1、收稿日期:2022-07-06基金项目:陕西省哲学社会科学重大理论与现实问题研究项目“十四五”时期陕西防止返贫长效机制研究(2022ND0276)作者简介:万珊(1984-),女,河南林州人,硕士研究生,副教授。基于多传感器的扶贫平台异常智能预警系统设计万 珊1,苟文博2(1.西安航空职业技术学院,西安 710089;2.中航工业西安飞机工业(集团)有限责任公司,西安 710089)摘 要:扶贫平台中包含大量的数据信息,原有系统对异常数据界定不清晰,导致预警响应速度较慢,不能完全过滤掉异常数据,无法保证扶贫平台中工作项目的正常运行。为解决上述问题,设计基于多传感器的扶贫平台异常智能预警系统。在
2、硬件设计中,构建扶贫平台异常分级架构,匹配多个智能预警传感设备,设计异常信号监测板电源电路。在软件设计上,基于多传感器构建异常数据融合模型,利用状态矩阵变换异常信号,均值化求解置信区域,发送异常数据的预警信号,完成智能预警系统设计。实验选择危房改造作为扶贫平台的测试项目,以错误数据和重复数据,作为扶贫平台的异常数据,测试该预警系统的响应速度和压力并发效果。在纯文字的错误信息预警过程中,该系统可保持在1.0 s 以内,且能够过滤掉全部错误信息。在2 500 组的新增用户中,设定100 组重复数据,该系统可以做到全部重复信息的预警,具有实际应用价值。关键词:多传感器;扶贫平台;异常预警;预警系统
3、中图分类号:TP29 文献标识码:A DOI 编码:10.14016/ki.1001-9227.2023.01.095Design of abnormal intelligent early warning system for poverty alleviation platform based on multi-sensorWAN Shan1,GOU Wenbo2(1.Xian Aeronautical Polytechnic Institute,Xian 710089,China;2.AVIC Xian Aircraft Industry(Group)Co.Ltd,Xian 710089
4、,China)Abstract:The poverty alleviation platform contains a large amount of data information.The original system did not clearly define the abnormal data,resulting in a slow response to the early warning.The abnormal data cannot be completely filtered,and the normal operation of the work items in th
5、e poverty alleviation platform cannot be guaranteed.In order to solve the above problems,an abnormal intelligent early warning system based on multi-sensor poverty alleviation platform is designed.In the hardware design,build the anomaly classification architecture of the poverty alleviation platfor
6、m,match multiple intelligent early warning sensing devices,and design the power circuit of the abnormal signal monitoring board.In software design,an abnormal data fusion model is built based on multi-sensor,abnormal signals are transformed by state matrix,confidence re-gions are solved by averaging
7、,and warning signals of abnormal data are sent to complete the design of intelligent early warning system.The experiment selected dilapidated building reconstruction as the test item of the poverty alleviation platform,and used erroneous data and duplicate data as the abnormal data of the poverty al
8、leviation platform to test the response speed and pressure concurrent effect of the early warning system.In the process of pure text error information warning,the system can keep within 1.0 s,and can filter out all error information.In 2500 groups of new users,set 100 groups of duplicate data.The sy
