馮霄霞

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。

傳感技術同計算機技術與通信技術一起被稱為信息技術的三大支柱。從仿生學觀點，如果把計算機看成處理和識別信息的“大腦”，把通信系統(tǒng)看成傳遞信息的“神經(jīng)系統(tǒng)”的話，那么傳感器就是“感覺器官”。

隨著傳感器技術、數(shù)據(jù)處理技術、計算機技術、網(wǎng)絡通訊技術、人工智能技術和并行計算的軟硬件技術等相關技術的發(fā)展，多傳感器信息融合技術已受到了廣泛關注。隨著科學技術的進步，多傳感器信息融合至今已形成和發(fā)展成為一門信息綜合處理的專門技術，并很快推廣應用到工業(yè)機器人、智能檢測、自動控制、交通管理和醫(yī)療診斷等多種領域。我國從20世紀90年代也開始了多傳感器信息融合技術的研究和開發(fā)工作，并在工程上開展了多傳感器識別、定位等同類信息融合的應用系統(tǒng)的開發(fā)，現(xiàn)在多傳感器信息融合技術越來越受到人們的普遍關注。

多傳感器信息融合技術的基本原理就像人的大腦綜合處理信息的過程一樣，將各種傳感器進行多層次、多空間的信息互補和優(yōu)化組合處理，最終產(chǎn)生對觀測環(huán)境的一致性解釋。在這個過程中要充分地利用多源數(shù)據(jù)進行合理支配與使用，而信息融合的最終目標則是基于各傳感器獲得的分離觀測信息，通過對信息多級別、多方面組合導出更多有用信息。這不僅是利用了多個傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢，而且也綜合處理了其它信息源的數(shù)據(jù)來提高整個傳感器系統(tǒng)的智能化。

多傳感器融合系統(tǒng)特征

四個顯著特點

第一，信息的冗余性。對于環(huán)境的某個特征，可以通過多個傳感器（或者單個傳感器的多個不同時刻）得到它的多份信息，這些信息是冗余的，并且具有不同的可靠性，通過融合處理，可以從中提取出更加準確和可靠的信息。此外，信息的冗余性可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而能夠避免因單個傳感器失效而對整個系統(tǒng)所造成的影響。

第二，信息的互補性。不同種類的傳感器可以為系統(tǒng)提供不同性質(zhì)的信息，這些信息所描述的對象是不同的環(huán)境特征，它們彼此之間具有互補性。如果定義一個由所有特征構(gòu)成的坐標空間，那么每個傳感器所提供的信息只屬于整個空間的一個子空間，和其他傳感器形成的空間相互獨立。

第三，信息處理的及時性。各傳感器的處理過程相互獨立，整個處理過程可以采用并行導熱處理機制，從而使系統(tǒng)具有更快的處理速度，提供更加及時的處理結(jié)果。

第四，信息處理的低成本性。多個傳感器可以花費更少的代價來得到相當于單傳感器所能得到的信息量。另一方面，如果不將單個傳感器所提供的信息用來實現(xiàn)其他功能，單個傳感器的成本和多傳感器的成本之和是相當?shù)摹?/p>

多傳感信息融合架構(gòu)形式

信息融合作為對多傳感器信息的綜合處理過程，具有本質(zhì)的復雜性。在信息融合處理過程中，根據(jù)對原始數(shù)據(jù)處理方法的不同，信息融合系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要有三種：集中式、分布式和混合式。

集中式是將各傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)直接送至中央處理器進行融合處理，可以實現(xiàn)實時融合，其數(shù)據(jù)處理的精度高，算法靈活，缺點是對處理器要求高，可靠性較低，數(shù)據(jù)量大，故難于實現(xiàn)。

分布式指的是每個傳感器對獲得的原始數(shù)據(jù)先進行局部處理，包括對原始數(shù)據(jù)的預處理、分類及提取特征信息，并通過各自的決策準則分別作出決策，然后將結(jié)果送入融合中心進行融合以獲得最終的決策。分布式對通信帶寬需求低、計算速度快、可靠性和延續(xù)性好，但跟蹤精度沒有集中式高。

混合式在大多情況是把上述二者進行不同的組合，形成一種混合式結(jié)構(gòu)。它保留了上述兩類系統(tǒng)的優(yōu)點，但在通信和計算上要付出較昂貴的代價。但是，此類系統(tǒng)也有上述兩類系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢，在實際場合往往采用此類結(jié)構(gòu)。

