[发明专利]一种可容错周界入侵探测方法

摘要

本发明公开了一种可容错周界入侵探测方法，该方法包含探测器内部容错、探测器间容错、信任管理和故障探测器判定三个环节；第一环节得到探测器的探测输出；第二环节得到探测器的报警输出；第三环节：根据前两环节的结果动态调整探测器的信任度。本发明方法可减少周界入侵探测系统中由环境噪声、探测器故障导致的误警和漏警，并可找出故障探测器，使得系统在众多探测器发生故障的情况下仍可正常运行，大大提升了周界入侵探测系统的容错能力与可靠性。本发明方法可直接基于原有周界入侵探测系统硬件升级，实施成本低。本发明方法可应用在边境线、机场周边、电力设施周边、海岸线等处，降低了对人工维护的依赖。

主权项

1.一种可容错周界入侵探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)探测器内容错：通过对该探测器一段时间内的探测结果加权求和，得到汇总的结果，并将该结果二值化后作为探测器的探测输出；(2)探测器间容错：通过相邻探测器当前时刻的探测结果加权投票推测入侵者当前的位置，并在此基础上推测入侵者上一时刻的位置；再根据推测的入侵者上一时刻的位置，对相邻探测器上一时刻探测结果进行加权投票；两次加权投票的结果求和后，经过二值化，作为探测器的报警输出；加权投票的权值与探测器的信任度有关；(3)信任管理和故障探测器判定：根据步骤(1)得到的探测器的探测输出和步骤(2)得到的探测器的报警输出，动态调整探测器的信任度，当探测器的探测输出与探测器的报警输出结果一致时，增加探测器的信任度；当探测器的探测输出与探测器的报警输出结果不一致时，降低探测器的信任度；当探测器的信任度低于信任度阈值时，判定该探测器故障；所述步骤(2)具体如下：如果有一点P能够被k个探测器探测到，并且每个探测器探测到该点的概率均大于或等于δ，则该点P被探测器网络(k,δ)重覆盖；同理，也称探测器网络在P点满足(k,δ)重覆盖；如果区域Ω中的任意一点均满足(k,δ)重覆盖，则称区域Ω满足(k,δ)重覆盖；如果两探测器存在相同的(k,δ)重覆盖区域，则这两个探测器互为邻居探测器；探测器i的邻居探测器的集合定义为N_i；将(k,δ)重覆盖区域划分为子区域集合SR＝{SR₁,SR₂,……}，每个子区域均被相同的探测器集合覆盖；以大于等于δ的探测概率覆盖相同子区域SR的探测器集合记为记与探测器i的探测区域有重合的(k,δ)重覆盖区域为V_i；对于满足的子区域，计算探测器i的邻居探测器集合的投票结果O_i,spa(SR)：其中r_j(t‑T₀)为探测器j在(t‑T₀)时刻的信任权重；如果入侵者在t时刻出现在某个子区域中，则入侵者可能被覆盖该子区域的多个探测器同时探测到，该子区域的加权投票结果为附近子区域中的最大值；即入侵者应该在最大的O_i,spa(SR)所对应的子区域，记为子区域设入侵者上一时刻可能处于的子区域的集合为假设入侵者的最大速度为v_max，则可通过如下式子计算：其中对于满足的子区域，计算探测器i的邻居探测器集合上一时刻的投票结果O_i,tem(SR)：则在上一时刻，入侵者可能处的位置应该为上一时刻O_i,tem(SR)取得最大值的子区域，记为最终的汇总结果如下：采用阈值判定对进行二值化，记判定阈值为AlarmTh，记探测器的报警输出为A_i(t)，则探测器是否报警可由下式确定：其中，A_i(t)＝1表示探测器i报警，指探测到入侵者；A_i(t)＝0表示探测器i静默，指未发现入侵者；探测器i向控制中心发出报警信号时，如果存在A_j(t)＝1满足则该探测器的输出判定为表示该探测器正确地报警；否则该探测器的输出判定为表示该探测器错误地报警；探测器i向控制中心发出静默信号时，如果存在A_j(t)＝1满足则该探测器的输出判定为表示该探测器错误地静默；否则该探测器的输出判定为表示该探测器正确地静默；控制中心同时接受周界上众多探测器返回的探测信息，如果经过探测器内容错和探测器间容错，有一个探测器A(t)＝1，则系统给出一处报警；如果有多个探测器满足A(t)＝1，则系统给出多处报警；所述步骤(3)具体如下：将探测器应该发出报警时保持静默的错误行为称为SilentFault行为，将该静默时发出报警的行为称为AlarmFault行为；记对SilentFault行为的惩罚值为α，α＞0，即每次SilentFault行为发生时，在该探测器的信任度上减去α；那么，当发生时，应在该探测器的信任度上减去α/P(A_i(t)＝1)，将值记为α_s；同理，当发生时，在该探测器的信任度上减去α/P(A_i(t)＝0)，记作α_a；即：α_s＝α/P(A_i(t)＝1)α_a＝α/P(A_i(t)＝0)对于探测器正确地输出行为，每次给该探测器的信任度增加β，β＞0；当发生时，探测器的信任度增加β/P(A_i(t)＝1)，记作β_a；当发生时，该探测器的信任度增加β/P(A_i(t)＝0)，记作β_s；即：β_a＝β/P(A_i(t)＝1)β_s＝β/P(A_i(t)＝0)通过探测器工作环境中探测器探测区域发生入侵的平均概率估计P(A_i(t)＝1)；探测器i在时刻t的信任度定义为tr_i(t)；在每个工作周期T₀，根据探测器的输出判定结果调整探测器的信任度；令探测器信任度取值上限为TR₀，表示该探测器可靠；下限为0，表示该探测器故障；即：如果探测器i在时刻t的信任度tr_i(t)低于故障判定阈值TR_th，则认为探测器i在时刻t被判定为故障探测器，记为m_i(t)＝1；如果探测器i在t时刻正常，则记为m_i(t)＝0；即：由探测器信任度tr_i(t)决定的该探测器在探测器间容错环节的投票权重，称为信任权重r_i(t)；信任权重由下式给出：