多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)

1、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)據(jù)融合從數(shù)據(jù)融合從20 20 世紀(jì)世紀(jì)70 70 年代末被提出，年代末被提出， “ “數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)融合融合”出現(xiàn)于出現(xiàn)于2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代，源于軍事領(lǐng)域的年代，源于軍事領(lǐng)域的C3I( command， control， communication and intelligence)系統(tǒng)的需要，當(dāng)時稱為多源相關(guān)、多傳系統(tǒng)的需要，當(dāng)時稱為多源相關(guān)、多傳感器混合數(shù)據(jù)融合，并于感器混合數(shù)據(jù)融合，并于8080年代建立其技術(shù)。年代建立其技術(shù)。 美國美國是數(shù)據(jù)融合技術(shù)起步最早的國家，是數(shù)據(jù)融合技術(shù)起步最早的國家，19831983年，美國國年，美國國防高級研究計劃局防高級

2、研究計劃局(DARPA)推出的戰(zhàn)略計算機(jī)計劃推出的戰(zhàn)略計算機(jī)計劃中，將多傳感器數(shù)據(jù)融合列為重大研究課題。中，將多傳感器數(shù)據(jù)融合列為重大研究課題。 19841984年，美國國防部年，美國國防部(DOD)成立了數(shù)據(jù)融合專成立了數(shù)據(jù)融合專家組家組(DFSData Fusion Subana1) ，負(fù)責(zé)指導(dǎo)、組，負(fù)責(zé)指導(dǎo)、組織并協(xié)調(diào)有關(guān)這一國防關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)研究，織并協(xié)調(diào)有關(guān)這一國防關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)研究， 19881988年又將其列入國防部年又將其列入國防部2222項關(guān)鍵技術(shù)之一。項關(guān)鍵技術(shù)之一。 IEEE(Robotics and Automation)SKIDS( Signal and Knowle

3、dge Integration with Decisional Control for Multisensory System)( ISIF)數(shù)據(jù)融合，是多元信息綜合處理的一項新數(shù)據(jù)融合，是多元信息綜合處理的一項新技術(shù)技術(shù), ,它有多種譯名它有多種譯名, ,如多傳感器相關(guān)、多源相關(guān)、如多傳感器相關(guān)、多源相關(guān)、多傳感器融合、信息融合等。多傳感器融合、信息融合等。 數(shù)據(jù)融合比較確切的定義可概括為數(shù)據(jù)融合比較確切的定義可概括為: : 充分利用不同的時間和空間的多傳感器信息資源充分利用不同的時間和空間的多傳感器信息資源, ,采用計算機(jī)技術(shù)對按時序獲得的多傳感器觀測信采用計算機(jī)技術(shù)對按時序獲得的多傳感器

4、觀測信息在一定的準(zhǔn)則下加以自動分析、綜合、支配和息在一定的準(zhǔn)則下加以自動分析、綜合、支配和使用使用, ,獲得被測對象的一致性解釋與描述獲得被測對象的一致性解釋與描述, ,以完成以完成所需的決策和估計任務(wù)所需的決策和估計任務(wù), ,使系統(tǒng)獲得比它的各個組使系統(tǒng)獲得比它的各個組成部分更優(yōu)越的性能。成部分更優(yōu)越的性能。1.3 1.3 內(nèi)容內(nèi)容1.1.數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián): :確定從多傳感器來的數(shù)據(jù)是否反映確定從多傳感器來的數(shù)據(jù)是否反映同一個目標(biāo)。同一個目標(biāo)。2.2.多傳感器多傳感器ID/ID/軌跡估計軌跡估計: :假設(shè)從多源來的報告假設(shè)從多源來的報告反映的是同一目標(biāo)反映的是同一目標(biāo), ,對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合

