（计算机应用技术专业论文）基于全方位振动传感器的车辆防盗系统设计.pdf

浙江工业大学硕士学位论文 基于全方位振动传感器的车辆防盗系统设计 摘要 随着国民经济的快速发展 我国车辆保有量逐年激增 与此同时车辆盗窃案件数量也 逐年攀升 车辆防盗问题己然成为一个亟待解决的重要社会问题 因而 如何设计高可靠 性的车辆防盗系统就成了当前车辆防盗技术发展的重要课题 本文在国内外车辆防盗系统研究的基础上 针对现有车辆防盗系统存在的问题 设计 以人为中心的思考方式分析盗难行为的车辆防盗系统 本文设计全方位振动传感器并将其 引入到车辆防盗中 实现车辆全方位振动的感知和全方位振动可视化的同时 利用动态图 像理解技术和振动分析技术 通过对图像序列中的振动信息的提取 加工和分析 实现智 能的盗难行为识别 本文的主要工作和成果如下 1 设计具备以人为中心的思考方式来分析和判断盗难行为能力的车辆防盗系统 系 统通过提取分析图像中的振动的属性实现对视频序列中振动的理解 通过分析车辆振动特 征实现对车辆盗难行为的识别 为车辆防盗系统的设计与开发提供了一种新的思路 2 设计全方位振动传感器 包括质量弹簧自由摆 全方位视觉传感器的设计及嵌入 式系统的搭建 重点完成质量弹簧自由摆振动数学模型的设计及质量弹簧自由摆的参数设 计 以实现全方位的振动感知及全方位振动可视化 3 在比较直接检测法 背景差分法及阈值分割法的基础上 提出基于色差的最大熵 阈值分割法完成对图像序列中的振动检测 得到比较好的振动检测效果 并通过对图像序 列中检测的振动对象的坐标的跟踪和分析 得到振动的运动轨迹与运动规律 4 利用振动分析技术 完成对振动的智能分析 通过对振动运动轨迹的分析 得到 振动振幅 振动位移等振动信息 并在此基础上分析引起振动的外力特性 包括外力方向 和外力大小 最后通过对振动信息和外力特性的分析计算 完成对盗难行为的识别 5 设计实验装置 验证全方位振动传感器在车辆防盗中的应用效果 实验结果表明 本文提出的车辆防盗系统能够有效地识别车辆振动形式 增强系统的鲁棒性 通过融合技 术 提高盗难行为的识别率 减小误判率 i 浙江工业大学硕士学位论文 本文对以人为中心的思考方式来判断和分析盗难行为的车辆防盗系统做了一些初步 的研究 离实际应用还有一定的距离 但是相信随着研究的进一步的深入 系统不仅能够 解决误报率和漏报率居高不下的问题 更有助提高失车找回率和盗贼抓获率 真正的做到 车主放心 盗贼寒心 他人静心 关键词 车辆防盗系统 全方位振动传感器 全方位振动感知 全方位振动可视化 动态图像理解 浙江工业大学硕士学位论文 v e h i c l es e c u i u t ya l a r ms y s t e mb a s e do n o m n i d i r e c t i o n a lv i b r a r r i o ns e n s o r a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m y t h ev e h i c l em a r k e tg r o w s s t e a d i l ya n dt h e q u a n t i t yo fp r i v a t ev e h i c l e si n c r e a s e sr a p i d l ya n n u a l l yi nc h i n a b u ti nt h em e a n t i m e t h en u m b e r o f a u t o m o b i l es t o l e ni ss og r e a tt h a ti th a sb e c o m eaw o r l d w i d e p u b l i ch a z a r d s oh o w t od e v e l o p a ne f f e c t i v ev e h i c l es e c u r i t ya l a r ms y s t e mw i t hh i g hr e l i a b i l i t yc o n s t i t u t e so u rm o s tu r g e n t p r o b l e m b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h er e s e a r c h e so nv e h i c l es e c u r i t ya l a r ms y s t e ma th o m ea n d a b r o a d t h i sp a p e rd e v e l o p e dan o v e lv e h i c l es e c u r i t ya l a r ms y s t e mw h i c hw a sm a d et oa n a l y z e a n dr e c o g n i z ev e h i c l et h e f tb e h a v i o rb yh u m a n c e n t e r e dt h i n k i n gm o d ei no r d e rt oo v e r c o m et h e d r a w b a c k ss h o w nb yc u r r e n ts y s t e m t h ep a p