一种基于无线网络的金属携带检测方法.pdf

本发明提供一种基于无线网络的金属携带检测方法，包括以下步骤：步骤s1，在室内安装无线信号发送装置和无线信号接收装置；步骤s2，无线信号发送装置连续发送无线电磁波信号；步骤s3，无线信号接收装置不断接收无线电磁波信号；步骤s4，通过信号异常检测系统不断的对接收到的无线电磁波信号进行异常分析，当分析后被判断为异常，则将异常波段的无线电磁波信号交由步骤s5进行进一步分析；步骤s5，通过数据特征分析系统对异常波段的无线电磁波信号进行特征值提取，并与异常特征库保存的特征进行对比和匹配，当无线电磁波信号的特征与金属特征成功匹配，则触发警报装置。本发明方便安装部署，成本低，对人体无损害，检测范围大，速度快。

1.  一种基于无线网络的金属携带检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤s1，在室内安装无线信号发送装置和无线信号接收装置，所述无线信号接收装置安装在无线信号发送装置所发射的无线信号的覆盖范围内；
步骤s2，所述无线信号发送装置连续向周围发送无线电磁波信号；
步骤s3，与当前发送信号的无线信号发送装置距离较近的无线信号接收装置不断接收无线电磁波信号，接收的无线电磁波信号包括从无线信号发送装置传播过来的无线电磁波信号以及经由周围墙壁或室内物品反射回来的无线电磁波信号；
步骤s4，所述无线信号接收装置包括信号异常检测系统，所述无线信号接收装置通过信号异常检测系统不断的对接收到的无线电磁波信号进行异常分析，当分析后被判断为异常，则将异常波段的无线电磁波信号交由步骤s5进行进一步分析；
步骤s5，所述无线信号接收装置通过数据特征分析系统对异常波段的无线电磁波信号进行特征值提取，并与异常特征库保存的特征进行对比和匹配，当无线电磁波信号的特征与金属特征成功匹配，则触发警报装置；
步骤s6，所述报警装置被触发后，发送报警信号至相关人员；
其中，所述异常特征库为无线电磁波信号经过异常物品反射后的信号特征库，该异常特征库根据用户选择的异常物品进行预先设置好，所述无线电磁波信号经过金属物品反射后的信号并定义为异常波段的无线电磁波信号。

2.  根据权利要求1所述的金属携带检测方法，其特征在于，所述无线信号发射端的数目为至少一个，所述无线信号接收端的数目为至少一个，所述无线信号发射装置和无线信号接收装置分别与被测物品之间的连线所成的角度不大于180度。

3.  根据权利要求1或2所述的金属携带检测方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述异常分析为对接收到的无线电磁波信号的信道状态信息进行分析。

4.  根据权利要求3所述的金属携带检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，对无线电磁波信号进行异常分析的评定包括以下步骤：
步骤s41，采集初始信道状态信息数据，基于多输入多输出技术，所述初始信道状态信息数据包括N个空间流中的M个子载波的CSI数据，所述N和M均为大于1的自然数；
步骤s42，对多个空间流，求取在同一时间点上的N个连续子载波的CSI值的平均值，将此平均值作为信道状态信息，所述N为大于1且小于M的自然数；
步骤s43，信道状态信息超过预先设定的阀值则认为可能是金属反射过来的信号，将该信道状态信息设置为异常信息，并将该异常时间和之后T时间内的N个连续子载波的CSI数据传送给数据特征分析系统。

5.  根据权利要求4所述的金属携带检测方法，其特征在于，所述步骤s5中，所述特征值提取包括对信道状态信息数据的峰值数、峰值出现时间、峰值出现频率和CSI平均强度进行分析提取，得到异常特征值的目标匹配数据。

