一种入侵动物入侵热点路径检测方法

摘要

本发明涉及变电站小动物路径检测的技术领域，更具体地，涉及一种入侵动物入侵热点路径检测方法，通过雷达检测装置对入侵动物轨迹区域路径进行检测，积累入侵动物历史轨迹数据，并转换为语义轨迹，用无向加权图表示，通过加权度排序分析，得到入侵动物入侵变电站的关键节点，进一步得到入侵动物入侵变电站的热点路径，有利于实现对变电站入侵动物高效率、低成本且有针对性的驱赶。

说明书

技术领域

本发明涉及变电站小动物路径检测的技术领域，更具体地，涉及一种入侵动物入侵热点路径检测方法。

背景技术

目前，随着变电站越来越多，变电站的运行维护工作十分重要。特别是季节变换，各类小动物出入变电站频繁。小动物通过孔洞进入变电站，电线电缆的绝缘层易受到损伤，引发绝缘效果下降、严重者会发生小动物短路事故，对变电站的安全稳定运行造成极大的安全隐患。为避免变电站在日常运行中发生小动物入侵事件，变电站防小动物排查工作愈发重要。

现有的变电站防小动物排查工作大多通过以人工巡视的措施，周期巡视变电站内部，在发现明显有小动物活动的痕迹的地方针对性投放驱赶小动物装置，以此达到驱赶小动物的效果，耗费大量人力与时间；而当前变电站无人值守的工作模式逐渐普及，巡视人员有所减少，主要变为依靠投放大量主动驱赶小动物装置进行全方面覆盖，但大范围投放驱赶装置，不利于节约成本。

现有技术公开了一种基于KD-树空间搜索的DBSCAN生命探测雷达点迹凝聚方法和系统，包括：获得生命探测雷达原始回波图像并利用所述原始回波图像的目标像素点创建KD-树；利用所述KD-树搜索树中任一点p的Eps邻域半径内的子样本集合；根据所述子样本集合获得p点的聚类簇；重复S2至S3，遍历所述原始回波图像中未判断的点，直到所有点判断结束，获得所述原始回波图像的聚类后图像；对所述聚类后图像做点迹凝聚处理，以获得点迹凝聚结果。该方案虽然可以用于变电站小动物路径检测，但是，无法得到小动物入侵的热点路径，需要对大范围的变电站小动物进行驱赶，驱赶变电站小动物的效率低且成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种入侵动物入侵热点路径检测方法，可得到入侵动物入侵变电站的热点路径，用于变电站小动物入侵热点路径检测时，有利于实现对变电站小动物高效率、低成本且有针对性的驱赶。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种入侵动物入侵热点路径检测方法，包括以下步骤：

S1：基于拓扑结构安装若干雷达检测装置；

S2：对雷达检测装置检测到的入侵动物的轨迹进行预处理，增加入侵动物的停留点检测，将入侵动物的轨迹转换为语义轨迹；

S3：根据步骤S2得到的语义轨迹据，用无向加权图表示，进一步基于无向加权图创建邻接矩阵，然后将所有的邻接矩阵累加得到统计邻接矩阵；

S4：基于加权度排序对统计邻接矩阵的关键节点进行挖掘，进而将关键节点相互连接形成入侵动物入侵热点路径。

本发明的入侵动物入侵热点路径检测方法，用于变电站动物入侵热点路径检测时，通过雷达检测装置对入侵动物轨迹区域路径进行检测，积累入侵动物历史轨迹数据，并转换为语义轨迹，用无向加权图表示，通过加权度排序分析，得到入侵动物入侵变电站的关键节点，进一步得到入侵动物入侵变电站的热点路径，能够支撑对变电站入侵动物入侵重点区域进行针对性保护和有效打击驱赶入侵动物，有利于实现对变电站入侵动物高效率、低成本且有针对性的驱赶。

优选地，步骤S1中，雷达检测装置包括处理模块、供电模块、检测模块和无线模块，所述处理模块、检测模块和无线模块分别与所述供电模块连接，所述检测模块和处理模块分别与无线模块连接，其中，检测模块为多普勒雷达，处理模块为单片机，无线模块为WIFI或zigBee，供电模块为直流电源。

