信息融合課件

1、信息融合技術(shù)信息融合技術(shù)Information Fusion Technology 朱瑾航運(yùn)技術(shù)與控制工程交通部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室本次課程提要n碩士階段學(xué)習(xí)狀態(tài)n信息融合概述信息融合的定義n表述分為兩類：1、信息融合是一種處理過(guò)程n信息融合是將多源信息或多個(gè)傳感器獲取的信息進(jìn)行有目的的組合。n信息融合是由多種信息源（如傳感器、數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、人本身等）獲取信息，并進(jìn)行濾波、相關(guān)和集成，從而形成一個(gè)適合信息選擇達(dá)到統(tǒng)一目的（如目標(biāo)識(shí)別跟蹤、態(tài)勢(shì)估計(jì)、傳感器管理和系統(tǒng)控制等）的表示構(gòu)架。n2、信息融合是一門技術(shù)或理論方法和工具n信息融合是一門解決來(lái)自多源數(shù)據(jù)與信息的關(guān)聯(lián)、相關(guān)和組合等的處理技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)研

2、究實(shí)體的精確定位及其特性估計(jì)，并完整及時(shí)地證實(shí)其勢(shì)態(tài)與威脅及其意義。n信息融合是協(xié)同利用多源信息（如傳感器、數(shù)據(jù)庫(kù)、人為獲取的信息等）進(jìn)行決策和行動(dòng)的理論、技術(shù)和工具，旨在比僅利用單信息源或非協(xié)同利用部分多源信息獲得更精確和更穩(wěn)健的性能。n信息融合的定義 信息融合就是將來(lái)自多個(gè)傳感器或多源的信息進(jìn)行綜合處理，從而得出更為準(zhǔn)確、可靠的結(jié)論。n信息：待分析或了解實(shí)體（事物或事件）感知量的總稱n數(shù)據(jù)是信息的載體與源泉n信息的提取與研究分析的目的密切相關(guān)n多傳感器數(shù)據(jù)融合：由相關(guān)和融合處理形成的過(guò)程，將變換傳感器測(cè)量到?jīng)Q策對(duì)象狀態(tài)估計(jì)和更新n信息融合：對(duì)各種知識(shí)源和傳感器來(lái)的信息進(jìn)行獲取、處理和智能組

3、合，以對(duì)所考慮現(xiàn)象更好的理解信息融合的數(shù)學(xué)本質(zhì)n信息融合的數(shù)學(xué)本質(zhì)多元變量決策n涉及的基礎(chǔ)學(xué)科：概率與統(tǒng)計(jì)、信號(hào)處理、模式識(shí)別與人工智能、最優(yōu)化處理、系統(tǒng)與評(píng)估等n從功能上包括：感知與感覺(jué)、決策和有效的綜合集成、邏輯推理與學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)分析、分布式網(wǎng)絡(luò)的層次融合處理和多傳感器感知、理解系統(tǒng)等 信息融合基礎(chǔ)概念1、融合單元和融合結(jié)構(gòu)n融合處理過(guò)程：根據(jù)決策任務(wù)及其可以使用的多信息資源完成既定融合決策任務(wù)的處理過(guò)程。n融合單元僅進(jìn)行一次多變量融合決策處理的過(guò)程。由變量、決策方法和決策結(jié)果組成。 融合單元的基本組成：n變量：多個(gè)變量的準(zhǔn)確表述和協(xié)調(diào)n決策方法：決策函數(shù)是對(duì)輸入多變量實(shí)施融合決策所采用的方

4、法。 確定性的決策方法、基于推理的統(tǒng)計(jì)建立決策函數(shù)、最優(yōu)統(tǒng)計(jì)決策函數(shù)、不精確推理方法等。n決策結(jié)果：融合單元的輸出。類型為解釋性的判斷型變量、實(shí)體和目標(biāo)或事件的狀態(tài)估計(jì)。 衡量標(biāo)準(zhǔn)：準(zhǔn)確度、置信度和穩(wěn)定度。n融合結(jié)構(gòu)需要多次融合處理的過(guò)程。n融合結(jié)構(gòu)包括：集中式、層次式、分布式、反饋式等。n涉及融合單元集成的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)形式對(duì)決策處理要求及其結(jié)果的影響、特殊的融合結(jié)構(gòu)形式等。 2、如何進(jìn)行信息融合 信息融合的設(shè)計(jì)流程圖融合決策任務(wù)表述數(shù)據(jù)或信息匯集和關(guān)聯(lián)融合過(guò)程 結(jié)構(gòu)和算法性能評(píng)估學(xué)習(xí)訓(xùn)練信息融合基礎(chǔ)概念3、典型的融合處理過(guò)程 傳感器傳感器傳感器傳感器數(shù)據(jù)配準(zhǔn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)融合決策 先驗(yàn)?zāi)Ｐ?響應(yīng)

