CN117542148A - 一种告警方法和告警装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种告警方法和告警装置，涉及自动告警技术领域，该告警方法应用于告警装置，告警装置埋设于目标设施的预设范围内；告警装置包括壳体、与壳体硬性连接的声压传感器阵列、以及与壳体硬性连接的振速传感器阵列；该方法包括：获取声压传感器阵列采集的声压信号、以及振速传感器阵列采集的振速信号；根据声压信号检测发声目标；根据振速信号检测发声目标的方位；在发声目标在预设角度区间内的情况下，发出告警信息；预设角度区间用于指示目标设施的方位。该方法适用于对目标设施进行风险告警的过程中，用于解决目前告警产品告警准确率低的问题。
Description
技术领域
本申请涉及自动告警技术领域，尤其涉及一种告警方法和告警装置。
背景技术
无人值守的自动取款机/自动柜员机(automatic teller machine，ATM)，尤其是偏远偏僻地段的ATM更容易成为特定人员破坏的目标。ATM本身具有较强的反破坏措施和装置，因此，特定人员常采用钻、割等方式来破坏ATM。
为了对破坏ATM的行为进行检测，目前的告警产品可以对ATM附近(例如ATM厅房)内的声音进行检测，因为钻、割等方式的声音通常较大，若检测到较大的声音，则可以认为ATM遭到破坏，从而发出告警信息。
但是，ATM或ATM厅房通常都在户外或者临街，ATM周围环境包含大量的其他噪声，例如机械设备的轰鸣声，大型机械设备通过时的振动噪声，以及路人的脚步振动声等，目前的告警产品受ATM周围环境噪声的影响较大，容易产生误报，告警的准确率较低。
发明内容
基于上述技术问题，本申请提供一种告警方法和告警装置，可以对发声目标的方位进行检测，提高告警的准确率。
第一方面，本申请提供一种告警方法，该方法应用于告警装置，告警装置埋设于目标设施的预设范围内；告警装置包括壳体、与壳体硬性连接的声压传感器阵列、以及与壳体硬性连接的振速传感器阵列；该方法包括：获取声压传感器阵列采集的声压信号、以及振速传感器阵列采集的振速信号；根据声压信号检测发声目标；根据振速信号检测发声目标的方位；在发声目标在预设角度区间内的情况下，发出告警信息；预设角度区间用于指示目标设施的方位。
可选地，根据声压信号检测发声目标，包括：根据声压信号，生成最小均方无畸变响应MVDR波束；判断MVDR波束的功率是否大于预设阈值；若MVDR波束的功率大于预设阈值，则确定存在发声目标。
可选地，判断MVDR波束的功率是否大于预设阈值，包括：
按照下述公式判断MVDR波束的功率是否大于预设阈值：
其中，Th表示预设阈值；表示MVDR波束的功率；Rn表示噪声阵列的协方差矩阵；/>y(t)表示发声目标存在时的声压信号，y(t)＝V*s(t)+n(t)；s(t)表示有效信号；n(t)表示噪声信号；V表示阵列流型，/> 表示预估阵列流型；
若其中，/>u1表示有效信号协方差矩阵的最大特征值对应的特征向量，/>表示理论阵列流型，ε表示阵列流型的误差上限，M表示声压传感器阵列中声压传感器的个数，则：
其中，转换为特征分解形式为/>U表示特征向量；Γ表示特征值矩阵，/>γ1表示最大特征值；I表示单位矩阵，
若则：
其中，Wa表示权系数，
可选地，根据振速信号检测发声目标的方位，包括：按照预设频段对MVDR波束进行线谱检测；若存在线谱，则计算线谱处的声压谱；线谱用于指示发声目标发出的声音信号的频率；根据振速信号，确定线谱处在第一预设方向的振速谱；根据声压谱、以及线谱处在第一预设方向的振速谱，确定第一预设方向的声能流分量；根据振速信号，确定线谱处在第二预设方向的振速谱；第一预设方向与第二预设方向垂直；根据声压谱、以及线谱处在第二预设方向的振速谱，确定第二预设方向的声能流分量；根据第一预设方向的声能流分量、以及第二预设方向的声能流分量，确定发声目标的方位。
可选地，根据声压谱、以及线谱处在第一预设方向的振速谱，确定第一预设方向的声能流分量，包括：按照下述公式计算第一预设方向的声能流分量：
Ix＝Re(P(f)×Vx(f))；
其中，Ix表示第一预设方向的声能流分量；P(f)表示线谱处的声压谱；Vx(f)表示线谱处在第一预设方向的振速谱；
根据声压谱、以及线谱处在第二预设方向的振速谱，确定第二预设方向的声能流分量，包括：按照下述公式计算第二预设方向的声能流分量：
Iy＝Re(P(f)×Vx(f))；
其中，Iy表示第二预设方向的声能流分量；Vx(f)表示线谱处在第二预设方向的振速谱；
根据第一预设方向的声能流分量、以及第二预设方向的声能流分量，确定发声目标的方位，包括：按照下述公式计算发声目标的方位：
β＝atan(Iy/Ix)；
其中，β表示发声目标的方位角。
可选地，该方法还包括：若不存在线谱，则计算预设频段内每个频点各自对应的声能流；根据每个频点各自对应的声能流，统计每个方位各自对应的声能量强度；将对应声能量强度最大的方位确定为发声目标的方位。
可选地，振速传感器阵列包括第一振速传感器组和第二振速传感器组；第一振速传感器组用于采集第一方向的振速信号；第一方向与第一预设方向相同；第二振速传感器组用于采集第二方向的振速信号；第二方向与第二预设方向相同。