e ri n t r o d u c e dt h eo m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o ns e n s o r t oa c h i e v eo m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o ns e n s i n ga n do m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o nv i s u a l i z a t i o n a n d a t t e m p t e dt ou t i l i z ed y n a m i ci m a g eu n d e r s t a n d i n gt e c h n o l o g yc o m b i n e dw i t hv i b r a t i o na n a l y s i s t e c h n o l o g yt oa c h i e v et h ed i g i t a lc o m p u t a t i o na n da n a l y s i so ft h ev i b r a t i o n ss e m a n t i c si nt h e v i d e os e q u e n c e st oi m p l e m e n tv e h i c l et h e f tb e h a v i o rr e c o g n i t i o n t h em a i nw o r ka n dt h er e s u l t sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s 1 d e s i g nt h ev e h i c l es e c u r i t ya l a r ms y s t e mw h i c hw a sm a d et oa n a l y z ea n dr e c o g n i z e v e h i c l et h e f tb e h a v i o r b yh u m a n c e n t e r e dt h i n k i n gm o d e t h i ss y s t e ma c h i e v e dt h e u n d e r s t a n d i n go ft h eo m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o nb ya n a l y z i n gt h ev i b r a t i o np r o p e r t i e si ni m a g e s e q u e n c e s a n dt h e nr e c o g n i z e dt h ev e h i c l et h e f tb e h a v i o rb ya n a l y z i n gt h ed e t e c t e dv i b r a t i o n 2 d e s i g nt h eo m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o ns e n s o rb a s e do no m l l i d i r e c t i o n a lv i s i o ns e n s o r w h i c hw a su s e dt or e a l i z eo l n n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o ns e n s i n g o m r l i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o n v i s u a l i z a t i o n o m n i d i r e c t i o n a la r e as u r v e i l l a n c e a n ds h a r et h ei n f o r m a t i o nc a p t u r e db ys e n s o r s b a s e do nd y n a m i ci m a g eu n d e r s t a n d i n gt e c h n o l o g y 3 d e v e l o pat h r e s h o l ds e g m e n t a t i o na l g o r i t h mu s i n gt h ee n t r o p yo fh i s t o g r a mb a s e do n c o l o rd i f f e r e n c et oi m p l e m e n to fo m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o nd e t e c t i o nb a s e do nt h ec o m p a r i s o n w i t hd i r e c td e t e c t i o na l g o r i t h ma n db a c k g r o u n