多功能集成化傳感器

研究成果

最近，多功能集成化傳感器研究受到國內(nèi)外的廣泛關注，化學分析、生物保護等方面的集成傳感器相繼問世。此外，引進中間件技術也是實現(xiàn)多傳感器集成的一個常見舉措?；谥虚g件技術的多傳感器系統(tǒng)集成中間件技術與系統(tǒng)的應用是順應目前安防市場發(fā)展形勢之舉。有些安防系統(tǒng)是僅針對某一類型安防設備的單一系統(tǒng)，或者是集成了多個子系統(tǒng)，但各個子系統(tǒng)之間獨立工作。

每一個子系統(tǒng)都要單獨監(jiān)控的話，將耗費大量的人力物力，并且同一事件引起各個系統(tǒng)獨立報警，導致監(jiān)控人員認為是兩次不相關的報警，這也將給監(jiān)控人員帶來許多不便，造成人力資源的浪費?；谶@些需求利用中間件技術實現(xiàn)多傳感器集成功能的安防系統(tǒng)應運而生。本系統(tǒng)體系架構(gòu)包含感知層、傳輸層與應用層。

感知層由多種不同類型傳感器組成：主要用于集采異常信息，這些傳感器的類型和功能可以有很大的差異，它們可以使不同廠家的、不同型號的、不同用途的、擁有不同數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議的。在本系統(tǒng)中，我們使用紅外探測器、溫度傳感器和攝像頭三種來做示范研究。紅外探測器可以檢測某一空間內(nèi)是否有人經(jīng)過，適用于倉庫類型的場所，以檢測是否有人闖入。溫度傳感器可以檢測某一場所內(nèi)的溫度信息，可用以檢測環(huán)境是否有異常，攝像頭則用于探測畫面中是否有異常情況出現(xiàn)，包括人員的運動檢測、畫面丟失檢測、物體丟失檢測等，同時還可以利用攝像頭進行錄像。

傳輸層由網(wǎng)關節(jié)點組成。傳輸層在應用層與感知層之間起到一個傳遞信息的功能。網(wǎng)關節(jié)點通過數(shù)據(jù)適配中間件和網(wǎng)關中間件來實現(xiàn)傳感器感知數(shù)據(jù)的信息獲取和下發(fā)控制命令功能。

應用層由安防系統(tǒng)和web應用組成。web應用包括PC端和移動終端上的應用。安防系統(tǒng)通過平臺中間件實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的開放，同時也實現(xiàn)了安防系統(tǒng)對傳輸層設備、感知層設備的向下尋址功能。感知層與傳輸層之間通過數(shù)據(jù)適配中間件接口進行通信，傳輸層與應用層之間通過網(wǎng)關中間件接口進行通信，而應用層中的安防系統(tǒng)與web應用之間通過平臺中間件接口進行通信。

系統(tǒng)中設計三種中間件：數(shù)據(jù)適配中間件，網(wǎng)關中間件和平臺中間件。從功能上說，它們向下為多種設備的異構(gòu)感知數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的接入格式和能力。數(shù)據(jù)適配中間件是為了使不同廠家、不同型號、不同用途、擁有不同數(shù)據(jù)格式的傳感器都可以接入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)引入數(shù)據(jù)適配中間件。網(wǎng)關中間件在系統(tǒng)中具有唯一標識，它的作用包括：負責感知層與應用層之間的信息傳遞，將數(shù)據(jù)適配中間件封裝好的數(shù)據(jù)發(fā)送給平臺中間件。平臺中間層指的是安防系統(tǒng)通過平臺中間件實現(xiàn)對感知數(shù)據(jù)的接收和處理功能，以及對網(wǎng)關、感知層設備的向下尋址功能。

目前流行的組合傳感設備，在安防也很受青睞。傳感設備封裝中加入加速度傳感設備、陀螺儀或電子羅盤所形成的不同組合產(chǎn)品，通過在各單一封裝中整合能夠增加更多的應用功能，并且盡可能地節(jié)約了空間及成本。這兩年來，在愈來愈廣泛的應用推動下，組合傳感設備市場的銷售額一直處于不斷上升的狀態(tài)，市場潛力巨大。