可选地，在发声目标在预设角度区间内的情况下，发出告警信息，包括：对MVDR波束进行波束信号提取，得到目标方位的波束信号；将目标方位波束信号的声纹特征与目标事件对应的预设声纹特征库进行匹配；预设声纹库包括多个目标声纹特征；在发声目标的方位在预设角度区间内的情况下，若目标方位波束信号的声纹特征与多个目标声纹特征中的任意一个目标声纹特征匹配，则发出告警信息。
可选地，该方法还包括：在对MVDR波束进行波束信号提取之前，利用加权系数对MVDR波束进行加权；加权系数满足以下关系：
W＝(I-C(CHC)-1CH)Wa；
其中，W表示加权系数；C＝[V(θ)，D(θ)]；V(θ)表示θ方位的阵列流型，θ方位为预设干扰物的方位；
可选地，声压传感器阵列为第一圆环阵列；振速传感器阵列为第二圆环阵列；第二圆环阵列在第一圆环阵列之内。
应理解，目前的告警产品在检测到较大声音的情况下就会发出告警信息，容易受到周围环境的噪声影响，产生误报。本申请提供的告警方法，在利用声压信号检测出发声目标之后，还可以进一步利用振速信号检测发声目标的方位，并在发声目标的方位在用于指示目标设施方位的预设角度区间内的情况下才发出告警信息，可以避免因为目标设施方位之外的干扰物处的噪声而引起的误报，从而提高了告警的准确率。
第二方面，本申请提供一种告警装置，该告警装置埋设于目标设施的预设范围内；该告警装置包括：壳体；声压传感器阵列，与壳体硬性连接，用于采集声压信号；振速传感器阵列，与壳体硬性连接，用于采集振速信号；处理控制模块，设置于壳体内，用于根据声压信号检测发声目标，并根据振速信号检测发声目标的方位；在发声目标的方位在预设角度区间内的情况下，发出告警信息；预设角度区间用于指示目标设施的方位。
第三方面，本申请提供一种计算机程序产品，当该计算机程序产品在告警装置中运行时，使得告警装置执行上述第一方面所述相关方法的步骤，以实现上述第一方面所述的方法。
第四方面，本申请提供一种可读存储介质，该可读存储介质包括：软件指令；当软件指令在告警装置中运行时，使得告警装置实现上述第一方面所述的方法。
上述第二方面至第四方面的有益效果可以参照第一方面所述，不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的告警***的组成示意图；
图2为本申请实施例提供的告警装置100的组成示意图；
图3为本申请实施例提供的单个振速传感器的指向性示意图；
图4为本申请实施例提供的装配示意图；
图5为本申请实施例提供的振速传感器电路连接示意图；
图6为本申请实施例提供的告警方法的流程示意图；
图7为本申请实施例提供的告警方法的另一种流程示意图；
图8为本申请实施例提供的告警方法的又一种流程示意图；
图9为本申请实施例提供的告警装置的安装示意图；
图10为本申请实施例提供的告警方法的又一种流程示意图；
图11为本申请实施例提供的告警方法的又一种流程示意图；
图12为本申请实施例提供的信号分类识别流程图；
图13为本申请实施例提供的约束波束形成与常规波束形成的比较示意图；
图14为本申请实施例提供的告警装置的组成示意图。
具体实施方式
以下，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”或“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
无人值守的ATM，尤其是偏远偏僻地段的ATM更容易成为特定人员破坏的目标。ATM本身具有较强的反破坏措施和装置，因此，特定人员常采用钻、割等方式来破坏ATM。
为了对破坏ATM的行为进行检测，目前的告警产品可以对ATM附近(例如ATM厅房)内的声音进行检测，因为钻、割等方式的声音通常较大，若检测到较大的声音，则可以认为ATM遭到破坏，从而发出告警信息。
但是，ATM或ATM厅房通常都在户外或者临街，ATM周围环境包含大量的其他噪声，例如机械设备的轰鸣声，大型机械设备通过时的振动噪声，以及路人的脚步振动声等，目前的告警产品受ATM周围环境噪声的影响较大，容易产生误报，告警的准确率较低。
基于此，本申请实施例提供一种告警方法和告警装置，可以对发声目标的方位进行检测，提高告警的准确率。
以下结合附图进行介绍。
图1为本申请实施例提供的告警***的组成示意图。如图1所示，该告警***可以包括告警装置100和告警接收装置200。告警装置100和告警接收装置200之间可以通过有线网络或无线网络连接。
告警装置100可以埋设于目标设施的预设范围内，用于检测发声目标和发声目标的方位。告警装置100的具体组成和检测流程可以参照下述实施例中所述，此处不再赘述。
在一些可能的实施例中，告警装置100还可以用于在检测到发声目标并且发声目标在目标设施的方位范围内的情况下，向告警接收装置200发送告警信息。
例如，告警装置100中可以预设有目标事件(例如破坏AMT事件)对应的预设声纹库，告警装置100可以在检测到发声目标且发声目标在目标设施的方位范围内的情况下，利用预设声纹库对检测到的信号进行匹配，若与预设声纹库中的声纹特征相匹配，则向告警接收装置200发送告警信息。
