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基于光纤传感器的物联网触发节点控制研究

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资料介绍

传统方法不能完成信号同模式间的匹配控制,容易出现物联网触发节点错误控制问题,因此设计了基于动态决策多尺度DTW算法的光纤传感器物联网触发节点控制方法,采用特征提取和分类器设计的融合策略,将光纤传感器物联网触发节点信号的频谱基于频率尺度分段采集信号特征参数,基于触发信号频谱被损坏的位置,对各频域尺度中的决策权重进行调控,确保不同物联网触发节点信号同相应模式的对应,实现触发节点信号模式的有效控制,完成物联网触发节点的准确控制.实验结果说明,所提方法对基于光纤传感器的物联网触发节点信号实施控制时,具有较高的模式控制精度,实现了物联网触发节点的准确控制.

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孟海涛：基于光纤传感器的物联网触发节点控制研究

119

《激光杂志)2018年第39卷第4期LASER JOURNAL(V01．39，No．4，2018)

基于光纤传感器的物联网触发节点控制研究

孟海涛

(盐城工学院信息工程学院，江苏盐城224000)

摘

要：传统方法不能完成信号同模式间的匹配控制，容易出现物联网触发节点错误控制问题，因此设计

了基于动态决策多尺度DTW算法的光纤传感器物联网触发节点控制方法，采用特征提取和分类器设计的融合

策略，将光纤传感器物联网触发节点信号的频谱基于频率尺度分段采集信号特征参数，基于触发信号频谱被损

坏的位置，对各频域尺度中的决策权重进行调控，确保不同物联网触发节点信号同相应模式的对应，实现触发

节点信号模式的有效控制，完成物联网触发节点的准确控制。实验结果说明，所提方法对基于光纤传感器的物

联网触发节点信号实施控制时，具有较高的模式控制精度，实现了物联网触发节点的准确控制。

关键词：光纤传感器；物联网；触发节点；信号；控制；研究

中图分类号：TN277

文献标识码：A

DOI编码：10．14016／j．cnki．jgzz．2018．04．119

Internet of

based on _opticalfiber sensor

MENG Haitao

node control research

things

trigger

of Information

Institute of

Technology，Yancheng

(School

Engineering，Yancheng

224000，China)

traditional

vector machine method to control the

sensor based on the networ-

fiber

Abstract：The

support

optical

domain and

domain

signal optical

fiber sensor node control based on the control

king trigger node，time

nal can not be

frequency

sig—

same

node error

research of

completed，the

pattern，easy networking trigger

contr01．Therefore，the

op—

tical

DTW

on network

based node

fiber sensor

decision multi-scale

control

trigger

fea—

method，the

dynamic

algorithm

ture extraction and classifier

fusion

fiber sensor

node

based

signal

design

strategy，optical

networking spectrum trigger

scale

characteristic

the

based on

signal acquisition，signal spectrum damaged position

frequency

regulation

piecewise

parameters

of each

the

of decision

ensure that the same

frequency scale，to

the effective control mode_trigger

nodes corre—

making

weight

networking

with the

node

net—

mode，realize

sponds

corresponding signal trigger

accurate contr01．The

signal node，complete

method has

results show that the

model control

working

accuracy

trigger

experimental

proposed

higher

reali-

sensors，and

when

the control of the nodes of the Internet of

fiber

implementing

things triggered by

optic

zes the accurate control of the nodes

the Internet of

things．

triggered by

internet of

sensor；the

words：fiber

Key

optic

things；trigger node；signal；control；research

式实施控制，实现物联网触发节点的准确控制旧』。传

引言

统采用支持向量机方法控制基于光纤传感器的物联

网触发节点时，是基于光纤传感器时域以及频域信号

实现节点控制，不能完成信号同模式问的匹配控

制旧o，存在物联网触发节点控制精度低的问题。针对

该种问题，文章研究基于动态决策多尺度DTW算法

的光纤传感器物联网触发节点控制方法，完成触发节

点信号同模式相匹配控制，实现物联网触发节点的高

精度控制。

当前基于光纤传感器的物联网技术具有广泛的

应用价值，其通过物联网节点传递以及管理光纤传感

信号，在长距离或大规模区域的监控以及安防控制领

域中具有重要的应用价值。基于光纤传感器的物联

网系统具有敏感度高、成本小以及抗电磁干扰等优

势，可对外界触发源信号实施控制，实现安防监控功

能¨ 。。如果外界触发源对监控区域以及设备形成攻

击，则需要及时对光纤传感物联网触发节点信号的模

2光纤传感器的物联网触发节点控制

2．1

收稿日期：2017—12—20

基于光纤传感器的物联网触发节点信号特征

基金项目：江苏省自然科学基金青年基金(No．BK20150432)

作者简介：盂海涛(1971一)，男，汉族，江苏盐城人，副教授，硕士，研究

方向：无线传感网、人工智能。

基于光纤传感器的物联网系统通过物联网节点

采集光纤传感器触发信号，如果外界振动源出现平稳

http：／／www．1aserjournal．cn

万方数据

孟海涛：基于光纤传感器的物联网触发节点控制研究

120

《激光杂志}2018年第39卷第4期LASERJOURNAL(V01．39，No．4，2018)

