本發(fā)明屬于震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

目前，對(duì)地面震動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別的主要研究方法是通過(guò)對(duì)采集的震動(dòng)目標(biāo)信號(hào)在時(shí)域和頻域上進(jìn)行綜合分析處理，提取特征信息。震動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)過(guò)程中常用的方法是通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域處理，而在震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別中常用的方法是對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域綜合處理并提取特征信息。在時(shí)域內(nèi)常用分析方法有過(guò)零數(shù)分析、信號(hào)波形圖幅度值分析等特征提取分析方法；而地面目標(biāo)識(shí)別技術(shù)中，更多的是對(duì)目標(biāo)信號(hào)在頻域內(nèi)進(jìn)行分析處理，這種處理方法主要是利用快速傅里葉變換得到其功率譜相關(guān)的特征信號(hào)，然后從其中提取頻率和譜峰相對(duì)強(qiáng)度判斷特征信息。時(shí)域分析和頻域分析雖然簡(jiǎn)單快捷，但是容易受環(huán)境噪聲的干擾。并且，時(shí)域分析和頻域分析容易忽略信號(hào)中的某些特征，從而減弱目標(biāo)識(shí)別的正確性和準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，其方法步驟簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便、使用效果好，能簡(jiǎn)便、快速對(duì)震動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，并且識(shí)別結(jié)果準(zhǔn)確。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、震動(dòng)信號(hào)采集及同步上傳：采用震動(dòng)檢測(cè)裝置且按照預(yù)先設(shè)定的采樣頻率f_s對(duì)待檢測(cè)區(qū)域的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集，并將各采樣時(shí)刻所采集的地面震動(dòng)信號(hào)同步傳送至數(shù)據(jù)處理器；

每個(gè)采樣時(shí)刻所采集的地面震動(dòng)信號(hào)均為該采樣時(shí)刻所述震動(dòng)檢測(cè)裝置所采集的震動(dòng)幅值；

步驟二、震動(dòng)信號(hào)分析處理及震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別：所述數(shù)據(jù)處理器按照預(yù)先設(shè)定的分析處理頻率f且按照時(shí)間先后順序，對(duì)接收到的各分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)分別進(jìn)行分析處理，并根據(jù)分析處理結(jié)果對(duì)各分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上存在的震動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別；其中，f_s＝N·f，N為正整數(shù)且N≥100，每個(gè)分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)中均包括所述震動(dòng)檢測(cè)裝置N個(gè)連續(xù)的采樣時(shí)刻所采集的震動(dòng)幅值；各分析處理周期內(nèi)所采集地面震動(dòng)信號(hào)的分析處理方法均相同，對(duì)任一個(gè)分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理時(shí)，過(guò)程如下：

步驟201、信號(hào)預(yù)處理：調(diào)用信號(hào)預(yù)處理模塊，對(duì)本分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，獲得待識(shí)別時(shí)間序列；

步驟202、時(shí)間序列相似搜索：根據(jù)預(yù)先建立的模式庫(kù)，調(diào)用模式匹配模塊且按照時(shí)間先后順序，由先至后對(duì)步驟201中所述待識(shí)別時(shí)間序列進(jìn)行相似性搜索，從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出與所述模式庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)的各模式數(shù)據(jù)匹配的所有匹配數(shù)據(jù)，并對(duì)從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出的與各模式數(shù)據(jù)匹配的所有匹配數(shù)據(jù)的數(shù)量分別進(jìn)行記錄；

所述模式庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)有三個(gè)模式數(shù)據(jù)，三個(gè)所述模式數(shù)據(jù)分別為跺腳模式數(shù)據(jù)、車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)A和車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)B，三個(gè)所述模式數(shù)據(jù)均為時(shí)間序列；

所述跺腳模式數(shù)據(jù)為調(diào)用步驟201中所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)跺腳模式采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后獲得的時(shí)間序列，所述跺腳模式采樣數(shù)據(jù)包括一個(gè)人在待檢測(cè)區(qū)域上進(jìn)行一次跺腳過(guò)程中所述震動(dòng)檢測(cè)裝置M個(gè)連續(xù)的采樣時(shí)刻所采集的震動(dòng)幅值；

所述車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)A為調(diào)用步驟201中所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)A進(jìn)行預(yù)處理后獲得的時(shí)間序列，所述車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)A包括一輛車向靠近所述震動(dòng)檢測(cè)裝置一側(cè)行駛過(guò)程中所述震動(dòng)檢測(cè)裝置M個(gè)連續(xù)的采樣時(shí)刻所采集的震動(dòng)幅值；