如上所述，告警装置100和告警接收装置200之间可以通过有线网络或无线网络连接。该有线网络或无线网络可以包括能够将告警信息从告警装置100传输到告警接收装置200的一个或多个媒体或设备。该一个或多个通信媒体可以包括无线，和/或，有线通信媒体，例如无线频谱(包括蓝牙频谱或射频(radio frequency，RF)频谱)或一个或多个物理传输线。
在另一些可能的实施例中，告警装置100还可以与扬声器或者告警灯连接，告警装置100还可以用于在检测到发声目标并且发声目标在目标设施的方位范围内的情况下，通过扬声器发出声音告警或者发出灯光告警。
以下对告警装置100的组成进行介绍。
图2为本申请实施例提供的告警装置100的组成示意图。如图2所示，告警装置100可以包括：矢量传感器110、前置处理模块120、信号处理模块130、主控模块140、传输模块150、电源模块160、以及壳体170。
其中，矢量传感器110可以包括声压传感器阵列111和振速传感器阵列112。
声压传感器阵列111可以用于采集声压信号。
声压传感器阵列111可以包括多个声压传感器。声压传感器例如可以是压电陶瓷声压传感器或者其他种类的全向型声压传感器。本申请实施例对此不作限制。
振速传感器阵列112可以用于采集振速信号。
振速传感器阵列112可以包括多个振速传感器。振速传感器例如可以是动圈式振速传感器或者其他种类的振速传感器等。本申请实施例对此不作限制。
动圈式振速传感器在低频段具有较高的灵敏度，能够有效地拾取低频振动信号。此外，振速传感器本身还具有“8”字型指向性，能够有效地抑制干扰。
示例性地，图3为本申请实施例提供的单个振速传感器的指向性示意图。如图3所示，在0°至360°的范围内，90°和270°处的信号强度较大(图3中以1为例示出)，90°左右两侧以及270°左右两侧的信号强度逐渐下降。0°和180°处信号强度为0。信号强度变化呈现“8”字型。
声压传感器阵列111和振速传感器阵列112可以与壳体170硬性连接。例如，声压传感器阵列111和振速传感器阵列112可以通过螺丝固定在壳体上，或者，声压传感器阵列111中的声压传感器以及振速传感器阵列112中的振速传感器上设置有外螺纹，壳体170上设置有螺纹孔，声压传感器和振速传感器可以通过螺纹连接等。本申请实施例对硬性连接的具体方式不作限制。
示例性地，图4为本申请实施例提供的装配示意图。如图4中的(a)所示，壳体170可以包括顶壳171和底壳172(图4中以顶壳171和底壳172装配后的高度为80毫米(mm)为例示出)。
如图4中的(b)所示，声压传感器阵列111可以具体为与底壳172硬性连接的一个圆环阵列(例如可以称作第一圆环阵列)，该第一圆环阵列可以包括均匀分布的8个声压传感器(也即声压传感器阵列111中相邻的两个声压传感器之间的角度之差为45°)。每个声压传感器均为圆形，直径为15mm，第一圆环阵列的直径为300mm。
振速传感器阵列112也可以具体为与底壳172硬性连接的一个圆环阵列(例如可以称作第二圆环阵列)，该第二圆环阵列可以包括均匀分布4个振速传感器(也即振速传感器阵列112中相邻的两个振速传感器之间的角度之差为90°)。每个振速传感器均为圆柱形，圆柱形的长度为25mm，地面直径为15mm，第二圆环阵列位于第一圆环阵列之内，第二圆环阵列的直径为60mm。
需要说明的是，图4中的具体传感器尺寸和阵列尺寸均为示例，传感器尺寸和阵列尺寸也可以采用其他的数值，本申请实施例对此不作限制。
前置处理模块120可以用于对信号的放大和滤波。
示例性地，图5为本申请实施例提供的振速传感器电路连接示意图。如图5所示，同样以上述图4中的(b)所示的振速传感器阵列112包括4个振速传感器为例，则该4个振速传感器可以划分为两个振速传感器组，图5中竖向的两个振速传感器可以划分为第一振速传感器组，第一振速传感器组可以用于采集第一方向(也即图5中的竖向，图5中以Vx为例示出)的振速信号；图5中横向的两个振速传感器可以划分为第二振速传感器组，第二振速传感器组可以用于采集第二方向(也即图5中的横向，图5中以Vy为例示出)的振速信号。
第一振速传感器组的两个振速传感器可以串联，并与第一方向的差分放大电路串联。第二振速传感器组的两个振速传感器可以串联，并与第二方向的差分放大电路串联。图5中的第一方向的差分放大电路和第二方向的差分放大电路可以理解为前置处理模块120的组成部分。差分放大电路可以对振速信号进行放大，并过滤电源模块160供电时产生的干扰信号。具体过程可以参照相关技术中所述，此处不再赘述。
信号处理模块130可以包括检测模块131、定位模块132、以及分类识别模块133。
检测模块131可以用于根据声压信号检测发声目标。
定位模块132可以用于根据振速信号检测发声目标的方位。
分类识别模块133可以用于将发声目标发出声音信号的声纹特征与预设声纹特征库进行匹配，确定声音信号的种类。
检测模块131、定位模块132、以及分类识别模块133的具体检测分析过程可以参照下述实施例中所述，此处不再赘述。
主控模块140可以用于对各个模块控制指令和数据的分发和传输。
例如，向传输模块150发送指令，以使得传输模块150向告警接收装置200发送告警信息。
