傳感器是一種能感受信息，并實(shí)現(xiàn)將感受到的信息進(jìn)行傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求的檢測裝置。傳感技術(shù)同計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。

隨著與傳感器技術(shù)相關(guān)的各種軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，多傳感器信息融合至今已形成和發(fā)展成為一門信息綜合處理的專門技術(shù)，并很快推廣應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人、智能檢測、自動控制、交通管理和醫(yī)療診斷等多種領(lǐng)域。在廣泛應(yīng)用的過程當(dāng)中，多傳感器信息融合技術(shù)也越來越受到人們的普遍關(guān)注。

多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理就像人的大腦綜合處理信息的過程一樣，將各種傳感器進(jìn)行多層次、多空間的信息互補(bǔ)和優(yōu)化組合處理，最終產(chǎn)生對觀測環(huán)境的一致性解釋。在這個(gè)過程中要充分地利用多源數(shù)據(jù)進(jìn)行合理支配與使用，而信息融合的最終目標(biāo)則是基于各傳感器獲得的分離觀測信息，通過對信息多級別、多方面組合導(dǎo)出更多有用信息。這不僅是利用了多個(gè)傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢，而且也綜合處理了其它信息源的數(shù)據(jù)來提高整個(gè)傳感器系統(tǒng)的智能化。

多傳感器融合系統(tǒng)具有四個(gè)顯著的特點(diǎn)：

1、信息的冗余性：對于環(huán)境的某個(gè)特征，可以通過多個(gè)傳感器(或者單個(gè)傳感器的多個(gè)不同時(shí)刻)得到它的多份信息，這些信息是冗余的，并且具有不同的可靠性，通過融合處理，可以從中提取出更加準(zhǔn)確和可靠的信息。此外，信息的冗余性可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而能夠避免因單個(gè)傳感器失效而對整個(gè)系統(tǒng)所造成的影響。

2、信息的互補(bǔ)性：不同種類的傳感器可以為系統(tǒng)提供不同性質(zhì)的信息，這些信息所描述的對象是不同的環(huán)境特征，它們彼此之間具有互補(bǔ)性。如果定義一個(gè)由所有特征構(gòu)成的坐標(biāo)空間，那么每個(gè)傳感器所提供的信息只屬于整個(gè)空間的一個(gè)子空間，和其他傳感器形成的空間相互獨(dú)立。

3、信息處理的及時(shí)性：各傳感器的處理過程相互獨(dú)立，整個(gè)處理過程可以采用并行導(dǎo)熱處理機(jī)制，從而使系統(tǒng)具有更快的處理速度，提供更加及時(shí)的處理結(jié)果。

4、信息處理的低成本性：多個(gè)傳感器可以花費(fèi)更少的代價(jià)來得到相當(dāng)于單傳感器所能得到的信息量。另一方面，如果不將單個(gè)傳感器所提供的信息用來實(shí)現(xiàn)其他功能，單個(gè)傳感器的成本和多傳感器的成本之和是相當(dāng)?shù)摹?/p>

信息融合作為對多傳感器信息的綜合處理過程，具有本質(zhì)的復(fù)雜性。在信息融合處理過程中，根據(jù)對原始數(shù)據(jù)處理方法的不同，信息融合系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要有三種：集中式、分布式和混合式。

1、集中式：集中式將各傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)直接送至中央處理器進(jìn)行融合處理，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)融合，其數(shù)據(jù)處理的精度高，算法靈活，缺點(diǎn)是對處理器要求高，可靠性較低，數(shù)據(jù)量大，故難于實(shí)現(xiàn)。

2、分布式：每個(gè)傳感器對獲得的原始數(shù)據(jù)先進(jìn)行局部處理，包括對原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理、分類及提取特征信息，并通過各自的決策準(zhǔn)則分別作出決策，然后將結(jié)果送入融合中心進(jìn)行融合以獲得最終的決策。分布式對通信帶寬需求低、計(jì)算速度快、可靠性和延續(xù)性好，但跟蹤精度沒有集中式高。

3、混合式：大多情況是把上述二者進(jìn)行不同的組合，形成一種混合式結(jié)構(gòu)。它保留了上述兩類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，但在通信和計(jì)算上要付出較昂貴的代價(jià)。但是，此類系統(tǒng)也有上述兩類系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢，在實(shí)際場合往往采用此類結(jié)構(gòu)。

