淺談信息融合技術在周界入侵報警系統建設中的應用

楊 勇

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西西安710068）

0 引言

在安全防范領域，周界入侵報警是最基本、應用最廣泛的安全防范技術之一。對于一個防范體系來說，周界入侵報警系統是第一道防線，也是防范難度最大的防線。本文在分析周界入侵報警系統的發展現狀和信息融合技術的基礎上，對多傳感器信息融合技術在周界入侵報警系統建設中的應用進行了初步探討。

1 周界入侵報警系統的現狀

目前比較主流的周界報警產品主要包括：主動紅外對射探測器、微波對射入侵探測器、脈沖電子圍欄報警系統、泄漏電纜周界報警系統、靜電感應電纜報警系統、振動傳感電纜報警系統和振動光纜報警系統等相關產品，在周界入侵報警系統建設中發揮了重要作用，基本實現了入侵檢測、觸發報警和概略定位等功能。

然而，隨著安防建設的不斷深入以及安防應用的不斷普及，以前各個安防子系統獨立的問題也逐步顯現出來：一是各安防子系統相互獨立，缺乏聯動，發生緊急事件時不能高效發揮預警聯防的作用；二是各個安防系統獨立管理，管理與維護效率低下，警力與物力浪費明顯，部分系統存在漏報率高、環境適應性差、部署不方便、維護難度大等缺點和不足[1]。

隨著科技的發展，信息融合技術在周界入侵報警系統中的優勢越來越明顯。不同原理傳感器技術的發展、不同行業的周界入侵報警系統的業務需求反過來會對周界入侵報警系統的智能化水平提出更高的要求。智能化需求帶來了系統結構復雜、數據量大、用戶數多等問題，實現行業的精準劃分并給出切實可行的綜合解決方案是對企業綜合實力的一個嚴峻考驗。

2 信息融合技術

信息融合技術實質是對數據的感知和綜合過程，類似于人類對事物做出判斷的過程，人類基于感官（如人類五官）對事物表現出來的特征信息進行感知，并進行綜合分析，從而對事物進行判斷[2]。

2.1 信息融合技術的定義與原理

信息融合技術是以若干傳感器為基礎，按照所需達到的目標任務對傳感器信息進行協調管理，并構建相應的傳感器模型，在此基礎上對所收集的傳感器數據進行數據狀態統一、數據選擇剔除、數據分類和數據融合，以此達到對對象進行綜合準確判斷的目的。傳感器信息融合技術流程如圖1所示。

圖1 傳感器信息融合技術流程

信息融合技術的原理主要是對若干傳感器傳輸的多元信息進行層層處理，不斷實現對有效信息的抽象化和綜合化，以此提升目的決策的準確率。根據數據抽象程度，信息融合技術可以分為三個層次[2]：（1）數據級融合，即對同一類型傳感器數據進行集中整理，并按照一定原則剔除偽數據；（2）特征級融合，是對傳感器數據所表現的特征數據進行提取和融合，得出綜合性的特征向量，以此對目標做出判斷；（3）決策級融合，即對單一傳感器數據進行數據剔除、特征提取和數據判讀，然后通過綜合的決策平臺將各數據初判結果進行融合分析，得出目的決策結果。

2.2 基于D-S理論的信息融合技術

D-S理論在多傳感器信息融合中得到了廣泛應用。當命題信息不完整時，D-S理論能通過概率分配值賦予整個辨識框架來表示由于不知道而引起的不確定性（如M1（θ））。例如：在由兩個傳感器組成的融合系統中，假設存在四個目標：A1（合法靠近的人員）、A2（合法靠近的車輛）、A3（非法靠近的人員）和A4（非法靠近的車輛），傳感器1對目標類型的概率分配為M1（A1∪A3）=0.6，M1（θ）=0.4，其中M1（θ）對應著傳感器1在判斷目標屬于靠近人員時由不知道所引起的不確定性。傳感器2對目標類型的概率分配為M2（A3∪A4）=0.7，M2（θ）=0.3，其中M2（θ）對應著傳感器2在判定目標屬于非法靠近時由不知道所引起的不確定性。根據Dempster融合規則，目標屬于非法入侵的概率為M（A4∪A3）=0.4×0.7=0.28目標屬于非法靠近人員的概率為M（A3）=0.6×0.7=0.42，目標屬于靠近人員的概率為M（A1∪A3）=0.6×0.3=0.18。在多傳感器數據融合中，使用該方法降低了由于單傳感器性能缺陷引起的目標信息不知道而造成的不確定性，提高了目標識別的可信度。