5、以改對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合以改進(jìn)對該目標(biāo)的估計進(jìn)對該目標(biāo)的估計, ,或是改進(jìn)對整個當(dāng)前或是改進(jìn)對整個當(dāng)前/ /未未來情況的估計。來情況的估計。3.3.采集管理采集管理: : 給定傳感器環(huán)境的一種認(rèn)識狀態(tài)給定傳感器環(huán)境的一種認(rèn)識狀態(tài), ,通過分配多個信息捕獲和處理源通過分配多個信息捕獲和處理源, ,以最大限度以最大限度地發(fā)揮其性能地發(fā)揮其性能, ,從而使其操作成本降到最低。從而使其操作成本降到最低。 簡言之簡言之, ,傳感器的數(shù)據(jù)融合功能主要包括傳感器的數(shù)據(jù)融合功能主要包括多傳感器的目標(biāo)探測、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤與識多傳感器的目標(biāo)探測、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤與識別、情況評估和預(yù)測別、情況評估和預(yù)測。 1.1.生存

6、能力強(qiáng)；生存能力強(qiáng)；2.2.擴(kuò)展了空間覆蓋范圍；擴(kuò)展了空間覆蓋范圍；3.3.擴(kuò)展了時間的覆蓋范圍；擴(kuò)展了時間的覆蓋范圍；4.4.提高了可信度；提高了可信度；5.5.降低了信息的模糊度；降低了信息的模糊度；6.6.改進(jìn)了探測性能；改進(jìn)了探測性能；7.7.提高了空間分辨率；提高了空間分辨率；8.8.增加了測量維數(shù)；增加了測量維數(shù)；2 2、基本原理、融合過程及關(guān)鍵技術(shù)、基本原理、融合過程及關(guān)鍵技術(shù) 4 4、數(shù)據(jù)融合方法、數(shù)據(jù)融合方法kiikiWS=WiiS應(yīng)用領(lǐng)域：隨著多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域：隨著多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展, , 應(yīng)用的領(lǐng)域應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大也在不斷擴(kuò)大, , 多傳感

7、器融合技術(shù)已成功地應(yīng)用于眾多多傳感器融合技術(shù)已成功地應(yīng)用于眾多的研究領(lǐng)域。的研究領(lǐng)域。5.15.1、 C C3 3I I5.25.2、飛行目標(biāo)跟蹤、飛行目標(biāo)跟蹤5.35.3、機(jī)器人、機(jī)器人5.45.4、星球車、星球車 5.55.5、工業(yè)過程監(jiān)控、工業(yè)過程監(jiān)控 5.65.6、遙感圖像融合處理、遙感圖像融合處理 5.75.7、公共安全、公共安全 5.85.8、環(huán)境污染監(jiān)測、環(huán)境污染監(jiān)測 5.95.9、智能交通、智能交通 5.105.10、 無人駕駛汽車無人駕駛汽車 5.115.11、農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè) 5.125.12、物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)科索沃虛擬戰(zhàn)場監(jiān)測慣性導(dǎo)航 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是利用慣性元件慣性元件來感測航行

8、體的運(yùn)動加速度，經(jīng)過積分計算，從而解算出導(dǎo)航參數(shù)來確定航行體的位置。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以連續(xù)給出載體的航向、姿態(tài)、速度、位航向、姿態(tài)、速度、位置置等導(dǎo)航參數(shù)。具有隱蔽性好、抗干擾性強(qiáng)、能全天候工作等優(yōu)點(diǎn)，但其導(dǎo)航需要一段對準(zhǔn)時間，存在“漂移”現(xiàn)象，誤差隨時間積累，長時間工作會產(chǎn)生較大的積累誤差 星圖導(dǎo)航 天文導(dǎo)航系統(tǒng)的航向精度在現(xiàn)有導(dǎo)航設(shè)備中是最高的，可為武器系統(tǒng)提供精確的位置、航向和姿態(tài)信息 qiro機(jī)器人20個機(jī)器人Nao在上海世博會法國館完美演出了長達(dá)10分鐘的全自主集體舞蹈表演，創(chuàng)造了類人機(jī)器人歷史性一幕，這也是世界上第一次大規(guī)模機(jī)器人同時跳“集體舞”。機(jī)器人Nao的表演分三個音樂片段，其