最近，多功能集成化傳感器研究受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，化學(xué)分析、生物保護(hù)等方面的集成傳感器相繼問世。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，人們可以在同一材料上制作幾種敏感元器件，制成能夠檢測多個(gè)參量的集成化多功能傳感器。多功能傳感器主要有幾種不同的工作原理及結(jié)構(gòu)形式，其中，由于集成度高、體積小，各個(gè)敏感元器件的工作氛圍相同，容易實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償和校正等優(yōu)勢，將幾種不同的敏感元器件制作在同一個(gè)硅片，制成集成化多功能傳感器將是多功能傳感器發(fā)展的一個(gè)方向。

此外，引進(jìn)中間件技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)多傳感器集成的一個(gè)常見舉措。由于不同類型的傳感器所提供的感知數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一致，為了實(shí)現(xiàn)接入不同類型、不同廠家的傳感器，系統(tǒng)要解決異構(gòu)感知數(shù)據(jù)的接入和處理問題，以及各層之間交互協(xié)議的轉(zhuǎn)換與解析問題，而中間件是實(shí)現(xiàn)底層硬件設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸、過濾、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及交互協(xié)議的轉(zhuǎn)化與解析的一種中間程序。

中間件技術(shù)與系統(tǒng)的應(yīng)用是順應(yīng)目前安防市場發(fā)展形勢之舉。目前已有的安防系統(tǒng)主要由以下特點(diǎn)：

①安防系統(tǒng)軟件主要是由安防設(shè)備廠商所提供的專用C/S架構(gòu)軟件。通常情況下，這種軟件只能識別該設(shè)備廠商的一款或者幾款產(chǎn)品，無法兼容其他廠商的產(chǎn)品，其內(nèi)部通信協(xié)議與信息格式完全封閉，導(dǎo)致可擴(kuò)展性差。并且由于C/S架構(gòu)軟件自身所具有的使用前安裝和無法統(tǒng)一升級等缺點(diǎn)，一旦設(shè)備提供商有新的產(chǎn)品上市了，原先的軟件也無法兼容該產(chǎn)品，只能是先對系統(tǒng)進(jìn)行升級，然后讓所有用戶都重新安裝一遍，極大降低了用戶體驗(yàn)，同時(shí)對于廠商來說，開發(fā)、維護(hù)、升級的成本都大大提高，系統(tǒng)的兼容性與可擴(kuò)展性差。

②有些安防系統(tǒng)是僅針對某一類型安防設(shè)備的單一系統(tǒng)，或者是集成了多個(gè)子系統(tǒng)，但各個(gè)子系統(tǒng)之間獨(dú)立工作。每一個(gè)子系統(tǒng)都要單獨(dú)監(jiān)控的話，將耗費(fèi)大量的人力物力；并且同一事件引起各個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立報(bào)警，導(dǎo)致監(jiān)控人員認(rèn)為是兩次不相關(guān)的報(bào)警，這也將給監(jiān)控人員帶來許多不便，造成人力資源的浪費(fèi)。

而我們的實(shí)際項(xiàng)目需求是：可以接入不同類型、不同廠家的傳感器設(shè)備，包括紅外傳感器、溫度傳感器和攝像頭；用戶體驗(yàn)性好，不需要在使用軟件前先進(jìn)行安裝，只要在可以聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，通過瀏覽器即可查看實(shí)時(shí)的警情信息；可維護(hù)性好，如果系統(tǒng)進(jìn)行更新升級，只需要對服務(wù)器端的代碼進(jìn)行更新即可，而不是對所有客戶端的軟件進(jìn)行升級；形成一個(gè)整體的安防系統(tǒng)，而不是各個(gè)子系統(tǒng)單一工作；不同類型的傳感器之間可以協(xié)同報(bào)警，從而提供更為全面的報(bào)警信息；智能化程度高，監(jiān)控人員不用再7*24時(shí)間監(jiān)視著視頻墻，一旦有異常情況出現(xiàn)，系統(tǒng)會自動進(jìn)行分析，并以圖像、聲音、短信的方式通知監(jiān)控人員，同時(shí)會對報(bào)警時(shí)段進(jìn)行錄像，這樣就無需事后從大量監(jiān)控視頻中尋找異常畫面。

1多傳感器融合系統(tǒng)四個(gè)顯著的特點(diǎn)