3 多傳感器信息融合技術在周界入侵報警系統建設中的應用

本質上，多傳感器融合主要指信息的融合，以“目標識別”實現對周界的預警。為確保多傳感器融合技術在周界入侵報警系統中更好地應用，應明確其不同信息流層面的作用。

3.1 多傳感器信息融合技術系統構成

多傳感器信息融合技術主要包括傳感層、傳輸層、信息層、應用層。

（1）傳感層：傳感層是多傳感器融合技術的基礎，紅外對射傳感器、微波探測器、光纖傳感器等均屬于傳感層，作用在于對監控區域視頻信息、振動信息等的采集。

（2）傳輸層：傳輸層是傳輸傳感層信息的媒介，為傳感層采集的不同信號的傳輸提供保證。事實上，不同的信號類型采用不同的傳輸方式，如使用同軸電纜、無線、以太網、光纖等，以確保在不同監控環境中，監控區域信號的安全、完整傳輸。

（3）信息層：信息層主要負責接收傳輸層傳輸的信息，并對傳輸的信息進行處理、判定，決定是否進行報警。需要注意的是，當前傳感器自身能夠對信息進行處理，其輸出的即為報警信息，傳感信息處理器便依據報警策略實現對信息的判斷與融合。

（4）應用層：應用層包括視頻監控平臺、信息服務器、信息化平臺系統等，主要功能在于實現權限管理、防區管理、聯動管理及報警策略管理等。應用中人們更關注可疑地點、時間、目標，一些可疑目標周界環境中會夾雜出現動物、人員、車輛等，因此，需借助多個傳感器采集的信息，實現對可疑目標的有效分離。

3.2 多傳感器信息融合技術應用的實現

多傳感器信息融合技術包括空間維度與時間維度兩項內容，其中空間維度對應報警的地點信息，而時間維度對應報警的時間信息。其中時間維度融合重點內容在于時間窗口內報警策略的設定。第一種情況：在相同時間窗口內多個傳感器單元均進行了報警，才能判定為報警，而后允許將報警信號向應用層傳輸；第二種情況：在相同時間窗口中其中一個傳感器發出了報警，即判定為報警；第三種情況：處于第一種與第二種之間。其中第一種情況對單個傳感器漏報率具有較高要求；第二種情況要求單個傳感器具有較高的互補性，即，一種探測技術的性能能夠對另一種探測技術的不足加以很好地彌補。第二種情況具有較高的誤報率，因此，使用較低誤報率、互補性較強的探測器尤為關鍵。

空間維度融合主要在綜合分析周界入侵報警系統特點的基礎上進行多維度的防護。例如，針對機場周界，在防止人員從圍網穿過的同時，還應能夠避免人員高空拋物。詳細來講，空間防護包括地下、地面、低空三方面內容，其中地下指對掘地入侵的報警；地面主要指對破壞、攀爬柵欄行為進行報警；低空指對低空飛行器、翻越、拋物等情況的報警。為達到預期的效果，需要結合具體的空間位置進行全面分析，選擇合適的傳感器。例如，為防止挖掘入侵，可將光纖傳感器埋設在對應的地理位置上；為防止地面入侵，使用微波對射傳感器。

4 結語

多傳感器信息融合技術在周界入侵報警系統中的應用彌補了單一傳感器技術漏報、誤報情況的出現，提高了周界入侵安防質量，因此，加強多傳感器信息融合技術的研究具有重要的現實意義。