可选地，信号处理模块130和主控模块140可以集成为一个处理控制模块。处理控制可以用于根据声压信号和振速信号检测发声目标以及发声目标的方位，并在发生目标在预设角度区间内的情况下，发出告警信息。具体过程可以参照下述实施例中所述，此处不再赘述。
电源模块160可以为前述各个模块提供所需的合适电压。
需要说明的是，上述图2中示出的结构组成并不构成对告警装置100的限定，除图2所示的部件之外，告警装置100可以包括比图示更多更少的部件(例如仅包括声压传感器阵列111、振速传感器阵列112、以及处理控制模块(整合信号处理模块130和主控模块140之后得到的模块))，或者某些部件的组合，或者不同的部件布置。本申请实施例对此不作限制。
告警接收装置200可以是计算机或服务器等具有计算处理功能的电子设备。
其中，服务器可以是单独的一个服务器，或者，也可以是由多个服务器构成的服务器集群。部分实施方式中，服务器集群还可以是分布式集群。可选地，服务器还可以在云平台上实现，例如，云平台可以包括私有云、公有云、混合云、社区云(community cloud)、分布式云、跨云(inter-cloud)、以及多云(mult i-cloud)等，或者它们的任意组合。本申请实施例对此不作限制。
告警接收装置200可以用于接收告警装置100发送的告警信息。
本申请实施例提供的告警方法的执行主体可以是上述告警装置100；或者，也可以是上述告警装置100中的处理器(例如中央处理器(central process ing unit，CPU))；再或者，又可以是上述告警装置100中安装的具有告警功能的应用程序(appl icat ion，APP)；又或者，还可以是上述告警装置100中用于执行告警方法的功能模块或功能单元等。本申请实施例对此不作限制。
以下对本申请实施例提供的告警方法进行介绍。
图6为本申请实施例提供的告警方法的流程示意图。如图6所示，该方法包括S101至S104。
S101、获取声压传感器阵列采集的声压信号、以及振速传感器阵列采集的振速信号。
S102、根据声压信号检测发声目标。
S102可以参照下述图7处的S1021至S1023所述，此处不再赘述。
S103、根据振速信号检测发声目标的方位。
S103可以参照下述图8处的S1031至S1037或者图10处的S201至S203所述，此处不再赘述。
S104、在发声目标在预设角度区间内的情况下，发出告警信息。
其中，预设角度区间用于指示目标设施的方位。
S104可以参照下述图11处的S1041至S1043所述，此处不再赘述。
应理解，目前的告警产品在检测到较大声音的情况下就会发出告警信息，容易受到周围环境的噪声影响，产生误报。本申请实施例提供的告警方法中，在利用声压信号检测出发声目标之后，还可以进一步利用振速信号检测发声目标的方位，并在发声目标的方位在用于指示目标设施方位的预设角度区间内的情况下才发出告警信息，可以避免因为目标设施方位之外的干扰物处的噪声而引起的误报，从而提高了告警的准确率。
以下对上述S102进行介绍。
一些可能的实施例中，告警装置可以利用最小均方无畸变响应(minimumvariance distortionless response，MVDR)波束生成算法生成波束进行扫描，若波束的功率较大，则确定存在发声目标。在这种情况下，图7为本申请实施例提供的告警方法的另一种流程示意图。如图7所示，上述S102可以具体包括S1021至S1023。
S1021、根据声压信号，生成MVDR波束。
S1022、判断MVDR波束的功率是否大于预设阈值。
一种可能的实现方式中，假设发声目标存在时的阵列信号表示为下述公式(1)：
y(t)＝V*s(t)+n(t)，t＝0，1，…：H1 公式(1)
公式(1)中，y(t)表示发声目标存在时的声压信号。V表示阵列流型， s(t)表示有效信号。n(t)表示噪声信号。
因为有效信号和噪声信号都符合0均值高斯分布，因此，告警装置可以具体通过下述公式(2)来判断MVDR波束的功率是否大于预设阈值：
公式(2)中，＞表示存在发声目标。＜表示不存在发生目标。Th表示预设阈值。Rn表示噪声阵列的协方差矩阵。
另一种可能的实现方式中，由于声压传感器位置误差和环境的变化等因素，导致阵列流型的变化，从而导致最终的波束功率估计存在一定的误差，在检测中表现为输出信噪比的降低，最终引起误报。因此可以对MVDR算法进行改进，增加多约束，增加算法宽容性，提升算法性能。
因为MVDR可以等效为下述公式(3)：
max σ2subject to R-σ2VVH≥0 公式(3)
公式(3)中，σ2表示信号功率。
并且为了增加宽容性，可以对阵列流型增加下述公式(4)和公式(5)的约束：
公式(4)中，表示理论阵列流型。ε表示阵列流型的误差上限。
||V||2＝M 公式(5)
公式(5)中，M表示声压传感器阵列中声压传感器的个数。
则根据公式(3)至公式(5)可以预估得到预估阵列流型：
情况1、若其中，/>u1表示有效信号协方差矩阵的最大特征值对应的特征向量，则预估阵列流型可以表示为下述公式(6)：
公式(6)中，转换为特征分解形式为/>U表示特征向量。Γ表示特征值矩阵，/>γ1表示最大特征值。I表示单位矩阵，
