淺談信息融合技術(shù)在周界入侵報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用

楊 勇

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，陜西西安710068）

0 引言

在安全防范領(lǐng)域，周界入侵報(bào)警是最基本、應(yīng)用最廣泛的安全防范技術(shù)之一。對(duì)于一個(gè)防范體系來說，周界入侵報(bào)警系統(tǒng)是第一道防線，也是防范難度最大的防線。本文在分析周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和信息融合技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)多傳感器信息融合技術(shù)在周界入侵報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探討。

1 周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前比較主流的周界報(bào)警產(chǎn)品主要包括：主動(dòng)紅外對(duì)射探測(cè)器、微波對(duì)射入侵探測(cè)器、脈沖電子圍欄報(bào)警系統(tǒng)、泄漏電纜周界報(bào)警系統(tǒng)、靜電感應(yīng)電纜報(bào)警系統(tǒng)、振動(dòng)傳感電纜報(bào)警系統(tǒng)和振動(dòng)光纜報(bào)警系統(tǒng)等相關(guān)產(chǎn)品，在周界入侵報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，基本實(shí)現(xiàn)了入侵檢測(cè)、觸發(fā)報(bào)警和概略定位等功能。

然而，隨著安防建設(shè)的不斷深入以及安防應(yīng)用的不斷普及，以前各個(gè)安防子系統(tǒng)獨(dú)立的問題也逐步顯現(xiàn)出來：一是各安防子系統(tǒng)相互獨(dú)立，缺乏聯(lián)動(dòng)，發(fā)生緊急事件時(shí)不能高效發(fā)揮預(yù)警聯(lián)防的作用；二是各個(gè)安防系統(tǒng)獨(dú)立管理，管理與維護(hù)效率低下，警力與物力浪費(fèi)明顯，部分系統(tǒng)存在漏報(bào)率高、環(huán)境適應(yīng)性差、部署不方便、維護(hù)難度大等缺點(diǎn)和不足[1]。

隨著科技的發(fā)展，信息融合技術(shù)在周界入侵報(bào)警系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)越來越明顯。不同原理傳感器技術(shù)的發(fā)展、不同行業(yè)的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求反過來會(huì)對(duì)周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的智能化水平提出更高的要求。智能化需求帶來了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大、用戶數(shù)多等問題，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的精準(zhǔn)劃分并給出切實(shí)可行的綜合解決方案是對(duì)企業(yè)綜合實(shí)力的一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)。

2 信息融合技術(shù)

信息融合技術(shù)實(shí)質(zhì)是對(duì)數(shù)據(jù)的感知和綜合過程，類似于人類對(duì)事物做出判斷的過程，人類基于感官（如人類五官）對(duì)事物表現(xiàn)出來的特征信息進(jìn)行感知，并進(jìn)行綜合分析，從而對(duì)事物進(jìn)行判斷[2]。

2.1 信息融合技術(shù)的定義與原理

信息融合技術(shù)是以若干傳感器為基礎(chǔ)，按照所需達(dá)到的目標(biāo)任務(wù)對(duì)傳感器信息進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，并構(gòu)建相應(yīng)的傳感器模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)所收集的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)狀態(tài)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)選擇剔除、數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)融合，以此達(dá)到對(duì)對(duì)象進(jìn)行綜合準(zhǔn)確判斷的目的。傳感器信息融合技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 傳感器信息融合技術(shù)流程

信息融合技術(shù)的原理主要是對(duì)若干傳感器傳輸?shù)亩嘣畔⑦M(jìn)行層層處理，不斷實(shí)現(xiàn)對(duì)有效信息的抽象化和綜合化，以此提升目的決策的準(zhǔn)確率。根據(jù)數(shù)據(jù)抽象程度，信息融合技術(shù)可以分為三個(gè)層次[2]：（1）數(shù)據(jù)級(jí)融合，即對(duì)同一類型傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行集中整理，并按照一定原則剔除偽數(shù)據(jù)；（2）特征級(jí)融合，是對(duì)傳感器數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和融合，得出綜合性的特征向量，以此對(duì)目標(biāo)做出判斷；（3）決策級(jí)融合，即對(duì)單一傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除、特征提取和數(shù)據(jù)判讀，然后通過綜合的決策平臺(tái)將各數(shù)據(jù)初判結(jié)果進(jìn)行融合分析，得出目的決策結(jié)果。

2.2 基于D-S理論的信息融合技術(shù)

D-S理論在多傳感器信息融合中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)命題信息不完整時(shí)，D-S理論能通過概率分配值賦予整個(gè)辨識(shí)框架來表示由于不知道而引起的不確定性（如M1（θ））。例如：在由兩個(gè)傳感器組成的融合系統(tǒng)中，假設(shè)存在四個(gè)目標(biāo)：A1（合法靠近的人員）、A2（合法靠近的車輛）、A3（非法靠近的人員）和A4（非法靠近的車輛），傳感器1對(duì)目標(biāo)類型的概率分配為M1（A1∪A3）=0.6，M1（θ）=0.4，其中M1（θ）對(duì)應(yīng)著傳感器1在判斷目標(biāo)屬于靠近人員時(shí)由不知道所引起的不確定性。傳感器2對(duì)目標(biāo)類型的概率分配為M2（A3∪A4）=0.7，M2（θ）=0.3，其中M2（θ）對(duì)應(yīng)著傳感器2在判定目標(biāo)屬于非法靠近時(shí)由不知道所引起的不確定性。根據(jù)Dempster融合規(guī)則，目標(biāo)屬于非法入侵的概率為M（A4∪A3）=0.4×0.7=0.28目標(biāo)屬于非法靠近人員的概率為M（A3）=0.6×0.7=0.42，目標(biāo)屬于靠近人員的概率為M（A1∪A3）=0.6×0.3=0.18。在多傳感器數(shù)據(jù)融合中，使用該方法降低了由于單傳感器性能缺陷引起的目標(biāo)信息不知道而造成的不確定性，提高了目標(biāo)識(shí)別的可信度。

