振动监测终端组成的，其中振动监测终端安装在监狱隔离网上，监控终端将采集的数据上传到数据处理模块，数据处理模块将收到的数据进行处理后存入数据库，专家分析模块定时对数据库中的振动数据进行分析处理，并根据分析结果动态调整振动监测终端的振动告警阈值，以便滤除环境干扰，降低误报。
振动监测终端：是一种采用高集成度及高灵敏度探测器设计的硬件设备，该设备安装在监狱隔离网上，对隔离网振动产生的加速度、角速度进行采集，然后将数据上传给数据处理模块。
数据处理模块具备数据接收、数据计算、数据存储和数据转发功能。数据处理模块从振动监测终端处接收振动数据，将数据计算成实际值后存入数据库；数据处理模块接收专家分析模块对振动监测终端的动态阈值调整请求，并将请求转发至振动监测终端。
专家分析模块连接数据处理模块。专家分析模块定时从数据库加载振动数据并进行分析，并根据分析结果对分类防区的振动监测终端进行告警阈值的动态调整，环境因素恶劣时，提高振动监测终端的告警阈值，从而降低振动监测终端的误报，提高报警准确性。
本发明的有益效果：
(1)对隔离网振动进行探测，并对监测到的振动数据进行统计和分析，排除环境干扰，降低误报率；
振动终端上传的振动信息反映了周围环境的变化，没有风、雨、建筑施工的影响，振动终端采集的振动幅值较小、振动次数较少；周围的环境发生变化，相应的振动幅值、振动次数等将会随之变化。平台定时对振动数据进行模糊聚类分析，并将分析结果反馈给振动采集终端，确保振动采集终端能够依据环境因素的变化，进行振动告警。这种处理方式，可明显减少环境因素产生的误报。
(2)该环境干扰滤除方法，可适应不同材质、不同安装固定方式、不同安装年限的监狱隔离网，具有良好的适应性；
通常隔离网材质较硬、弹性较差、固定牢固、安装时间较短的隔离网，安装在隔离网上的振动采集终端，能够准确的采集到隔离网振动参数，振动终端的多级告警阈值需设置为较大的值；反之，振动在隔离网上传递时，衰减较快，振动终端的多级告警阈值需设置较小的值。
(3)对于监狱犯人翻越、破坏隔离网的行为，进行了有效监控，同时降低了环境因素产生的干扰，提高了监控效率。
附图说明
图1监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除方法系统结构示意图；
图2监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除方法分析过程流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除方法系统结构示意图，它包含数据处理模块，专家分析模块和振动监测终端。
所述振动监测终端：是一种采用高集成度及高灵敏度探测器设计的硬件设备，该设备安装在监狱隔离网上，对隔离网产生的加速度、角速度进行采集，然后将数据上传给数据处理模块。
所述数据处理模块具备数据接收、数据计算、数据存储和数据转发功能。数据处理模块从振动监测终端处接收振动数据，将数据计算成实际值后存入数据库；数据处理模块接收专家分析模块对振动监测终端的动态阈值调整请求，并将请求转发至振动监测终端。
所述专家分析模块连接数据处理模块。专家分析模块定时从数据库加载振动数据并进行分析，并根据分析结果对分类防区的振动监测终端进行告警阈值的动态调整，环境因素恶劣时，提高振动监测终端的告警阈值，从而降低振动监测终端的误报，提高报警准确性。
如图2，隔离网振动分析方法分析过程流程图。分析过程主要分以下步骤：
步骤一：专家分析模块对振动监测终端划分防区；
步骤二：振动监测终端检测隔离网振动信息，并将振动数据上传到数据处理模块；
步骤三：数据处理模块将振动信息计算成实际值，然后存入数据库；
步骤四：专家分析模块定时对单位时间内、不同防区产生的振动数据进行统计，并根据分类参数进行模糊聚类分析，对防区按振动特征进行分类，然后执行步骤(5)；
步骤五：根据分析结果，对分类防区内的振动监测终端，调整振动告警阈值。
所述步骤一中，建立防区的原则是：按照振动监测终端的安装位置进行区域划分，因为位置相近的振动监测终端，通常受到相同的环境因素影响。如：南风通常对北狱墙附近的隔离网产生明显的力的作用。
所述步骤四中，专家分析模块进行分析的步骤包括：
1、专家分析模块进行记时，当记时时长超过设置的单位时长，专家分析模块进行一次统计分析。一般单位时长设置为60分钟。
2、专家分析模块按防区进行振动信息统计，统计的信息包括：加速度幅值、角速度幅值、振动频率、振动次数。平均加速度幅值＝防区内加速度幅值之和÷振动产生次数÷防区内振动监测终端个数。平均角速度幅值、平均振动频率、平均振动次数计算方法与加速度幅值一致。
3、专家分析模块按防区建立n×4的振动统计数据矩阵。n为划分的防区数目。矩阵的4列依次为：平均加速度幅值、平均角速度幅值、平均振动频率、平均振动次数。
4、专家分析模块首先，采用最大最小值法，将数据矩阵进行运算，生成模糊相似关系矩阵；然后，根据模糊相似关系矩阵，求解模糊等价关系矩阵，用最大树法对关系矩阵进行聚类；最后，通过分类参数设定的值，将振动特征相似的防区归为一类。对防区进行分类的目的是，振动特征相似的防区，应采用相同的振动告警阈值。分类参数范围：[0,1]之间的浮点数，分类参数值越大，防区分类越细。分类参数一般设定为0.6。