所述車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)B為調(diào)用步驟201中所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)B進(jìn)行預(yù)處理后獲得的時(shí)間序列，所述車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)B包括一輛車向遠(yuǎn)離所述震動(dòng)檢測(cè)裝置行駛過(guò)程中所述震動(dòng)檢測(cè)裝置M個(gè)連續(xù)的采樣時(shí)刻所采集的震動(dòng)幅值；

其中，N≥n·M，n和M均為正整數(shù)，n≥10且M≥10；

本步驟中，從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出的與所述跺腳模式數(shù)據(jù)匹配的所有匹配數(shù)據(jù)的數(shù)量記作C₁，從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出的與所述車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)A匹配的所有匹配數(shù)據(jù)的數(shù)量記作C₂，從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出的與所述車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)B匹配的所有匹配數(shù)據(jù)的數(shù)量記作C₃；其中，C₁、C₂和C₃均為自然數(shù)；

步驟203、類模式匹配數(shù)計(jì)算：根據(jù)步驟202中所述的C₁、C₂和C₃，調(diào)用類模式匹配數(shù)計(jì)算模塊，計(jì)算得出跺腳類模式匹配數(shù)c₁和車輛經(jīng)過(guò)類模式匹配數(shù)c₂；其中，c₁＝C₁，c₂＝C₂+C₃，c₁和c₂均為自然數(shù)；

步驟204、震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別：根據(jù)步驟203中計(jì)算得出的c₁和c₂，調(diào)用震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別模塊對(duì)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型進(jìn)行識(shí)別，過(guò)程如下：

步驟2041、初步識(shí)別：對(duì)步驟203中計(jì)算得出的c₁和c₂分別進(jìn)行閾值判斷，并根據(jù)閾值判斷結(jié)果對(duì)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型進(jìn)行初步識(shí)別，獲得初步識(shí)別結(jié)果；所述初步識(shí)別結(jié)果中包括一個(gè)或兩個(gè)初步識(shí)別類型，所述初步識(shí)別類型為單人跺腳類、多人跺腳類、車輛經(jīng)過(guò)類或噪聲類；

其中，對(duì)步驟203中計(jì)算得出的c₁進(jìn)行閾值判斷時(shí)，根據(jù)閾值判斷結(jié)果初步識(shí)別出本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為單人跺腳類、多人跺腳類或噪聲類：當(dāng)α≤c₁≤β時(shí)，識(shí)別為單人跺腳類；當(dāng)c₁＞β時(shí)，識(shí)別為多人跺腳類；當(dāng)c₁≤ε時(shí)，識(shí)別為噪聲類；

對(duì)步驟203中計(jì)算得出的c₂進(jìn)行閾值判斷時(shí)，根據(jù)閾值判斷結(jié)果初步識(shí)別出本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)類型為車輛經(jīng)過(guò)類或噪聲類：當(dāng)c₂＞θ時(shí)，識(shí)別為車輛經(jīng)過(guò)類；當(dāng)c₂≤ε時(shí)，識(shí)別為噪聲類；

其中，α、β、θ和ε均為正整數(shù)且其均為預(yù)先設(shè)定的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別用判斷閾值，α＜β，θ≥ε，α＞ε；

步驟2042、震動(dòng)目標(biāo)類型確定：根據(jù)步驟2041中的初步識(shí)別結(jié)果，對(duì)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型進(jìn)行確定：當(dāng)所述初步識(shí)別結(jié)果中包括一個(gè)所述初步識(shí)別類型時(shí)，將所述初步識(shí)別類型作為本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型；否則，當(dāng)所述初步識(shí)別結(jié)果中包括兩個(gè)所述初步識(shí)別類型時(shí)，將兩個(gè)所述初步識(shí)別類型中模式權(quán)重較大的一個(gè)所述初步識(shí)別類型作為本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型；

其中，車輛經(jīng)過(guò)類的模式權(quán)重＞多人跺腳類的模式權(quán)重＞單人跺腳類的模式權(quán)重＞噪聲類的模式權(quán)重；

步驟205、返回步驟201，對(duì)下一個(gè)分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理。

上述基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征是：步驟一中所述震動(dòng)檢測(cè)裝置為震動(dòng)傳感器，所述震動(dòng)傳感器埋設(shè)于待檢測(cè)區(qū)域的地表層內(nèi)。

上述基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征是：步驟一中所述的f_s＝1kHz，步驟二中所述的f＝1Hz，N＝1000。

上述基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征是：步驟2041中所述的α＝2，β＝3，θ＝ε＝1。

上述基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征是：步驟202中所述的M＝55～65。

上述基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征是：步驟201中調(diào)用信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)本分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，包括以下步驟：

