浅谈信息融合技术在周界入侵报警系统建设中的应用

2018-10-24杨勇

机电信息 2018年30期

杨勇

（中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西西安710068）

0 引言

在安全防范领域，周界入侵报警是最基本、应用最广泛的安全防范技术之一。对于一个防范体系来说，周界入侵报警系统是第一道防线，也是防范难度最大的防线。本文在分析周界入侵报警系统的发展现状和信息融合技术的基础上，对多传感器信息融合技术在周界入侵报警系统建设中的应用进行了初步探讨。

1 周界入侵报警系统的现状

目前比较主流的周界报警产品主要包括：主动红外对射探测器、微波对射入侵探测器、脉冲电子围栏报警系统、泄漏电缆周界报警系统、静电感应电缆报警系统、振动传感电缆报警系统和振动光缆报警系统等相关产品，在周界入侵报警系统建设中发挥了重要作用，基本实现了入侵检测、触发报警和概略定位等功能。

然而，随着安防建设的不断深入以及安防应用的不断普及，以前各个安防子系统独立的问题也逐步显现出来：一是各安防子系统相互独立，缺乏联动，发生紧急事件时不能高效发挥预警联防的作用；二是各个安防系统独立管理，管理与维护效率低下，警力与物力浪费明显，部分系统存在漏报率高、环境适应性差、部署不方便、维护难度大等缺点和不足[1]。

随着科技的发展，信息融合技术在周界入侵报警系统中的优势越来越明显。不同原理传感器技术的发展、不同行业的周界入侵报警系统的业务需求反过来会对周界入侵报警系统的智能化水平提出更高的要求。智能化需求带来了系统结构复杂、数据量大、用户数多等问题，实现行业的精准划分并给出切实可行的综合解决方案是对企业综合实力的一个严峻考验。

2 信息融合技术

信息融合技术实质是对数据的感知和综合过程，类似于人类对事物做出判断的过程，人类基于感官（如人类五官）对事物表现出来的特征信息进行感知，并进行综合分析，从而对事物进行判断[2]。

2.1 信息融合技术的定义与原理

信息融合技术是以若干传感器为基础，按照所需达到的目标任务对传感器信息进行协调管理，并构建相应的传感器模型，在此基础上对所收集的传感器数据进行数据状态统一、数据选择剔除、数据分类和数据融合，以此达到对对象进行综合准确判断的目的。传感器信息融合技术流程如图1所示。

图1 传感器信息融合技术流程

信息融合技术的原理主要是对若干传感器传输的多元信息进行层层处理，不断实现对有效信息的抽象化和综合化，以此提升目的决策的准确率。根据数据抽象程度，信息融合技术可以分为三个层次[2]：（1）数据级融合，即对同一类型传感器数据进行集中整理，并按照一定原则剔除伪数据；（2）特征级融合，是对传感器数据所表现的特征数据进行提取和融合，得出综合性的特征向量，以此对目标做出判断；（3）决策级融合，即对单一传感器数据进行数据剔除、特征提取和数据判读，然后通过综合的决策平台将各数据初判结果进行融合分析，得出目的决策结果。

2.2 基于D-S理论的信息融合技术

D-S理论在多传感器信息融合中得到了广泛应用。当命题信息不完整时，D-S理论能通过概率分配值赋予整个辨识框架来表示由于不知道而引起的不确定性（如M1（θ））。例如：在由两个传感器组成的融合系统中，假设存在四个目标：A1（合法靠近的人员）、A2（合法靠近的车辆）、A3（非法靠近的人员）和A4（非法靠近的车辆），传感器1对目标类型的概率分配为M1（A1∪A3）=0.6，M1（θ）=0.4，其中M1（θ）对应着传感器1在判断目标属于靠近人员时由不知道所引起的不确定性。传感器2对目标类型的概率分配为M2（A3∪A4）=0.7，M2（θ）=0.3，其中M2（θ）对应着传感器2在判定目标属于非法靠近时由不知道所引起的不确定性。根据Dempster融合规则，目标属于非法入侵的概率为M（A4∪A3）=0.4×0.7=0.28目标属于非法靠近人员的概率为M（A3）=0.6×0.7=0.42，目标属于靠近人员的概率为M（A1∪A3）=0.6×0.3=0.18。在多传感器数据融合中，使用该方法降低了由于单传感器性能缺陷引起的目标信息不知道而造成的不确定性，提高了目标识别的可信度。

3 多传感器信息融合技术在周界入侵报警系统建设中的应用

本质上，多传感器融合主要指信息的融合，以“目标识别”实现对周界的预警。为确保多传感器融合技术在周界入侵报警系统中更好地应用，应明确其不同信息流层面的作用。

3.1 多传感器信息融合技术系统构成

多传感器信息融合技术主要包括传感层、传输层、信息层、应用层。

（1）传感层：传感层是多传感器融合技术的基础，红外对射传感器、微波探测器、光纤传感器等均属于传感层，作用在于对监控区域视频信息、振动信息等的采集。

（2）传输层：传输层是传输传感层信息的媒介，为传感层采集的不同信号的传输提供保证。事实上，不同的信号类型采用不同的传输方式，如使用同轴电缆、无线、以太网、光纤等，以确保在不同监控环境中，监控区域信号的安全、完整传输。

（3）信息层：信息层主要负责接收传输层传输的信息，并对传输的信息进行处理、判定，决定是否进行报警。需要注意的是，当前传感器自身能够对信息进行处理，其输出的即为报警信息，传感信息处理器便依据报警策略实现对信息的判断与融合。

（4）应用层：应用层包括视频监控平台、信息服务器、信息化平台系统等，主要功能在于实现权限管理、防区管理、联动管理及报警策略管理等。应用中人们更关注可疑地点、时间、目标，一些可疑目标周界环境中会夹杂出现动物、人员、车辆等，因此，需借助多个传感器采集的信息，实现对可疑目标的有效分离。

3.2 多传感器信息融合技术应用的实现

多传感器信息融合技术包括空间维度与时间维度两项内容，其中空间维度对应报警的地点信息，而时间维度对应报警的时间信息。其中时间维度融合重点内容在于时间窗口内报警策略的设定。第一种情况：在相同时间窗口内多个传感器单元均进行了报警，才能判定为报警，而后允许将报警信号向应用层传输；第二种情况：在相同时间窗口中其中一个传感器发出了报警，即判定为报警；第三种情况：处于第一种与第二种之间。其中第一种情况对单个传感器漏报率具有较高要求；第二种情况要求单个传感器具有较高的互补性，即，一种探测技术的性能能够对另一种探测技术的不足加以很好地弥补。第二种情况具有较高的误报率，因此，使用较低误报率、互补性较强的探测器尤为关键。

空间维度融合主要在综合分析周界入侵报警系统特点的基础上进行多维度的防护。例如，针对机场周界，在防止人员从围网穿过的同时，还应能够避免人员高空抛物。详细来讲，空间防护包括地下、地面、低空三方面内容，其中地下指对掘地入侵的报警；地面主要指对破坏、攀爬栅栏行为进行报警；低空指对低空飞行器、翻越、抛物等情况的报警。为达到预期的效果，需要结合具体的空间位置进行全面分析，选择合适的传感器。例如，为防止挖掘入侵，可将光纤传感器埋设在对应的地理位置上；为防止地面入侵，使用微波对射传感器。