智能家居防盜:利用WiFi信號監測室內動靜變化

電氣技術 發佈 2020-01-08T13:50:56+00:00

隨著社會經濟的快速發展,人們對家居環境的安全性、舒適度要求不斷提高,智能家居系統應運而生。傳統的家居防盜方法,如防盜門和防盜網已經不能滿足人們的需求。同時,隨著人員無序流動與日俱增,社會不安定因素隨之增加,刑事案件特別是入室盜竊高發,因此智能化的防盜系統已成為研究熱點。

隨著社會經濟的快速發展,人們對家居環境的安全性、舒適度要求不斷提高,智能家居系統應運而生。傳統的家居防盜方法,如防盜門和防盜網已經不能滿足人們的需求。同時,隨著人員無序流動與日俱增,社會不安定因素隨之增加,刑事案件特別是入室盜竊高發,因此智能化的防盜系統已成為研究熱點。

目前,比較成熟的智能家居防盜監測方法主要有兩大類:一類是基於傳感器的方法,具有安裝不方便的缺點;另一類是基於視頻圖像的方法,涉及人們隱私且無法解決遮擋的問題。同時,以上兩種方法都需要為每個被監測的門窗配備相應的設備,成本和工作量都相當大。

信息技術的高速發展對人們的生活方式產生了深刻影響,與藍牙技術一樣,同屬於短距離無線技術的WiFi(WirelessFidelity)已得到普遍應用,並給人們的工作生活帶來了極大便利,如上班族們在麥當勞、肯德基、星巴克中瀏覽網頁、新聞工作者們在會議現場發回稿件、普通人在家中隨心所欲地用手機或筆記本電腦無線上網,WiFi早已無處不在。

基於當前WiFi普及率高,低成本、不受牆體家具遮擋影響、不涉及人們隱私等優點,福州大學物理與信息工程學院學者郭阿英、許志猛、余向陽提出了一種基於WiFi信道狀態信息(channel state information,CSI)的智能家居防盜監測方法,通過採集WiFi信號的信道狀態信息,利用卡爾曼濾波實現數據的去噪,採用K最鄰近算法進行分類,最終實現靜態、開門、開窗3種室內環境的監測,達到智能家居防盜監測的目的。

截至目前,該方法利用普適的WiFi設備實現了較高的監測識別率,填補了當前無線信號對於智能家居防盜監測的空白。相關論文已發表於2019年第12期《電氣技術》,其題目為《一種基於信道狀態信息的智能家居防盜監測方法》。

CSI的收集由兩台配備有無線網卡的計算機實現,由天線進行數據的發射和接收,如系統框圖(圖1所示)所示。室內環境的改變會引起信號CSI的改變,由接收端獲取到CSI。WiFi信號的CSI數據帶有很多噪聲,為了提高環境監測的準確率,該團隊通過卡爾曼濾波去噪(一種去除噪聲還原真實數據的數據處理技術),基於信號的幅度進行特徵矩陣提取,再將特徵矩陣輸入至KNN(K-nearest neighbor)分類器,實現家居防盜監測。

為了驗證這一方法的可行性,該研究團隊模擬了比較簡單的場景進行測試。研究發現,靜態環境下CSI幅值趨於穩定;當環境發生變化時,CSI的幅值波動比較劇烈。在動態的環境中,靜止的識別率最低,但也可達到88%;開門的識別率最高,為100%。由於該測試環境是動態環境,室外人員的走動或室內人員的行為都會對CSI產生影響。未來,利用該方法還可進一步研究其他因素對於環境監測的影響,比如窗簾的影響,以實現更加實用的環境監測。

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