步驟2011、歸一化處理：調(diào)用歸一化處理模塊，對(duì)本分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，將所述地面震動(dòng)信號(hào)中各震動(dòng)幅值均處理到0～1之間，獲得歸一化處理后信號(hào)；

步驟2012、去噪處理：調(diào)用去噪處理模塊，對(duì)步驟2011中所述歸一化處理后信號(hào)進(jìn)行去噪處理，獲得去噪后信號(hào)；

步驟2013、平滑處理：調(diào)用平滑處理模塊，對(duì)步驟2012中所述去噪后信號(hào)進(jìn)行平滑處理，獲得平滑處理后信號(hào)；

步驟2014、獲取時(shí)間序列：調(diào)用滑動(dòng)聚集平均近似PAA法處理模塊，對(duì)步驟2013中所述平滑處理后信號(hào)進(jìn)行處理，獲得本分析處理周期內(nèi)所采集地面震動(dòng)信號(hào)的時(shí)間序列，該時(shí)間序列為所述待識(shí)別時(shí)間序列。

上述基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征是：步驟2012中調(diào)用所述去噪處理模塊對(duì)所述歸一化處理后信號(hào)進(jìn)行去噪處理時(shí)，按照Haar小波分析處理方法對(duì)所述歸一化處理后信號(hào)進(jìn)行去噪處理；步驟2013中調(diào)用所述平滑處理模塊對(duì)所述去噪后信號(hào)進(jìn)行平滑處理時(shí)，按照五點(diǎn)三次平滑方法對(duì)所述去噪后信號(hào)進(jìn)行平滑處理。

上述基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征是：步驟202中調(diào)用所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)跺腳模式采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)、調(diào)用步驟201中所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)A進(jìn)行預(yù)處理時(shí)和調(diào)用步驟201中所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)B進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，按照步驟2011至步驟2014中所述的方法進(jìn)行預(yù)處理。

上述基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征是：步驟2042中震動(dòng)目標(biāo)類型確定后，當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為單人跺腳類時(shí)，說(shuō)明本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上存在的震動(dòng)目標(biāo)為一個(gè)人跺腳產(chǎn)生的震動(dòng)；當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為多人跺腳類時(shí)，說(shuō)明本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上存在的震動(dòng)目標(biāo)為多個(gè)人跺腳產(chǎn)生的震動(dòng)；當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為車輛經(jīng)過(guò)類時(shí)，說(shuō)明本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上存在的震動(dòng)目標(biāo)為車輛經(jīng)過(guò)產(chǎn)生的震動(dòng)；當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為噪聲類時(shí)，說(shuō)明本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上不存在震動(dòng)目標(biāo)。

上述基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征是：步驟202中所述模式匹配模塊為子序列相似性匹配模塊。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、方法步驟簡(jiǎn)單且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，投入成本較低。

2、設(shè)計(jì)合理，基于時(shí)間序列相似搜索進(jìn)行震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，時(shí)間序列數(shù)據(jù)是指一系列數(shù)據(jù)的集合，這些數(shù)據(jù)不是簡(jiǎn)單的孤立個(gè)體，具有二元屬性：時(shí)間屬性和數(shù)值屬性。地表震動(dòng)目標(biāo)的震動(dòng)數(shù)據(jù)是一系列與時(shí)間相關(guān)的數(shù)據(jù)，符合時(shí)間序列數(shù)據(jù)的特征。對(duì)震動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，根據(jù)預(yù)先建立的模式庫(kù)，將待分類數(shù)據(jù)(即待識(shí)別時(shí)間序列)與模式數(shù)據(jù)進(jìn)行模式匹配，從而識(shí)別出震動(dòng)目標(biāo)的類型。時(shí)間序列相似性匹配分為全序列匹配和子序列匹配，序列匹配是使用相似性度量方法比對(duì)兩個(gè)序列是否相似或者相同從而達(dá)到分類和預(yù)測(cè)的目的。本發(fā)明采用子序列匹配進(jìn)行震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，并且實(shí)際進(jìn)行匹配時(shí)，基于歐式距離進(jìn)行匹配，當(dāng)兩個(gè)序列(即待識(shí)別時(shí)間序列與模式數(shù)據(jù))之間的歐式距離小于預(yù)先設(shè)定的距離判斷閾值時(shí)，說(shuō)明兩個(gè)序列匹配；否則，說(shuō)明兩個(gè)序列不匹配，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，能在很短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)完成震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別過(guò)程，智能化程度高。