ds u b t r a c t i o nd e t e c t i o na l g o r i t h mw h i l ea n a l y z e t h ev i b r a t i o nl o c u sa n dm o t i o nr u l eb yd e t e c t i n ga n dt r a c i n gt h ev i b r a t i o no b j e c ti nd y n a m i c i m a g es e q u e n c e s i i i 浙江工业大学硕士学位论文 4 i m p l e m e n to fi n t e l l i g e n to m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o na n a l y s i sw i t hv i b r a t i o na n a l y s i s t e c h n o l o g y t h es y s t e ma n a l y z e dt h ev i b r a t i o ni n f o r m a t i o n i n c l u d i n gv i b r a t i o na m p l i t u d e v i b r a t i o nd i s p l a c e m e n ta n dc o m p u t e dt h es p e c i a l t yo fo u t s i d ef o r c es u c ha sf o r c ed i r e c t i o na n d f o r c es t r e n g t h a n di ta c h i e v e dv e h i c l et h e f tb e h a v i o rr e c o g n i t i o nb ya n a l y z i n ga n dc o m p u t i n g t h ev i b r a t i o ni n f o r m a t i o na n df o r c ec h a r a c t e r i s t i cm e n t i o n e db e f o r e 5 f u r t h e r m o r e a ne x p e r i m e n tb a s e do nt h ep r o t o t y p ed e v e l o p e di s g i v e nt o t e s tt h e s e n s i t i v i t ya n dp e r f o r m a n c eo ft h eo m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o ns e n s o rw h i c hw a sp r o p o s e dw i t h d i f f e r e n tc o n d i t i o n su s e di nt h ev e h i c l es e c u r i t ya l a r mf i e l da n de x p e r i m e n t a ld a t aa r er e p o r t e d w h i l eg o o da g r e e m e n ti sf o u n dw i t ht h ep r o p o s e d t h e o r y a l t h o u g ht h i sp a p e rh a sd o n es o m eb a s i cr e s e a r c ho nb r a n dn e wv e h i c l es e c u r i t ya l a r m s y s t e mb a s e do no m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o ns e n s o ra n dd y n a m i ci m a g eu n d e r s t a n d i n gt e c h n o l o g y t h e r ei ss t i l lac e r t a i nd i s t a n c et ot h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n b u ti nt h ef u t u r e w i t hm u c hw o r k c a r r i e do u ti ni n t e r r e l a t e df i e l d t h ep r o p o s e dv e h i c l es e c u r i t ya l a r ms y s t e mw i l lb ei m p l e m e n t e d t om a k et h eo w n e rr e a s s u r e d t h et h i e fs c a r e da n dt h ev e h i c l eq u i e t k e yw o r d s v e h i c l e s e c u r i t y a l a r m s y s t e m o