的振动，会形成长时间的起伏过程。如果触发源振动

较快，物联网触发节点信号在高起伏后不会产生平滑

的大跨度波形。不同类型触发源会产生不同的触发

信号时域特征Hl，对光纤传感信号实施小波变换，能

够获取基于光纤传感器的物联网触发节点信号的频

谱特征，频谱的周期性“陷落”描述了光纤的传感臂以

及敲击位置关系。

方案，将相应模式的触发信号特征参数划分类别，则

在模式位置不同时8，来自于触发源的模板数量较

大，这与算法计算量E的常规是相违背的，所有文章

采用特征提取和分类器设计的融合策略，采集多尺度

DTW算法模式特征参数，具体过程是：

用cr描述一个具有八个元素的数组的特性参数，

则有：

cr=[cr(1)，cr(2) cr(8)]

(1)

2．2

动态决策多尺度DTW算法的结构

使模板信号r，以及需要识别的物联网触发节点

信号尺的序列各自经历离散小波变换DTW，通过db4

进行小波变换可能够获取8个尺度D1～D8，■以及

尺序列进行db4小波变换获取的第i尺度系数是wT,．。

以及wR，，i=1，2， 8：最终获取的DTW算法的特征

参数数组是e，数组中的原始是运算对应尺度上欧式

距离的汇总得到的，则有：

2．2．1算法系统结构

基于光纤传感器的物联网节点，采用动态决策多

尺度DTW算法对物联网触发节点信号实施控制，进

而完成物联网触发节点的有效控制，该算法的系统结

构图用图l描述。物联网触发节点信号从光信号通

过光电变换单元变换成模拟的电信号，通过模拟数字

变换单元变换成数字信号。设置物联网触发节点信

号的采样频率是80kHz。通过降采样方法降低数据

量，完成预处理的信号需要实施定位分析"。。

cr(i)=DTW(wT,。r，wR。)

(2)

先采用DTW算法得到相应尺度特征模板L以

及待识别物联网触发节点信号川司的最优路径，再经

过反射得出的欧式距离是cr(i)，模板序列一经度权

重决策因子r调解后结合待识别序列R完成运算。

叠加每一个尺度相应的匹配距离el"中的元素，用

D描述得到的统筹模板序列r，，与待识别物联网触发

节点信号R间的距离，可对模式进行解析，则有：

图1算法系统框图

动态决策的多尺度DTW算法采用小波变换将模

板信号以及需要辨识信号划分到多个尺度中，对各尺

度实施DTW运算，确保不同尺度的模板信号同需要

辨识信号的时域一致，同时采集不同尺度中的特征参

数。基于光纤传感信号的定位原理，采用小波变换尺

度描述触发信号频谱的“陷落”特征，对不同尺度中

DTW算法实施动态调控，最终获取特征参数的权重。

汇总动态调控后的各尺度特征参数，获取待辨识触发

节点信号同对应模板间的距离。对比分析待辨识信

号同模板信号∞l，分析模板间距离数值可得，拥有最

低数值的是具有相似模式的信号，完成基于光纤传感

器的物联网触发节点信号的模式控制，进而实现物联

网触发节点的准确控制。

D(L，尺，r)= er(i)= DIVT(itJr。r，训尺i)

(3)

采用上述算法运算待识别信号尺和所有模板信

号T：{T，，L T、}．运算获取R同r，问的特征参数

是co(i)，通过叠加得到的这嵝特征参数得出一系列

欧式距离的数值D。则有：

(4)

D。=D(T。R，r)n=1，2 ‘^，

其中，D。表示待识别物联网触发节点信号R与

各模板信号r。之问的相似度。如果D。较小则表明

待识别信号与模板问的距离小，也就是与模板更相

似，所以寻求数值中的最小值即Mode=rain(D。，D二

D，，)，也就知道了物联网触发节点信号模式的判断

结果。

2．2．2

特征提取和分类器设计的融合策略

光纤传感信号的特征制约着动态决策的多尺度

DTW算法模式信号特征参数的选取，因此采用与分

类器相融合的方案。融合的方案表示特征参数选取

流程即是模式控制过程。7。，参数的选取与模式分类处

于同一次序，所以并不是先分类后选取，不一样的模

板产生的待识别物联网触发节点信号与模板信号可

相互融合的特征参数。针对物联网触发节点信号的

2．2．3动态决策多尺度DTW算法的实现

(1)物联网触发节点信号的多尺度变换

针对该种触发信号存在的频谱“陷落”现象，也就

是频谱破坏问题，文章在物联网触发节点信号控制过

程中，对被损坏的频谱频段实施操作：文献采用小波

变换方法对信号频谱进行分段描述是处理频谱损坏

的有效措施。

小波变换能够对信号时间一频率实施准确分析，

频谱“陷落”特征，如果通过特征选取与分类器分离的

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