6.  根据权利要求5所述的金属携带检测方法，其特征在于，所述步骤s5包括以下步骤：
 步骤s51，数据特征分析系统通过分析步骤s43传过来的T时间内CSI数据的峰值数、峰值出现时间、峰值出现频率和CSI平均强度，并以这些数据作为目标匹配数据；
步骤s52，预先建立以设定空间内由于不同物品携带导致的信道状态信息变化的异常特征值作为异常特征库的训练样本的特征模型；
步骤s53，将步骤s51判定的目标匹配数据映射至步骤s52的异常特征库的特征模型中，分离出目标检测物品；
步骤s54，经过步骤s53的映射匹配之后若得到预期的结果，则传递报警指令到警报装置。

7.  根据权利要求6所述的金属携带检测方法，其特征在于，所述步骤s53的映射算法采用KNN、SVM和决策树三种策略相结合的方式，当存在一个异常特征值与目标匹配数据实现了成功匹配，则认定T时间内检测到的无线电磁波信号受到了金属的影响，此时向警报装置发送一个警报指令。

8.  根据权利要求1或2所述的金属携带检测方法，其特征在于，所述数据特征分析系统与无线信号接收装置集成在同一个系统里面，或所述数据特征分析系统安装在无线信号接收装置之外的应用服务器上；当所述数据特征分析系统安装在无线信号接收装置之外的应用服务器时，所述数据特征分析系统和无线信号接收装置之间通过数据传输中介进行数据传输。

9.  根据权利要求1或2所述的金属携带检测方法，其特征在于，所述警报装置接收到警报指令之前处于待机状态，当报警指令到达时，报警装置进入运作状态，通过播放音乐、发光、鸣笛或文字警报中的至少一种方式通知相关工作人员介入。