m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o ns e n s o r o m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o ns e n s i n g o m n i d i r e c t i o n a lv i b r a t i o nv i s u a l i z a t i o n d y n a m i c i m a g e u n d e r s t a n d i n g 浙江工业大学硕士学位论文 图例 图1 1 2 0 0 0 年 2 0 0 6 年全国汽车产量及轿车产量对比统计图 1 图1 22 0 0 0 年 2 0 0 6 年民用汽车保有量及私人汽车保有量对比统计图 l 图1 32 0 0 0 年 2 0 0 6 年浙江省汽车盗窃案件数量统计图 2 图1 42 0 0 6 年第一季度到2 0 0 7 年第二季度全国机动车盗窃案件数量统计图 2 图1 5 论文的体系结构 8 图2 1盗难行为识别模型 1 4 图2 2 车辆防盗系统体系结构 1 6 图2 3 车辆防盗系统软件组织结构 1 7 图3 1全方位振动传感器示意图 1 9 图3 2 质量弹簧自由摆受力图 2l 图3 3 质量弹簧自由摆的振型摆动模拟 2 2 图3 4 质量弹簧自由摆的弹簧振动模拟 2 3 图3 5o d v s 实物图 2 4 图3 6o d v s 采集的图像 2 4 图3 7 全方位视觉传感器的结构示意图 2 5 图3 8 全方位图展开成柱状全景图 2 6 图3 9o d v s 成像原理示意图 2 7 图3 1 0 友善之臂公司的s b c 2 4 1 0 x 开发板 2 7 图3 1 l 嵌入式平台结构示意图 2 8 图4 1振动检测分析流程 3l 图4 2 振动检测研究组织结构 3 2 图4 3阴影示意图 3 3 图4 4 直接检测法检测效果图 3 5 图4 5 背景差分法检测效果图 3 6 图4 6 基于色差的最大熵法检测流程图 3 7 图4 7 基于色差的最大熵法检测效果图 3 8 图4 8 腐蚀示意图 3 9 图4 9 膨胀示意图 3 9 图4 1 0 连通域标识效果图 4 0 图4 1 1 振动对象坐标计算示意图 4 l 图5 1振动分析处理流程图 4 4 图5 2 振动曲线可视化示意图 4 5 图5 3 摆动位移变化示意图 4 7 图5 4 振动位移变化示意图 4 8 图5 5 盗难行为处理示意图 5 1 图6 1 实验装置图 5 3 图6 2 参数 1 0 0 2 1 米 k 1 0 牛顿 米 m 0 0 5 5 千克 下的振动模拟图 5 4 浙江工业大学硕士学位论文 图6 3 参数 1 0 0 2 1 米 k 6 0 牛顿 米 m 0 2 5 千克 下的振动模拟图 5 4 图6 4 全方位图像预处理流程示意图 5 6 图6 5 摆型振动振子 红色小球 运动轨迹图及经二值化图像处理的振子运动轨迹图 5 7 图6 6 摆型振动振子 红色小球 振动水平位移变化图 5 7 图6 7 摆型振动振子 红色小球 振动垂直位移变化图 5 7 图6 8 摆型振动振子 黄色小球 运动轨迹图及经二值化图像处理的振子运动轨迹图 5 8 图6 9 摆型振动振子 黄色小球 振动水平位移变化图 5 8 图6 1 0 摆型振动振子 黄色小球 振动垂直位移变化图 5 9 浙江工业大学硕士学位论文 表例衣侈q 表2 1 盗难行为中相关对象的语义分析表 1 l 表2 2 基础组件一览表 1 6 表4 1 振动检测系统模块一览表 3 1 表5 1盗难行为研究系统模块一览表 4 4 表5 2 盗难行为分类表 4 8 表5 3 振动信息及作用一览表 4 9 表6 1实验环境平台 5 5 表6 2 检测效果分析表 5 9 表6 3 振动信息分析表 5 9 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明 所提交的学位论文是本人在导师的指导下 独立进行研究工作 所取得的研究成果 除文中已经加以标注引用的内容外 本论文不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果 也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的 学位证书而使用过的材料 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体 均已在文中 以明确方式标明 本人承担本声明的法律责任 作者签名 假武查 日期 加茄年雌 月7 j f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本 人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 l 保密口 在年解密后适用本授权书 2 不保密吖 请在以上相应方框内打 作者签名 导师签名 住武盎 一1 7 f o 一锑 日期 非or 月之j 日 日期 学年广月芗 日 浙江工业大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 车辆是方便快捷的现代运输工具 随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的日 