3、使用效果好且實(shí)用價(jià)值高，使用時(shí)間序列預(yù)處理方法對(duì)震動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，能有效降低環(huán)境噪聲對(duì)信號(hào)的干擾；并且，使用時(shí)間序列相似性匹配方法實(shí)現(xiàn)震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，克服了時(shí)域分析和頻域分析忽略特征信號(hào)的缺點(diǎn)，能有效提高震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確率。根據(jù)預(yù)先建立模式庫(kù)內(nèi)的多個(gè)模式數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)多種震動(dòng)目標(biāo)類型的識(shí)別。使用本發(fā)明進(jìn)行震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，與基于過(guò)零點(diǎn)數(shù)的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法比較，目標(biāo)識(shí)別正確率提高了19.34％；與基于Welch功率譜的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法比較，目標(biāo)識(shí)別正確率提高了21.67％。由上述內(nèi)容可知，本發(fā)明設(shè)計(jì)新穎、合理，能有效提高震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)方便，使用效果好，便于推廣使用。

綜上所述，本發(fā)明方法步驟簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便、使用效果好，能簡(jiǎn)便、快速對(duì)震動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，并且識(shí)別結(jié)果準(zhǔn)確。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的方法流程框圖。

圖2為本發(fā)明跺腳模式數(shù)據(jù)的波形示意圖。

圖3為本發(fā)明車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)A的波形示意圖。

圖4為本發(fā)明車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)B的波形示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示的一種基于時(shí)間序列相似搜索的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法，包括以下步驟：

步驟一、震動(dòng)信號(hào)采集及同步上傳：采用震動(dòng)檢測(cè)裝置且按照預(yù)先設(shè)定的采樣頻率f_s對(duì)待檢測(cè)區(qū)域的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集，并將各采樣時(shí)刻所采集的地面震動(dòng)信號(hào)同步傳送至數(shù)據(jù)處理器；

每個(gè)采樣時(shí)刻所采集的地面震動(dòng)信號(hào)均為該采樣時(shí)刻所述震動(dòng)檢測(cè)裝置所采集的震動(dòng)幅值；

步驟二、震動(dòng)信號(hào)分析處理及震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別：所述數(shù)據(jù)處理器按照預(yù)先設(shè)定的分析處理頻率f且按照時(shí)間先后順序，對(duì)接收到的各分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)分別進(jìn)行分析處理，并根據(jù)分析處理結(jié)果對(duì)各分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上存在的震動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別；其中，f_s＝N·f，N為正整數(shù)且N≥100，每個(gè)分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)中均包括所述震動(dòng)檢測(cè)裝置N個(gè)連續(xù)的采樣時(shí)刻所采集的震動(dòng)幅值；各分析處理周期內(nèi)所采集地面震動(dòng)信號(hào)的分析處理方法均相同，對(duì)任一個(gè)分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理時(shí)，過(guò)程如下：

步驟201、信號(hào)預(yù)處理：調(diào)用信號(hào)預(yù)處理模塊，對(duì)本分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，獲得待識(shí)別時(shí)間序列；

步驟202、時(shí)間序列相似搜索：根據(jù)預(yù)先建立的模式庫(kù)，調(diào)用模式匹配模塊且按照時(shí)間先后順序，由先至后對(duì)步驟201中所述待識(shí)別時(shí)間序列進(jìn)行相似性搜索，從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出與所述模式庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)的各模式數(shù)據(jù)匹配的所有匹配數(shù)據(jù)，并對(duì)從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出的與各模式數(shù)據(jù)匹配的所有匹配數(shù)據(jù)的數(shù)量分別進(jìn)行記錄；

所述模式庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)有三個(gè)模式數(shù)據(jù)，三個(gè)所述模式數(shù)據(jù)分別為跺腳模式數(shù)據(jù)、車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)A和車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)B，三個(gè)所述模式數(shù)據(jù)均為時(shí)間序列；

所述跺腳模式數(shù)據(jù)為調(diào)用步驟201中所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)跺腳模式采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后獲得的時(shí)間序列，所述跺腳模式采樣數(shù)據(jù)包括一個(gè)人在待檢測(cè)區(qū)域上進(jìn)行一次跺腳過(guò)程中所述震動(dòng)檢測(cè)裝置M個(gè)連續(xù)的采樣時(shí)刻所采集的震動(dòng)幅值；

所述車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)A為調(diào)用步驟201中所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)A進(jìn)行預(yù)處理后獲得的時(shí)間序列，所述車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)A包括一輛車向靠近所述震動(dòng)檢測(cè)裝置一側(cè)行駛過(guò)程中所述震動(dòng)檢測(cè)裝置M個(gè)連續(xù)的采樣時(shí)刻所采集的震動(dòng)幅值；

所述車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)B為調(diào)用步驟201中所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)B進(jìn)行預(yù)處理后獲得的時(shí)間序列，所述車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)B包括一輛車向遠(yuǎn)離所述震動(dòng)檢測(cè)裝置行駛過(guò)程中所述震動(dòng)檢測(cè)裝置M個(gè)連續(xù)的采樣時(shí)刻所采集的震動(dòng)幅值；

