【安防知識網(wǎng)】傳感器網(wǎng)絡(luò)是人類信息技術(shù)的一次歷史性機(jī)遇。傳感器網(wǎng)絡(luò)是以感知為目的全新的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，是上世紀(jì)末興起的新興領(lǐng)域。移動通信連接的是人與人，傳感器網(wǎng)絡(luò)連接的是物與物，將推動信息產(chǎn)業(yè)“第三次浪潮”。1999年，美國的移動計算和網(wǎng)絡(luò)國際會議上，提出“無線傳感網(wǎng)是下一個世紀(jì)人類面臨的又一個發(fā)展機(jī)遇”;2002年，美國橡樹嶺實(shí)驗室斷言IT時代正在從“Computer is the network”向“Sensor is the network”轉(zhuǎn)變;國際眾多權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測傳感器網(wǎng)絡(luò)將是改變?nèi)祟惿罘绞降氖蠹夹g(shù)之首，其未來市場將比現(xiàn)有的Internet大得多，到2020年與傳統(tǒng)話音業(yè)務(wù)比例將達(dá)到30:1，規(guī)模將達(dá)萬億級。美歐日韓等均已啟動以傳感器網(wǎng)絡(luò)為主要基礎(chǔ)設(shè)施及產(chǎn)業(yè)帶動龍頭的“無處不在的泛在社會”(“U社會”)國家戰(zhàn)略性計劃，奧巴馬政府更將IBM“智慧地球”計劃視為極具支柱產(chǎn)業(yè)的潛力。我國中長期科技發(fā)展規(guī)劃及其國家03重大專項已明確列入傳感器網(wǎng)絡(luò)方向。

　　目前，中國已占據(jù)國際傳感網(wǎng)領(lǐng)域的核心地位，是國際標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)國之一，掌握核心技術(shù)。2008年6月，首屆ISO/IEC國際傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化大會在上海微系統(tǒng)所召開，中國、美國、韓國、英國、德國、日本、挪威等30多個成員國及ISO、IEC、ITU-T、IEEE等的120余名官方代表和技術(shù)專家參加。在第2、3、4、5次國際標(biāo)準(zhǔn)化會議上，我國代表ISO/IEC傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作組向上級做總體報告。提交“傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化體系”、“傳感器網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)”、“傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)同架構(gòu)”等核心提案，獲得成員國代表的高度認(rèn)可，并納入ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)方案。同時，我國作為主要成員積極參加IEEE 802.15.4e傳感器網(wǎng)絡(luò)國際標(biāo)準(zhǔn)的制定。傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為我國信息技術(shù)少有的具有國際標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)權(quán)的領(lǐng)域，與國外相比具有同發(fā)優(yōu)勢、同等水平，部分達(dá)到領(lǐng)先。[nextpage]

　　從應(yīng)用需求和技術(shù)方案兩個層面來講，基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的周界防入侵系統(tǒng)需要考慮以下幾方面因素。

　　應(yīng)用需求

　　民航總局文件《民用航空運(yùn)輸機(jī)場安全保衛(wèi)設(shè)施》明確提出了對入侵目標(biāo)進(jìn)行識別、分類及全天候工作的要求。周界防入侵系統(tǒng)的應(yīng)用需求主要考慮：

　　·入侵手段：按目標(biāo)種類，包括入侵人員和拋物等;按空間角度，包括低空翻越、地面入侵(圍欄攀越與破壞、設(shè)備破壞等)、掘地入侵等;

　　·周界種類：包括單層圍欄、雙層圍欄、磚墻圍欄等多種形式;

　　·周界環(huán)境：周界內(nèi)部可能緊貼巡警區(qū)或貨物運(yùn)輸?shù)缆?周界外部可能是草地、公路、農(nóng)田、溝渠、海水等;周界周邊地質(zhì)包括水泥、泥土和沙土等;

