基于综合型数据融合网络的智能报警系统研究
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摘要
随着科学技术的日新月异，和人民生活水平的不断提高，住宅智能化逐渐成为人们研究的热点。为加快智能化住宅的发展，我国政府颁布了一系列住宅智能化标准，并根据当前国内状况，提出了：智能化住宅应首先实现安全防范系统的智能化。
本论文以解决上述问题为目标，设计了一套既适合普通住宅，又适合智能化住宅小区的智能报警系统。整个系统投资少，见效快，可使普通住宅享受智能化报警系统的优越性。响应了国家建委提出的现有住宅的智能化改造精神。
该报警系统在参考国外同类产品的同时，采用先进的多传感器数据融合技术，辅之以当今流行的现场总线与局域网互联的传输系统，提出了从数据处理到数据传输的一整套创新设计理念。
本论文设计的综合型数据融合网络，在网络构成方面，为多传感器数据融合技术开启了新的思路。因为它由模糊控制、一致性融合及神经网络三种方法组合而成，其优点是：
1、综合了多种融合技术，既发挥了单一融合技术的优势，又弥补了单一融合技术的不足。通过并行操作，能解决数据量庞大的信息融合问题。
2、首次将小脑网络用于数据融合，它的局部逼近特性，使融合网络具有较快的收敛速度，满足报警系统的实时性要求。
3、融合网络能用经验知识对多个报警信号进行综合评价，能用“软件”方式预报复杂警险，可节省报警系统的硬件开支。
该报警系统的数据传输方案，在仿真环境下的结论说明，用现场总线和局域网互联的方法，实现数据传输，既可充分利用现有资源，又可使网络性能稳定，传输迅速。因此，具有良好的实用性。
综上所述，本论文研究的基于综合型数据融合网络的智能报警系统具有方法简单、实用，结构灵活，报警准确、迅速等优点，达到了设计要求，能够作为智能住宅小区的安全防范系统。
With science and technology increasingly developing, and people life condition improving, intelligent houses have been gradually becoming an intensive research topic. In order to develop rapidly intelligent houses, the government enact a serial of law and criterion about intelligent houses building. According to present demotic condition, we should first research the intelligent alarm system used to intelligent houses.
Aim of this paper is achieve an intelligent alarm system. With a consideration on Chinese house state, we develop an intelligent alarm system. The system is fit for ordinary-apartment and smart-house/home, The cost of the system is short, and the efficient of the system is perfect. The intelligent alarm system can benefit these ordinary apartments. So it responds the idea of equipping the ordinary apartment with intelligent facilities.
The intelligent alarm system refer counterpart of foreign nations, and adopt advanced technology of data fusion, as well as a popular tend that transportation using Field-bus and Ethernet. The intelligent alarm system includes a serial of novel concept on data making and data transporting.
This paper showed an integrative information fusion network, which is based on an idea of multi-sensor integration and fusion. This fusion network is composed of fuzzy control, consensus data fusion and neural network. The intelligent alarm system owes several excellences, such as:
1. Since the network is composed of three fusion techniques, it not only holds all excellence of three fusion techniques, but also can overcome the limitation of single fusion technique. This network can compose of lots of information with juxta-positional methods.
2. The CMAC(cerebella model articulation controller) neural network is first used in the information fusion. Its convergence speed is faster than the other networks'. So CMAC network is quite fit for alarm system.
3. The fusion networks is capable of estimating some alarm signal and get to a complex result with human experiences. So the network can use "software" intelligent to alarm, and economize cost of "hardware".
On the condition of lab, simulation experiment showed that a transportation method of the intelligent alarm system, which is based on Field-bus and Ethernet, use available resources and rent speed of networks rapid, stable.
In general, the intelligent alarm system based on integrative information fusion network, have the simple and practice method, flexible structure and favorable efficiency, accord with design idea that the intelligent alarm system should be fit for the smart-houses/home.