其中，N≥n·M，n和M均為正整數(shù)，n≥10且M≥10；

本步驟中，從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出的與所述跺腳模式數(shù)據(jù)匹配的所有匹配數(shù)據(jù)的數(shù)量記作C₁，從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出的與所述車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)A匹配的所有匹配數(shù)據(jù)的數(shù)量記作C₂，從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出的與所述車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)B匹配的所有匹配數(shù)據(jù)的數(shù)量記作C₃；其中，C₁、C₂和C₃均為自然數(shù)；

步驟203、類模式匹配數(shù)計(jì)算：根據(jù)步驟202中所述的C₁、C₂和C₃，調(diào)用類模式匹配數(shù)計(jì)算模塊，計(jì)算得出跺腳類模式匹配數(shù)c₁和車輛經(jīng)過(guò)類模式匹配數(shù)c₂；其中，c₁＝C₁，c₂＝C₂+C₃，c₁和c₂均為自然數(shù)；

步驟204、震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別：根據(jù)步驟203中計(jì)算得出的c₁和c₂，調(diào)用震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別模塊對(duì)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型進(jìn)行識(shí)別，過(guò)程如下：

步驟2041、初步識(shí)別：對(duì)步驟203中計(jì)算得出的c₁和c₂分別進(jìn)行閾值判斷，并根據(jù)閾值判斷結(jié)果對(duì)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型進(jìn)行初步識(shí)別，獲得初步識(shí)別結(jié)果；所述初步識(shí)別結(jié)果中包括一個(gè)或兩個(gè)初步識(shí)別類型，所述初步識(shí)別類型為單人跺腳類、多人跺腳類、車輛經(jīng)過(guò)類或噪聲類；

其中，對(duì)步驟203中計(jì)算得出的c₁進(jìn)行閾值判斷時(shí)，根據(jù)閾值判斷結(jié)果初步識(shí)別出本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為單人跺腳類、多人跺腳類或噪聲類：當(dāng)α≤c₁≤β時(shí)，識(shí)別為單人跺腳類；當(dāng)c₁＞β時(shí)，識(shí)別為多人跺腳類；當(dāng)c₁≤ε時(shí)，識(shí)別為噪聲類；

對(duì)步驟203中計(jì)算得出的c₂進(jìn)行閾值判斷時(shí)，根據(jù)閾值判斷結(jié)果初步識(shí)別出本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)類型為車輛經(jīng)過(guò)類或噪聲類：當(dāng)c₂＞θ時(shí)，識(shí)別為車輛經(jīng)過(guò)類；當(dāng)c₂≤ε時(shí)，識(shí)別為噪聲類；

其中，α、β、θ和ε均為正整數(shù)且其均為預(yù)先設(shè)定的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別用判斷閾值，α＜β，θ≥ε，α＞ε；

步驟2042、震動(dòng)目標(biāo)類型確定：根據(jù)步驟2041中的初步識(shí)別結(jié)果，對(duì)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型進(jìn)行確定：當(dāng)所述初步識(shí)別結(jié)果中包括一個(gè)所述初步識(shí)別類型時(shí)，將所述初步識(shí)別類型作為本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型；否則，當(dāng)所述初步識(shí)別結(jié)果中包括兩個(gè)所述初步識(shí)別類型時(shí)，將兩個(gè)所述初步識(shí)別類型中模式權(quán)重較大的一個(gè)所述初步識(shí)別類型作為本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型；

其中，車輛經(jīng)過(guò)類的模式權(quán)重＞多人跺腳類的模式權(quán)重＞單人跺腳類的模式權(quán)重＞噪聲類的模式權(quán)重；

步驟205、返回步驟201，對(duì)下一個(gè)分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理。

步驟202中從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出的與所述模式庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)的各模式數(shù)據(jù)匹配的各匹配數(shù)據(jù)均為一個(gè)時(shí)間序列，并且各匹配數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度與所述模式數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度相同。

本實(shí)施例中，步驟一中所述震動(dòng)檢測(cè)裝置為震動(dòng)傳感器，所述震動(dòng)傳感器埋設(shè)于待檢測(cè)區(qū)域的地表層內(nèi)。

震動(dòng)通常是指體積較為龐大的物體發(fā)生的短時(shí)間的偶爾一次或幾次間斷式的震動(dòng)。眾所眾知，震動(dòng)傳感器是一種能夠靈敏地感知地面震動(dòng)的信息探測(cè)器，它通過(guò)震動(dòng)探頭拾取地面振動(dòng)波來(lái)探測(cè)目標(biāo)，也稱為拾震器。