　　·全天時/全天候：全天時要求系統(tǒng)24小時不間斷工作;全天候則要求系統(tǒng)能在四季的差異性氣候，包括臺風(fēng)、大雨、大霧、冰雹等典型場景下有效工作。[nextpage]

　　技術(shù)方案設(shè)計

　　依據(jù)機(jī)場防入侵系統(tǒng)要求，針對傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)同感知、自治組網(wǎng)以及入侵目標(biāo)和機(jī)場環(huán)境的高度不確定性來設(shè)計機(jī)場的傳感器網(wǎng)絡(luò)防入侵系統(tǒng)，需重點(diǎn)考慮以下關(guān)鍵技術(shù)：

　　大規(guī)模端到端網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

　　大型機(jī)場周界一般有幾十公里長，需要布設(shè)上萬個傳感器節(jié)點(diǎn)，如何設(shè)計好端到端網(wǎng)絡(luò)對這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理控制是實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)防入侵系統(tǒng)的第一步，包括節(jié)點(diǎn)冗余設(shè)計、動態(tài)路由和分簇拓?fù)淇刂茀f(xié)議等。

　　小規(guī)模自治網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

　　相對于整個機(jī)場周界而言，入侵目標(biāo)可以看作為局部點(diǎn)入侵，即入侵事件只喚醒其周邊的部分節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)將自組織地形成小規(guī)模端到端網(wǎng)絡(luò)，它為后續(xù)的協(xié)同、融合及信息處理功能提供了基礎(chǔ)。

　　多個傳感器的分布式協(xié)同方案

　　分布式協(xié)同方案利用多個分布在不同地理位置的傳感器節(jié)點(diǎn)的信息，對入侵目標(biāo)的位置進(jìn)行估計并描繪其運(yùn)動軌跡。[nextpage]

　　多種傳感器的融合方案

　　為達(dá)到對目標(biāo)的綜合感知，需要利用多種類型的傳感器提供的多參數(shù)、多視角的測量信息，通過多級融合策略，綜合判斷目標(biāo)屬性。

　　混雜目標(biāo)的盲源分離技術(shù)

　　機(jī)場周界環(huán)境中經(jīng)常會有車輛、人員、飛機(jī)和動物等事件混雜出現(xiàn)，必須依靠多種以及多個傳感器節(jié)點(diǎn)的信息來實(shí)現(xiàn)混雜目標(biāo)的盲源分離。

　　低信噪比下的目標(biāo)檢測技術(shù)

　　復(fù)雜環(huán)境下目標(biāo)信號淹沒在噪聲中，信噪比極低，基于多個傳感器信息的微弱信號檢測算法能有效提高入侵目標(biāo)的檢測概率。

　　時域、空域和頻域聯(lián)合檢測技術(shù)

　　針對機(jī)場周界環(huán)境復(fù)雜、目標(biāo)混雜和氣候惡劣的特點(diǎn)，該系統(tǒng)下的信號與信息處理算法必須考慮從時域、空域和頻域同時進(jìn)行分析處理，更重要的是要從三個域之間的關(guān)聯(lián)著手，為目標(biāo)正確檢測提供可靠依據(jù)。[nextpage]

　　局部氣象監(jiān)測技術(shù)

　　整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的探測、識別和融合功能都需要依賴氣象傳感器節(jié)點(diǎn)提供支持，以自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)和算法。

　　自學(xué)習(xí)機(jī)設(shè)計

　　由于機(jī)場環(huán)境的不確定性，目標(biāo)種類、數(shù)量、行為的不確定性，傳感器自身的不一致性，必須設(shè)計相應(yīng)的自學(xué)習(xí)機(jī)，提高魯棒性。

　　三級三維傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合防入侵技術(shù)