本论文以解决上述问题为目标，设计了一套既适合普通住宅，又适合智能化住宅小区的智能报警系统。整个系统投资少，见效快，可使普通住宅享受智能化报警系统的优越性。响应了国家建委提出的现有住宅的智能化改造精神。
该报警系统在参考国外同类产品的同时，采用先进的多传感器数据融合技术，辅之以当今流行的现场总线与局域网互联的传输系统，提出了从数据处理到数据传输的一整套创新设计理念。
本论文设计的综合型数据融合网络，在网络构成方面，为多传感器数据融合技术开启了新的思路。因为它由模糊控制、一致性融合及神经网络三种方法组合而成，其优点是：
1、综合了多种融合技术，既发挥了单一融合技术的优势，又弥补了单一融合技术的不足。通过并行操作，能解决数据量庞大的信息融合问题。
2、首次将小脑网络用于数据融合，它的局部逼近特性，使融合网络具有较快的收敛速度，满足报警系统的实时性要求。
3、融合网络能用经验知识对多个报警信号进行综合评价，能用“软件”方式预报复杂警险，可节省报警系统的硬件开支。
该报警系统的数据传输方案，在仿真环境下的结论说明，用现场总线和局域网互联的方法，实现数据传输，既可充分利用现有资源，又可使网络性能稳定，传输迅速。因此，具有良好的实用性。
综上所述，本论文研究的基于综合型数据融合网络的智能报警系统具有方法简单、实用，结构灵活，报警准确、迅速等优点，达到了设计要求，能够作为智能住宅小区的安全防范系统。
With science and technology increasingly developing, and people life condition improving, intelligent houses have been gradually becoming an intensive research topic. In order to develop rapidly intelligent houses, the government enact a serial of law and criterion about intelligent houses building. According to present demotic condition, we should first research the intelligent alarm system used to intelligent houses.
Aim of this paper is achieve an intelligent alarm system. With a consideration on Chinese house state, we develop an intelligent alarm system. The system is fit for ordinary-apartment and smart-house/home, The cost of the system is short, and the efficient of the system is perfect. The intelligent alarm system can benefit these ordinary apartments. So it responds the idea of equipping the ordinary apartment with intelligent facilities.
The intelligent alarm system refer counterpart of foreign nations, and adopt advanced technology of data fusion, as well as a popular tend that transportation using Field-bus and Ethernet. The intelligent alarm system includes a serial of novel concept on data making and data transporting.
This paper showed an integrative information fusion network, which is based on an idea of multi-sensor integration and fusion. This fusion network is composed of fuzzy control, consensus data fusion and neural network. The intelligent alarm system owes several excellences, such as:
1. Since the network is composed of three fusion techniques, it not only holds all excellence of three fusion techniques, but also can overcome the limitation of single fusion technique. This network can compose of lots of information with juxta-positional methods.
2. The CMAC(cerebella model articulation controller) neural network is first used in the information fusion. Its convergence speed is faster than the other networks'. So CMAC network is quite fit for alarm system.
3. The fusion networks is capable of estimating some alarm signal and get to a complex result with human experiences. So the network can use "software" intelligent to alarm, and economize cost of "hardware".
On the condition of lab, simulation experiment showed that a transportation method of the intelligent alarm system, which is based on Field-bus and Ethernet, use available resources and rent speed of networks rapid, stable.
In general, the intelligent alarm system based on integrative information fusion network, have the simple and practice method, flexible structure and favorable efficiency, accord with design idea that the intelligent alarm system should be fit for the smart-houses/home.