益提高 车辆已逐渐成为我国寻常百姓家的新成员 拥有自己车辆的人数正成比例地在增 长 拥有私家车已成为当今国家进入时尚 现代生活的标志之一 在这一背景下 我国的 汽车消费能力惊人 汽车消费量占全球消费的比例逐年稳步上升 全世界每卖出1 0 0 辆 汽车 中国人就买走1 0 辆以上 在一些大城市和经济发达地区 私人汽车已经开始普及 而且据一份调查结果表明心1 在未来一年内 在北京有2 5 4 的家庭有购买轿车的意向 其中包含2 2 5 的无车家庭和4 4 9 的有车家庭 在有购车意向的有车家庭中 5 7 9 的家 庭欲再增加一辆车 而3 9 1 的家庭打算卖掉旧车换一辆新车 同时 国家统计局统计结 果表明口儿4 1 1 2 0 0 6 年我国汽车产量高达7 2 0 万辆 其中轿车产量占6 0 以上 如图卜1 所示 2 截至2 0 0 6 年 我国民用汽车保有量已经达到3 6 0 0 万辆 其中私人汽车保有量 更是超过2 0 0 0 万辆 如图1 2 所示 而且需求量仍保持在2 0 2 5 的年增长速度上 3 据不完全统计 2 0 0 6 年 中国有能力购买轿车的家庭已达5 0 0 0 万户以上 中国被公认为 是世界上最具潜力的汽车市场 并且已经超越日本 成为全球仅次于美国的第二大汽车市 场 图1 12 0 0 0 年 2 0 0 6 年全国汽车产量及轿车产 量对比统计图 图1 22 0 0 0 年一2 0 0 6 年民用汽车保有量及私人 汽车保有量对比统计图 随着汽车数量的增加 盗窃分子也开始把目光投向作为高档消费品的汽车 而且由于 车辆的流动性大 不可能时时处处在车主 或治安相关人员 的监控之下 导致汽车盗窃 一1 一 浙江工业大学硕士学位论文 案件数量逐年攀升 据不完全统计 每年全球因汽车盗窃造成的损失高达1 0 0 亿美元隅1 浙江省公安厅提供的数据显示阳1 图1 3 2 0 0 1 年全省共立盗窃汽车案6 7 0 起 到2 0 0 5 年上升到3 0 6 3 起 增加了近4 倍 年均增幅高达4 6 3 而2 0 0 7 年截至7 月份 浙江因 盗窃汽车立案己达两千余起h 1 比去年同期上升近两成 另据国家公安部统计 3 图1 4 2 0 0 6 年发生机动车盗窃案件高达7 0 万起 而截至2 0 0 7 上半年 发生机动车盗窃案件已 达近3 0 万起 在美国 2 0 0 6 年的汽车失窃速率甚至高达0 4 2 辆 秒 全年被盗汽车高达 1 3 0 万辆 公安部早已预警 随着轿车进入家庭步伐的加快 今后几年的盗窃车辆案件仍 有可能会继续上升 车辆防盗已然成为一个亟待解决的重要的社会问题 其防盗技术已经 与安全 环保 节能一起被列为汽车技术发展的四大课题 图1 32 0 0 0 年 2 0 0 6 年浙江省汽车盗窃案件数 量统计图 图1 42 0 0 6 年第一季度到2 0 0 7 年第二季度全国 机动车盗窃案件数量统计图 因此 车辆防盗系统作为汽车的重要配套系统便应运而生 并得到快速发展 采用技 术防范的方法已广为大众接受 也起到了明显的作用 为自己的爱车选择防盗器材已经成 为大多数车主的主动行动嘲 但是目前我国的车辆防盗器材由于技术水平相对比较落后 盗车贼在熟知防盗器材性能后 找准目标想偷一辆车 从破坏防盗装置到开锁 乃至开走 汽车 最多不过两三分钟的时间 另据抽样调查结果显示 在失窃的汽车中 一半以上都 是装有车辆防盗系统的 在北京 被盗的机动车辆中装有防盗系统的也占了很大比例 这 些数据足以说明现有车辆防盗系统的防盗手段并不可靠 另外 现今的车辆防盗报警器常常使用语音报警 为了使警报声有别于环境中的背景 声 车辆警报器的音量常常高达1 2 5 分贝 这种高分贝的声音使本来就缺少安静环境的都 市居民为之疯狂 而且 由于使用的车辆防盗系统的的误判率高 导致车辆报警声已经成 为城市噪声污染源之一 1 0 由此看来 现有的车辆防盗系统不但不能满足车辆防盗的需求 同时还存在噪声污染 误报率和漏报率双双居高不下等诸多问题 因此 设计新一代的可靠 安全 智能的车辆 浙江工业大学硕士学位论文 防盗系统是汽车制造业发展的一种必然趋势n 1 2 国内外研究现状 1 2 1 研究现状介绍 尽管车辆的设计和制造已使车辆具备了一定的防盗能力 这往往还不够 根据这些设 计和制造特点以及期望达到的更高防盗能力 车主可以选用不同的防盗产品以进一步提高 车辆的防范性能n 羽 综合国内外车辆防盗系统的发展情况n 3 m 钔 国际上通用的车辆防盗的 核心思想仍旧是防止 汽车整车 被盗 也就是说即使盗贼将车门打开进入车内 却仍然 无法将车开走 目前 车辆防盗系统主要有三类 机械防盗器 电子式防盗系统和联网的 防盗防抢报警 定位 跟踪 系统 它们之间各有优劣 但是车辆防盗的发展方向应该是 智能化及网络化的 1 机械式防盗器 最常见的是车辆原装的锁具 如车门锁 车盖锁 点火开关锁 和车主可以后加的各 种防盗锁 如锁住方向盘 排档杆 脚踏板等操纵部件的锁 这些防盗锁的防范重点是 防止使用发动机 我国的国家标准g b1 5 7 4 0 1 9 9 5 汽车防盗装置性能要求 和公共安全 行业标准g a t 7 3 1 9 9 4 机械防盗锁 对机械防盗装置作出了基本要求 从作用上看 目 前市售的机械防盗锁多为简单 价廉的装置 几乎人人会装 人人会用 对车辆本身的性 能几乎没有任何影响 但它们仅能锁住车辆的局部 