数据融合的关键技术PPT课件.ppt

第2讲数据融合的关键技术 智能信息处理技术 1 智能信息处理技术 2 主要内容 一 传感器管理 二 数据融合的主要技术 智能信息处理技术 2 智能信息处理技术 3 一传感器管理 目的 发现跟踪和识别目标 要求 覆盖尽可能大的搜索空域 较小的代价 较低的虚警率 较高的发现率 精度与可信度 核心问题 传感器的选择 传感器工作模式的选择 传感器工作优化策略 智能信息处理技术 3 智能信息处理技术 4 传感器管理主要内容 原因 不全向非同步 方法 对传感器进行空间上的任务分配 传感器系统中 大部分传感器不是全向工作的 并且传感器之间是非同步的 空间管理 智能信息处理技术 4 智能信息处理技术 5 时间管理 原因1 传感器功能不同 原因2 不同时刻不同传感器的工作情况不同 方法 不同时间使用不同传感器组合 时间管理 多传感器系统可能由多种多样的传感器组成的 每个传感器都有不同的任务 即有不同分工 如水下无线传感器网络 水听器阵列 水声modem 可能在某一时刻 只需要某些传感器工作 或只需要某些方向上传感器工作 例如 传感器节点几种工作状态 根据事件出现的顺序 选用不同的传感器组合 按一定的时间顺序进行统一管理 智能信息处理技术 5 智能信息处理技术 6 二数据融合的主要技术 一 态势数据库 二 数据融合 智能信息处理技术 6 智能信息处理技术 7 1 态势数据库 当前观测结果 中间结果 最终态势 把当前各传感器的观测结果及时提供给融合中心 提供融合计算所需各种其他数据 同时也存贮融合处理的最终态势 决策分析结果和中间结果 智能信息处理技术 7 智能信息处理技术 8 传感器历史数据有关目标和环境的辅助信息融合计算的历史信息 态势数据库要求容量大 搜索快 开放互联性好 且具有良好的用户接口 智能信息处理技术 8 2 数据融合的常用方法 Bayes估计法 滤波跟踪 聚类分析 数据融合技术 假设检验法 证据理论 神经网络 智能信息处理技术 9 数据融合的常用技术 D S证据理论 对信息的表示和处理更加接近人类的思维方式证据组合规则是DS证据理论的核心 但在应用中要求满足组合证据之间相互独立 Bayes估计理论 Bayes方法具有严格的理论基础 应用广泛采用归纳推理的方法对多源信息进行有效融合充分利用了测量对象的先验信息 智能信息处理技术 10 融合技术 Bayes统计理论 不采用先验概率概率是一种类似频数的解释 特征 小概率原理 原理 将被测参数看做一个固定值 没有充分利用其先验信息精度和信度是预定的 不依赖于样本 不足 基于经典统计方法的多传感器数据处理 智能信息处理技术 11 Bayes统计理论 在考虑可靠度情况下传感器测量需要解决的一个关键问题 真值和测量值 考察一个随机试验 在该试验中n个互不相容的事件A1 A2 An必然会发生一个 且只能发生一个 用P Ai 表示Ai发生的概率 设利用一传感器对A事件的发生进行检测 检测结果为B 则Ai为真值 B为测量值 12 Bayes统计理论 Bayes统计理论认为 人们在检验前后对某事件的发生情况的估计是不同的 而且一次检验结果不同对人们的最终估计的影响是不同的 P A1 P A2 到P An 表示事件A1 A2到An发生的概率 这是试验前的知识称 先验知识 由于一次检验结果B的出现 改变了人们对事件A1 A2 An发生情况的认识 这是试验后的知识称为 后验知识 贝叶斯统计理论 后验知识 先验知识 13 Bayes估计是检验过程中对先验知识向后验知识的不断修正Bayes公式 对一组互斥事件Ai i 1 2 n 在一次测量结果为B时 Ai发生的概率 后验概率 为 其中Ai为对样本空间的一个划分 即Ai为互斥事件且 Bayes统计理论 利用Bayes统计理论进行测量数据融合 充分利用了测量对象的先验信息根据一次测量结果对先验概率到后验概率的修正 14 15 模型特点 