引文
1．李梅．智能建筑、智能小区和智能家居．计算机世界，2000年第12期：B7～B8
2．胡家伦．上海智能化住宅小区的发展．住宅科技，2000年第10期：31～34
3．王立山．e-home数字家园—21世纪人类的理想家居．计算机世界，2000年第12期：B11
4．徐欣．一个完整的智能家居演示系统．计算机世界，2000年第12期：D13～D14
5．李雪佩．发展智能化住宅小区的思路．计算机世界，2000年第12期：B6
6．朱立彤．智能化住宅的安全防范系统设备的选用与设置．电气时代，2000年第1期：22～24
7．李诚元．智能化小区中的家庭安全管理系统．电子技术应用，2000年第8期：35～37
8．刘兵．因地制宜选方案．计算机世界，2001年第5期：D8
9．李民．天津开发区宽带网络建设．计算机世界，2001年第5期：D10～D11
10．张彦铎，姜兴渭．多传感器信息融合及在智能故障诊断中的应用．传感器技术，1999年第18卷第2期：18～22
11. Varshney P K. Multi-sensor Data Dusion. Electronics & Communication Engineering Journal. December, 1997:245～253
12．王军，苏剑波，席裕庚．多传感器集成与融合概述．机器人，2001年第23卷第2期：183～186
13. Murphy R R., Biological and Cognitive Foundation of Intelligent Sensor Fusion. IEEE Trans on System, Man and Cybernetics, 1996, 21(1): 42
14．王祁，聂伟，张兆礼．数据融合与智能传感系统．传感器技术，1998年第17卷第6期：51～53
15．黄瑛，陶云刚，周洁敏，等，多传感器数据融合系统的软件实现．传感器技术，1998年第17卷第6期：9～11
16. An P Edgar, Harris Chris J. Intelligent Driver Warning System for Vehicle Collision Avoidance. IEEE Trans. Syst., Man and Cybern. Part A System and Humans, 1996, 26(2): 254～261
17．袁军，黄心汉，陈锦江．基于多传感器的智能机器人信息融合，挖制结构和应用．机器人，1994年第16卷第5期：313～319
18．张结斌，文代刚．智能传感器网络通信功能的研究．传感器世界，1999年第2期：26～27
19．汪培庄，李洪兴．模糊系统理论与模糊计算机．北京：科学技术出版社，1996年92～121，256～305，346～377
20. Yen J, Langari R, Zedeh L A. Industrial Applications of Fuzzy Logic and Intelligent System, IEEE Press 1995.
21．李士勇．模糊控制、神经控制和智能控制论．黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，1998年．23～73，104～105，254～284
22．孙增圻，张再兴，邓志东．智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社，1997年．16～62，158～163
23．王婷杰，施惠昌．一种基于模糊理论的一致性数据融合方法．传感器技术，1999年第18卷第6期：50～53
24. Luo R. C., et al., Dynamic Multi-sensor Data Fusion System for Intelligent Robots. IEEE Journal of Robotics and Automation, 1988, 4(4): 386～396
25. Luo R. C., Key M. G., Multi-sensor Integration and Fusion in Intelligent System. IEEE Transaction on System, Man and Cybernetics. 1989, 19(5): 901～931
26. Dumitrache I., et al., A Real Time Control Experiment Using a Neutral Network Based Linguistical Approach, IEEE Fuzzy, 1992, 123～127
27．刘增良，刘有才．模糊逻辑与神经网络——理论研究与探索．北京：北京航空航天大学出版社，1996年．51～68
28．诸静．模糊控制原理与应用．北京：机械工业出版社，1995年．16～89，100～118，240～246
29．洪文学，周少敏，张绍卿．模糊传感器语言概念生成实用方法．传感器技术，1997年第16卷第5期：55～58
30．蔡自兴，徐光祐．人工智能及其应用．第二版．北京：清华大学出版社，1996年．340～364，392～395
31．陈明．神经网络模型．大连：大连理工大学出版社，1995年．12～46
