[实用新型]一种基于振动传感器的野外智能文物监控系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及文物保护系统，特别是一种基于振动传感器的野外智能文物监控系统。

背景技术

我国现存大量石刻或其他质地的文物散落于野外，这些珍贵文物在上千年的自然营力和人为因素的作用下，表层劣化严重，加之现有的交通运输工具和公路的发展，加大了石刻被搬运盗窃的危险，除个别石陵保存状况尚好外，其他很多处都只有一两件，散落于荒郊野外，保存状况堪忧。从人为角度来讲，近年来野外文物频频失窃遭损是文物遭到破坏的一个主要因素，现有的保护方法大多数还是以人工巡逻看管为主，加之辅以对《文物保护法》的宣传和普及，从道德观念上去约束人们的行为，这种做法加大了人力物力，但还是不能从根本上阻止文物被盗抢的发生。

随着科学技术的发展应用，智能化的文物保护方案开始被人们所采用。现阶段智能化的野外文物保护系统一般采用的是加装防盗窃振动传感器在文物所处的地表下，但是在野外监测的时候振动传感器容易受到来自于自然环境的变化或周遭干扰源的干扰而引发的误报警。因此，如何能有效的识别振动信号的来源，降低振动传感器的误报警，具有重要的意义。

发明内容

本实用新型的目的是要提供一种基于振动传感器的野外智能文物监控系统。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

一种基于振动传感器的野外智能文物监控系统，包括中心监控部分、网络连接部分和数据采集部分：

所述数据采集部分包括振动传感器和网络节点：

所述振动传感器采集野外大型文物周围的混合的杂波信号；

所述网络节点负责实时采集振动传感器收到的数据并将数据通过路由节点上发至中心节点处理；

所述网络连接部分包括路由节点、中心节点：

所述路由节点负责在中心节点和网络节点之间的数据的中继转发；

所述中心节点将网络节点、路由节点和上位机监控软件之间联系起来，上位机通过串口给中心节点发送控制命令给网络节点和路由节点，网络节点将振动传感器采集到的数据通过路由节点发送至中心节点，中心节点通过RS232串口发给上位机并判断是否报警；

所述中心监控部分包括上位机：

所述上位机接收网络连接部分传送的信息数据，并对信息数据进行处理，分析并判断是否报警，通过串口给中心节点发送控制命令给网络节点和路由节点。

进一步的，所述每一个网络节点可连接多个振动传感器。

具体的，所述网络节点和振动传感器一起固定在野外大型文物周围。

野外现场的振动传感器从周围环境采集到混合的杂波信号，从这些混合信号中分离出某一路或几路信号供我们进行分析和处理，由于信号源的不可知性使这一过程成为盲信源分离问题，上位机通过独立分量分析(Independent Component Analysis，ICA)方法可对含有相互独立的真实信号和噪声信号的混合信号进行盲源信号分离，达到对信号源的有效识别。

独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)方法是一种把混合信息分解成具有统计独立性成分的线性组合的新方法，它能够有效地提取混合信息的主要特征。因为用这种方法分解出的各信号分量之间是相互独立的，而测得的信号往往包含若干相对独立的成分，所以用这种方法测得的结果更有利于去除干扰和伪差。

从本质来看ICA是一个优化算法，其目标函数在于实现独立成分的最大化非高斯性，该目标函数的设定可由中心极限定理直观地推出。中心极限定理表明，在大样本条件下，独立随机变量的和趋于高斯分布。独立成分模型表明观测变量是独立成分的线性组合，独立成分比任何一个观测变量更偏离高斯分布。我们可通过对输出向量y的各个分量进行非高斯性度量来判断是否得到独立信号源，用场用负熵作为度量。

根据负熵(用符号J[p(y)]或J(y)来表示)的概念，可得在单变量情况下：

当且仅当y为高斯变量时，负熵为0。J[p(y)]越大表示它距离高斯分布越远。

直接计算负熵比较困哪，通常用多项式函数将负熵近似为：

J(yi){E[F(y_i)]-E[F(v)]}²

其中y_iu_i(T)z,v为N(0,1)。

本实用新型采用的基于负熵的快速固定点ICA又称FastICA算法的具体步骤为：

1)把传感器采集的混合信号x去均值，再球化，得z；