情况2、若则预估阵列流型可以表示为下述公式(7)：
公式(7)中，Wa表示权系数，
则告警装置可以具体通过下述公式(8)来判断MVDR波束的功率是否大于预设阈值：
公式(8)中，表示MVDR波束的功率。
S1023、若MVDR波束的功率大于预设阈值，则确定存在发声目标。
以下对上述S103进行介绍。
一些可能的实施例中，图8为本申请实施例提供的告警方法的又一种流程示意图。如图8所示，上述S103可以具体包括S1031至S1037。
S1031、按照预设频段对MVDR波束进行线谱检测。
其中，预设频段可以由管理人员预设在告警装置中。预设频段用于表征目标事件(例如上述钻、割ATM的事件)发出声音信号的频段。例如，预设频段可以是100赫兹(Hz)至250Hz、或者其他预设的频段等。本申请实施例对预设频段的具体取值不作限制。线谱检测可以参照相关技术中所述，此处不再赘述。
S1032、若预设频段内存在线谱，则计算线谱处的声压谱。
其中，线谱用于指示发声目标发出的声音信号的频率。声压谱(Spectrogram)是声音信号的短时傅里叶变换(short-time Fourier transform，STFT)的结果，能够提供声音信号在不同时间点的频率内容。在声压谱中，横坐标表示时间，纵坐标表示频率，颜色或者灰度表示该时间点对应频率的声压值，通常声压谱中的颜色越亮，表示该位置的声压值越高。通过观察声压谱，可以了解声音信号在不同时间点的频率分布以及各个频率的强度变化。
S1033、根据振速信号，确定线谱处在第一预设方向的振速谱。
其中，振速谱(velocity spectrum)是用于描述声音信号的另一种谱图，用于表示声音信号中各频率成分的振动速度。振速谱也是通过STFT计算得到的。
S1034、根据声压谱、以及线谱处在第一预设方向的振速谱，确定第一预设方向的声能流分量。
一种可能的实现方式中，告警装置可以具体按照下述公式(9)计算第一预设方向的声能流分量：
Ix＝Re(P(f)×Vx(f)) 公式(9)
公式(9)中，Ix表示第一预设方向的声能流分量。P(f)表示线谱处的声压谱。Vx(f)表示线谱处在第一预设方向的振速谱。
S1035、根据振速信号，确定线谱处在第二预设方向的振速谱。
其中，第一预设方向与第二预设方向垂直。
可选地，如上所述，振速传感器阵列可以包括第一振速传感器组和第二振速传感器组，第一振速传感器组用于采集第一方向的振速信号，第二振速传感器组用于采集第二方向的振速信号。在这种情况下，第一方向可以与第一预设方向相同，第二方向可以与第二预设方向相同。
示例性地，图9为本申请实施例提供的告警装置的安装示意图。如图9所示，以目标设施为ATM为例，则告警装置100可以埋设在ATM厅房内。图9中以ATM位于告警装置100a°处为例、以及ATM厅房门位于告警装置100θ°处为例示出。假设第一预设方向为南北方向，则第一振速传感器组采集振速信号的第一方向也为南北方向。假设第二预设方向为东西方向，则第二振速传感器组采集振速信号的第二方向也为东西方向。
S1036、根据声压谱、以及线谱处在第二预设方向的振速谱，确定第二预设方向的声能流分量。
一种可能的实现方式中，告警装置可以具体按照下述公式(10)计算第二预设方向的声能流分量：
Iy＝Re(P(f)×Vy(f)) 公式(10)
公式(10)中，Iy表示第二预设方向的声能流分量；Vy(f)表示线谱处在第二预设方向的振速谱。
S1037、根据第一预设方向的声能流分量、以及第二预设方向的声能流分量，确定发声目标的方位。
一种可能的实现方式中，告警装置可以具体按照下述公式(11)计算发声目标的方位：
β＝atan(Iy/Ix) 公式(11)
其中，β表示发声目标的方位角。
另一些可能的实施例中，针对不存在线谱的情况，图10为本申请实施例提供的告警方法的又一种流程示意图，如图10所示，该方法还可以包括S201至S203。
S201、若预设频段内不存在线谱，则计算预设频段内每个频点各自对应的声能流。
S202、根据每个频点各自对应的声能流，统计每个方位各自对应的声能量强度。
S201至S202可以参照上述S1033至S1036所述，此处不再赘述。
S203、将对应声能量强度最大的方位确定为发声目标的方位。
以下对上述S104进行介绍。
一些可能的实施例中，在发声目标在预设区间的情况下，告警装置可以直接发出告警信息。
另一些可能的实施例中，在发声目标在预设区间的情况下，告警装置还可以对发声目标的声音信号发生钻、割ATM声音的目标声纹特征进行匹配，若匹配，则发出告警信息。在这种情况下，图11为本申请实施例提供的告警方法的又一种流程示意图。如图11所示，上述S104可以具体包括S1041至S1043。
S1041、对MVDR波束进行波束信号提取，得到目标方位的波束信号。
其中，目标方位的波束信号可以是连续的时域信号或者连续的频域信号。本申请实施例对此不作限制。
S1042、将目标方位波束信号的声纹特征与目标事件对应的预设声纹特征库进行匹配。
其中，预设声纹库包括多个目标声纹特征。