32. Albus J S. A new approach to manipulator control: The cerebellar model articulation. Controller (CMAC). Trans of ASME Journal of Dynamic System, Measurements, and Control, 1975, 9:220～227
33. Albus J S. Data Storage in the Cereberllar Model Articulation Controller (CMAC). Trans of ASME Journal of Dynamic System, Measurements, and Control, 1975, 9: 228～233
34. Miller W T. Real-time Application of Neutral Networks for Sensor-based Control of Robots with Vision, IEEE Trans. Syst., Man, Cybern., 1989, 19:825～831
35．张立明．人工神经网络的模型及其应用．上海：复旦大学出版社，1993年．178～183
36. Commuri S, Lewis F L. CMAC Networks for Control of Nonlinear Dynamical System: Structure, Stability, and Passivity. Automatica. 1997, 33(4): 635～441
37．罗忠，谢永斌，朱重光．CMAC学习过程收敛性的研究．自动化学报，1997年第23卷第4期：455～460
38．段培永，邵惠鹤．CMAC(小脑网络)神经计算与神经控制．信息与控制，1999年第28卷第3期：197～204
39. Odeberg H.Fusion Sensor Information Using Fuzzy Measures .Robotica, Vol.31, 1989:217～242
40．冯宗宁．基于相联空间线性压缩的CMAC神经网络的算法．杭州师范学院学报，2000年第3期：29～32
41．朱战立，李文．数据结构——使用C语言．西安：西安交通大学出版社，1997年．240～245
42．严蔚敏，吴伟民．数据结构．北京：清华大学出版社，1992年．253～260
43．陈卉，欧阳楷．BP网络与CMAC网络的仿真比较．北京生物医学工程，1997年第16卷第2期：115～120
44．Nils J. Nilsson. Artificial Intelligence A New Synthesis.英文版．北京：机械工业出版社，1997年．37～55
45．吴誉，张卫东，许晓鸣．以太网与现场总线的互联方法．测控技术，2000年第19卷第1期：53～56
46．曹炳炎．石油化工毒物手册．北京：中国劳动出版社，1992年．217～220
47．罗明泉，俞平．常见有毒和危险化学品手册．北京：中国轻工业出版社，1992年．427～430
48．曾渝基．家庭燃气用具安全使用手册．北京：人民邮电出版社，1996年．21～29
49．中华人民共和国卫生部．TJ36—79，工业企业设计卫生标准．北京：中国建筑出版社，1980年
50．中华人民共和国卫生部．TJ36—79．工业企业设计卫生标准．北京：中国建筑工业出版社，1980年
51．缪晓波，文代刚．具有Internet／Intranet功能的网络化智能传感器的现状与展望．电气时代，2000年第6期：8～9
52．程军．单片机远程控制方案及基于互联网的实现方法．微计算机信息，2001年，第17卷(第1期)：47～50
53．邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1996年．20～32
54．廉保旺，李勇，张怡，等．CAN总线系统设计与实现．无线电工程，2000年，第30卷(第1期)：12～15
55．周宝龙，岳继光，萧蕴诗．基于CAN控制器的对等式单片机多机系统的通信．计算机应用，2001年第2期：23～25
56．郝晓弘，马向华．现场总线技术的特点与现状．工业控制计算机，2001年，第14卷(第2期)：7～8
57．孟宪国，管龙国．局域网络安装DIY宝典．上海：华中理工大学出版社，1996年．22～24，64～68
58．Aubrey Pilgrim著．赵著行，何军译．自己组建局域网．北京：学苑出版社，1994年．38～48
59．Robert Breyer，Sean Riley著．肖文贵译．交换式以太网和快速型以太网．北京：电子工业出版社，1996年28～54，90～120
60．蒋晴霞，赵望达，鲁五一．室内环境智能监测控制系统的设计．电子技术，2000年第10期：31～33
61．姚万生，徐淑华，崔刚．IBMPC宏汇编语言程序设计．黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，1992年223～251
62．王永山．IBM PC汇编语言程序设计和接口技术，西安：西安电子科技大学出版社，1990年．116～131
63．彭少熙，孙政顺，杜继宏．家庭网络中的嵌入式Internet方案．电子技术应用，2001年第10期：47～50