　　在中國科學(xué)院與上海機(jī)場集團(tuán)共同應(yīng)用和示范建設(shè)的基礎(chǔ)上，形成了“三級三維”傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合防入侵系統(tǒng)?！叭墶笔侵割A(yù)警區(qū)、報警區(qū)、出警區(qū)。預(yù)警區(qū)：在周界外部設(shè)置范圍可調(diào)預(yù)警區(qū)域，畫地為牢，排除外界干擾，友善提醒無意靠近圍欄的行為。報警區(qū)：對目標(biāo)的入侵過程進(jìn)行報警。出警區(qū)：非法入侵成功后的緊急報警，立即出動警力。

　　“三維”是指低空、地面、地下三維立體報警。低空探測：對拋物、翻越和低空飛行器等入侵行為進(jìn)行報警。地面柵欄：對攀爬、破壞等入侵行為進(jìn)行報警。地下：對掘地入侵行為進(jìn)行報警。[nextpage]

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)機(jī)場周界防入侵系統(tǒng)達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)包括：

　　·大規(guī)模端到端網(wǎng)絡(luò)容量：可容納10萬節(jié)點(diǎn)以上;

　　·探測手段：10余種傳感探測手段;

　　·識別能力：人員、車輛和動物等混雜目標(biāo)的識別和分離;

　　·入侵響應(yīng)時間：小于2秒;

　　·入侵目標(biāo)區(qū)域定位精度： 0.5米。

　　通過傳感器網(wǎng)絡(luò)手段能告知目標(biāo)是什么、在哪里、做什么，之后再進(jìn)行報警，即目標(biāo)驅(qū)動報警，實(shí)現(xiàn)了低虛警率、高報警率的周界防入侵，與第二代的信號驅(qū)動報警形成鮮明對比。[nextpage]

　　應(yīng)用示范

　　中國科學(xué)院聯(lián)合上海國際機(jī)場股份有限公司建立了傳感器網(wǎng)絡(luò)周界防入侵系統(tǒng)的2.4公里應(yīng)用示范段，筆者有幸參加了2009年6月16日由中國民用機(jī)場協(xié)會主辦，上海國際機(jī)場股份有限公司協(xié)辦，由中科院嘉興無線傳感網(wǎng)工程中心承辦的機(jī)場防入侵新技術(shù)研討會，并參觀了該應(yīng)用示范段。

　　從現(xiàn)場效果來看，系統(tǒng)較好地達(dá)到了預(yù)期目的，反響良好，表現(xiàn)在：雖然周邊存在很多干擾，比如與周界緊靠的公路上載重貨車橫行、機(jī)場內(nèi)部警鈴不斷、跑道上飛機(jī)接連起降等，都沒有對防入侵系統(tǒng)造成干擾;該系統(tǒng)對入侵目標(biāo)的定位精度達(dá)到了0.5米，能有效排除外界干擾;當(dāng)有人員靠近圍欄時，系統(tǒng)給予了友善提醒，可以有效喝止不當(dāng)行為并減少出警次數(shù);對于無惡意的腳踏和手推，系統(tǒng)并不立即報警，但是對圍欄的攀爬和破壞，系統(tǒng)無一例外及時發(fā)出警報;對于不碰觸圍欄的空翻入侵和掘地入侵，該系統(tǒng)也能立即檢測到并報警。

　　據(jù)用戶反映，該示范段自2008年1月建成以來，經(jīng)受了南方雪災(zāi)、高溫、數(shù)次冰雹、無數(shù)大風(fēng)大雨等考驗，均未發(fā)生虛警，對于人員的入侵行為也未出現(xiàn)漏警。由此可見，傳感器網(wǎng)絡(luò)這一新興技術(shù)給機(jī)場周界防入侵系統(tǒng)帶來了革命性的創(chuàng)新，為周界筑起了無縫立體“電子長城”。

　　由于機(jī)場示范段的成功，上海世博局在世博園區(qū)對該系統(tǒng)進(jìn)行了測試，即將在世博會期間投入使用。同時，在監(jiān)獄等國家

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　　第一代機(jī)場周界防入侵技術(shù)——視頻監(jiān)控

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