多传感器集成技术助力智能安防建设

　　传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

　　传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。

　　随着传感器技术、数据处理技术、计算机技术、网络通讯技术、人工智能技术和并行计算的软硬件技术等相关技术的发展，多传感器信息融合技术已受到了广泛关注。随着科学技术的进步，多传感器信息融合至今已形成和发展成为一门信息综合处理的专门技术，并很快推广应用到工业机器人、智能检测、自动控制、交通管理和医疗诊断等多种领域。我国从20世纪90年代也开始了多传感器信息融合技术的研究和开发工作，并在工程上开展了多传感器识别、定位等同类信息融合的应用系统的开发，现在多传感器信息融合技术越来越受到人们的普遍关注。

　　多传感器信息融合技术的基本原理就像人的大脑综合处理信息的过程一样，将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组合处理，最终产生对观测环境的一致性解释。在这个过程中要充分地利用多源数据进行合理支配与使用，而信息融合的最终目标则是基于各传感器获得的分离观测信息，通过对信息多级别、多方面组合导出更多有用信息。这不仅是利用了多个传感器相互协同操作的优势，而且也综合处理了其它信息源的数据来提高整个传感器系统的智能化。

　　多传感器融合系统特征

　　四个显著特点

　　第一，信息的冗余性。对于环境的某个特征，可以通过多个传感器（或者单个传感器的多个不同时刻）得到它的多份信息，这些信息是冗余的，并且具有不同的可靠性，通过融合处理，可以从中提取出更加准确和可靠的信息。此外，信息的冗余性可以提高系统的稳定性，从而能够避免因单个传感器失效而对整个系统所造成的影响。

　　第二，信息的互补性。不同种类的传感器可以为系统提供不同性质的信息，这些信息所描述的对象是不同的环境特征，它们彼此之间具有互补性。如果定义一个由所有特征构成的坐标空间，那么每个传感器所提供的信息只属于整个空间的一个子空间，和其他传感器形成的空间相互独立。

　　第三，信息处理的及时性。各传感器的处理过程相互独立，整个处理过程可以采用并行导热处理机制，从而使系统具有更快的处理速度，提供更加及时的处理结果。

　　第四，信息处理的低成本性。多个传感器可以花费更少的代价来得到相当于单传感器所能得到的信息量。另一方面，如果不将单个传感器所提供的信息用来实现其他功能，单个传感器的成本和多传感器的成本之和是相当的。

　　多传感信息融合架构形式

　　信息融合作为对多传感器信息的综合处理过程，具有本质的复杂性。在信息融合处理过程中，根据对原始数据处理方法的不同，信息融合系统的体系结构主要有三种：集中式、分布式和混合式。

　　集中式是将各传感器获得的原始数据直接送至中央处理器进行融合处理，可以实现实时融合，其数据处理的精度高，算法灵活，缺点是对处理器要求高，可靠性较低，数据量大，故难于实现。

　　分布式指的是每个传感器对获得的原始数据先进行局部处理，包括对原始数据的预处理、分类及提取特征信息，并通过各自的决策准则分别作出决策，然后将结果送入融合中心进行融合以获得最终的决策。分布式对通信带宽需求低、计算速度快、可靠性和延续性好，但跟踪精度没有集中式高。

　　混合式在大多情况是把上述二者进行不同的组合，形成一种混合式结构。它保留了上述两类系统的优点，但在通信和计算上要付出较昂贵的代价。但是，此类系统也有上述两类系统难以比拟的优势，在实际场合往往采用此类结构。

　　多功能集成化传感器

　　研究成果

　　最近，多功能集成化传感器研究受到国内外的广泛关注，化学分析、生物保护等方面的集成传感器相继问世。此外，引进中间件技术也是实现多传感器集成的一个常见举措。基于中间件技术的多传感器系统集成中间件技术与系统的应用是顺应目前安防市场发展形势之举。有些安防系统是仅针对某一类型安防设备的单一系统，或者是集成了多个子系统，但各个子系统之间独立工作。

　　每一个子系统都要单独监控的话，将耗费大量的人力物力，并且同一事件引起各个系统独立报警，导致监控人员认为是两次不相关的报警，这也将给监控人员带来许多不便，造成人力资源的浪费。基于这些需求利用中间件技术实现多传感器集成功能的安防系统应运而生。本系统体系架构包含感知层、传输层与应用层。

　　感知层由多种不同类型传感器组成：主要用于集采异常信息，这些传感器的类型和功能可以有很大的差异，它们可以使不同厂家的、不同型号的、不同用途的、拥有不同数据格式和通信协议的。在本系统中，我们使用红外探测器、温度传感器和摄像头三种来做示范研究。红外探测器可以检测某一空间内是否有人经过，适用于仓库类型的场所，以检测是否有人闯入。温度传感器可以检测某一场所内的温度信息，可用以检测环境是否有异常，摄像头则用于探测画面中是否有异常情况出现，包括人员的运动检测、画面丢失检测、物体丢失检测等，同时还可以利用摄像头进行录像。

　　传输层由网关节点组成。传输层在应用层与感知层之间起到一个传递信息的功能。网关节点通过数据适配中间件和网关中间件来实现传感器感知数据的信息获取和下发控制命令功能。

　　应用层由安防系统和web应用组成。web应用包括PC端和移动终端上的应用。安防系统通过平台中间件实现数据资源的开放，同时也实现了安防系统对传输层设备、感知层设备的向下寻址功能。感知层与传输层之间通过数据适配中间件接口进行通信，传输层与应用层之间通过网关中间件接口进行通信，而应用层中的安防系统与web应用之间通过平台中间件接口进行通信。

　　系统中设计三种中间件：数据适配中间件，网关中间件和平台中间件。从功能上说，它们向下为多种设备的异构感知数据提供统一的接入格式和能力。数据适配中间件是为了使不同厂家、不同型号、不同用途、拥有不同数据格式的传感器都可以接入到系统中，系统引入数据适配中间件。网关中间件在系统中具有唯一标识，它的作用包括：负责感知层与应用层之间的信息传递，将数据适配中间件封装好的数据发送给平台中间件。平台中间层指的是安防系统通过平台中间件实现对感知数据的接收和处理功能，以及对网关、感知层设备的向下寻址功能。

　　目前流行的组合传感设备，在安防也很受青睐。传感设备封装中加入加速度传感设备、陀螺仪或电子罗盘所形成的不同组合产品，通过在各单一封装中整合能够增加更多的应用功能，并且尽可能地节约了空间及成本。这两年来，在愈来愈广泛的应用推动下，组合传感设备市场的销售额一直处于不断上升的状态，市场潜力巨大。

　　本报记者 冯霄霞