隨著生活水平的提高，擁有私家車已成為家庭進(jìn)入時(shí)尚、現(xiàn)代生活的標(biāo)志之一。但是隨著汽車數(shù)量的增多，盜竊分子也開始把目光投向作為高檔消費(fèi)品的汽車。雖然當(dāng)前大多數(shù)汽車都裝有原廠的防盜器件，市場上還有多種品牌的汽車附加防盜器，可是這些防盜裝置不是只側(cè)重于被動(dòng)地處理遇警情況，就是對于報(bào)警器判斷被盜過程的可靠性未有足夠的重視，致使錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，給車主造成了很多不必要的麻煩。
基于傳感器信息融合技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)在綜合分析汽車被盜的多種方式的基礎(chǔ)上，利用多傳感器在性能上的差異性與互補(bǔ)性，綜合來自各個(gè)傳感器的多種數(shù)據(jù)信息，采用融合方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以主動(dòng)而準(zhǔn)確地判斷汽車的狀態(tài)。并且系統(tǒng)還可以利用無線網(wǎng)絡(luò)同車主進(jìn)行通信，及時(shí)報(bào)告汽車狀況，提高了報(bào)警系統(tǒng)的可靠性。
防盜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
基于多傳感器信息融合的防盜系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)。在選用保證系統(tǒng)功能的基本模塊的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)用戶需求的不同，增減模塊或傳感器的數(shù)量，以適應(yīng)個(gè)性化產(chǎn)品的需求。系統(tǒng)主要由監(jiān)測模塊、中央處理模塊、報(bào)警模塊、執(zhí)行模塊和通訊模塊組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。
其中監(jiān)測模塊由多組傳感器及信號(hào)處理電路構(gòu)成，用于車況信息的采集，并將采集的數(shù)據(jù)信號(hào)加以處理后傳輸至中央處理模塊。
中央處理模塊接收來自各個(gè)傳感器的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，處理的結(jié)果是將警報(bào)分級(jí)。中央處理模塊根據(jù)不同等級(jí)的警報(bào)觸發(fā)不同的報(bào)警信號(hào)和操作，并通過通訊模塊將事態(tài)判定結(jié)果傳輸給車主；當(dāng)判定態(tài)勢嚴(yán)重時(shí)，可以控制執(zhí)行模塊直接阻斷汽車的點(diǎn)火電路，使汽車不能發(fā)動(dòng)。
報(bào)警模塊接收中央處理模塊的指令，利用聲音、閃光進(jìn)行報(bào)警。
執(zhí)行模塊以通過通訊模塊接收的車主指令為最高優(yōu)先權(quán)，車主可以方便地進(jìn)行"汽車鎖死"、"警報(bào)解除"等操作。
利用通訊模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。系統(tǒng)將分級(jí)的報(bào)警信息以短信息形式通過GSM/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳遞給車主，以提醒車主留意汽車的安全；同時(shí)車主可以利用手機(jī)短信對汽車進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
檢測模塊傳感器的選擇
為實(shí)現(xiàn)合理選擇傳感器件的目的，現(xiàn)對汽車失竊方式加以分析。總的來說竊賊最常用的盜竊手段有以下幾種方法：
①整車搬運(yùn)法：使用拖車直接將車輛拖走，或?qū)⒄囇b入其它運(yùn)載工具運(yùn)走。此種竊盜方式所需時(shí)間相當(dāng)短，竊賊能迅速離開現(xiàn)場。
②破壞車體法：竊賊在無人看守的停車地點(diǎn)，直接以工具破壞汽車門鎖或玻璃強(qiáng)行進(jìn)入車中，以接電方式將車輛駛走。
③復(fù)制鑰匙或開鎖高手：將鑰匙復(fù)制或用開鎖工具打開車門，直接將車開走。
④竊取車載物件：竊賊拆卸車體外部零件，或砸碎車窗盜竊車內(nèi)物品。
竊賊的這些行為會(huì)引起車體振動(dòng)、傾斜等現(xiàn)象，同時(shí)還伴有中心波長為9~10μm的紅外輻射等人體生物信息。根據(jù)竊賊盜竊汽車所引發(fā)的異常現(xiàn)象，選擇恰當(dāng)?shù)谋O(jiān)測器件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理算法，就可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)警的目的。
為了能夠提取足夠的信息，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測目標(biāo)的準(zhǔn)確判斷，選擇傳感器應(yīng)遵循一些基本原則：合理選擇傳感器并加以優(yōu)化組合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高精度、低成本的需求；選用不同種類、不同功能的傳感器，發(fā)揮各個(gè)傳感器的優(yōu)勢，信息共享，降低虛報(bào)、漏報(bào)的可能性；選用多個(gè)同種類的傳感器，合理布局，去除監(jiān)測死角，提高系統(tǒng)的可靠性。基于以上的分析，選用以下傳感器構(gòu)成防盜系統(tǒng)的監(jiān)測模塊：
①微波多普勒傳感器[1]。利用多普勒效應(yīng)制成的傳感器可以用來探測人體或物體的移動(dòng)，該傳感器在人或物體靠近時(shí)接收器接收的頻率發(fā)生變化，當(dāng)頻率變化至設(shè)定值時(shí)，可以判斷為有人或物體進(jìn)入防盜系統(tǒng)的預(yù)警范圍；