预设声纹库的确立主要是特征的提取，特征提取可以采用多尺度熵(multiscalesample entropy，MSE)算法或者其他特征提取算法得到。以MSE算法为例，MSE算法可以用粗粒化的方式得到信号在不同尺度下的时间序列，通过在不同时间尺度下计算相对应的样本熵值，求取最终的多尺度熵值作为目标声纹特征。
S1043、在发声目标的方位在预设角度区间内的情况下，若目标方位波束信号的声纹特征与多个目标声纹特征中的任意一个目标声纹特征匹配，则发出告警信息。
例如，告警装置可以采用宽带动态时间弯曲(dynamic time warping，DTW)算法对目标方位波束信号的声纹特征和多个目标声纹特征进行匹配。该算法以动态规划为基础，通过灵活地寻找两个时间序列的对应关系找出其最短距离从而克服了时间序列不同步的问题。
可选地，在上述S1042之前，告警装置还可以将目标方位波束信号的声纹特征与预设噪声特征库进行匹配，噪声库可以包括多个噪声特征，若目标方位波束信号的声纹特征与多个噪声特征均不匹配，则告警装置可以执行s1042；若目标方位波束信号的声纹特征与多个噪声特征中的任意一个噪声特征匹配，则告警装置可以对下一帧声压信号进行检测。
基于上述实施例的理解，图12为本申请实施例提供的信号分类识别流程图。如图12所示，该信号分类识别流程可以包括S301至S305。
S301、波束形成。
S301可以参照上述S1021所述，此处不再赘述。
S302、提取目标方位波束信号的声纹特征t(n)。
S302可以参照上述S1041所述，此处不再赘述。
S303、基于N_T(n)对t(n)进行匹配比对。
其中，N_T(n)表示预设噪声库。
S303可以参照上述，此处不再赘述。
若匹配，则检测下一帧声压信号；若不匹配，则执行S304。
S304、基于S_T(n)对t(n)进行匹配比对。
其中，S_T(n)表示目标事件对应的预设声纹库。
S304可以参照上述S1042所述，此处不再赘述。
若匹配，则执行S305；若不匹配，则检测下一帧声压信号。
S305、发出告警信息。
一些实施例中，由上述图9的安装示意图可知，ATM厅房门位于告警装置θ°处，关门声与脚步声等其他噪声会对检测和波形输出形成固定方位的干扰，虽然MVDR波束形成也会对非目标方位形成凹陷，但凹陷的程度与信号和干扰的功率有关，凹陷程度不固定，在一些情况下可能无法有效地将干扰抑制，因此可以增加一个固定方位输出约束，在特定方位形成一个固定凹陷来抑制厅房门方位的干扰。在这种情况下，在上述S1041之前，该方法还可以包括：利用加权系数对MVDR波束进行加权，以抑制预设干扰方位的信号强度。
其中，加权系数可以满足下述公式(12)的关系：
W＝(I-C(CHC)-1CH)Wa 公式(12)
公式(12)中，W表示加权系数。C＝[V(θ)，D(θ)]。V(θ)表示θ方位的阵列流型，θ方位为预设干扰方位(例如上述ATM厅房门的方位)。
示例性地，图13为本申请实施例提供的约束波束形成与常规波束形成的比较示意图。如图13所示，以预设干扰物的方位为50°方位为例，有约束(或者说带抑制)的波束形成会比常规波束形成的抑制能力高出几十分贝。
上述主要从方法的角度对本申请实施例提供的方案进行了介绍。为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术目标应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术目标可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在示例性的实施例中，本申请实施例还提供一种告警装置，该告警装置可以应用于上述告警装置100。图14为本申请实施例提供的告警装置的组成示意图。如图14所示，该装置可以包括：获取单元1401和处理单元1402。
获取单元1401，用于获取声压传感器阵列采集的声压信号、以及振速传感器阵列采集的振速信号。
处理单元1402，用于根据声压信号检测发声目标；根据振速信号检测发声目标的方位；在发声目标在预设角度区间内的情况下，发出告警信息；预设角度区间用于指示目标设施的方位。
一些可能的实施例中，处理单元1402，具体用于根据声压信号，生成最小均方无畸变响应MVDR波束；判断MVDR波束的功率是否大于预设阈值；若MVDR波束的功率大于预设阈值，则确定存在发声目标。
另一些可能的实施例中，处理单元1402，具体用于按照下述公式判断MVDR波束的功率是否大干预设阈值：
其中，Th表示预设阈值；表示MVDR波束的功率；Rn表示噪声阵列的协方差矩阵；/>y(t)表示发声目标存在时的声压信号，y(t)＝V*s(t)+n(t)；s(t)表示有效信号；n(t)表示噪声信号；V表示阵列流型，/> 表示预估阵列流型；
若其中，/>u1表示有效信号协方差矩阵的最大特征值对应的特征向量，/>表示理论阵列流型，ε表示阵列流型的误差上限，M表示声压传感器阵列中声压传感器的个数，则：
其中，转换为特征分解形式为/>U表示特征向量；Γ表示特征值矩阵，/>γ1表示最大特征值；I表示单位矩阵，
若则：
其中，Wa表示权系数，
