廖凱寧

摘 要

信息融合是現(xiàn)代信息技術(shù)與多學(xué)科交叉、綜合、延拓產(chǎn)生的新的系統(tǒng)科學(xué)，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，微電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，它也得到了迅猛的發(fā)展，尤其近年來(lái)，它已受到廣泛關(guān)注，它的理論和方法已被應(yīng)用到許多研究領(lǐng)域。本文從信息融合的概念、融合方法以及應(yīng)用領(lǐng)域分別進(jìn)行論述，最后，給出了幾個(gè)面臨的挑戰(zhàn)問(wèn)題和將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】信息融合 多傳感器 模式識(shí)別

1 信息融合技術(shù)簡(jiǎn)介

隨著電子技術(shù)、信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及控制技術(shù)的飛速發(fā)展，各種面向復(fù)雜應(yīng)用背景的多傳感器系統(tǒng)大量涌現(xiàn)，在這些多傳感器系統(tǒng)中，信息表示的多樣性，信息數(shù)量的巨大性，信息關(guān)系的復(fù)雜性，以及要求信息處理的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性都是前所未有的。這就使得利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)獲得的多傳感器信息在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、優(yōu)化綜合以完成所需的估計(jì)與決策多傳感器信息融合技術(shù)得以迅速發(fā)展。信息融合處理過(guò)程主要包括這五個(gè)方面：過(guò)程調(diào)配--狀態(tài)估計(jì)--態(tài)勢(shì)分析--威脅估計(jì)--過(guò)程精煉。

2 信息融合的主要方法

利用多個(gè)傳感器所獲取的關(guān)于對(duì)象和環(huán)境全面、完整的信息，主要體現(xiàn)在融合算法上。因此，多傳感器系統(tǒng)的核心問(wèn)題是選擇合適的融合算法。對(duì)于多傳感器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，信息具有多樣性和復(fù)雜性，因此，對(duì)信息融合方法的基本要求是具有魯棒性和并行處理能力。此外，還有方法的運(yùn)算速度和精度、與前續(xù)預(yù)處理系統(tǒng)和后續(xù)信息識(shí)別系統(tǒng)的接口性能、與不同技術(shù)和方法的協(xié)調(diào)能力及對(duì)信息樣本的要求等。一般情況下，基于非線性的數(shù)學(xué)方法，如果它具有容錯(cuò)性、自適應(yīng)性、聯(lián)想記憶和并行處理能力，則都可以用來(lái)作為融合方法。

多傳感器數(shù)據(jù)融合雖然未形成完整的理論體系和有效的融合算法，但在不少應(yīng)用領(lǐng)域根據(jù)各自的具體應(yīng)用背景，已經(jīng)提出了許多成熟并且有效的融合方法。多傳感器數(shù)據(jù)融合的常用方法基本上可概括為隨機(jī)和人工智能兩大類：隨機(jī)類方法有加權(quán)平均法、卡爾曼濾波法、多貝葉斯估計(jì)法、Dempster-Shafer（D-S）證據(jù)推理、產(chǎn)生式規(guī)則等；而人工智能類則有模糊邏輯理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粗集理論、專家系統(tǒng)等?？梢灶A(yù)見(jiàn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能等新概念、新技術(shù)在多傳感器數(shù)據(jù)融合中將起到越來(lái)越重要的作用。

3 信息融合的應(yīng)用舉例

信息融合技術(shù)已經(jīng)從早期的單一軍事應(yīng)用到目前廣泛地滲透到社會(huì)的各個(gè)角落，對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步和世界的認(rèn)識(shí)與改造起到了巨大的推動(dòng)作用。其中包括有移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)、模式識(shí)別、糧倉(cāng)溫度采集系統(tǒng)等。以下以糧倉(cāng)溫度采集系統(tǒng)為例展開(kāi)說(shuō)明：糧倉(cāng)溫度采集系統(tǒng)，糧倉(cāng)環(huán)境的自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)于提高環(huán)境控制的精確度、節(jié)約能源、提高糧倉(cāng)的管理水平、保障儲(chǔ)備糧食的儲(chǔ)存質(zhì)量具有舉足輕重的作用。然而由于糧倉(cāng)環(huán)境的自然特性，其溫度分布在各點(diǎn)的值是不均勻的。因此，需要采集多點(diǎn)溫度值進(jìn)行綜合來(lái)準(zhǔn)確判別糧倉(cāng)內(nèi)的溫度狀況。針對(duì)以往大都是取糧倉(cāng)內(nèi)的平均溫度來(lái)進(jìn)行判別使得部分傳感器數(shù)據(jù)不正確的缺陷，則提出在多傳感器溫度信息采集的基礎(chǔ)上進(jìn)行糧倉(cāng)溫度采集，采用信息融合方法以提高溫度采集的精度，從而得到糧倉(cāng)溫度的準(zhǔn)確信息。