10.  根据权利要求1或2所述的金属携带检测方法，其特征在于，所述警报装置集成到数据特征分析系统中，或所述警报装置分离放置于单独的应用服务器中。

一种基于无线网络的金属携带检测方法
技术领域
本发明涉及一种金属携带检测方法，尤其涉及一种基于无线网络的金属携带检测方法。
背景技术
目前，为大众所知的金属检测方式主要有以下几种：（1）基于X光穿透技术的物品识别，它使用放射线照相术和其他技术产生诊断图像，从而识别金属等物品；X射线也是游离辐射等这一类对人体有危害的射线，主要应用于医学检查领域；目前市面上的行李的安检设备也主要采用这一种检测方式。（2）利用电磁感应（霍尔效应、磁阻等）原理，通过检测金属对电磁场的影响来检测金属的存在，目前全球最高端的手持式金属探测器，可以探测到0.13克的黄金，有色金属比非有色金属的探测难度要差很多，原因是有色金属的磁场感应能力很差。
而第（1）种方式实现成本非常的高，产品庞大笨重，难以运输和移动，并且其X光对人体能产生比较严重的危害；第（2）种电磁感应相对第一种成本比较低，且对人体危害小，但需要近距离的探测，其手持类型的需要贴身检测，固定门式的不方便移动，且检测范围比较狭小。因此，以上两种都必须在被检测人配合的情况下进行，并且需要完成相应的动作或者到指定的位置，极大的限制了检测的范围和速度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种方便安装部署、成本低以及对人体无损害的。
对此，本发明提供一种基于无线网络的金属携带检测方法，包括以下步骤：
步骤s1，在室内安装无线信号发送装置和无线信号接收装置，所述无线信号接收装置安装在无线信号发送装置所发射的无线信号的覆盖范围内；
步骤s2，所述无线信号发送装置连续向周围发送无线电磁波信号；
步骤s3，与当前发送信号的无线信号发送装置距离较近的无线信号接收装置不断接收无线电磁波信号，接收的无线电磁波信号包括从无线信号发送装置传播过来的无线电磁波信号以及经由周围墙壁或室内物品反射回来的无线电磁波信号；
步骤s4，所述无线信号接收装置包括信号异常检测系统，所述无线信号接收装置通过信号异常检测系统不断的对接收到的无线电磁波信号进行异常分析，当分析后被判断为异常，则将异常波段的无线电磁波信号交由步骤s5进行进一步分析；
步骤s5，所述无线信号接收装置通过数据特征分析系统对异常波段的无线电磁波信号进行特征值提取，并与异常特征库保存的特征进行对比和匹配，当无线电磁波信号的特征与金属特征成功匹配，则触发警报装置；
步骤s6，所述报警装置被触发后，发送报警信号至相关人员；
其中，所述异常特征库为无线电磁波信号经过异常物品反射后的信号特征库，该异常特征库根据用户选择的异常物品进行预先设置好，所述无线电磁波信号经过金属物品反射后的信号并定义为异常波段的无线电磁波信号。
本发明使用无线电磁波信号对金属物品进行检测，根据金属物品对无线电磁波信号的反射特征进行分析和判断，从而实现长距离且方便部署的金属检测方法；本发明的工作过程为：由一个或多个无线信号发送装置不断的向周围发送无线电磁波信号，无线电磁波信号传播到金属表面时发生反射，反射后的电磁波被放置在无线信号发送装置附近的无线信号接收器接收装置所接收；接着对无线信号接收装置接收到的数据进行分析，若接收到的无线电磁波信号的信道状态信息有异常，即CSI异常，则将异常波动区间的数据交由数据特征分析系统进行分析，数据特征分析系统提取出收到的异常波动区间的数据作为特征值，并将提取的特征值与异常特征库进行特征匹配，若匹配成功则触发警报装置进行报警，提示相关人员介入处理。
本发明的进一步改进在于，所述无线信号发射端的数目为至少一个，所述无线信号接收端的数目为至少一个，所述无线信号发射装置和无线信号接收装置分别与被测物品之间的连线所成的角度不大于180度。
所述无线信号发送装置采用的无线信号为无线电波，频率越高，检测的结果精确度越高，检测的范围随着发送装置的功率的增大而增大；无线信号接收装置的安装位置与无线信号发送装置接近，这两者与被测金属的连线所成角度在180度以内效果更好，以便接收金属物品反射的电磁波；待测金属携带人员的行动空间为无线信号的覆盖范围内，因为金属物品对无线电磁波信号的反射能力较其他物质更强，其反射的信号会呈现出与其他物质不同强度的信号特征，本发明正是依据此原理对异常进行甄别。