又一些可能的实施例中，处理单元1402，具体用于按照预设频段对MVDR波束进行线谱检测；若预设频段内存在线谱，则计算线谱处的声压谱；线谱用于指示发声目标发出的声音信号的频率；根据振速信号，确定线谱处在第一预设方向的振速谱；根据声压谱、以及线谱处在第一预设方向的振速谱，确定第一预设方向的声能流分量；根据振速信号，确定线谱处在第二预设方向的振速谱；第一预设方向与第二预设方向垂直；根据声压谱、以及线谱处在第二预设方向的振速谱，确定第二预设方向的声能流分量；根据第一预设方向的声能流分量、以及第二预设方向的声能流分量，确定发声目标的方位。
又一些可能的实施例中，处理单元1402，具体用于按照下述公式计算第一预设方向的声能流分量：
Ix＝Re(P(f)×Vx(f))；
其中，Ix表示第一预设方向的声能流分量；P(f)表示线谱处的声压谱；Vx(f)表示线谱处在第一预设方向的振速谱；
按照下述公式计算第二预设方向的声能流分量：
Iy＝Re(P(f)×Vy(f))；
其中，Iy表示第二预设方向的声能流分量；Vy(f)表示线谱处在第二预设方向的振速谱；
按照下述公式计算发声目标的方位：
β＝atan(Iy/Ix)；
其中，β表示发声目标的方位角。
又一些可能的实施例中，处理单元1402，还用于若不存在线谱，则计算预设频段内每个频点各自对应的声能流；根据每个频点各自对应的声能流，统计每个方位各自对应的声能量强度；将对应声能量强度最大的方位确定为发声目标的方位。
又一些可能的实施例中，振速传感器阵列包括第一振速传感器组和第二振速传感器组；第一振速传感器组用于采集第一方向的振速信号；第一方向与第一预设方向相同；第二振速传感器组用于采集第二方向的振速信号；第二方向与第二预设方向相同。
又一些可能的实施例中，处理单元1402，具体用于对MVDR波束进行波束信号提取，得到目标方位的波束信号；将目标方位波束信号的声纹特征与目标事件对应的预设声纹特征库进行匹配；预设声纹库包括多个目标声纹特征；在发声目标的方位在预设角度区间内的情况下，若目标方位波束信号的声纹特征与多个目标声纹特征中的任意一个目标声纹特征匹配，则发出告警信息。
又一些可能的实施例中，处理单元1402，还用于在对MVDR波束进行波束信号提取之前，利用加权系数对MVDR波束进行加权，以抑制预设干扰方位的信号强度；加权系数满足以下关系：
W＝(I-C(CHC)-1CH)Wa；
其中，W表示加权系数；C＝[V(θ)，D(θ)]；V(θ)表示θ方位的阵列流型，θ方位为预设干扰方位；
又一些可能的实施例中，声压传感器阵列为第一圆环阵列；振速传感器阵列为第二圆环阵列；第二圆环阵列在第一圆环阵列之内。
需要说明的是，图14中对单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如，还可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
在示例性的实施例中，本申请实施例还提供了一种可读存储介质，包括软件指令，当其在告警装置上运行时，使得告警装置执行上述实施例提供的任意一种方法。
在示例性的实施例中，本申请实施例还提供了一种包含计算机执行指令的计算机程序产品，当其在告警装置上运行时，使得告警装置执行上述实施例提供的任意一种方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机执行指令。在计算机上加载和执行计算机执行指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机执行指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机执行指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、固态硬盘等。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(Comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种告警方法，其特征在于，所述告警方法应用于告警装置，所述告警装置埋设于目标设施的预设范围内；所述告警装置包括壳体、与所述壳体硬性连接的声压传感器阵列、以及与所述壳体硬性连接的振速传感器阵列；所述方法包括：
获取所述声压传感器阵列采集的声压信号、以及所述振速传感器阵列采集的振速信号；
根据所述声压信号检测发声目标；
根据所述振速信号检测所述发声目标的方位；
在所述发声目标在预设角度区间内的情况下，发出告警信息；所述预设角度区间用于指示所述目标设施的方位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述声压信号检测发声目标，包括：
根据所述声压信号，生成最小均方无畸变响应MVDR波束；
判断所述MVDR波束的功率是否大于预设阈值；
若所述MVDR波束的功率大于预设阈值，则确定存在所述发声目标。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述判断所述MVDR波束的功率是否大于预设阈值，包括：
按照下述公式判断所述MVDR波束的功率是否大于预设阈值：