5、 決策傳感器管理模型管理n數(shù)據(jù)配準(zhǔn)：以統(tǒng)一的格式表示所有輸入數(shù)據(jù)的處理過(guò)程。n困難：輸入數(shù)據(jù)類型差異、反應(yīng)在誤差和達(dá)到上的數(shù)據(jù)質(zhì)量困難變化等。n可能解決方法：引入外部參考系統(tǒng)的定位信息等。 n數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：以待分析的目標(biāo)或事件為中心，將一個(gè)輸入數(shù)據(jù)（特征）集與另外一個(gè)數(shù)據(jù)（特征）集相關(guān)聯(lián)的處理過(guò)程。n困難：不同數(shù)據(jù)（特征）集中的“目標(biāo)”數(shù)目不一致；輸入數(shù)據(jù)不精確、不一致；輸入數(shù)據(jù)有相關(guān)的噪聲/誤差等。n可能解決方法：產(chǎn)生一組可能表示現(xiàn)實(shí)世界的模型假設(shè)，利用方法選擇與獲取數(shù)據(jù)最接近的假設(shè)等。n融合決策：在先驗(yàn)?zāi)Ｐ椭С窒?，面向目?biāo)或事件進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別、狀態(tài)估計(jì)和未來(lái)情況預(yù)報(bào)等，期望決策結(jié)果優(yōu)于僅僅使用單

6、個(gè)或者部分信息源的決策結(jié)果。n困難：決策目標(biāo)較復(fù)雜，具有多目標(biāo)、多層次；復(fù)雜對(duì)象（如態(tài)勢(shì)和威脅）的表述和處理模式；融合結(jié)果性能評(píng)價(jià)等。n可能解決方法：利用多層次的概念；針對(duì)不同層次研究具體的適用理論方法和處理結(jié)構(gòu)；多源信息的協(xié)同分析；建立專門的融合評(píng)價(jià)平臺(tái)等。 4、典型的融合決策方法n平均融合決策（1）平均投票（2）加權(quán)平均) )(1(maxarg)(11KiijNjxyKxq111( )( )argmaxNKiijijq xyxKn非線性融合決策（1）投票方法最大值投票： Nash投票：（2）基于次序投票的Borda計(jì)數(shù)方法n貝葉斯組合: 融合決策輸入是用統(tǒng)計(jì)量表述nDempsterShaf

7、er方法: 融合決策輸入是不確定性量n基于模糊集的方法: 涉及模糊推理、模糊積分和可能性理論等)(maxarg)(1xyxqiKiniikKkyxq11maxarg)() )()(max(arg)(1,nikikBkBxq信息融合的發(fā)展n20世紀(jì)70年代初：初始階段，主要限制在軍事應(yīng)用；n90年代后期：極大發(fā)展 1995年起IEEE的多傳感器融合和集成國(guó)際會(huì)議； 1998年起國(guó)際信息融合會(huì)議； 1999年建立國(guó)際信息融合學(xué)會(huì)； 2000年開(kāi)始出版信息融合國(guó)際雜志； 信息融合應(yīng)用研究領(lǐng)域n自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、緊急使命系統(tǒng)（在戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)估計(jì)）、靈巧武器等軍事應(yīng)用系統(tǒng)；n自動(dòng)化工廠管理、空中與海上交通管理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、車輛智能駕駛、工業(yè)過(guò)程監(jiān)視與智能機(jī)器人等的一樣智能集成；n醫(yī)學(xué)診斷與監(jiān)視系統(tǒng)、管理遙感中大狀態(tài)空間的大氣科學(xué)數(shù)據(jù)模型化、靈巧建筑物等其它應(yīng)用方面；n參考文獻(xiàn)1 何友等. 多傳感器信息融合及其應(yīng)用.2 Llinas, Waltz. 多傳感器數(shù)據(jù)融合.3 Hall. 多傳感器數(shù)據(jù)融合中的數(shù)學(xué)技術(shù).4 趙宗貴等. 多傳感器數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)融合方法概論.5 康耀紅