优选地，多普勒雷达的检测区域呈扇形，根据环境利用拓扑结构进行布局，并对每个雷达检测装置编号，每个编号雷达检测装置分别对应实际入侵区域。

优选地，步骤S2中，雷达检测装置实时对入侵动物进行检测，单片机间隔一定时间通过无线模块发送位置记录信息到上位机，位置记录信息包括入侵动物编号、入侵区域编号、当前时间和目标径向相对速度。

优选地，步骤S2中，入侵动物相对雷达检测装置的径向相对速度通过多普勒雷达测量获得，基于多普勒频移计算目标径向相对速度：

式中，F是信号的原始频率；Fs是接受信号频率与发送信号频率之差；c是光速；v是入侵动物对雷达检测装置的径向相对速度。

优选地，步骤S2中，将入侵动物的轨迹划分为停留点和移动点，入侵动物被检测到的移动点区域作为移动点，入侵动物被检测到的停留点区域作为停留点，将移动点和停留点以时间先后顺序排列后得到语义轨迹。

优选地，步骤S2中，停留点检测的步骤为：

S21：对每个区域的入侵动物的轨迹位置信息进行预处理，并设置时间阈值；

S22：探测入侵动物在对应区域内停留时间是否大于时间阈值，若是，则进入步骤S23，若否，标记对应区域为移动点区域，结束对应入侵动物在对应区域的检测；

S23：设置速度阈值；

S24：判断对应区域轨迹的所有速度特征的和的平均值是否大于速度阈值，若是，标记对应区域为移动点区域，若否，标记对应区域为停留点区域，结束对应入侵动物在对应区域的检测。

优选地，步骤S3中，将无向加权图中的移动点和停留点统称为节点，创建邻接矩阵aFc[i][j]：

式中，w

节点间的初始权值w

优选地，步骤S4中，入侵动物入侵热点路径的形成步骤为：

S41：遍历统计邻接矩阵节点，计算各节点加权度为d

S42：判断是否d

S43：对步骤S42中的关键节点进行排序，得到节点重要性排序表；

S44：基于节点重要性排序表，在无向图上将关键节点互相连接形成入侵动物入侵热点路径。

优选地，统计邻接矩阵各节点的加权度、统计邻接矩阵的平均加权度的计算公式为：

式中，w

本发明的入侵动物入侵热点路径检测方法与背景技术相比，产生的有益效果为：

利用雷达检测装置对入侵动物轨迹区域路径进行检测，积累入侵动物历史轨迹数据并用无向加权图表示，通过加权度排序分析，得到关键节点，然后将关键节点相互连接得到入侵动物入侵变电站的热点路径，用于变电站入侵动物入侵热点路径检测时，能够支撑对变电站入侵动物入侵重点区域进行针对性保护和有效打击驱赶入侵动物，有利于实现对变电站入侵动物高效率、低成本且有针对性的驱赶。

附图说明

图1为本发明实施例中入侵动物入侵热点路径检测方法流程图；

图2为本发明实施例中雷达检测装置的布局示意图；

图3为本发明实施例中停留点检测的流程图；

图4为本发明实施例中语义轨迹转换为无向加权图的的示意图；

图5为本发明实施例中入侵热点路径的形成流程图。

附图中：1-雷达检测装置。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例一

一种入侵动物入侵热点路径检测方法，如图1所示，包括以下步骤：S1：基于拓扑结构安装若干雷达检测装置1；

S2：对雷达检测装置1检测到的入侵动物的轨迹进行预处理，增加入侵动物的停留点检测，将入侵动物的轨迹转换为语义轨迹；

S3：根据步骤S2得到的语义轨迹，用无向加权图表示，进一步基于无向加权图创建邻接矩阵，然后将所有的邻接矩阵累加得到统计邻接矩阵；

S4：基于加权度排序对统计邻接矩阵的关键节点进行挖掘，进而将关键节点相互连接形成入侵动物入侵热点路径。

本实施例的入侵动物入侵热点路径检测方法，用于变电站动物入侵热点路径检测时，通过雷达检测装置1对动物轨迹区域路径进行检测，积累动物历史轨迹数据，并转换为语义轨迹，用无向加权图表示，通过加权度排序分析，得到动物入侵变电站的关键节点，进一步得到动物入侵变电站的热点路径，能够支撑对变电站动物入侵重点区域进行针对性保护和有效打击驱赶动物，有利于实现对变电站动物高效率、低成本且有针对性的驱赶。

步骤S1中，雷达检测装置1包括处理模块、供电模块、检测模块和无线模块，处理模块、检测模块和无线模块分别与供电模块连接，检测模块和处理模块分别与无线模块连接，其中，检测模块为多普勒雷达，处理模块为单片机，无线模块为WIFI，供电模块为直流电源。