并且由于位置明显而又不能报警 防 盗性能基本上取决于自身强度和被锁住的车辆部件的强度 使得作案机会增加 机械防盗装置今后仍然是不可缺少的 可以有所作为的 但是必须发展 比如 针对 有些车辆的锁芯可以被盗贼使用特制的 钥匙坯子 强行扭开 应该提高车辆锁芯的性能 又比如 针对盗贼从打开车辆发动机仓盖着手破坏的特点 加强发动机仓盖的锁定 如果 车辆的停放位置是固定的 可以在其停车位置设置专用机械障碍或四轮锁定装置等等 可 喜的是 一些厂商已经注意到了发展问题 如北京和锐公司的 锐虎 中断传动式防盗锁 档装置 加装在车辆排档装置上 在锁定状态时 使排档杆与排档装置 中断 用不上劲 排档杆失去挂档的作用 无法驾驶车辆 又如中山贝奥斯公司的机电一体的防盗报警锁档 装置 不仅用机械装置锁住排档杆 而且有电子装置防盗报警n 司 2 电子式防盗系统 现阶段 应用最广泛的是电子式防盗 对比于前一种车辆防盗器 机械防盗器是一种 预防车辆被盗的系统 但这种系统并不能阻止他人进入驾驶室 车内或打开行李箱 发动 机罩 甚至启动发动机等 而电子防盗系统不仅能相对可靠地防止车辆被盗 而且能防止 3 浙江工业大学硕士学位论文 他人进入车内和拆卸某些汽车零件 此类产品目前是国内车辆防盗系统的主流产品 它主 要是靠振动侦测 中控门锁锁定点火或起动系统来达到防盗的目的 同时具有声音报警功 能 该类防盗器功能齐全 安装隐蔽 操作简单 在生产技术上 传感器技术已相当普及 制作厂家众多 工艺也相当成熟 电子防盗系统的致命伤在于其电子密码和遥控操作方式 当车主遥控器开关车门时 偷车贼可以用接收器或扫描器盗取遥控器发出的无线电波 再 经过解码 就可以解除车辆的防盗系统 而且 这种防盗器经常会有误报警的情形发生 产生扰民噪声 人们对此也习以为常 使其防盗效果大减 3 联网的车辆防盗防抢报警 定位 跟踪 系统 联网系统虽然在我国发展历史还不长 也已经出现了多种多样的体系 有的利用无线 寻呼系统 有的利用公用有线和无线通信系统n 刚n 力n 引 有的建立专门的无线电发射接受系 统 有的利用卫星全球定位系统 g p s n 引 等等 但是不论体系如何 它都必须至少具 备网络中心 车载装置两大部分 网络中心是监控联网中的各车辆并且管理整个网络的 车载装置担任车辆的防范并且和网络中心保持联系 在防范要求上它应和电子式车辆防盗 报警系统的功能基本相同 而由于联网的需要 它必然还有信息收发和显示功能 不言 而喻 网络型系统的优势是 技防 加 人防 也就是说 你的爱车可以随时随地被 关 注 在网络区域内 入网的车辆与网络中心之间保持着联系 车辆若发生警情便能够得 到现场救援 具有定位 跟踪功能时不仅救援会及时 还能对车辆准确地实施追堵 目前 一些城市的安全技术防范管理部门对车辆防盗防抢网络系统积极推广 并加强 管理 使它成为车辆防范的新军 因此 如果希望车辆不是孤零零地抵御盗贼的进攻 那 么将其置于网络的监控之下会更令人放心一些 而且 联网能够实时控制和 人防 的招 之即来 不仅使车辆在停放时防盗 也能在行驶中防抢劫 具有以上非联网的防盗产品所 没有的优势 因此 我国联网的车辆防盗防劫报警系统发展很快 通过联网 不仅能够发 挥车辆上的防盗报警装置 即车载防范设备 本身的防范作用 而且可以引起关注 召唤 救援 成功地结合了 技防 与 人防 两方面优势 无疑是车辆防范的发展方向 也 为新兴的报警服务业提供了机遇 1 2 2 研究现状评述 基于前人对车辆防盗领域的发展综述 如文献 2 0 等等 并通过作者的分析 我们认 为 尽管国内外对车辆防盗系统都有足够的重视 而且现有的车辆防盗系统也都是在相关 安防规范 标准的基础上设计开发的 但是仍存在着一些共同的缺陷 造成其实际防盗能 4 浙江工业大学硕士学位论文 力大打折扣 1 设计思想存在 缺陷 当前车辆防盗系统的核心设计思想仍旧是防止 汽车整车 被盗 即使盗贼将车门打开进入车内 却仍然无法将车开走 这个思想经实践证明存在 不足 首先 现在的盗贼惯用的伎俩不仅仅是将车开走 而且也常采用将整车搬 拖 走 的 策略 在这种情况下 当前的防盗系统显然是 有心无力 其次 该设计思想仅关 注盗难发生时车的情况 而忽视在这个过程中人及环境的变化情况 必然造成设计的防盗 系统的 先天不足 2 防盗系统成本偏高 当前研究的联网型车辆防盗系统价格昂贵是一个不争的事实 即使是电子式防盗系统 由于其核心判盗设备为各种类型的振动传感器 而一套完善的防 盗系统至少需要1 7 个各类型的振动传感器安装在车体的各个位置 才能实现全方位的振 动传感 从而实现全方位的防盗检测 造成系统整体使用成本上升 而且电子振动传感器 由于缺乏智能分析 普遍存在功能单一的问题 3 系统防盗效果不佳 当前采用的车辆防盗系统 普遍侧重于被动的处理车辆 盗 难行为 发生后的情况 但是由于判断 盗难行为 的盗难信息少之又少 造成了对 盗 窃行为 的判断鲁棒性不高 漏报率及误报率双双居高不下 可以说 当前的防盗系统仅 仅具备了被动防盗的能力 这在一定程度上扩大了盗车贼的 野心 使其可以从容地采 用 成功则以 不成功则退 的战术 难以起到主动预防 威慑窃贼的作用 4 防盗系统副作用明显 因为无法实时监控车辆周围的环境 无法获取足够的盗难 信息和及时的现场信息来辅助判断 防盗系统的生产厂家一般采用扩大报警置信区间的方 法来减少漏报警的发生 使得报警器的误报率居高不下 又由于报警手段多采用语音警报 