本发明的进一步改进在于，所述步骤s4中，所述异常分析为对接收到的无线电磁波信号的信道状态信息进行分析。所述信道状态信息即为CSI。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S4中，对无线电磁波信号进行异常分析的评定包括以下步骤：
步骤s41，采集初始信道状态信息数据，基于多输入多输出技术，所述初始信道状态信息数据包括N个空间流中的M个子载波的CSI数据，所述N和M均为大于1的自然数；
步骤s42，对多个空间流，求取在同一时间点上的N个连续子载波的CSI值的平均值，将此平均值作为信道状态信息，所述N为大于1且小于M的自然数；
步骤s43，信道状态信息超过预先设定的阀值则认为可能是金属反射过来的信号，将该信道状态信息设置为异常信息，并将该异常时间和之后T时间内的N个连续子载波的CSI数据传送给数据特征分析系统。所述T时间可以根据用户的需求进行自定义设置，比如设置为一分钟。所述N为大于1的自然数，具体数值可根据用户的需求进行自定义设置，只要设置N大于M即可。
本发明的进一步改进在于，所述步骤s5中，所述特征值提取包括对信道状态信息数据的峰值数、峰值出现时间、峰值出现频率和CSI平均强度进行分析提取，得到异常特征值的目标匹配数据。
本发明的进一步改进在于，所述步骤s5包括以下步骤：
 步骤s51，数据特征分析系统通过分析步骤s43传过来的T时间内CSI数据的峰值数、峰值出现时间、峰值出现频率和CSI平均强度，并以这些数据作为目标匹配数据；
步骤s52，预先建立以设定空间内由于不同物品携带导致的信道状态信息变化的异常特征值作为异常特征库的训练样本的特征模型；
步骤s53，将步骤s51判定的目标匹配数据映射至步骤s52的异常特征库的特征模型中，分离出目标检测物品；
步骤s54，经过步骤s53的映射匹配之后若得到预期的结果，则传递报警指令到警报装置。
本发明的进一步改进在于，所述步骤s53的映射算法采用KNN、SVM和决策树三种策略相结合的方式，当存在一个异常特征值与目标匹配数据实现了成功匹配，则认定T时间内检测到的无线电磁波信号受到了金属的影响，此时向警报装置发送一个警报指令。
本发明的进一步改进在于，所述数据特征分析系统与无线信号接收装置集成在同一个系统里面，或所述数据特征分析系统安装在无线信号接收装置之外的应用服务器上；当所述数据特征分析系统安装在无线信号接收装置之外的应用服务器时，所述数据特征分析系统和无线信号接收装置之间通过数据传输中介进行数据传输。
本发明的进一步改进在于，所述警报装置接收到警报指令之前处于待机状态，当报警指令到达时，报警装置进入运作状态，通过播放音乐、发光、鸣笛或文字警报中的至少一种方式通知相关工作人员介入。
本发明的进一步改进在于，所述警报装置集成到数据特征分析系统中，或所述警报装置分离放置于单独的应用服务器中。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过无线电磁波信号对金属物品进行检测，根据金属物品对无线电磁波信号的反射特征进行分析和判断，从而实现长距离且方便部署的金属检测方法，本发明方便安装部署，成本低，对人体无损害，大大增大了检测的范围，并提高了检测的速度。
附图说明
图1是本发明一种实施例的工作流程示意图；
图2是本发明一种实施例的硬件结构和信号传输示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1所示，本例提供一种基于无线网络的金属携带检测方法，包括以下步骤：
步骤s1，在室内安装无线信号发送装置和无线信号接收装置，所述无线信号接收装置安装在无线信号发送装置所发射的无线信号的覆盖范围内；
步骤s2，无线信号发送装置连续向周围发送无线电磁波信号；
步骤s3，与当前发送信号的无线信号发送装置距离较近的无线信号接收装置不断接收无线电磁波信号，接收的无线电磁波信号包括从无线信号发送装置传播过来的无线电磁波信号以及经由周围墙壁或室内物品反射回来的无线电磁波信号；
步骤s4，无线信号接收装置包括信号异常检测系统，所述无线信号接收装置通过信号异常检测系统不断的对接收到的无线电磁波信号进行异常分析，当分析后被判断为异常，则将异常波段的无线电磁波信号交由步骤s5进行进一步分析；