實(shí)際使用時(shí)，所述震動(dòng)傳感器與所述數(shù)據(jù)處理器之間以有線或無(wú)線通信方式進(jìn)行雙向通信。本實(shí)施例中，所述震動(dòng)傳感器與所述數(shù)據(jù)處理器之間以無(wú)線通信方式進(jìn)行雙向通信。

本實(shí)施例中，步驟一中所述的f_s＝1kHz，步驟二中所述的f＝1Hz，N＝1000。因而，每個(gè)分析處理周期＝1s，每個(gè)分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)中均包括所述震動(dòng)檢測(cè)裝置1000個(gè)連續(xù)的采樣時(shí)刻所采集的震動(dòng)幅值。每個(gè)所述采樣時(shí)刻均為一個(gè)采樣點(diǎn)。

實(shí)際使用時(shí)，可根據(jù)具體需要，對(duì)f_s和f的取值大小分別進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

本實(shí)施例中，步驟2041中所述的α＝2，β＝3，θ＝ε＝1。

步驟202中所述的M＝55～65。

本實(shí)施例中，M＝60。

實(shí)際使用時(shí)，可根據(jù)具體需要，對(duì)M的取值大小進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

步驟202中所述模式庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)有兩類模式數(shù)據(jù)，其中車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)A和車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)B屬于同一類且二者均屬于車輛經(jīng)過(guò)類的模式數(shù)據(jù)。跺腳模式數(shù)據(jù)也可再細(xì)分為單人跺腳模式數(shù)據(jù)和多人跺腳模式數(shù)據(jù)。

由于單人跺腳和多人跺腳都是瞬態(tài)的突變動(dòng)作，其震動(dòng)波形具有相似性，在震動(dòng)波形中都會(huì)存在突變信號(hào)；不同之處僅在于，單人跺腳模式中信號(hào)突變的部分比較少，而多人跺腳模式中信號(hào)突變的部分相對(duì)較多。首先忽略這兩種模式的差異，選取二者的相同點(diǎn)，將這兩種模式視為同一模式，即跺腳模式，識(shí)別出跺腳模式后，再區(qū)分單人跺腳和多人跺腳。無(wú)論是跺腳還是車輛經(jīng)過(guò)，震動(dòng)信號(hào)中均存在突變信號(hào)。采集這兩種情況下的震動(dòng)數(shù)據(jù)，將這兩類模式數(shù)據(jù)中的突變數(shù)據(jù)提取出來(lái)，并作為這兩種類型的原始模式數(shù)據(jù)，這樣做可以忽略次要矛盾而抓住主要特征，對(duì)震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別非常有利。

如圖2所示，所述跺腳模式數(shù)據(jù)中所述震動(dòng)檢測(cè)裝置所采集的震動(dòng)幅值先逐漸減小再逐漸增大，并且持續(xù)時(shí)間較短，通常僅有十幾個(gè)采樣時(shí)刻。如圖3所示，車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)A中起始點(diǎn)的波形幅值比較平緩，隨時(shí)間的推移，其波形幅值逐漸變大，這種情況是由于車輛向靠近震動(dòng)傳感器一側(cè)駛來(lái)，在車輛距離所述震動(dòng)傳感器較遠(yuǎn)時(shí)，采集的信號(hào)較為平緩，越靠近所述震動(dòng)傳感器，震動(dòng)波形就會(huì)出現(xiàn)較大變化；如圖4所示，從整體看，車輛經(jīng)過(guò)模式數(shù)據(jù)A的波形幅值從大逐漸變平緩，這種情況是由于車輛遠(yuǎn)離所述震動(dòng)傳感器產(chǎn)生的。

本實(shí)施例中，步驟201中調(diào)用信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)本分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，包括以下步驟：

步驟2011、歸一化處理：調(diào)用歸一化處理模塊，對(duì)本分析處理周期內(nèi)所采集的地面震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，將所述地面震動(dòng)信號(hào)中各震動(dòng)幅值均處理到0～1之間，獲得歸一化處理后信號(hào)；

步驟2012、去噪處理：調(diào)用去噪處理模塊，對(duì)步驟2011中所述歸一化處理后信號(hào)進(jìn)行去噪處理，獲得去噪后信號(hào)；

步驟2013、平滑處理：調(diào)用平滑處理模塊，對(duì)步驟2012中所述去噪后信號(hào)進(jìn)行平滑處理，獲得平滑處理后信號(hào)；

步驟2014、獲取時(shí)間序列：調(diào)用滑動(dòng)聚集平均近似PAA法處理模塊，對(duì)步驟2013中所述平滑處理后信號(hào)進(jìn)行處理，獲得本分析處理周期內(nèi)所采集地面震動(dòng)信號(hào)的時(shí)間序列，該時(shí)間序列為所述待識(shí)別時(shí)間序列。

