時(shí)間:2006-06-20 14:04:00來(lái)源:0
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(cè)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(cè)、機(jī)器人、圖像分析、目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)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(cè)、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(cè)、跟蹤和識(shí)別,包括C31系統(tǒng)、自動(dòng)識(shí)別武器、自主式運(yùn)載制導(dǎo)、遙感、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和自動(dòng)威脅識(shí)別系統(tǒng)等。如,對(duì)艦艇、飛機(jī)、導(dǎo)彈等的檢測(cè)、定位、跟蹤和識(shí)別及海洋監(jiān)視、空對(duì)空防御系統(tǒng)、地對(duì)空防御系統(tǒng)等。海洋監(jiān)視系統(tǒng)包括對(duì)潛艇、魚(yú)雷、水下導(dǎo)彈等目標(biāo)的檢測(cè)、跟蹤和識(shí)別,傳感器有雷達(dá)、聲納、遠(yuǎn)紅外、綜合孔徑雷達(dá)等?諏(duì)空、地對(duì)空防御系統(tǒng)主要用來(lái)檢測(cè)、跟蹤、識(shí)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(shí)別傳感器、光電成像傳感器等。迄今為止,美、英、法、意、日、俄等國(guó)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(chǎng)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(zhēng)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(zhēng)和科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中,多國(guó)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(guò)程控制
復(fù)雜工業(yè)過(guò)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(tái)監(jiān)視等系統(tǒng)中得到應(yīng)用。融合的目的是識(shí)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(guò)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(hào)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(shí)別器,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別器進(jìn)行特征級(jí)數(shù)據(jù)融合,以識(shí)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(jí)融合;專家系統(tǒng)推理時(shí),從知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中取出領(lǐng)域知識(shí)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(cè)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(dòng)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(dòng)態(tài)、不確定與非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中(如“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)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(duì)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(lái)獲得機(jī)器人外部環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的、比較完整的信息,并對(duì)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(guò)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(wèn)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(lái)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(dòng)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(cè)信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)病人的自動(dòng)監(jiān)護(hù);從空中和地面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)視莊稼生長(zhǎng)情況,進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)測(cè);根據(jù)衛(wèi)星云圖、氣流、溫度、壓力等觀測(cè)信息,實(shí)現(xiàn)天氣預(yù)報(bào)。
4 存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)
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(lái)復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)智能檢測(cè)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(guò)程中。
4.1 數(shù)據(jù)融合存在的問(wèn)題
(1)尚未建立統(tǒng)一的融合理論和有效廣義融合模型及算法;
(2)對(duì)數(shù)據(jù)融合的具體方法的研究尚處于初步階段;
(3)還沒(méi)有很好解決融合系統(tǒng)中的容錯(cuò)性或魯棒性問(wèn)題;
(4)關(guān)聯(lián)的二義性是數(shù)據(jù)融合中的主要障礙;
(5)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還存在許多實(shí)際問(wèn)題。
4.2 數(shù)據(jù)融合發(fā)展趨勢(shì)
數(shù)據(jù)融合的發(fā)展趨勢(shì)如下:
(1)建立統(tǒng)一的融合理論、數(shù)據(jù)融合的體系結(jié)構(gòu)和廣義融合模型;
(2)解決數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、人機(jī)接口、通用軟件包開(kāi)發(fā)問(wèn)題,利用成熟的輔助技術(shù),建立面向具體應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)融合系統(tǒng);
(3)將人工智能技術(shù),如,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊理論、專家理論等引入到數(shù)據(jù)融合領(lǐng)域;利用集成的計(jì)算智能方法(如,模糊邏輯+神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),遺傳算法+模糊+神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)提高多傳感融合的性能;
(4)解決不確定性因素的表達(dá)和推理演算,例如:引入灰數(shù)的概念;
(5)利用有關(guān)的先驗(yàn)數(shù)據(jù)提高數(shù)據(jù)融合的性能,研究更加先進(jìn)復(fù)雜的融合算法(未知和動(dòng)態(tài)環(huán)境中,采用并行計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)多傳感器集成與融合方法的研究等);
(6)在多平臺(tái)/單平臺(tái)、異類/同類多傳感器的應(yīng)用背景下,建立計(jì)算復(fù)雜程度低,同時(shí),又能滿足任務(wù)要求的數(shù)據(jù)處理模型和算法;
(7)構(gòu)建數(shù)據(jù)融合測(cè)試評(píng)估平臺(tái)和多傳感器管理體系;
(8)將已有的融合方法工程化與商品化,開(kāi)發(fā)能夠提供多種復(fù)雜融合算法的處理硬件,以便在數(shù)據(jù)獲取的同時(shí)就實(shí)時(shí)地完成融合。
5 結(jié)束語(yǔ)
隨著研究者的不斷努力,不久的將來(lái),數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)理論、兼有魯棒性和準(zhǔn)確性的融合算法將不斷地得到完善,實(shí)現(xiàn)技術(shù)將不斷地得到更新,實(shí)際應(yīng)用將不斷地被擴(kuò)展。多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)必將不斷地走向成熟。
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