常用的數(shù)據(jù)融合方法及特性如表1所示。通常使用的方法依具體的應(yīng)用而定,并且,由于各種方法之間的互補(bǔ)性,實(shí)際上,常將2種或2種以上的方法組合進(jìn)行多傳感器數(shù)據(jù)融合。
3 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)域也在不斷擴(kuò)大,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。多傳感器數(shù)據(jù)融合作為一種可消除系統(tǒng)的不確定因素、提供準(zhǔn)確的觀測結(jié)果和綜合信息的智能化數(shù)據(jù)處理技術(shù),已在軍事、工業(yè)監(jiān)控、智能檢測、機(jī)器人、圖像分析、目標(biāo)檢測與跟蹤、自動目標(biāo)識別等領(lǐng)域獲得普遍關(guān)注和廣泛應(yīng)用。
(1)軍事應(yīng)用 數(shù)據(jù)融合技術(shù)起源于軍事領(lǐng)域,數(shù)據(jù)融合在軍事上應(yīng)用最早、范圍最廣,涉及戰(zhàn)術(shù)或戰(zhàn)略上的檢測、指揮、控制、通信和情報(bào)任務(wù)的各個(gè)方面。主要的應(yīng)用是進(jìn)行目標(biāo)的探測、跟蹤和識別,包括C31系統(tǒng)、自動識別武器、自主式運(yùn)載制導(dǎo)、遙感、戰(zhàn)場監(jiān)視和自動威脅識別系統(tǒng)等。如,對艦艇、飛機(jī)、導(dǎo)彈等的檢測、定位、跟蹤和識別及海洋監(jiān)視、空對空防御系統(tǒng)、地對空防御系統(tǒng)等。海洋監(jiān)視系統(tǒng)包括對潛艇、魚雷、水下導(dǎo)彈等目標(biāo)的檢測、跟蹤和識別,傳感器有雷達(dá)、聲納、遠(yuǎn)紅外、綜合孔徑雷達(dá)等??諏?、地對空防御系統(tǒng)主要用來檢測、跟蹤、識別敵方飛機(jī)、導(dǎo)彈和防空武器,傳感器包括雷達(dá)、ESM(電子支援措施)接收機(jī)、遠(yuǎn)紅外敵我識別傳感器、光電成像傳感器等。迄今為止,美、英、法、意、日、俄等國家已研制出了上百種軍事數(shù)據(jù)融合系統(tǒng),比較典型的有:TCAC—戰(zhàn)術(shù)指揮控制,BETA—戰(zhàn)場利用和目標(biāo)截獲系統(tǒng),AIDD—炮兵情報(bào)數(shù)據(jù)融合等。在近幾年發(fā)生的幾次局部戰(zhàn)爭中,數(shù)據(jù)融合顯示了強(qiáng)大的威力,特別是在海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭中,多國部隊(duì)的融合系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用。
(2)復(fù)雜工業(yè)過程控制 復(fù)雜工業(yè)過程控制是數(shù)據(jù)融合應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。目前,數(shù)據(jù)融合技術(shù)已在核反應(yīng)堆和石油平臺監(jiān)視等系統(tǒng)中得到應(yīng)用。融合的目的是識別引起系統(tǒng)狀態(tài)超出正常運(yùn)行范圍的故障條件,并據(jù)此觸發(fā)若干報(bào)警器。通過時(shí)間序列分析、頻率分析、小波分析,從各傳感器獲取的信號模式中提取出特征數(shù)據(jù),同時(shí),將所提取的特征數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別器,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別器進(jìn)行特征級數(shù)據(jù)融合,以識別出系統(tǒng)的特征數(shù)據(jù),并輸入到模糊專家系統(tǒng)進(jìn)行決策級融合;專家系統(tǒng)推理時(shí),從知識庫和數(shù)據(jù)庫中取出領(lǐng)域知識規(guī)則和參數(shù),與特征數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配(融合);最后,決策出被測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備工作狀況和故障等。
(3)機(jī)器人 多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的另一個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)闄C(jī)器人。目前,主要應(yīng)用在移動機(jī)器人和遙操作機(jī)器人上,因?yàn)檫@些機(jī)器人工作在動態(tài)、不確定與非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中(如“勇氣”號和“機(jī)遇”號火星車),這些高度不確定的環(huán)境要求機(jī)器人具有高度的自治能力和對環(huán)境的感知能力,而多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)正是提高機(jī)器人系統(tǒng)感知能力的有效方法。實(shí)踐證明:采用單個(gè)傳感器的機(jī)器人不具有完整、可靠地感知外部環(huán)境的能力。智能機(jī)器人應(yīng)采用多個(gè)傳感器,并利用這些傳感器的冗余和互補(bǔ)的特性來獲得機(jī)器人外部環(huán)境動態(tài)變化的、比較完整的信息,并對外部環(huán)境變化做出實(shí)時(shí)的響應(yīng)。目前,機(jī)器人學(xué)界提出向非結(jié)構(gòu)化環(huán)境進(jìn)軍,其核心的關(guān)鍵之一就是多傳感器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)融合。
(4)遙感 多傳感器融合在遙感領(lǐng)域中的應(yīng)用,主要是通過高空間分辨力全色圖像和低光譜分辨力圖像的融合,得到高空問分辨力和高光譜分辨力的圖像,融合多波段和多時(shí)段的遙感圖像來提高分類的準(zhǔn)確性。
(5)交通管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)融合技術(shù)可應(yīng)用于地面車輛定位、車輛跟蹤、車輛導(dǎo)航以及空中交通管制系統(tǒng)等。
(6)全局監(jiān)視 監(jiān)視較大范圍內(nèi)的人和事物的運(yùn)動和狀態(tài),需要運(yùn)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)。例如:根據(jù)各種醫(yī)療傳感器、病歷、病史、氣候、季節(jié)等觀測信息,實(shí)現(xiàn)對病人的自動監(jiān)護(hù);從空中和地面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)視莊稼生長情況,進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)測;根據(jù)衛(wèi)星云圖、氣流、溫度、壓力等觀測信息,實(shí)現(xiàn)天氣預(yù)報(bào)。
4 存在問題及發(fā)展趨勢
數(shù)據(jù)融合技術(shù)方興未艾,幾乎一切信息處理方法都可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)。隨著傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、人工智能技術(shù)、并行計(jì)算軟件和硬件技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,尤其是人工智能技術(shù)的進(jìn)步,新的、更有效的數(shù)據(jù)融合方法將不斷推出,多傳感器數(shù)據(jù)融合必將成為未來復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)智能檢測與數(shù)據(jù)處理的重要技術(shù),其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大。多傳感器數(shù)據(jù)融合不是一門單一的技術(shù),而是一門跨學(xué)科的綜合理論和方法,并且,是一個(gè)不很成熟的新研究領(lǐng)域,尚處在不斷變化和發(fā)展過程中。