本實(shí)施例中，步驟2012中調(diào)用所述去噪處理模塊對(duì)所述歸一化處理后信號(hào)進(jìn)行去噪處理時(shí)，按照Haar小波分析處理方法對(duì)所述歸一化處理后信號(hào)進(jìn)行去噪處理；步驟2013中調(diào)用所述平滑處理模塊對(duì)所述去噪后信號(hào)進(jìn)行平滑處理時(shí)，按照五點(diǎn)三次平滑方法對(duì)所述去噪后信號(hào)進(jìn)行平滑處理。

實(shí)際使用時(shí)，也可以采用其它類型的去噪處理方法和平滑處理方法。

本實(shí)施例中，步驟202中調(diào)用所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)跺腳模式采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)、調(diào)用步驟201中所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)A進(jìn)行預(yù)處理時(shí)和調(diào)用步驟201中所述信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)車輛經(jīng)過(guò)模式采樣數(shù)據(jù)B進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，按照步驟2011至步驟2014中所述的方法進(jìn)行預(yù)處理。

步驟2011中歸一化處理后，能有效去除數(shù)據(jù)的異構(gòu)性。步驟2014中調(diào)用滑動(dòng)聚集平均近似PAA法處理模塊，對(duì)所述平滑處理后信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，按照常規(guī)的滑動(dòng)聚集平均近似PAA(Piecewise Aggregate Approximation)法進(jìn)行處理，具體是按照常規(guī)的滑動(dòng)聚集平均近似PAA法對(duì)所述平滑處理后信號(hào)進(jìn)行表示?；瑒?dòng)聚集平均近似PAA法也稱為逐段聚集近似PAA法，為一種時(shí)間序列的表示方法。

步驟202中進(jìn)行時(shí)間序列相似搜索的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上為模式匹配過(guò)程，模式匹配是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中字符串的一種基本運(yùn)算。本實(shí)施例中，步驟202中所述模式匹配模塊為子序列相似性匹配模塊。并且，按照常規(guī)的子序列相似性匹配方法進(jìn)行匹配。其中，對(duì)各模式數(shù)據(jù)匹配時(shí)，以該模式數(shù)據(jù)作為子序列與所述待識(shí)別時(shí)間序列進(jìn)行匹配。實(shí)際進(jìn)行匹配時(shí)，基于歐式距離進(jìn)行匹配，當(dāng)兩個(gè)序列(即待識(shí)別時(shí)間序列與模式數(shù)據(jù))之間的歐式距離小于預(yù)先設(shè)定的距離判斷閾值時(shí)，說(shuō)明兩個(gè)序列匹配；否則，說(shuō)明兩個(gè)序列不匹配，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便。

步驟202中從所述待識(shí)別時(shí)間序列中找出的與各模式數(shù)據(jù)匹配的所有匹配數(shù)據(jù)的數(shù)量，也稱為該模式數(shù)據(jù)的匹配數(shù)，即該模式數(shù)據(jù)在所述待識(shí)別時(shí)間序列中出現(xiàn)的次數(shù)。

由于在安全防護(hù)領(lǐng)域，不同類震動(dòng)(包括車輛經(jīng)過(guò)類、單人跺腳類和多人跺腳類等)的威脅程度不同，根據(jù)不同類震動(dòng)的威脅程度，將不同類劃分等級(jí)。車輛的威脅程度最大，其次是多人情況，之后是單人情況，最后是噪聲情況。根據(jù)威脅程度，給不同類震動(dòng)賦予不同的權(quán)重，也稱為模式權(quán)重。本實(shí)施例中，所述車輛經(jīng)過(guò)類的模式權(quán)重記作W₁，多人跺腳類的模式權(quán)重記作W₂，單人跺腳類的模式權(quán)重記作W₃，噪聲類的模式權(quán)重記作W₄，根據(jù)威脅程度，W₁＞W(wǎng)₂＞W(wǎng)₃＞W(wǎng)₄。

步驟2042中當(dāng)所述初步識(shí)別結(jié)果中包括一個(gè)所述初步識(shí)別類型時(shí)，說(shuō)明步驟2041中對(duì)c₁和c₂進(jìn)行閾值判斷后得出的初步識(shí)別結(jié)果相同，初步識(shí)別得出的所述初步識(shí)別類型均為噪聲類；當(dāng)所述初步識(shí)別結(jié)果中包括兩個(gè)所述初步識(shí)別類型時(shí)，說(shuō)明步驟2041中對(duì)c₁和c₂進(jìn)行閾值判斷后得出的初步識(shí)別結(jié)果不相同，兩個(gè)所述初步識(shí)別類型分別為對(duì)c₁和c₂進(jìn)行閾值判斷后得出的所述初步識(shí)別類型。