所述步骤五对分类防区内的振动监测终端，进行振动告警阈值动态调整。振动告警阈值分5级：高阈值、较高阈值、一般阈值、较低阈值和低阈值。根据振动次数与加速度幅值的乘积大小，确定分类防区内振动监测终端的振动告警阈值。乘积越大，振动告警阈值越高；反之振动告警阈值越小。加速度幅值范围：[0g，4g],1g表示9.8N/s2。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)对等间距安装在监狱隔离网上的振动监测终端按照安装位置划分防区，分成多个不同的区域；
(2)振动监测终端检测隔离网振动，并将振动信息上传到数据处理模块；
(3)数据处理模块将振动信息计算成振动数据，然后存入数据库并转发至专家分析模块；
(4)专家分析模块定时对单位时间内、不同防区产生的振动数据进行统计，并根据分类参数进行模糊聚类分析，对特征相似的防区按振动特征进行分类，然后执行步骤(5)；
(5)根据分类结果，对分类防区内的振动监测终端调整对应的振动告警阈值；
所述步骤(4)中，专家分析模块进行模糊聚类分析的步骤包括：
(4-1)专家分析模块进行记时，当记时时长超过设置的单位时长，专家分析模块对设定时间内的数据进行一次统计分析；
(4-2)专家分析模块按防区进行振动信息统计，统计的信息包括：加速度幅值、角速度幅值、振动频率、振动产生次数；
(4-3)专家分析模块按防区建立n×4的数据矩阵，n为划分的防区数目，矩阵的4列依次为：平均加速度幅值、平均角速度幅值、平均振动频率、平均振动次数；
(4-4)专家分析模块，首先，采用最大最小值法，将数据矩阵进行运算，生成模糊相似关系矩阵；然后，根据模糊相似关系矩阵，求解模糊等价关系矩阵，用最大树法对模糊等价关系矩阵进行聚类；最后，通过分类参数设定的值，将振动特征相似的防区归为一类。
2.如权利要求1所述的一种基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除方法，其特征是，所述步骤(1)中，建立防区的原则是：按照振动监测终端的安装位置进行区域划分，因为位置相近的振动监测终端，通常受到相似的环境因素影响。
3.如权利要求1所述的一种基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除方法，其特征是，平均加速度幅值＝防区内加速度幅值之和÷振动产生次数÷防区内振动监测终端个数；
平均角速度幅值＝防区内角速度幅值之和÷振动产生次数÷防区内振动监测终端个数；
平均振动频率＝防区内振动频率之和÷振动产生次数÷防区内振动监测终端个数；
平均振动次数＝防区内振动次数之和÷振动产生次数÷防区内振动监测终端个数。
4.如权利要求1所述的一种基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除方法，其特征是，所述步骤(5)对分类防区内的振动监测终端，进行振动告警阈值动态调整，振动告警阈值分5级：高阈值、较高阈值、一般阈值、较低阈值和低阈值，根据振动产生次数与加速度幅值的乘积大小，确定分类防区内振动监测终端的振动告警阈值，乘积越大，振动告警阈值越高；反之振动告警阈值越小。
5.如权利要求4所述的一种基于监狱隔离网振动监测的环境干扰滤除方法，其特征是，高阈值对应的加速度阈值1.0g，较高阈值对应的加速度阈值0.8g，一般阈值对应的加速度阈值0.5g，较低阈值对应的加速度阈值0.35g，低阈值对应的加速度阈值0.2g，1g表示9.8N/s2。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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Address after: 250101 A203, block F, entrepreneurship square, Qilu Software Park, No.1 Shunhua Road, high tech Development Zone, Jinan City, Shandong Province Patentee after: Conway Communication Technology Co., Ltd Address before: 250101 Qilu Software Park, No. 1 Shunhua Road, Jinan High-tech Development Zone, Shandong Province, A 203 Patentee before: SHANDONG KANGWEI COMMUNICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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