2．胡家伦．上海智能化住宅小区的发展．住宅科技，2000年第10期：31～34
3．王立山．e-home数字家园—21世纪人类的理想家居．计算机世界，2000年第12期：B11
4．徐欣．一个完整的智能家居演示系统．计算机世界，2000年第12期：D13～D14
5．李雪佩．发展智能化住宅小区的思路．计算机世界，2000年第12期：B6
6．朱立彤．智能化住宅的安全防范系统设备的选用与设置．电气时代，2000年第1期：22～24
7．李诚元．智能化小区中的家庭安全管理系统．电子技术应用，2000年第8期：35～37
8．刘兵．因地制宜选方案．计算机世界，2001年第5期：D8
9．李民．天津开发区宽带网络建设．计算机世界，2001年第5期：D10～D11
10．张彦铎，姜兴渭．多传感器信息融合及在智能故障诊断中的应用．传感器技术，1999年第18卷第2期：18～22
11. Varshney P K. Multi-sensor Data Dusion. Electronics & Communication Engineering Journal. December, 1997:245～253
12．王军，苏剑波，席裕庚．多传感器集成与融合概述．机器人，2001年第23卷第2期：183～186
13. Murphy R R., Biological and Cognitive Foundation of Intelligent Sensor Fusion. IEEE Trans on System, Man and Cybernetics, 1996, 21(1): 42
14．王祁，聂伟，张兆礼．数据融合与智能传感系统．传感器技术，1998年第17卷第6期：51～53
15．黄瑛，陶云刚，周洁敏，等，多传感器数据融合系统的软件实现．传感器技术，1998年第17卷第6期：9～11
16. An P Edgar, Harris Chris J. Intelligent Driver Warning System for Vehicle Collision Avoidance. IEEE Trans. Syst., Man and Cybern. Part A System and Humans, 1996, 26(2): 254～261
17．袁军，黄心汉，陈锦江．基于多传感器的智能机器人信息融合，挖制结构和应用．机器人，1994年第16卷第5期：313～319
18．张结斌，文代刚．智能传感器网络通信功能的研究．传感器世界，1999年第2期：26～27
19．汪培庄，李洪兴．模糊系统理论与模糊计算机．北京：科学技术出版社，1996年92～121，256～305，346～377
20. Yen J, Langari R, Zedeh L A. Industrial Applications of Fuzzy Logic and Intelligent System, IEEE Press 1995.
21．李士勇．模糊控制、神经控制和智能控制论．黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，1998年．23～73，104～105，254～284
22．孙增圻，张再兴，邓志东．智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社，1997年．16～62，158～163
23．王婷杰，施惠昌．一种基于模糊理论的一致性数据融合方法．传感器技术，1999年第18卷第6期：50～53
24. Luo R. C., et al., Dynamic Multi-sensor Data Fusion System for Intelligent Robots. IEEE Journal of Robotics and Automation, 1988, 4(4): 386～396
25. Luo R. C., Key M. G., Multi-sensor Integration and Fusion in Intelligent System. IEEE Transaction on System, Man and Cybernetics. 1989, 19(5): 901～931
26. Dumitrache I., et al., A Real Time Control Experiment Using a Neutral Network Based Linguistical Approach, IEEE Fuzzy, 1992, 123～127
27．刘增良，刘有才．模糊逻辑与神经网络——理论研究与探索．北京：北京航空航天大学出版社，1996年．51～68
28．诸静．模糊控制原理与应用．北京：机械工业出版社，1995年．16～89，100～118，240～246
29．洪文学，周少敏，张绍卿．模糊传感器语言概念生成实用方法．传感器技术，1997年第16卷第5期：55～58
30．蔡自兴，徐光祐．人工智能及其应用．第二版．北京：清华大学出版社，1996年．340～364，392～395
31．陈明．神经网络模型．大连：大连理工大学出版社，1995年．12～46