傳感器是一種能感受信息，并實(shí)現(xiàn)將感受到的信息進(jìn)行傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求的檢測裝置。傳感技術(shù)同計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。

隨著與傳感器技術(shù)相關(guān)的各種軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，多傳感器信息融合至今已形成和發(fā)展成為一門信息綜合處理的專門技術(shù)，并很快推廣應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人、智能檢測、自動控制、交通管理和醫(yī)療診斷等多種領(lǐng)域。在廣泛應(yīng)用的過程當(dāng)中，多傳感器信息融合技術(shù)也越來越受到人們的普遍關(guān)注。

多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理就像人的大腦綜合處理信息的過程一樣，將各種傳感器進(jìn)行多層次、多空間的信息互補(bǔ)和優(yōu)化組合處理，最終產(chǎn)生對觀測環(huán)境的一致性解釋。在這個(gè)過程中要充分地利用多源數(shù)據(jù)進(jìn)行合理支配與使用，而信息融合的最終目標(biāo)則是基于各傳感器獲得的分離觀測信息，通過對信息多級別、多方面組合導(dǎo)出更多有用信息。這不僅是利用了多個(gè)傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢，而且也綜合處理了其它信息源的數(shù)據(jù)來提高整個(gè)傳感器系統(tǒng)的智能化。

多傳感器融合系統(tǒng)具有四個(gè)顯著的特點(diǎn)：

1、信息的冗余性：對于環(huán)境的某個(gè)特征，可以通過多個(gè)傳感器(或者單個(gè)傳感器的多個(gè)不同時(shí)刻)得到它的多份信息，這些信息是冗余的，并且具有不同的可靠性，通過融合處理，可以從中提取出更加準(zhǔn)確和可靠的信息。此外，信息的冗余性可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而能夠避免因單個(gè)傳感器失效而對整個(gè)系統(tǒng)所造成的影響。

2、信息的互補(bǔ)性：不同種類的傳感器可以為系統(tǒng)提供不同性質(zhì)的信息，這些信息所描述的對象是不同的環(huán)境特征，它們彼此之間具有互補(bǔ)性。如果定義一個(gè)由所有特征構(gòu)成的坐標(biāo)空間，那么每個(gè)傳感器所提供的信息只屬于整個(gè)空間的一個(gè)子空間，和其他傳感器形成的空間相互獨(dú)立。

3、信息處理的及時(shí)性：各傳感器的處理過程相互獨(dú)立，整個(gè)處理過程可以采用并行導(dǎo)熱處理機(jī)制，從而使系統(tǒng)具有更快的處理速度，提供更加及時(shí)的處理結(jié)果。

4、信息處理的低成本性：多個(gè)傳感器可以花費(fèi)更少的代價(jià)來得到相當(dāng)于單傳感器所能得到的信息量。另一方面，如果不將單個(gè)傳感器所提供的信息用來實(shí)現(xiàn)其他功能，單個(gè)傳感器的成本和多傳感器的成本之和是相當(dāng)?shù)摹?/p>

信息融合作為對多傳感器信息的綜合處理過程，具有本質(zhì)的復(fù)雜性。在信息融合處理過程中，根據(jù)對原始數(shù)據(jù)處理方法的不同，信息融合系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要有三種：集中式、分布式和混合式。

1、集中式：集中式將各傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)直接送至中央處理器進(jìn)行融合處理，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)融合，其數(shù)據(jù)處理的精度高，算法靈活，缺點(diǎn)是對處理器要求高，可靠性較低，數(shù)據(jù)量大，故難于實(shí)現(xiàn)。

2、分布式：每個(gè)傳感器對獲得的原始數(shù)據(jù)先進(jìn)行局部處理，包括對原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理、分類及提取特征信息，并通過各自的決策準(zhǔn)則分別作出決策，然后將結(jié)果送入融合中心進(jìn)行融合以獲得最終的決策。分布式對通信帶寬需求低、計(jì)算速度快、可靠性和延續(xù)性好，但跟蹤精度沒有集中式高。

3、混合式：大多情況是把上述二者進(jìn)行不同的組合，形成一種混合式結(jié)構(gòu)。它保留了上述兩類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，但在通信和計(jì)算上要付出較昂貴的代價(jià)。但是，此類系統(tǒng)也有上述兩類系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢，在實(shí)際場合往往采用此類結(jié)構(gòu)。