经典概率推理 贝叶斯推理 缺点 用概率模型把观测数据与所有样本数据联系起来 概率模型通常是基于大量样本而得到 由已知数据确定假设事件发生概率 不需要密度函数 主观概率来自于经验 多传感器推广到多维数据时需要先验知识和多维概率密度 只能同时判决两种假设事件 多变量数据使计算复杂性加大 没有利用主观先验知识 必须要定义先验概率和似然函数 各假设事件必须互斥 不能支持不确定类问题 当多事件相关时计算复杂性加大 15 16 举例 有一病人去医院诊断是否患有癌症 该医院检测方法的漏诊率是5 4 误诊率 并假设在人群中1000人中有5人患癌症 如果该病人检测出来是阳性 则他实际患癌症的概率是多少 16 如提高检测率到99 99 对结果的影响较小 11 2 但对漏诊率影响较大 减小了一个数量级 17 基于Bayes估计的身份识别方法 基于Bayes统计的目标识别融合模型 18 开始 基于Bayes估计的身份识别方法 1 获得目标身份说明 2 计算似然函数 3 计算融合概率 4 目标识别决策 基于Bayes统计的目标识别融合的一般步骤 计算每个传感器单元对不同目标的身份说明的似然函数即 获得每个传感器单元输出的目标身份说明B1 B2 Bn 计算目标身份的融合概率 目标识别决策 判据 19 基于Bayes估计的身份识别方法 如果B1 B2 Bn相互独立 则 20 基于Bayes估计的身份识别方法 举例 采用两种设备检验某种癌症 设备1对该癌症的漏诊率为0 1 误诊率为0 25 设备2对该癌症的漏诊率为0 2 误诊率为0 1 已知人群中该癌症的发病率为0 05 分析分别利用两台设备和同时使用两台设备时检验结果的概率 设备1 21 设备1漏诊率 设备1检测率 该癌症发病率 设备1误诊率 根据贝叶斯公式 22 设备2 设备2漏诊率 设备2误诊率 23 检验结果的正确率 同时使用两台设备 即为诊断为该疾病确为该癌症的概率 24 Dempster Shafer算法 算法原理 D S数据融合过程 智能信息处理技术 25 识别框架 假设有n个互斥且穷尽的原始子命题存在 这个命题集组成了整个假设事件的空间 我们称之为识别框架 分配概率 识别框架与概率分配值 m a1 m a1 a2 总命题数2n 1 不能直接赋概率值的 m 如果不是所有概率都能直接分配给各子命题和他们的并时 把剩下的概率都分配给识别框架 智能信息处理技术 26 称为的疑惑度 它代表了证据反驳命题的程度 既证据支持反命题的程度 所有没有分配给这个命题的反命题的概率分配值的和 即某些方面支持该命题的和 包括识别框架 为 支持度是直接分配给该命题证据所对应的概率分配值的和 即该命题与该命题子命题的概率分配值的和为 不确定区间 支持度 似然度及不确定区间 基于支持的证据 基于反驳的证据 支持度 似然度 0 1 智能信息处理技术 27 举例 某一时刻可能有三种类型的目标a1 a2 a3被传感器A探测到 A的识别框架为 则a1的反命题为 假设传感器A分配给各命题和的概率分配值为 智能信息处理技术 28 Dempster规则融合多传感器数据 例2 假设存在四个目标 a1 我方类型为1的目标a3 敌方类型为1的目标a2 我方类型为2的目标a4 敌方类型为2的目标 传感器A对目标类型的直接分配为 这里对应着传感器A在判断目标类型属于1时 由不知道引起的不确定性 传感器B对目标类型的直接分配为 这里对应着传感器B在判断目标属于敌方时由不知道所引起的不确定性 智能信息处理技术 29 在用Dempster融合规则时 首先形成一个矩阵 矩阵中的每个元素是相应命题的概率分配值 矩阵的第一列和最后一行就是被融合的那些相应命题的概率分配值 其中 智能信息处理技术 30 由于实际情况下因此 交命题为空的情况 由交命题计算得到其中 如果碰到交命题为空的情况 那么该交命题所对应的概率分配值应为0 其他非空的交命题所对应的概率分配值应该