32. Albus J S. A new approach to manipulator control: The cerebellar model articulation. Controller (CMAC). Trans of ASME Journal of Dynamic System, Measurements, and Control, 1975, 9:220～227
33. Albus J S. Data Storage in the Cereberllar Model Articulation Controller (CMAC). Trans of ASME Journal of Dynamic System, Measurements, and Control, 1975, 9: 228～233
34. Miller W T. Real-time Application of Neutral Networks for Sensor-based Control of Robots with Vision, IEEE Trans. Syst., Man, Cybern., 1989, 19:825～831
35．张立明．人工神经网络的模型及其应用．上海：复旦大学出版社，1993年．178～183
36. Commuri S, Lewis F L. CMAC Networks for Control of Nonlinear Dynamical System: Structure, Stability, and Passivity. Automatica. 1997, 33(4): 635～441
37．罗忠，谢永斌，朱重光．CMAC学习过程收敛性的研究．自动化学报，1997年第23卷第4期：455～460
38．段培永，邵惠鹤．CMAC(小脑网络)神经计算与神经控制．信息与控制，1999年第28卷第3期：197～204
39. Odeberg H.Fusion Sensor Information Using Fuzzy Measures .Robotica, Vol.31, 1989:217～242
40．冯宗宁．基于相联空间线性压缩的CMAC神经网络的算法．杭州师范学院学报，2000年第3期：29～32
41．朱战立，李文．数据结构——使用C语言．西安：西安交通大学出版社，1997年．240～245
42．严蔚敏，吴伟民．数据结构．北京：清华大学出版社，1992年．253～260
43．陈卉，欧阳楷．BP网络与CMAC网络的仿真比较．北京生物医学工程，1997年第16卷第2期：115～120
44．Nils J. Nilsson. Artificial Intelligence A New Synthesis.英文版．北京：机械工业出版社，1997年．37～55
45．吴誉，张卫东，许晓鸣．以太网与现场总线的互联方法．测控技术，2000年第19卷第1期：53～56
46．曹炳炎．石油化工毒物手册．北京：中国劳动出版社，1992年．217～220
47．罗明泉，俞平．常见有毒和危险化学品手册．北京：中国轻工业出版社，1992年．427～430
48．曾渝基．家庭燃气用具安全使用手册．北京：人民邮电出版社，1996年．21～29
49．中华人民共和国卫生部．TJ36—79，工业企业设计卫生标准．北京：中国建筑出版社，1980年
50．中华人民共和国卫生部．TJ36—79．工业企业设计卫生标准．北京：中国建筑工业出版社，1980年
51．缪晓波，文代刚．具有Internet／Intranet功能的网络化智能传感器的现状与展望．电气时代，2000年第6期：8～9
52．程军．单片机远程控制方案及基于互联网的实现方法．微计算机信息，2001年，第17卷(第1期)：47～50
53．邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1996年．20～32
54．廉保旺，李勇，张怡，等．CAN总线系统设计与实现．无线电工程，2000年，第30卷(第1期)：12～15
55．周宝龙，岳继光，萧蕴诗．基于CAN控制器的对等式单片机多机系统的通信．计算机应用，2001年第2期：23～25
56．郝晓弘，马向华．现场总线技术的特点与现状．工业控制计算机，2001年，第14卷(第2期)：7～8
57．孟宪国，管龙国．局域网络安装DIY宝典．上海：华中理工大学出版社，1996年．22～24，64～68
58．Aubrey Pilgrim著．赵著行，何军译．自己组建局域网．北京：学苑出版社，1994年．38～48
59．Robert Breyer，Sean Riley著．肖文贵译．交换式以太网和快速型以太网．北京：电子工业出版社，1996年28～54，90～120
60．蒋晴霞，赵望达，鲁五一．室内环境智能监测控制系统的设计．电子技术，2000年第10期：31～33
61．姚万生，徐淑华，崔刚．IBMPC宏汇编语言程序设计．黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，1992年223～251
62．王永山．IBM PC汇编语言程序设计和接口技术，西安：西安电子科技大学出版社，1990年．116～131
63．彭少熙，孙政顺，杜继宏．家庭网络中的嵌入式Internet方案．电子技术应用，2001年第10期：47～50