3 多傳感器信息融合技術(shù)在周界入侵報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用

本質(zhì)上，多傳感器融合主要指信息的融合，以“目標(biāo)識(shí)別”實(shí)現(xiàn)對(duì)周界的預(yù)警。為確保多傳感器融合技術(shù)在周界入侵報(bào)警系統(tǒng)中更好地應(yīng)用，應(yīng)明確其不同信息流層面的作用。

3.1 多傳感器信息融合技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成

多傳感器信息融合技術(shù)主要包括傳感層、傳輸層、信息層、應(yīng)用層。

（1）傳感層：傳感層是多傳感器融合技術(shù)的基礎(chǔ)，紅外對(duì)射傳感器、微波探測(cè)器、光纖傳感器等均屬于傳感層，作用在于對(duì)監(jiān)控區(qū)域視頻信息、振動(dòng)信息等的采集。

（2）傳輸層：傳輸層是傳輸傳感層信息的媒介，為傳感層采集的不同信號(hào)的傳輸提供保證。事實(shí)上，不同的信號(hào)類型采用不同的傳輸方式，如使用同軸電纜、無線、以太網(wǎng)、光纖等，以確保在不同監(jiān)控環(huán)境中，監(jiān)控區(qū)域信號(hào)的安全、完整傳輸。

（3）信息層：信息層主要負(fù)責(zé)接收傳輸層傳輸?shù)男畔?，并?duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行處理、判定，決定是否進(jìn)行報(bào)警。需要注意的是，當(dāng)前傳感器自身能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行處理，其輸出的即為報(bào)警信息，傳感信息處理器便依據(jù)報(bào)警策略實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的判斷與融合。

（4）應(yīng)用層：應(yīng)用層包括視頻監(jiān)控平臺(tái)、信息服務(wù)器、信息化平臺(tái)系統(tǒng)等，主要功能在于實(shí)現(xiàn)權(quán)限管理、防區(qū)管理、聯(lián)動(dòng)管理及報(bào)警策略管理等。應(yīng)用中人們更關(guān)注可疑地點(diǎn)、時(shí)間、目標(biāo)，一些可疑目標(biāo)周界環(huán)境中會(huì)夾雜出現(xiàn)動(dòng)物、人員、車輛等，因此，需借助多個(gè)傳感器采集的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)可疑目標(biāo)的有效分離。

3.2 多傳感器信息融合技術(shù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)

多傳感器信息融合技術(shù)包括空間維度與時(shí)間維度兩項(xiàng)內(nèi)容，其中空間維度對(duì)應(yīng)報(bào)警的地點(diǎn)信息，而時(shí)間維度對(duì)應(yīng)報(bào)警的時(shí)間信息。其中時(shí)間維度融合重點(diǎn)內(nèi)容在于時(shí)間窗口內(nèi)報(bào)警策略的設(shè)定。第一種情況：在相同時(shí)間窗口內(nèi)多個(gè)傳感器單元均進(jìn)行了報(bào)警，才能判定為報(bào)警，而后允許將報(bào)警信號(hào)向應(yīng)用層傳輸；第二種情況：在相同時(shí)間窗口中其中一個(gè)傳感器發(fā)出了報(bào)警，即判定為報(bào)警；第三種情況：處于第一種與第二種之間。其中第一種情況對(duì)單個(gè)傳感器漏報(bào)率具有較高要求；第二種情況要求單個(gè)傳感器具有較高的互補(bǔ)性，即，一種探測(cè)技術(shù)的性能能夠?qū)α硪环N探測(cè)技術(shù)的不足加以很好地彌補(bǔ)。第二種情況具有較高的誤報(bào)率，因此，使用較低誤報(bào)率、互補(bǔ)性較強(qiáng)的探測(cè)器尤為關(guān)鍵。

空間維度融合主要在綜合分析周界入侵報(bào)警系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行多維度的防護(hù)。例如，針對(duì)機(jī)場(chǎng)周界，在防止人員從圍網(wǎng)穿過的同時(shí)，還應(yīng)能夠避免人員高空拋物。詳細(xì)來講，空間防護(hù)包括地下、地面、低空三方面內(nèi)容，其中地下指對(duì)掘地入侵的報(bào)警；地面主要指對(duì)破壞、攀爬柵欄行為進(jìn)行報(bào)警；低空指對(duì)低空飛行器、翻越、拋物等情況的報(bào)警。為達(dá)到預(yù)期的效果，需要結(jié)合具體的空間位置進(jìn)行全面分析，選擇合適的傳感器。例如，為防止挖掘入侵，可將光纖傳感器埋設(shè)在對(duì)應(yīng)的地理位置上；為防止地面入侵，使用微波對(duì)射傳感器。

4 結(jié)語

多傳感器信息融合技術(shù)在周界入侵報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用彌補(bǔ)了單一傳感器技術(shù)漏報(bào)、誤報(bào)情況的出現(xiàn)，提高了周界入侵安防質(zhì)量，因此，加強(qiáng)多傳感器信息融合技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。