多传感器复合技术在报警系统应用发展中的意义

多传感器复合技术在报警系统应用发展中的意义

中科院成都计算所研究员张炳泉

　　业界通常称为防盗报警的系统产品，在国标GB50348-2004，即《安全防范工程技术规范》中已规范化地定义为入侵报警系统（Intruder alarm system），并且列为安全防范系统首要和最基本的一个子系统，明确规定了它的设计要素是：系统应能根据被防护对象的使用功能及安全防范管理的要求，对设防区域的非法入侵、盗窃、破坏和抢劫等，进行实时有效的探测与报警。高风险防护对象的入侵报警系统应有报警复核功能。系统不得有漏报警，误报警率应符合工程合同书的要求。
在功能设计方面，该规范具体规定了：入侵报警系统应根据各类建、构筑物（群）安全防范的管理要求和环境条件，根据总体和局部纵深防护的原则，分别或综合设置防护对象的周界防护、内（外）区域或空间防护、重点实物目标防护系统。系统的前端应按需要选择、安装各类入侵探测设备，构成点、线、面、空间或其组合的综合防护系统。应能显示和记录报警部位和有关警情数据，并能提供与其他子系统联动的控制接口信号，等等。
　　从上面引述可见，入侵（防盗）报警系统产品虽然目前在安防系统中并非是投资份额最大的系统，但却是分布最广和最重要的基础子系统。在与视频安防监控和出入口（门禁）控制系统的联动中，入侵报警都担当了前哨的角色。从而在三种主流的系统集成模式中，以报警主机为核心的集成，也是备受重视的系统构建方式。随着全国各地平安城市建设进程的推动，以城市联网报警与监控为主要系统建设目标的巨大应用需求必将促进入侵报警系统产品的长足发展和进一步的提高，并且形成快速增长的市场前景。
　　A&S卓有远见地组织的[2006中国防盗报警产品市场调查]，用五大应用领域极具说服力的统计数据，揭示了防盗报警产品的市场容量和发展趋势。从技术层面上，也总结提出了报警系统将朝着具有综合功能集成的大平台方向，亦即最终发展成为报警中心或管理中心的必然趋势。调查报告还提出了以软件技术为核心路线的智能化、数字化处理技术是降低产品误/漏报率的有效途径。笔者作为一个从事系统工程设计的安防工程师，愿从信息化技术发展的角度，对此作些补充展开。
　　诚如调查报告的概括，探测器的误报、漏报是为众多工程商所共同关注的历史性的问题。基于相同探测原理制造的同种类型不同品质的产品，除了越来越趋于同质化的元器件材料和工艺因素之外，重要的不同之处，就在于对信号识别和处理的关键技术，在越来越成熟价廉，因而也越益广泛地引入应用嵌入式微处理器之后，智能化、数字处理技术的核心是逻辑合理、程序优化、性能可靠的嵌入式软件。直观地说，就是把实践经验中已经发现可能导致探测器误报或漏报的主、客观因素归纳成可作逻辑判别的不同信号规律和组合，包括对时间、速度和时延的识别，对点、线、面、空间的综合，以及对个体大小、形状特征，或者行为规律的判识等等。
　　以被动式红外探测器为例，从最初单一的红外或微波探测，综合为红外加微波的双鉴，再发展到引入智能化判识的三鉴探测。两种探测原理要求同时满足的逻辑相与关系，加上智能条件的判别，使误报的可能性大大减少了，但又给稍懂专业原理的入侵者留下了“合理避让”的可能性，也就是产生漏报的几率。可见，探测器的误报和漏报问题不但由来已久，而且本身就是相生相克的一对矛盾。类似地，探测装置中的传感器的灵敏度和死区，敏捷性和时延等等，都是成对的矛盾。所有基于单传感器识别方式的探测，本质上都是在误报和漏报之间寻求一个适度的折衷。为了弥补这种不足，于是从系统设计角度提出了纵深防护、综合防护，以及报警复核等用多种传感器构成复合系统的设计原则。事实上，对于单支传感器而言，本应是灵敏度越高越好，哪怕是风吹草动，影随月移，只要是真实的环境或客体变动，都应该有所反映，并不应有误报之说。至于变动的客体是不是有意的入侵，是应该而且可以通过一个传感器组的相继或相关反应，对客体行为的动向和规律做出合理判断的。这种判断也是基于系统和基于软件的，但其判识意义和设计目标完全不同于单支传感器在识别域值上的折中，而是根据一组传感器从不同方位、时间传来的信号的复合逻辑或规律做出综合的判断。
　　这种被称之为多传感器复合（或融合）的系统构建原理，已经在军事、环境、气象和工业等许多领域得到有效的应用，并与网络技术和计算机集群技术相结合，发展形成一个大有潜力的新兴学科。在军事领域，以前方多个观测站雷达群构成的多传感器信号系统用于空间域的监测，可以准确追踪飞行器的位置和航迹；在环境监测领域，一个典型的应用是在水流域中布放水质传感器网，可以动态监测水资源的污染状况和追踪排污源头；在工业产品生产线上，微传感器与多传感复合技术的结合，便于从多方位有效追踪和确定有某种瑕疵的产品流向，并最终予以剔除，等等。在以上举例的多传感器复合应用中，关键的技术在于时间和信号基准的一致，以及空间或地理座标系的变换。空间范围越大，被追踪对象的速度越快，需要处理的动态信息量自然也大，要求传输网络和计算机实时处理的能力也更高，有时甚至需要集群计算机的支持。但在安全防范领域，面向的对象在空间范围和时间、速度上的要求都低得多，因而更易于满足资源支持的要求。
　　实际上，在此前某些先驱公司已经开始采用的区域成形、四分区逻辑等，应该说就包含了多传感器复合技术的设计思想。
　　在安全防范系统产品中引入多传感器复合技术的意义还在于提升以防盗报警系统为核心的集成平台的技术层次。首先是从根本上解决对入侵的误/漏报率的矛盾，实现报警主机以复合传感识别软件为核心的技术升级，改变业界一直来认为报警主机相对技术含量较低的现状。继而，以城市报警和智能小区的报警服务需求为契机，以实现视频/音频复核的网络联动和门禁/考勤功能扩展为目标，大幅提升报警主机作为安保系统集成平台的管理中心职能，这既是抓住视频监控正由模拟矩阵走向网络化数字矩阵的时机，又是解决国内用户以小区防范应用为多的现状，通过总线或网络的联结，实现多功能、易扩展的平台，把报警主机推向系统集成主流平台的一个战略性的机遇，为未来实现城市报警服务中心的需求提供一种灵活、可靠而又实用的适应性换代产品，必将造就一个前途无量的大市场。