2多功能集成化傳感器研究受關(guān)注

最近，多功能集成化傳感器研究受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，化學(xué)分析、生物保護(hù)等方面的集成傳感器相繼問世。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，人們可以在同一材料上制作幾種敏感元器件，制成能夠檢測多個(gè)參量的集成化多功能傳感器。多功能傳感器主要有幾種不同的工作原理及結(jié)構(gòu)形式，其中，由于集成度高、體積小，各個(gè)敏感元器件的工作氛圍相同，容易實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償和校正等優(yōu)勢，將幾種不同的敏感元器件制作在同一個(gè)硅片，制成集成化多功能傳感器將是多功能傳感器發(fā)展的一個(gè)方向。

此外，引進(jìn)中間件技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)多傳感器集成的一個(gè)常見舉措。由于不同類型的傳感器所提供的感知數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一致，為了實(shí)現(xiàn)接入不同類型、不同廠家的傳感器，系統(tǒng)要解決異構(gòu)感知數(shù)據(jù)的接入和處理問題，以及各層之間交互協(xié)議的轉(zhuǎn)換與解析問題，而中間件是實(shí)現(xiàn)底層硬件設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸、過濾、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及交互協(xié)議的轉(zhuǎn)化與解析的一種中間程序。

中間件技術(shù)與系統(tǒng)的應(yīng)用是順應(yīng)目前安防市場發(fā)展形勢之舉。目前已有的安防系統(tǒng)主要由以下特點(diǎn)：

①安防系統(tǒng)軟件主要是由安防設(shè)備廠商所提供的專用C/S架構(gòu)軟件。通常情況下，這種軟件只能識別該設(shè)備廠商的一款或者幾款產(chǎn)品，無法兼容其他廠商的產(chǎn)品，其內(nèi)部通信協(xié)議與信息格式完全封閉，導(dǎo)致可擴(kuò)展性差。并且由于C/S架構(gòu)軟件自身所具有的使用前安裝和無法統(tǒng)一升級等缺點(diǎn)，一旦設(shè)備提供商有新的產(chǎn)品上市了，原先的軟件也無法兼容該產(chǎn)品，只能是先對系統(tǒng)進(jìn)行升級，然后讓所有用戶都重新安裝一遍，極大降低了用戶體驗(yàn)，同時(shí)對于廠商來說，開發(fā)、維護(hù)、升級的成本都大大提高，系統(tǒng)的兼容性與可擴(kuò)展性差。

②有些安防系統(tǒng)是僅針對某一類型安防設(shè)備的單一系統(tǒng)，或者是集成了多個(gè)子系統(tǒng)，但各個(gè)子系統(tǒng)之間獨(dú)立工作。每一個(gè)子系統(tǒng)都要單獨(dú)監(jiān)控的話，將耗費(fèi)大量的人力物力；并且同一事件引起各個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立報(bào)警，導(dǎo)致監(jiān)控人員認(rèn)為是兩次不相關(guān)的報(bào)警，這也將給監(jiān)控人員帶來許多不便，造成人力資源的浪費(fèi)。

而我們的實(shí)際項(xiàng)目需求是：可以接入不同類型、不同廠家的傳感器設(shè)備，包括紅外傳感器、溫度傳感器和攝像頭；用戶體驗(yàn)性好，不需要在使用軟件前先進(jìn)行安裝，只要在可以聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，通過瀏覽器即可查看實(shí)時(shí)的警情信息；可維護(hù)性好，如果系統(tǒng)進(jìn)行更新升級，只需要對服務(wù)器端的代碼進(jìn)行更新即可，而不是對所有客戶端的軟件進(jìn)行升級；形成一個(gè)整體的安防系統(tǒng)，而不是各個(gè)子系統(tǒng)單一工作；不同類型的傳感器之間可以協(xié)同報(bào)警，從而提供更為全面的報(bào)警信息；智能化程度高，監(jiān)控人員不用再7*24時(shí)間監(jiān)視著視頻墻，一旦有異常情況出現(xiàn)，系統(tǒng)會自動進(jìn)行分析，并以圖像、聲音、短信的方式通知監(jiān)控人員，同時(shí)會對報(bào)警時(shí)段進(jìn)行錄像，這樣就無需事后從大量監(jiān)控視頻中尋找異常畫面。