致使报警声也成为环境噪声污染的来源之一 5 防盗辅助功能不足 尽管联网型的防盗系统加强了 人防 的作用 但是共享信 息仍然单一 没有足够的信息提供给用户或公安机关 而且没有具备与车主进行良好交互 的能力 车主只能是被动接收关于车辆的信息 无法主动了解车辆现场信息 更无法对防 盗系统进行远程控制 尽管联网型的防盗系统可实现对车辆的定位及跟踪 但是社会危害 最大的盗贼往往还是逃之天天 甚至都无法获取关于盗贼的丁点信息 提高了车辆的找回 率的同时 却无法增加盗贼的抓获率 1 3 研究目的和意义 鉴于现有的车辆防盗报警系统不但不能满足车辆防盗的需求 同时还存在使用成本高 浙江工业大学硕士学位论文 昂 误报率和漏报率双双居高不下及噪声污染严重等诸多缺陷的事实 本文设计新颖的不 同于传统概念的基于全方位振动传感器的车辆防盗系统 通过主动引入设计的全方位振动 传感器 尝试利用计算机视觉通过从人的视角对车辆振动信息进行提取 加工和分析来判 断盗难行为 使得设计的车辆防盗系统具备智能分析的能力 解决现有车辆防盗功能单一 防盗效果不佳 对环境依赖性强等缺点 为车辆防盗系统的发展提供了一个崭新的方向 具有突出的现实意义 其研究意义具体表现在 1 引入计算机视觉 按照以人的为中心的思考方式分析盗难行为 利用动态图像处 理技术和振动分析技术 通过对车辆振动的分析研究实现车辆盗难行为的识别 提高车辆 防盗系统的可靠性及鲁棒性 为车辆防盗系统的设计与开发提供了一个新的思路 2 设计全方位振动传感器并将其应用于车辆防盗 利用质量弹簧自由摆实现全方位 振动的传感 利用全方位视觉传感器实现全方位振动可视化及全方位的物理空间监控 利 用搭建的嵌入式视频服务器实现传感信息共享 为车辆防盗安全体系的实现提供一种新型 解决方案 3 设计的车辆防盗系统不仅仅只符合相关法规 标准以及认证 更有足够抵抗力对 付窃贼的惯常作案手段和足够的威慑力来震慑窃贼 一方面是防范系统自身的抗破坏 防 破解能力大大加强 另一方面是通过联网的方式 增加服务与监控力度 引入 人防 的 因素 加强与车主的交互 使得窃贼不敢下手 治标更治本 具有明显的社会效益和经济 效益 4 另外 在防盗系统确定车辆处于遇警状况后 根据不同的异常车况信息 采用不 同的警报处理 避免一味的语音警报 造成噪声污染 功能更加多样化 而且由于系统具 有视频采集的功能 采集的视频数据可以作为事前判断 事中处理及事后取证的有力证据 使得盗贼无处遁形 对于提高失车找回率及盗贼抓获率有明显作用 5 设计的具有以人为中心的 思考 能力的车辆防盗系统具有安全 可靠 环保 便捷的特点 符合新一代车辆电子产品的趋势 而系统体现的智能化 网络化特性 更是 车辆安防产品未来的发展方向 1 4 研究主要工作 本文的目的是利用计算机视觉将车辆振动物理空间与包含的信息空间融合为智能空 间 并在这个智能空间中对车辆振动进行数字化的计算和分析 通过以人为中心的思考方 浙江工业大学硕士学位论文 式对振动进行分析 通过对振动信息的进一步加工和处理来判断分析盗难行为 从而完成 对盗难行为的识别 事实上 车辆防盗是一个跟环境密切相关的复杂问题 要完整地构建防盗体系 需要 构建相应的网络体系及建立与车载电子良好的互动关系 这不是我们研究的初衷 因此 本文把研究的重点放在全方位振动传感器的设计和车辆振动的检测分析研究这两个问题 上 以求对车辆盗难行为有一个主动型的防御 第一时间对车辆盗难行为作出反应 而且 是正确的反应 对后续更深入的研究提供支持 本文的主要工作如下 1 全方位振动传感器设计 本文设计的全方位振动传感器包括3 个部件 质量弹簧自由摆 全方位视觉传感器 和嵌入式系统 其中主要完成质量弹簧自由摆振动数学模型的设计及质量弹簧自由摆的参 数设计 设计的目的是利用质量弹簧自由摆可以实现全方位的振动传感 利用全方位视觉 传感器可以实现振动可视化及全方位物理空间监控 利用搭建的嵌入式视频服务器可以实 现传感信息共享 改变旧有的人机交互方式 2 全方位振动的检测研究 全方位振动的检测研究目的是从全方位图像序列中提取振动对象 本文在比较直接检 测法 背景差分法及阈值分割法的振动检测效果的基础上 提出基于色差的最大熵阈值分 割法完成对图像序列中的振动检测 得到比较好的振动检测效果 并通过对图像序列中检 测到的振动对象的坐标的变化规律的分析 判断是否有振动发生 如果确认有振动发生 则对振动进行跟踪 便于分析振动的运动轨迹和运动规律 3 振动信息分析处理研究 振动分析处理研究的目的就是在对振动对象跟踪结果的基础上 完成对质量弹簧自由 摆的小球的振动分析 对获取的振动信息进行加工和分析 实现对车辆盗难行为的识别 利用振动分析技术 分析质量弹簧自由摆的振动 提取振动最大振幅 最大水平位移 最 大垂直位移 振动周期及振动能量等振动信息 再通过对振动信息的进一步分析 分析得 到引起振动的外力特性 包括外力方向及外力大小 然后对提取的振动参数进行融合 利 用设计的匹配规则得到盗难行为 包括干扰事件 可疑事件 早期预警及盗难事件 最后 针对不同的盗难行为进行相应的警报处理 浙江工业大学硕士学位论文 1 5 本文体系结构 本文共分7 章 各章的关系如图l 5 所示 基于全方位振动传感器的车辆防盗系统的设计 第 童 绪 论 相关研究 背景 第 七 章 总 结 与 展 望 第 章 眷荔 盗 系 统 系统设计 分析 第 童 雏 动 传 第 四 童 翼主 振 动 检 系统实现 