9、stem can alert all duplicate information,which has practical application value.Key words:multi-sensor;poverty alleviation platform;abnormal warning;early warning system0 引言我国近年来在各地开展了精准扶贫工作。精准扶贫工作当中的“精准”是指,一是对扶贫对象“精准”识别,二是对扶贫对象“精准”帮扶。要实现精准扶贫,必须掌握扶贫对象的基本信息,建立一个健全完善的扶贫对象档案,即精准扶贫数据平台。而扶贫工作开展的过程中,涉及的内容过
10、多,包括扶贫对象的生产生活基本状况,扶贫人员的致贫原因和家庭成员,不同类型的数据需要详细记录在案。当扶贫平台进行人员档案调度或者追踪时,会出现信息错乱和丢失数据等情况,一旦扶贫平台发生了数据异常问题,会直接导致扶贫工作的正常进行,需要对其具体的内容进行管理。将扶贫平台划分成信息维护和权限维护,以及扶贫对象信息管理等多个项目板块,按照扶贫措施管理和人员收入情况管理,以及对应责任人管理进行智能化分区,当出现数据59自动化与仪器仪表2023 年第 1 期(总第 279 期)异常时,可以针对项目内容进行定位,直接找到问题所在。智能预警的首要前提是目标识别,对多传感器的数据融合与检测形成了一个新的研究方
11、向,以此为基础,设计多传感器下的异常智能预警系统,为扶贫平台的稳定运行提供理论基础。1 异常预警系统硬件设计1.1 构建扶贫平台异常分级架构考虑到现阶段扶贫工作的进展速度,在各个贫困县区内,基本完成了电气和燃气的技术入驻,针对扶贫工作中存在的异常危险,依靠平台进行智能预警1-3。将业务系统和防御系统,并行连接在内网交换机中,通过预警装置进行数据交换,并将处置信号发送到扶贫平台中,完成双重的预警分级架构设计,具体情况见图 1 所示。图 1 扶贫异常的备案与预警架构如图中内容所示,将扶贫平台的业务处理前端和业务接收后处理器,均安置有预警装置,当业务处理存在异常时,能够完成信号的接收和加密,并按照先
12、后顺序进行异常备案,对平台中的异常情况分级处理。若贫困县区内的技术水平,无法支撑全部区域内的监控,可以考虑按照分区的形式进行拟合,在层层授权的情况中,实现异常预警的分级管理。1.2 匹配多个智能预警传感设备根据扶贫平台的预警系统需求,对各个类型的传感器型号进行匹配,包括:数据采集设备,激光雷达传感设备,人机交互设备等。智能预警选择一个合适的采集设备尤为重要4-6,考虑到扶贫平台的数据量较大,因为以 NVIDIA-AGX-XAVIER 模组为处理模块,对实时数据进行采集和分析,配备有八核的 ARW64CP。由于扶贫平台用于区县内,相对于复杂的城市环境来讲,涉及的事物较为简单,因此,选择激光雷达作
13、为传感器,对采集的数据进行传导,可测量 范围最大为2 000 m,同时在区县各个地点进行装置,能够保证在水平和垂直方向上,固定其工作分辨率为 0.15。将上述硬件设备进行连接,各组接口情况见图 2所示。如图 2 所示,激光雷达传感器通过网线进行连接,以此对路由器进行检测任务分配,同时对接收到的数据进行整合。当信号接收不及时的情况下,USB 串口可以转化为 CAN 信号,对传感器的信息进行转发。图 2 传感器接口形式1.3 设计异常信号监测板电源电路预警系统中最重要的环节为监测环节,以实际扶贫平台的监测需求来看,设计监测板的电源电路,以通信板传递的电源为基础,依次获取不同规格的电压。基本情况下,
14、监测板的电压规格为 12.5 V、9.5 V、5.5 V、3 V,若首次传导过来的电压为12.5 V,需要将其转换为其余规格电压,直接进行举例说明7-9,见图 3所示。图 3 检测板电源电压转换电路上图中,将电源电压设置为12.5 V 的情况进行转换,使其变为 9.5 V,直接选用 LM7809 芯片作为转换介质。当电路一直处于工作状态时,可以适当增加散热面积,保证其使用寿命。2 扶贫平台异常预警系统软件设计2.1 基于多传感器构建融合模型构建数据融合模型,对数据类型进行分类,划分出不同的等级10-12。建立多传感器的节点采集功能模型,对多个层级进行数据融合,过程见图 4 所示。图 4 功能模
15、型处理过程69基于多传感器的扶贫平台异常智能预警系统设计 万珊,等根据图中内容所示,在对数据处理时,在第一个阶段,主要为检测和判断采集数据,第二阶段为数据校验和匹配阶段,第三阶段为属性锁定。通过各个阶段的判断和比较,识别出威胁数据进行处理,在多个层次的有机集合下,能够使传感器进行多节点协作。以此对扶贫平台中产生的异常数据,进行空间坐标系中的信号感知,能够针对动态化的异常目标完成实时跟踪。此次设计的传感器配备位置,自带有激光坐标系和摄像坐标系,以各组传感器所在坐标系为基础,对接收到的异常信息进行归一化处理,将其与扶贫平台的异常信号进行坐标系转换。通过刚体变化,即水平和选择变化,得到异常信号所处位
16、置,以及相机坐标系,使其处在同一个三维空间中。通过转换关系,以及转换顺序的设定,引入状态矩阵对异常信号进行转换。2.2 状态矩阵变换异常信号以同一平面内的旋转变化为例,在传感器接收到异常信号时,根据变化规则13-15引入三维坐标 z 轴,状态矩阵变换异常信号可以描述为矩阵形式,如下:xyz=qx?x?y?z(1)xyz=qy?x?y?z(2)xyz=qz?x?y?z(3)公式中:原始信号的坐标轴为 x 和 y。转换后的信号坐标轴为?x 和?y。qz、qy和 qx,分别为绕 z 轴、x 轴和 y 轴变化的矩阵,即:qx=1000cos-sin0sincos(4)qy=cos0sin010-sin0cos(5)qz=cos-sin0sincos0001(6)公式中:当坐标系按照 x、y 和 z 轴,进行顺时针旋转时,产生的角度为、和。将转换完成的异常信号,进行相关特征的关联匹配,实现智能预警。2.3 转换置信区域预警信号在异常信号转换过程中,涉及传感器的接收分辨率,设置在监测信号平面的分辨率为 ax 和 ay,利用上文公式进行转换,表示为:wq1=1ax0w001ayq0001xy1(7)