多普勒雷达的检测范围为2m～10m，检测区域呈扇形，根据环境利用拓扑结构进行布局，并对每个雷达检测装置1编号，每个编号雷达检测装置1分别对应实际入侵区域。

步骤S2中，雷达检测装置1实时对入侵动物进行检测，单片机间隔一定时间通过无线模块发送位置记录信息到上位机，位置记录信息包括入侵动物编号、入侵区域编号、当前时间和入侵动物径向相对速度。

实施例二

本实施例与实施例一类似，所不同之处在于，本实施例为在面积为10m×20m的矩形变电站环境中对入侵动物入侵热点路径的检测方法，需安装若干个雷达检测装置1，并对雷达检测装置1分别标号，雷达检测装置1中的检测模块采用HB100多普勒雷达，由于多普勒雷达的检测范围为2m～10m，检测区域呈扇形，需基于如图2所示的拓扑结构安装8个雷达检测装置1，调整多普勒雷达检测距离为5m，检测角度为90°，8个雷达检测装置1分别对应实际区域①～⑧，处理模块选用STM32F103C8T6单片机，无线模块采用ZigBee，供电模块采用10V的直流电源，。

对雷达检测装置1检测到的信号进行预处理，雷达检测装置1间隔约5分钟将入侵动物的位置记录信息发送到上位机进行处理，位置记录信息包括入侵动物编号、入侵区域编号、当前时间和入侵动物径向相对速度，其中，入侵动物径向相对速度通过多普勒雷达测量获得，基于多普勒频移计算目标径向相对速度：

式中，F是信号的原始频率；F

实施例三

本实施例与实施例二类似，所不同之处在于，利用雷达检测装置1进行检测，可得到若干入侵动物的位置记录信息，其中，编号为1的入侵动物的位置记录信息如表1所示：

表1编号为1的入侵动物的位置记录信息

如图3所示，对每个区域的入侵动物的轨迹位置信息进行预处理，剔除异常数据和单独的停留点，异常数据包括速度过快以及停留时间过短的轨迹数据，并设置时间阈值；

进一步获得入侵动物在每个区域的停留时间：入侵动物首次出现在一个区域的时间记录为t

分别探测入侵动物在每个区域内的停留时间是否大于时间阈值t＝20min，若否，标记该区域为移动点区域，若是，设置速度阈值v

入侵动物被检测到的非停留点区域作为轨迹的移动点，入侵动物被检测到的停留点区域作为轨迹的停留点，将这些移动点和停留点以时间先后顺序排列后得到语义轨迹，根据表一，可得编号为1的入侵动物的轨迹为：①→②→④，其中①、②为移动点，④为停留点。同理，可得到部分入侵动物的语义轨迹记录，如表2所示：

表2部分入侵对象的语义轨迹记录表

实施例四

本实施例与实施例三类似，所不同之处在于，利用雷达检测装置1检测入侵动物，收集一个月的语义轨迹，共获取50条语义轨迹数据，通过语义轨迹数据聚类，具体地，先将各条语义轨迹转换为无向加权图结构，具体地，将语义归结的移动点和停留点用图的节点表示，去掉轨迹方向进一步地转换成无向图结构，节点之间的权值表示入侵动物在停留点与移动点之间的往返次数，其中一条语义轨迹为①→②→③→④→②→①，其转换示意图如图4所示，将所有的语义轨迹转换为无向加权图结构后，将所有的语义轨迹用邻接矩阵表示，邻接矩阵arc[i][j]为：

式中，w

统计邻接矩阵共有8个节点，每个节点的加权度为d

8个节点分别用①～⑧标记，得到节点加权度表，如表3所示，

表3节点加权度表

统计邻接矩阵的平均加权度为d：

如图5所示，根据表3可知，节点①、③、④和⑤为关键节点，节点的加权度越大，重要性越大，节点重要性排序结果为③④①⑤，将关键节点相互连接得到一条或多条热点节点路径，即入侵动物入侵热点路径，其中一条热点路径为①→③→④→⑤，根据该热点路径，工作人员能够对变电站入侵动物入侵重点区域进行针对性保护和有效打击驱赶入侵动物，当入侵动物为动物时，有利于实现对变电站动物高效率、低成本且有针对性的驱赶。

在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。