②振動(dòng)傳感器[2]。利用加速度檢測器件制成的振動(dòng)傳感器，能夠?qū)圀w特殊頻段的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測，在車體被外力破壞的情況可以產(chǎn)生警報(bào)；
③傾角傳感器[2]。傾角傳感器監(jiān)測車體相對于初始位置是否出現(xiàn)傾角變化，如果這種角度的變化是以特定頻率出現(xiàn)或達(dá)到設(shè)定的閾值，就可以判斷為汽車整體被搬運(yùn)。
④熱釋電紅外傳感器[3]。熱釋電紅外傳感器只對中心波長為9~10μm的紅外線輻射敏感，能夠檢測到人體輻射的紅外信息，可以用作人體入侵車內(nèi)的監(jiān)測器件；
⑤霍爾開關(guān)器件[4]。通過霍爾開關(guān)器件可以對汽車的車門、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋及后備箱蓋的非法開啟進(jìn)行監(jiān)測。
以上幾種傳感器監(jiān)測波頻率的改變、車體振動(dòng)、車體位態(tài)改變和人體生物信息等不同方面，再通過合理的布局去除監(jiān)測死角，就能夠獲取汽車防盜所需的足夠信息，最大程度地消除信息的不確定性，提高報(bào)警的可靠性。
遇警信息的融合處理
多傳感器信息融合是指協(xié)同使用多種傳感器，并將各種傳感信息有效地結(jié)合起來，形成高性能的感知系統(tǒng)來獲取對環(huán)境的一致性描述的過程[5]。同單一傳感器相比，多傳感器信息融合在降低信息的不確定性、提高系統(tǒng)獲取信息的精確度、降低系統(tǒng)的成本、提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度等方面具有顯著的優(yōu)勢，因此可以采用信息融合技術(shù)對監(jiān)測模塊采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理。
信息融合模型可以從功能、結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型等幾方面來研究表示[6]。功能模型從融合的過程出發(fā)，描述信息融合包括哪些主要功能、數(shù)據(jù)庫，以及進(jìn)行信息融合時(shí)系統(tǒng)各組成部分之間的相互作用過程；結(jié)構(gòu)模型從信息融合的組成出發(fā)，說明信息融合系統(tǒng)的軟、硬件組成，相關(guān)數(shù)據(jù)流，系統(tǒng)與外部環(huán)境的人機(jī)界面；數(shù)學(xué)模型則是信息融合算法和綜合邏輯。
多傳感器信息融合的功能模型可以分為檢測級(jí)融合、位置級(jí)融合、屬性級(jí)融合三個(gè)層次。而本防盜系統(tǒng)將報(bào)警級(jí)別劃分為"整車搬運(yùn)"、"車體破壞"、"非法開啟"和"入車盜竊"四類，并利用不同的信息融合模型加以判斷。其中"整車搬運(yùn)"、"車體破壞"和"非法開啟"是檢測級(jí)的信息融合，是一個(gè)分布式檢測系統(tǒng)，各組傳感器監(jiān)測目標(biāo)相互獨(dú)立、無沖突，可以將它們的信息利用結(jié)合法[5]進(jìn)行綜合疊加； "入車盜竊"是屬性級(jí)的融合，需對目標(biāo)身份進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)，可以利用指導(dǎo)法[5]進(jìn)行融合處理。
在檢測級(jí)融合，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型采用串行結(jié)構(gòu)。即在微波多普勒傳感器節(jié)點(diǎn)判斷結(jié)果的基礎(chǔ)上，分別與傾斜傳感器、振動(dòng)傳感器及霍爾開關(guān)器件的檢測信息融合，處理過程為：微波多普勒傳感器的反應(yīng)信號(hào)表明有人或物體接近。當(dāng)人或物體的接近達(dá)到預(yù)警距離后，若傾斜傳感器判斷車體傾斜角度達(dá)到設(shè)定的閾值，表明有"整車搬運(yùn)"情況；若振動(dòng)傳感器對車體特殊頻段的振動(dòng)也產(chǎn)生感應(yīng)，則判斷為"車體破壞"；如果安裝于車門的霍爾開關(guān)器件做出反應(yīng)，表明車門或前后艙蓋被"非法開啟"。其各自的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。
對于應(yīng)用屬性級(jí)融合的"入車盜竊"的判斷過程采用樹狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)"車體破壞"或"非法開啟"的節(jié)點(diǎn)判斷結(jié)果，加上紅外傳感器的檢測信息，就可以判斷出是否有人進(jìn)入車內(nèi)，信息融合的過程見圖3(略）。
結(jié)論
利用多傳感器信息融合技術(shù)制成的汽車防盜系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)單純使用震動(dòng)傳感器的誤報(bào)情況，比單獨(dú)使用紅外傳感器擴(kuò)大了監(jiān)測范圍。其監(jiān)測結(jié)果具有很高的準(zhǔn)確性、可靠性和實(shí)時(shí)性，有傳統(tǒng)汽車防盜系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢。
結(jié)束語
本文討論的基于傳感器信息融合技術(shù)汽車防盜系統(tǒng)的監(jiān)測方法還可以利用于社區(qū)安防、家庭防盜等多種場合。這種防盜手段具有非常廣闊的應(yīng)用空間，應(yīng)該是安防系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。