多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)

1、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)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(shí)稱(chēng)為多源相關(guān)、多傳系統(tǒng)的需要，當(dāng)時(shí)稱(chēng)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(guó)美國(guó)是數(shù)據(jù)融合技術(shù)起步最早的國(guó)家，是數(shù)據(jù)融合技術(shù)起步最早的國(guó)家，19831983年，美國(guó)國(guó)年，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局防高級(jí)

2、研究計(jì)劃局(DARPA)推出的戰(zhàn)略計(jì)算機(jī)計(jì)劃推出的戰(zhàn)略計(jì)算機(jī)計(jì)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(guó)國(guó)防部年，美國(guó)國(guó)防部(DOD)成立了數(shù)據(jù)融合專(zhuān)成立了數(shù)據(jù)融合專(zhuān)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(guó)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(guó)防關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)研究， 19881988年又將其列入國(guó)防部年又將其列入國(guó)防部2222項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。項(xiàng)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(xiàng)新數(shù)據(jù)融合，是多元信息綜合處理的一項(xiàng)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(shí)間和空間的多傳感器信息資源充分利用不同的時(shí)間和空間的多傳感器信息資源, ,采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的多傳感器觀測(cè)信采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的多傳感器

4、觀測(cè)信息在一定的準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合、支配和息在一定的準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合、支配和使用使用, ,獲得被測(cè)對(duì)象的一致性解釋與描述獲得被測(cè)對(duì)象的一致性解釋與描述, ,以完成以完成所需的決策和估計(jì)任務(wù)所需的決策和估計(jì)任務(wù), ,使系統(tǒng)獲得比它的各個(gè)組使系統(tǒng)獲得比它的各個(gè)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(lái)的數(shù)據(jù)是否反映確定從多傳感器來(lái)的數(shù)據(jù)是否反映同一個(gè)目標(biāo)。同一個(gè)目標(biāo)。2.2.多傳感器多傳感器ID/ID/軌跡估計(jì)軌跡估計(jì): :假設(shè)從多源來(lái)的報(bào)告假設(shè)從多源來(lái)的報(bào)告反映的是同一目標(biāo)反映的是同一目標(biāo), ,對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合

5、以改對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合以改進(jìn)對(duì)該目標(biāo)的估計(jì)進(jìn)對(duì)該目標(biāo)的估計(jì), ,或是改進(jìn)對(duì)整個(gè)當(dāng)前或是改進(jìn)對(duì)整個(gè)當(dāng)前/ /未未來(lái)情況的估計(jì)。來(lái)情況的估計(jì)。3.3.采集管理采集管理: : 給定傳感器環(huán)境的一種認(rèn)識(shí)狀態(tài)給定傳感器環(huán)境的一種認(rèn)識(shí)狀態(tài), ,通過(guò)分配多個(gè)信息捕獲和處理源通過(guò)分配多個(gè)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(jiǎn)言之簡(jiǎn)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(cè)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤與識(shí)多傳感器的目標(biāo)探測(cè)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤與識(shí)別、情況評(píng)估和預(yù)測(cè)別、情況評(píng)估和預(yù)測(cè)。 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(shí)間的覆蓋范圍；擴(kuò)展了時(shí)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(cè)性能；改進(jìn)了探測(cè)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(cè)量維數(shù)；增加了測(cè)量維數(shù)；2 2、基本原理、融合過(guò)程及關(guān)鍵技術(shù)、基本原理、融合過(guò)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(chē)、星球車(chē) 5.55.5、工業(yè)過(guò)程監(jiān)控、工業(yè)過(guò)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(cè)、環(huán)境污染監(jiān)測(cè) 5.95.9、智能交通、智能交通 5.105.10、 無(wú)人駕駛汽車(chē)無(wú)人駕駛汽車(chē) 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(chǎng)監(jiān)測(cè)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(lái)感測(cè)航行

8、體的運(yùn)動(dòng)加速度，經(jīng)過(guò)積分計(jì)算，從而解算出導(dǎo)航參數(shù)來(lái)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(duì)準(zhǔn)時(shí)間，存在“漂移”現(xiàn)象，誤差隨時(shí)間積累，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)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(gè)機(jī)器人Nao在上海世博會(huì)法國(guó)館完美演出了長(zhǎng)達(dá)10分鐘的全自主集體舞蹈表演，創(chuàng)造了類(lèi)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(shí)跳“集體舞”。機(jī)器人Nao的表演分三個(gè)音樂(lè)片段，其

9、中包括法國(guó)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(dòng)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(lèi)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(chē)勇氣號(hào)火星車(chē)好奇號(hào)火星車(chē)n識(shí)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(bào)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(duì)地面目標(biāo)或?qū)嶓w進(jìn)行監(jiān)視、識(shí)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(shí)，要利用像素級(jí)配準(zhǔn)n通過(guò)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(shí)段的遙感圖像來(lái)提高分類(lèi)的準(zhǔn)確性。n采用合成孔徑雷達(dá)、衛(wèi)星遙感等對(duì)地面進(jìn)行監(jiān)視，以識(shí)別地貌、氣象模式、礦產(chǎn)、植物生長(zhǎng)（農(nóng)作物種植面積和產(chǎn)量預(yù)測(cè)）、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(duì)物理現(xiàn)象、事件進(jìn)行定位、識(shí)別和解釋。n毒品檢測(cè) 氣敏、紅外、微波n火災(zāi)監(jiān)測(cè) 煙霧傳感器、二氧化碳傳感器 n瓦斯監(jiān)測(cè)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(jì)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(chē)系統(tǒng)n環(huán)境污染現(xiàn)狀n大氣污染監(jiān)測(cè)n環(huán)境水污染監(jiān)測(cè) 檢測(cè)指標(biāo) 水質(zhì)建模、水質(zhì)綜合評(píng)判n汽

11、車(chē)尾氣排放檢測(cè)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(guò)二次雷達(dá)識(shí)別各種類(lèi)型的飛機(jī)、確定民航機(jī)航班號(hào)、飛行狀態(tài)，且與一次雷達(dá)進(jìn)行配對(duì)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(guó)公司INRIA花費(fèi)十年心血，于2009年5月研制出無(wú)人駕駛汽車(chē)Cycab自動(dòng)駕駛（GPS定位誤差小于1米）n德國(guó)大眾n中國(guó)自主車(chē)大賽n7月14日首次完成了從長(zhǎng)沙到武漢286公里的高速全程無(wú)人駕駛實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造了我國(guó)自主研制的無(wú)人車(chē)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(guó)無(wú)人車(chē)在復(fù)雜環(huán)境識(shí)別、智能行為決策和控制等方面實(shí)現(xiàn)了新的技術(shù)突破，達(dá)到世界先進(jìn)水平n實(shí)驗(yàn)中，無(wú)人車(chē)自主超車(chē)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(chē)上，“司機(jī)”不扶方向盤(pán)還不時(shí)扭頭跟車(chē)上其他人聊天，全然不看前方的路當(dāng)這樣一輛車(chē)從你身邊駛過(guò)，你肯定會(huì)大吃一驚，不敢相信自己眼睛。然而，這一幕7月14日從長(zhǎng)沙到武漢的高速公路上已經(jīng)真實(shí)上演n食品檢測(cè)n農(nóng)作物農(nóng)藥殘留量檢測(cè) 酶抑制法通過(guò)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(wú)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(hù)端