及实验 第 五 童 要葬 析 处 理 第 章 验实 分验 析设 计 与 实 图1 1 论文的体系结构 第一章绪论 论述了研究背景 分析了当今国外内研究现状 指出现有车辆防盗系 统存在的问题 提出一种基于全方位振动传感器的车辆防盗系统 并介绍本研究的目的和 意义及主要的研究内容 最后给出论文的体系结构 第二章车辆防盗系统设计 在分析了车辆盗难行为特点的基础上 介绍了基于全方 位振动传感器的车辆防盗系统的设计思想 基于这个设计思想 详细介绍了车辆防盗系统 的体系结构和软件组织结构 第三章全方位振动传感器设计 详细介绍了设计的全方位振动传感器的3 个部件一 一质量弹簧自由摆 全方位视觉传感器和嵌入式系统 利用质量弹簧自由摆可以实现全方 位振动传感 利用全方位视觉传感器可以实现振动可视化及全方位物理空间监控 利用搭 建的嵌入式视频服务器可以实现传感信息共享 第四章全方位振动检测研究 在比较直接检测法 背景差分法及阈值分割法的振动 检测效果的基础上 提出基于色差的最大熵阈值分割法完成对图像序列中的振动检测 得 到比较好的振动检测效果 并通过对图像序列中检测的振动对象的坐标的变化规律的分 析 判断是否有振动发生 如果确认有振动发生 则对振动进行跟踪 并保存跟踪结果 便于进一步的分析 第五章振动分析处理研究 利用振动分析技术 分析质量弹簧自由摆的振动 提取 r 浙江工业大学硕士学位论文 振动最大振幅 最大水平位移 最大垂直位移 振动周期及振动能量等振动信息 再通过 对振动信息的进一步分析 分析得到引起振动的外力特性 包括外力方向及外力大小 然 后对提取的振动参数进行融合 利用设计的匹配规则得到盗难行为 包括干扰事件 可疑 事件 早期预警及盗难事件 最后针对不同的盗难行为进行相应的警报处理 第六章实验设计与实验分析 首先介绍了设计的实验装置和实验环境 并针对不同 的全方位振动传感器的实验条件 给出了实验结果并做了分析 实验结果证明 一方面 该系统能够有效检测到振动信息 并能抵抗常见的干扰 具有较强的鲁棒性 另一方面 针对深入盗难行为的识别 还有待进一步加强实验 第七章总结与展望 对本文的所做的工作和创新点进行了总结 同时提出了在研究 中存在的不足之处 并对该课题的前景进行了展望 浙江工业大学硕士学位论文 第2 章车辆防盗系统设计 2 1 引言 研究一种鲁棒性高 适用性广 针对性强的车辆防盗系统必须从研究分析车辆偷盗行 为入手 通过对多种可能的车辆偷盗行为方式的分析 归纳与总结 才有可能设计出有针 对性的 可靠的车辆防盗系统 本章从研究车辆盗难行为入手 通过对车辆盗难行为的分析和总结 提出新的车辆防 盗系统的设计思想 目的是使得设计的车辆防盗系统能够以人为中心的思考方式来检测分 析车辆振动并进而完成对盗难行为的识别 本章最后将详细介绍设计的车辆防盗系统的体 系结构和软件组织结构 2 2 车辆盗难行为分析 车辆盗难行为可以分为车体破坏 非法开启 入车盗窃和整车搬运等四种类型 考虑 到事件是由对象与对象之间的相互作用所产生的 而对象又是由各种属性所构成的 因此 对盗难行为的分析就是对盗难场景中对象与对象之间的相互作用的分析 在车辆盗难场景中 无论是车体破坏 非法开启 入车盗窃 还是整车搬运 都存在 着特定相关对象及其特定的对象语义 还有特定的对象之间的关系 表2 1 给出了盗难行为中涉及的相关对象及对象语义 车体破坏 涉及的运动对象有车体 人体及其他运动对象 如利器 涉及的对象语义 包括人体在车体的附近并且长时间停留 利器的一端在人体附近 利器的另一端在车体内 部以及车体因破坏有振动发生并且有周期性的变化 非法开启 涉及的运动对象主要是人体和车体 涉及的对象语义包括人体在车体的附 近 从距离上说 比起在车体破坏时离车体要近 并且也是长时间的停留 车体因开启也 有振动发生但是无周期性变化 入车盗窃 涉及的运动对象有车体 人体 涉及的对象语义包括人体在车体内部 车 体因人体的活动有振动发生 整车搬运 涉及的运动对象有车体 人体及其他运动对象 如拖车 涉及的对象语义 浙江工业大学硕士学位论文 包括车体因拖车的行为发生振动 拖车和车体距离固定并且长时间保持一致 人体 可能 在拖车内 和车体距离固定并且长时间保持一致 表2 1盗难行为中相关对象的语义分析表 盗难事件涉及的对象涉及的对象语义 车体破坏车体振动 人体在车附件 利器在车内 非法开启 车体 人体 车体振动 人体在车边上 入车盗窃其他运动对象 车体振动 人体在车内 整车搬运 车体振动 其他车体长时间停留 在一个盗难场景中 可能发生的行为 除了车体破坏 非法开启 入车盗窃或者整车 搬运等盗难事件 还存在干扰事件 如放鞭炮 震雷等 之所以能成为干扰事件 主要原因是这些事件都涉及了车体这个对象 而且引起了车 体的振动 车辆防盗系统将其归为 盗难事件 而事实上不是 通过以上的分析 发现盗难行为是一个车辆与其他对象 如盗贼 拖车 鞭炮等 交 互作用的动态过程 在这个过程中伴随着车辆振动状态的变化 而且每一种盗难行为都对 应着特定的车辆振动形式 羽 因此 如何有效而准确地检测全方位的车辆振动并利用检 测的振动信息来进行盗难行为的识别成了车辆防盗系统设计成功与否的关键 2 3 车辆防盗系统设计思想 考虑到车辆盗难行为过程中 必然伴随着车辆的振动 而且特定的盗难行为伴随着特 定的车辆的振动形式 因此 如果能检测得到特定的车辆振动形式 就可以关联得到特定 的车辆盗难行为乜引 本文的目的就是使得设计的车