步骤s5，所述无线信号接收装置通过数据特征分析系统对异常波段的无线电磁波信号进行特征值提取，并与异常特征库保存的特征进行对比和匹配，当无线电磁波信号的特征与金属特征成功匹配，则触发警报装置；
步骤s6，报警装置被触发后，发送报警信号至相关人员；
其中，所述异常特征库为无线电磁波信号经过异常物品反射后的信号特征库，该异常特征库根据用户选择的异常物品进行预先设置好，所述无线电磁波信号经过金属物品反射后的信号并定义为异常波段的无线电磁波信号。
本例使用无线电磁波信号对金属物品进行检测，根据金属物品对无线电磁波信号的反射特征进行分析和判断，从而实现长距离且方便部署的金属检测方法；本例的工作过程为：由一个或多个无线信号发送装置不断的向周围发送无线电磁波信号，无线电磁波信号传播到金属表面时发生反射，反射后的电磁波被放置在无线信号发送装置附近的无线信号接收器接收装置所接收；接着对无线信号接收装置接收到的数据进行分析，若接收到的无线电磁波信号的信道状态信息有异常，即CSI异常，则将异常波动区间的数据交由数据特征分析系统进行分析，数据特征分析系统提取出收到的异常波动区间的数据作为特征值，并将提取的特征值与异常特征库进行特征匹配，若匹配成功则触发警报装置进行报警，提示相关人员介入处理。
本例所述无线信号发射端的数目为至少一个，所述无线信号接收端的数目为至少一个，所述无线信号发射装置和无线信号接收装置分别与被测物品之间的连线所成的角度不大于180度。所述无线信号发送装置采用的无线信号为无线电波，频率越高，检测的结果精确度越高，检测的范围随着发送装置的功率的增大而增大；无线信号接收装置的安装位置与无线信号发送装置接近，这两者与被测金属的连线所成角度在180度以内效果更好，以便接收金属物品反射的电磁波；待测金属携带人员的行动空间为无线信号的覆盖范围内，因为金属物品对无线电磁波信号的反射能力较其他物质更强，其反射的信号会呈现出与其他物质不同强度的信号特征，本例正是依据此原理对异常进行甄别。
本例所述步骤s4中，所述异常分析为对接收到的无线电磁波信号的信道状态信息进行分析。所述信道状态信息即为CSI。所述步骤S4中，对无线电磁波信号进行异常分析的评定优选包括以下步骤：
步骤s41，采集初始信道状态信息数据，基于多输入多输出技术，所述初始信道状态信息数据包括N个空间流中的M个子载波的CSI数据，所述N和M均为大于1的自然数；
步骤s42，对多个空间流，求取在同一时间点上的N个连续子载波的CSI值的平均值，将此平均值作为信道状态信息，所述N为大于1且小于M的自然数；
步骤s43，信道状态信息超过预先设定的阀值则认为可能是金属反射过来的信号，将该信道状态信息设置为异常信息，并将该异常时间和之后T时间内的N个连续子载波的CSI数据传送给数据特征分析系统。
本例所述步骤s5中，所述特征值提取包括对信道状态信息数据的峰值数、峰值出现时间、峰值出现频率和CSI平均强度进行分析提取，得到异常特征值的目标匹配数据。所述步骤s5优选包括以下步骤：
 步骤s51，数据特征分析系统通过分析步骤s43传过来的T时间内CSI数据的峰值数、峰值出现时间、峰值出现频率和CSI平均强度，并以这些数据作为目标匹配数据；
步骤s52，预先建立以设定空间内由于不同物品携带导致的信道状态信息变化的异常特征值作为异常特征库的训练样本的特征模型；
步骤s53，将步骤s51判定的目标匹配数据映射至步骤s52的异常特征库的特征模型中，分离出目标检测物品；
步骤s54，经过步骤s53的映射匹配之后若得到预期的结果，则传递报警指令到警报装置。
本例所述步骤s53的映射算法采用KNN、SVM和决策树三种策略相结合的方式，当存在一个异常特征值与目标匹配数据实现了成功匹配，则认定T时间内检测到的无线电磁波信号受到了金属的影响，此时向警报装置发送一个警报指令。
本例所述数据特征分析系统与无线信号接收装置集成在同一个系统里面，或所述数据特征分析系统安装在无线信号接收装置之外的应用服务器上；当所述数据特征分析系统安装在无线信号接收装置之外的应用服务器时，所述数据特征分析系统和无线信号接收装置之间通过数据传输中介进行数据传输。