其中，Th表示所述预设阈值；表示所述MVDR波束的功率；Rn表示噪声阵列的协方差矩阵；/>y(t)表示所述发声目标存在时的声压信号，y(t)＝V*s(t)+n(t)；s(t)表示有效信号；n(t)表示噪声信号；V表示阵列流型， 表示预估阵列流型；
若其中，/>u1表示有效信号协方差矩阵的最大特征值对应的特征向量，/>表示理论阵列流型，ε表示阵列流型的误差上限，M表示所述声压传感器阵列中声压传感器的个数，则：
其中，转换为特征分解形式为/>U表示特征向量；Γ表示特征值矩阵，/>γ1表示最大特征值；I表示单位矩阵，/>
若则：
其中，Wa表示权系数，
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述振速信号检测所述发声目标的方位，包括：
按照预设频段对所述MVDR波束进行线谱检测；
若所述预设频段内存在线谱，则计算所述线谱处的声压谱；所述线谱用于指示所述发声目标发出的声音信号的频率；
根据所述振速信号，确定所述线谱处在第一预设方向的振速谱；
根据所述声压谱、以及所述线谱处在第一预设方向的振速谱，确定所述第一预设方向的声能流分量；
根据所述振速信号，确定所述线谱处在第二预设方向的振速谱；所述第一预设方向与所述第二预设方向垂直；
根据所述声压谱、以及所述线谱处在第二预设方向的振速谱，确定所述第二预设方向的声能流分量；
根据所述第一预设方向的声能流分量、以及所述第二预设方向的声能流分量，确定所述发声目标的方位。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述声压谱、以及所述线谱处在第一预设方向的振速谱，确定所述第一预设方向的声能流分量，包括：
按照下述公式计算所述第一预设方向的声能流分量：
Ix＝Re(P(f)×Vx(f))；
其中，Ix表示所述第一预设方向的声能流分量；P(f)表示所述线谱处的声压谱；Vx(f)表示所述线谱处在第一预设方向的振速谱；
所述根据所述声压谱、以及所述线谱处在第二预设方向的振速谱，确定所述第二预设方向的声能流分量，包括：
按照下述公式计算所述第二预设方向的声能流分量：
Iy＝Re(P(f)×Vy(f))；
其中，Iy表示所述第二预设方向的声能流分量；Vy(f)表示所述线谱处在第二预设方向的振速谱；
所述根据所述第一预设方向的声能流分量、以及所述第二预设方向的声能流分量，确定所述发声目标的方位，包括：
按照下述公式计算所述发声目标的方位：
β＝atan(Iy/Ix)；
其中，β表示所述发声目标的方位角。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若不存在线谱，则计算所述预设频段内每个频点各自对应的声能流；
根据所述每个频点各自对应的声能流，统计每个方位各自对应的声能量强度；
将对应声能量强度最大的方位确定为所述发声目标的方位。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述振速传感器阵列包括第一振速传感器组和第二振速传感器组；
所述第一振速传感器组用于采集第一方向的振速信号；所述第一方向与所述第一预设方向相同；
所述第二振速传感器组用于采集第二方向的振速信号；所述第二方向与所述第二预设方向相同。
8.根据权利要求2-7任一项所述的方法，其特征在于，所述在所述发声目标在预设角度区间内的情况下，发出告警信息，包括：
对所述MVDR波束进行波束信号提取，得到目标方位的波束信号；
将所述目标方位波束信号的声纹特征与目标事件对应的预设声纹特征库进行匹配；所述预设声纹库包括多个目标声纹特征；
在所述发声目标的方位在预设角度区间内的情况下，若所述目标方位波束信号的声纹特征与所述多个目标声纹特征中的任意一个目标声纹特征匹配，则发出告警信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述对所述MVDR波束进行波束信号提取，得到目标方位的波束信号之前，利用加权系数对所述MVDR波束进行加权，以抑制预设干扰方位的信号强度；所述加权系数满足以下关系：
W＝(I-C(CHC)-1CH)Wa；
其中，W表示所述加权系数；C＝[V(θ),D(θ)]；V(θ)表示θ方位的阵列流型，θ方位为所述预设干扰方位；
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述声压传感器阵列为第一圆环阵列；所述振速传感器阵列为第二圆环阵列；所述第二圆环阵列在所述第一圆环阵列之内。
11.一种告警装置，其特征在于，所述告警装置埋设于目标设施的预设范围内；所述告警装置包括：
壳体；
声压传感器阵列，与所述壳体硬性连接，用于采集声压信号；
振速传感器阵列，与所述壳体硬性连接，用于采集振速信号；
处理控制模块，设置于所述壳体内，用于根据所述声压信号和所述振速信号按照权利要求1-10任一项所述的方法检测发声目标以及所述发声目标的方位，并在所述发声目标在预设角度区间内的情况下，发出告警信息；所述预设角度区间用于指示所述目标设施的方位。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |