朱瑞 韋繼紅

【摘 要】信息融合理論及技術(shù)最早在軍事領(lǐng)域中提出，也多數(shù)運(yùn)用于軍事領(lǐng)域中但隨著信息融合技術(shù)的步伐發(fā)展，其理論也得到不斷的滲透，運(yùn)用領(lǐng)域已經(jīng)有由先前的軍事領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展至民事領(lǐng)域中。多傳感器信息融合技術(shù)其在民事領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在智能制造、空中交通管理、工業(yè)機(jī)器人、目標(biāo)識(shí)別、智能交通、物體跟蹤及故障診斷和反饋控制等方面。

【關(guān)鍵詞】多傳感器；信息融合技術(shù)；應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步， 各類傳感器的性能及應(yīng)用領(lǐng)域得到不斷擴(kuò)展與發(fā)展[1]。傳統(tǒng)的單一傳感器受到技術(shù)的限制捕獲得到的信息往往無(wú)法達(dá)到高度準(zhǔn)確、高度完全及精確的要求，在采集信息方面也表現(xiàn)出其單一性，極易造成信息偏差及錯(cuò)誤等現(xiàn)象，無(wú)法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的要求。為滿足現(xiàn)代化科技的發(fā)展，多傳感器信息融合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生了，其在信息采集方面彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的單一傳感器中的不足，實(shí)現(xiàn)信息采集多面化。多傳感器信息融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了收集信息的多樣性、快速?gòu)?fù)雜多變的信息關(guān)系及巨大信息數(shù)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在限定的時(shí)間內(nèi)將收集到的信息處理完畢，這些能力均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人腦的信息綜合處理能力。多傳感器信息融合技術(shù)的到來(lái)不僅受到軍事領(lǐng)域是青睞，同時(shí)也受到民事領(lǐng)域的高度關(guān)注[2]。

一、基本概念和融合原理

（一）多傳感器信息融合的概念

信息融合屬于一個(gè)多層面及多級(jí)數(shù)據(jù)共同進(jìn)行處理的過(guò)程， 其主要作用是有效處理來(lái)自多個(gè)信息源的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、關(guān)聯(lián)、評(píng)估、相關(guān)及組合。信息融合技術(shù)運(yùn)用四個(gè)不同級(jí)別的處理層來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化處理，并實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)， 每個(gè)不同融合層面中的信號(hào)處理過(guò)程如下：

處理層0（Lever0）：對(duì)各個(gè)傳感器收集得來(lái)的信息進(jìn)行初步，將收集得來(lái)的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮、次序化、標(biāo)準(zhǔn)化、格式化及批處理化處理，以滿足后續(xù)處理器對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算量及計(jì)算順序提出的標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)為后續(xù)估計(jì)工作奠定基礎(chǔ)。

處理層1（Level1）：融合每一個(gè)單傳感器收集得到的位置信息及身份類別信息，對(duì)上述估計(jì)信息進(jìn)行融合， 最終目的是獲得精確度更加高的目標(biāo)位置及身份類別估計(jì)質(zhì)量[3]。

處理層2（Level2）：輔助實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)預(yù)期設(shè)定的目標(biāo)，在軍事領(lǐng)域可稱為對(duì)敵方，同時(shí)評(píng)估我方的態(tài)勢(shì)。

處理層3（Level3）：輔助實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的威脅估計(jì)；

處理層4（Level4）：對(duì)上述估計(jì)進(jìn)行不斷糾正，同時(shí)不斷評(píng)價(jià)其他需要補(bǔ)充的有效信息， 及修改處理過(guò)程本身運(yùn)用的算法以獲取精確度更加高，更加可靠的結(jié)果[4]。

（二）多傳感器信息融合原理

多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理與人腦綜合處理信息的原理存在諸多的相似之處，就是將多個(gè)傳感器獲取得來(lái)的資源， 進(jìn)行綜合處理及分析，最終獲精準(zhǔn)度最優(yōu)的信息。在信息融合過(guò)程中將多傳感器及其觀測(cè)信息進(jìn)行合理支配與使用， 將多傳感器在時(shí)間與空間中冗余及互補(bǔ)的信息依據(jù)預(yù)期設(shè)計(jì)好的準(zhǔn)則進(jìn)行高效率組合，最終獲得被測(cè)對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)性解釋或者一致性的描述[5]?，F(xiàn)筆者將多傳感器信息融合的原理進(jìn)行概述：①多個(gè)不同類型的傳感器（包括有源及無(wú)源的）根據(jù)預(yù)定的目標(biāo)收集及觀測(cè)目標(biāo)信息；②變換并提取傳感器輸出的信息（成像數(shù)據(jù)、連續(xù)性的離散的時(shí)間函數(shù)數(shù)據(jù)或者輸出矢量），將代表觀測(cè)數(shù)據(jù)的特征矢量Yi提取出來(lái)；③運(yùn)用聚類算法或者自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別處理提取出來(lái)的特征矢量Yi，或者運(yùn)用其他可將特征矢量Yi變換為目標(biāo)屬性判決的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別法，以實(shí)現(xiàn)每一個(gè)傳感器關(guān)于目標(biāo)的解釋。④將每一個(gè)傳感器關(guān)于目標(biāo)的解釋數(shù)據(jù)根據(jù)同一個(gè)預(yù)定目標(biāo)進(jìn)行分組，即建立數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性；⑤運(yùn)用融合算法合成每一目標(biāo)各傳感器收集得來(lái)的數(shù)據(jù)， 最終取得該目標(biāo)的一致性的描述和解釋。

二、多傳感器信息融合的應(yīng)用

信息融合理論及技術(shù)最早在軍事領(lǐng)域中提出，也多數(shù)運(yùn)用于軍事領(lǐng)域中但隨著信息融合技術(shù)的步伐發(fā)展，其理論也得到不斷的滲透，運(yùn)用領(lǐng)域已經(jīng)有由先前的軍事領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展至民事領(lǐng)域中。本次研究筆者主要對(duì)多傳感器信息融合技術(shù)在民事領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行概述。

（一）多傳感器信息融合技術(shù)在民事領(lǐng)域的應(yīng)用

多傳感器信息融合技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，其使用領(lǐng)域由先前的軍事領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展至民事領(lǐng)域，信息融合技術(shù)具有的強(qiáng)大功能使其在民用領(lǐng)域有著廣大的發(fā)展及應(yīng)用前景。多傳感器信息融合技術(shù)其在民事領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在智能制造、空中交通管理、工業(yè)機(jī)器人、目標(biāo)識(shí)別、智能交通、物體跟蹤及故障診斷和反饋控制等方面。下面我們以汽車自動(dòng)無(wú)人駕駛為本次研究的例子，闡述信息融合技術(shù)在民事領(lǐng)域的應(yīng)用：汽車自動(dòng)無(wú)人駕駛控制系統(tǒng)， 這個(gè)系統(tǒng)得以運(yùn)行需要以下幾個(gè)先進(jìn)的系統(tǒng)共同完成，主要的系統(tǒng)有：激光探測(cè)器（LS）、數(shù)字地圖（DM）、差分全球定位系統(tǒng)（DGPS）、雷達(dá)（Radar）、慣性傳感器（INS）及立體圖像傳感器（SVS）等系統(tǒng)。其中確定汽車的地理位置及方向應(yīng)用到的系統(tǒng)為差分全球定位系統(tǒng)、慣性傳感器及數(shù)字地圖，這三個(gè)系統(tǒng)是汽車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的核心控制系統(tǒng)，同時(shí)其還起檢測(cè)路面幾何形狀的作用。圖像傳感器在其中的作用主要是識(shí)別及跟蹤汽車行駛路面邊緣；雷達(dá)與激光探測(cè)器共同合作完成檢測(cè)汽車行駛過(guò)程中的路況及前方障礙物的功能，各系統(tǒng)吧各傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理后，通過(guò)卡爾曼濾波進(jìn)行信息融合處理，最后顯示出汽車行駛路面的具體情況，在控制機(jī)構(gòu)的配合下完成汽車的自動(dòng)無(wú)人駕駛[6]。

三、小結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)在科技快速發(fā)展的背景下也得迅猛的發(fā)展，為其在未來(lái)的發(fā)展不斷擴(kuò)大應(yīng)用空間奠定了技術(shù)基礎(chǔ)與技術(shù)支持。目前，對(duì)于多傳感器融合技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)該得到不同程度的研究與擴(kuò)展。多傳感器融合是一項(xiàng)多元化的現(xiàn)代化技術(shù)，它可以預(yù)定的目標(biāo)提供精確度極高的測(cè)試結(jié)果，同時(shí)這些技術(shù)也是信息收集、精確處理及綜合程度很高的智能數(shù)據(jù)處理的一個(gè)綜合性過(guò)程，使其在檢測(cè)目標(biāo)、監(jiān)控工業(yè)發(fā)展、機(jī)器人、軍事、智能監(jiān)測(cè)、分析圖像、自動(dòng)識(shí)別及跟蹤等方面得到人們的認(rèn)可，為其將來(lái)應(yīng)用至各個(gè)民事及軍事領(lǐng)域奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

現(xiàn)階段，多傳感器信息融合技術(shù)還處于不斷發(fā)展變化的階段，隨著多傳感器信息融合技術(shù)理論研究的不斷深入及工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)多傳感器信息融合技術(shù)可能會(huì)在以下幾個(gè)方面中應(yīng)用：①改進(jìn)信息融合算法。以原有的算法為基礎(chǔ)，對(duì)原有算法進(jìn)行完善的同時(shí)充分吸收其他領(lǐng)域及學(xué)科取得的最新研究成果，對(duì)其在并行機(jī)上處理的融合算法進(jìn)行深入研究；②完善信息融合基礎(chǔ)理論。建立標(biāo)準(zhǔn)一致化的信息融合領(lǐng)域，不斷完善實(shí)用的信息融合算法分類，同時(shí)建立標(biāo)準(zhǔn)一致的信息融合分層方法；③建立多傳感器信息融合的評(píng)價(jià)體系。在現(xiàn)有的科技基礎(chǔ)上，未來(lái)科技的發(fā)展趨勢(shì)更加具有智能性，特別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能及遺傳算法等技術(shù)的不斷發(fā)展， 更加快速有效的信息融合法將出現(xiàn)，信息融合技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙麗麗.基于多源傳感器信息融合的目標(biāo)跟蹤算法研究[D].沈陽(yáng)航空航天大學(xué)，2018.

[2]朱俊，張力.信息融合技術(shù)在軍事上的應(yīng)用[J].通信電源技術(shù)，2018，3501：90-92.

[3]沈崢楠.基于多傳感器信息融合的自動(dòng)泊車系統(tǒng)研究[D].江蘇大學(xué)，2017.

[4]楊小菊.基于多傳感器信息融合的移動(dòng)機(jī)器人避障研究[D].沈陽(yáng)理工大學(xué)，2017.

[5]竇寅豐.多傳感器廣義系統(tǒng)的最優(yōu)、魯棒和自校正信息融合估計(jì)研究[D].黑龍江大學(xué)，2017.

[6]劉棟，劉德君.多傳感器集成與信息融合及其應(yīng)用研究[J].化學(xué)工程與裝備，2015，05：170-171+213.