本例所述警报装置接收到警报指令之前处于待机状态，当报警指令到达时，报警装置进入运作状态，通过播放音乐、发光、鸣笛或文字警报中的至少一种方式通知相关工作人员介入；所述警报装置集成到数据特征分析系统中，或所述警报装置分离放置于单独的应用服务器中。
在实际应用中，本例的金属异常波动检测和异常分析均可在应用服务器上实现。优选地，所述无线信号发送装置为无线路由器，所述无线信号接收装置为无线网卡，该方法基于空间内无线电波传播机制，建立无线信号和人体携带物品材质的关系，只需要使用家庭现有的无线网络设备，即能够通过对人体携带物品的材质变化而造成的无线信号的改变进行分析，判断出被携带物是否为金属材质并进行报警。本例可以通过采用多天线路由器和多天线无线网卡的配合，所述多天线路由器为无线信号发送装置，所述多天线无线网卡为无线信号接收装置，进而减小了周围环境因素对金属携带检测的影响，将大大的提高携带金属物品检测的的正确率。
在本例中，所述无线信号发送装置的数目为一个或至少两个，所述无线信号接收装置的数目为一个或至少两个；本例分别由多根天线来发送和接收无线信号；本例所使用的无线网卡可以接收信道状态信息。优选地，无线信号发送装置和无线信号接收装置的数目均为2个或者3个。
例如：被检测环境中存在两个无线信号发送装置，分别为：第一发射器和第二发射器；存在两个无线信号接收装置，分别为第一接收端和第二接收端；其中第一接收端接收来自第一发射器的CSI，所述CSI为Channel State Information 的缩写，即信道状态信息，在无线通信领域，CSI就是通信链路的信道属性，描述了信号在每条传输路径上的衰弱因子;第二接收端接收来自第二发射器的CSI。在被检测环境中，被检测者无需携带其他额外设备,本例将利用两个无线信号接收装置所接收的CSI来对被检测者的身体进行检测，判断出被检测者是否携带金属材质物品。
为了建立无线信号和人体动作之间的联系，本例采用无线网络的信道状态信息CSI作为指示物。CSI能够描述出在时间延迟、振幅衰减和相位转移的共同影响之下，一个信号的传播途径。基于室内环境下的无线电传播模型，本发明建立了CSI与人体动作之间的联系。在一个特定的环境中（如一个房间），存在一条主要传播路径和多个因为周围环境（天花板、地板和墙）影响而产生的反射路径。当被检测者处于该房间内，部分无线电信号穿过被检测者，并有部分无线电信号被检测者吸收，由此人体的出现会减弱无线信号的强度。而金属材质物品则会较大程度的反射无线电磁波信号，吸收的量相对人体来说可以忽略。若金属在处于人体和无线AP及无线网卡之间时，如图2所示，图2为本例中金属携带自动检测的硬件构成和信号传输流图，金属反射的无线电信号会直接被无线网卡接收，无线网卡接收到的无线电信号会相应的增强，而且随着金属的不同位置反射的角度的不同而强弱不同。当金属处于人体的另一侧，也就是人体的背面时，部分穿越人体的无线电信号会被金属反射，经金属反射的无线电信号再次穿越人体后被无线网卡接收，无线网卡接收到的无线电信号会增强，但增强的幅度较前一种位置会相对较小。本发明利用正交频分载波复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM)得到以子载波（subcarrier）形式存在的CSI。而使用这种方法得到的CSI与不同物品材质之间建立联系会提高对动作判断的准确率。
当无线网卡接收到增强的CSI数据之后，信号异常检测系统通过计算多个流的多个子载波的CSI值的平均值，当所得的平均值超越预设的值后，系统判定异常波动开始，从而将后续的时间T内的数据转发到数据特征分析系统。数据特征分析系统通过分析时间T内的CSI数据的峰值数、峰值出现时间、峰值出现频率和CSI平均强度等数据，将分析得到的数据设为目标匹配数据，通过综合运用KNN、SVM、决策树三种机器学习算法将目标数据与特征库中保存的特征进行匹配，若存在一个特征与目标数据匹配成功，则认定T时间内检测到的数据受到了金属的影响，此时向警报装置发送一个警报指令。
其中步骤s4中的异常检测系统和步骤s5中的数据特征分析系统均可以放到应用服务器，无线网卡接收到的数据可通过网络传输到应用服务器，警报系统也可以放置在单独的应用服务器，警报指令通过网络等其他介质进行传送。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。