4 信息融合技術(shù)的發(fā)展前景

4.1 目前所存在的問(wèn)題

雖然信息融合技術(shù)廣泛應(yīng)用于當(dāng)前生活、軍事的很多方面，但至今尚未形成完整的理論框架，尤其是在信息融合系統(tǒng)的功能模型、抽象層次、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能評(píng)價(jià)等方面還有待于從系統(tǒng)角度進(jìn)行探討。當(dāng)前信息融合研究仍：未形成基本的理論框架和有效廣義模型及算法、關(guān)聯(lián)的二義性是信息融合中的主要障礙、融合系統(tǒng)的容錯(cuò)性和穩(wěn)健型沒(méi)有得到很好的解決、信息融合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還存在許多的實(shí)際問(wèn)題。

4.2 發(fā)展展望

信息融合技術(shù)的研究與應(yīng)用越來(lái)越深入與廣泛，已經(jīng)由軍事領(lǐng)域逐步擴(kuò)展到民用領(lǐng)域。在我國(guó)信息融合的研究具有探索陛和預(yù)研性。具有魯棒性、自適應(yīng)性和自學(xué)習(xí)能力的智能化信息處理方法逐漸成為構(gòu)建信息融合新方法的主要途徑。結(jié)合上述情況，我國(guó)可以在以下幾方面進(jìn)行研究與探索。

（1）確立信息融合理論標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。目前的實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目都是針對(duì)特定的對(duì)象和領(lǐng)域所進(jìn)行的，缺乏統(tǒng)一的系統(tǒng)模型建立標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，所以這方面有待進(jìn)一步的研究發(fā)展。

（2）多種融合方法相結(jié)合。隨著人們對(duì)信息融合系統(tǒng)的性能要求越來(lái)越高，單單依靠某一種方法很難奏效，因此多種基于不確定性推理的融合方法的互補(bǔ)是必然的。例如可以將D—S方法和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，這樣既可以利用D.s方法和模糊理論來(lái)處理不精確的、模糊的信息，還可以充分發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和容錯(cuò)能力，這樣對(duì)不確定信息的融合就具有較強(qiáng)的魯棒性。

（3）開(kāi)展信息融合仿真技術(shù)。是信息融合技術(shù)是國(guó)際研究的熱點(diǎn)，也是未來(lái)發(fā)展的總趨勢(shì)，必須進(jìn)行研究，在傳感器性能沒(méi)有達(dá)到實(shí)際要求的情況下，實(shí)時(shí)仿真就是一種很好的方法。實(shí)時(shí)仿真不僅可以節(jié)約大量的試驗(yàn)費(fèi)用，節(jié)省人力、物力，還可以在仿真平臺(tái)上避開(kāi)“傳感器瓶頸”問(wèn)題進(jìn)一步研究各種信息融合方法，為開(kāi)展理論研究提供參考依據(jù)。目前，國(guó)內(nèi)在信息融合領(lǐng)域的仿真研究還開(kāi)展得不夠廣泛，應(yīng)該大力加強(qiáng)。

（4）開(kāi)展基礎(chǔ)理論研究。結(jié)合目前信息融合領(lǐng)域的難點(diǎn)，應(yīng)該在以下幾方面進(jìn)行研究：信息融合系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類別的收集方法、組織方法和管理方法；數(shù)據(jù)融合過(guò)程的功能分解；基于信息圖概念的分布式多目標(biāo)多傳感器跟蹤的一般理論；人工智能在信息融合中的應(yīng)用；建立信息融合系統(tǒng)性能評(píng)估的指標(biāo)體系；研究可計(jì)算的、復(fù)雜度低的有效的算法和模型建立計(jì)算；建立和開(kāi)發(fā)通用軟件包，研究知識(shí)和數(shù)據(jù)的獲取、表示和處理技術(shù)，開(kāi)發(fā)具有推理和知識(shí)更新的適應(yīng)于各種平臺(tái)的公用庫(kù)和通用軟件包。

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作者單位

中國(guó)地震局地質(zhì)研究所 北京市 100029endprint