9、中包括法國作曲家莫里斯拉威爾的著名交響作品Bolero，完美展示了Nao完成穩(wěn)定、靈活并有節(jié)奏的動作的能力。這也是機(jī)器人史上第一次在藝術(shù)領(lǐng)域達(dá)到飽含情感并與觀眾產(chǎn)生共鳴的高度。由類人機(jī)器人領(lǐng)域的世界頂尖公司Aldebaran Robotics研發(fā)5.4、星球車勇氣號火星車好奇號火星車n識別引起系統(tǒng)狀況超出正常運(yùn)行范圍的故障條件觸發(fā)報警器n石油勘探n火力發(fā)電（發(fā)電機(jī)組監(jiān)控）n轉(zhuǎn)爐煉鋼（溫度和含碳量）n核反應(yīng)堆n主要對地面目標(biāo)或?qū)嶓w進(jìn)行監(jiān)視、識別與定位，使用的傳感器主要為合成孔徑雷達(dá)，在多源圖像進(jìn)行融合時，要利用像素級配準(zhǔn)n通過高空間分辨率全色圖像高空間分辨率全色圖像和低光譜分辨率圖像的融合，得到

10、高空間分辨率和高光譜分辨率的圖像，融合多波段和多時段的遙感圖像來提高分類的準(zhǔn)確性。n采用合成孔徑雷達(dá)、衛(wèi)星遙感等對地面進(jìn)行監(jiān)視，以識別地貌、氣象模式、礦產(chǎn)、植物生長（農(nóng)作物種植面積和產(chǎn)量預(yù)測）、環(huán)境條件（省氣象局-火災(zāi)）和威脅狀況（原油泄漏、輻射泄漏等）對物理現(xiàn)象、事件進(jìn)行定位、識別和解釋。n毒品檢測 氣敏、紅外、微波n火災(zāi)監(jiān)測 煙霧傳感器、二氧化碳傳感器 n瓦斯監(jiān)測n遠(yuǎn)程醫(yī)療 X射線、核磁共振、超聲波腫瘤定位n智能材料 飛機(jī)機(jī)翼（有限元分析表面應(yīng)力計算） 微機(jī)械手（壓電陶瓷制備溫度發(fā)生形變：溫度控制） 剎車系統(tǒng)n環(huán)境污染現(xiàn)狀n大氣污染監(jiān)測n環(huán)境水污染監(jiān)測 檢測指標(biāo) 水質(zhì)建模、水質(zhì)綜合評判n汽

11、車尾氣排放檢測n空中交通：空中交通管制系統(tǒng) 在雷達(dá)網(wǎng)的監(jiān)視、引導(dǎo)和管理下進(jìn)行工作，多雷達(dá)融合，通過二次雷達(dá)識別各種類型的飛機(jī)、確定民航機(jī)航班號、飛行狀態(tài)，且與一次雷達(dá)進(jìn)行配對導(dǎo)航設(shè)備： 監(jiān)視和控制設(shè)備：修正航線偏離、防止飛機(jī)相撞，并調(diào)度飛機(jī)流量；通信設(shè)備、調(diào)度人員n城市交通：攝像、航拍、地感線圈、微波、雷達(dá)、地磁傳感器、視頻、FCDn軌道交通主要CVIS展望圖n法國公司INRIA花費(fèi)十年心血，于2009年5月研制出無人駕駛汽車Cycab自動駕駛（GPS定位誤差小于1米）n德國大眾n中國自主車大賽n7月14日首次完成了從長沙到武漢286公里的高速全程無人駕駛實驗，創(chuàng)造了我國自主研制的無人車在復(fù)雜

12、交通狀況下自主駕駛的新紀(jì)錄，標(biāo)志著我國無人車在復(fù)雜環(huán)境識別、智能行為決策和控制等方面實現(xiàn)了新的技術(shù)突破，達(dá)到世界先進(jìn)水平n實驗中，無人車自主超車67次，途遇復(fù)雜天氣，部分路段有霧，在咸寧還遭逢降雨n一輛高速行駛的汽車上，“司機(jī)”不扶方向盤還不時扭頭跟車上其他人聊天，全然不看前方的路當(dāng)這樣一輛車從你身邊駛過，你肯定會大吃一驚，不敢相信自己眼睛。然而，這一幕7月14日從長沙到武漢的高速公路上已經(jīng)真實上演n食品檢測n農(nóng)作物農(nóng)藥殘留量檢測 酶抑制法通過光譜分析確定有害物質(zhì)n水產(chǎn)養(yǎng)殖n分揀系統(tǒng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)無土栽培n物聯(lián)網(wǎng)（The internet of things） 物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分 是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，其含義包括： 1. 物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò) 2. 其用戶端