并且，當(dāng)所述初步識(shí)別結(jié)果中包括兩個(gè)所述初步識(shí)別類型時(shí)，即初步識(shí)別結(jié)果屬于兩個(gè)類，此時(shí)以模式權(quán)重最大的類別作為此次識(shí)別的類別，也稱為主模式類。例如經(jīng)初步識(shí)別后，得出這兩個(gè)所述初步識(shí)別類型，分別為多人跺腳類和車輛經(jīng)過(guò)類，這種識(shí)別結(jié)果可能是正確的，也可能是錯(cuò)誤的，但是有一點(diǎn)可以肯定，該待識(shí)別時(shí)間序列中必然存在威脅類的震動(dòng)數(shù)據(jù)。根據(jù)模式權(quán)重的不同，車輛經(jīng)過(guò)類的模式權(quán)重大于多人跺腳類的模式權(quán)重，因此將該待識(shí)別時(shí)間序列確定為車輛經(jīng)過(guò)類，舍去多人跺腳類的類別。所以，該該待識(shí)別時(shí)間序列的主模式類為車輛經(jīng)過(guò)類。這樣做的原因在于，既然威脅程度大的類別和威脅程度小的類別同時(shí)存在，寧可相信威脅程度大的類別存在，也不能因?yàn)閼岩慑e(cuò)誤判斷而否定威脅程度大的類別不存在，這樣做對(duì)威脅估計(jì)更有利。

本實(shí)施例中，步驟2042中震動(dòng)目標(biāo)類型確定后，所述數(shù)據(jù)處理器還需對(duì)此時(shí)所確定的震動(dòng)目標(biāo)類型進(jìn)行同步存儲(chǔ)，并通過(guò)顯示單元進(jìn)行同步顯示。

為對(duì)本發(fā)明所采用的震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)該識(shí)別方法的正確率和錯(cuò)誤率分別進(jìn)行計(jì)算，其中：準(zhǔn)確率其中，P代表所有的樣本數(shù)據(jù)中識(shí)別正確的樣本數(shù)量，N'代表所有測(cè)試樣本的總數(shù)量；錯(cuò)誤率其中，W代表所有的樣本數(shù)據(jù)中識(shí)別錯(cuò)誤的樣本數(shù)量。由于本發(fā)明所采用震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別方法的核心是基于匹配數(shù)的時(shí)間序列分類方法。以下將本發(fā)明所采用的基于匹配數(shù)的時(shí)間序列分類方法、基于過(guò)零數(shù)的分類算法和基于Welch功率譜的分類算法分類的正確率和錯(cuò)誤率分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，評(píng)價(jià)結(jié)果詳見(jiàn)表1：

表1不同分類算法評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比表

從表1可以看出：就正確匹配率而言，本發(fā)明所采用的基于匹配數(shù)的時(shí)間序列分類方法最高，其次是基于過(guò)零數(shù)的分類算法，最后是基于Welch功率譜的分類算法。

本實(shí)施例中，步驟2042中震動(dòng)目標(biāo)類型確定后，當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為單人跺腳類時(shí)，說(shuō)明本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上存在的震動(dòng)目標(biāo)為一個(gè)人跺腳產(chǎn)生的震動(dòng)；當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為多人跺腳類時(shí)，說(shuō)明本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上存在的震動(dòng)目標(biāo)為多個(gè)人跺腳產(chǎn)生的震動(dòng)；當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為車輛經(jīng)過(guò)類時(shí)，說(shuō)明本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上存在的震動(dòng)目標(biāo)為車輛經(jīng)過(guò)產(chǎn)生的震動(dòng)；當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為噪聲類時(shí)，說(shuō)明本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上不存在震動(dòng)目標(biāo)。

并且，當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為單人跺腳類時(shí)，說(shuō)明所述待識(shí)別時(shí)間序列為單人跺腳類數(shù)據(jù)；當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為多人跺腳類時(shí)，說(shuō)明所述待識(shí)別時(shí)間序列為多人跺腳類數(shù)據(jù)；當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為車輛經(jīng)過(guò)類時(shí)，說(shuō)明所述待識(shí)別時(shí)間序列為車輛經(jīng)過(guò)類數(shù)據(jù)；當(dāng)本分析處理周期內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域上所存在震動(dòng)目標(biāo)的類型為噪聲類時(shí)，說(shuō)明所述待識(shí)別時(shí)間序列為噪聲類數(shù)據(jù)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。