监狱目标跟踪与地理信息系统(通用)
监狱目标跟踪与地理信息管理系统
技
术
白
皮
书
中铁信安（北京）信息安全技术有限公司
二〇一三年七月
目录
一、引言 ........................................................................................................................... - 2 -
二、系统设计 ................................................................................................................... - 2 -
2.1、PANC技术介绍.................................................................................................... - 2 -
2.2、PANC技术特点.................................................................................................... - 3 -
2.3、几种技术比对 ...................................................................................................... - 4 -
2.4、定位工作原理 ...................................................................................................... - 4 -
2.5、定位系统组成 ...................................................................................................... - 5 -
2.6、系统优势 .............................................................................................................. - 6 -
2.7、系统架构 .............................................................................................................. - 6 -
2.8、系统设备部署 ...................................................................................................... - 8 -
2.9、系统指标 .............................................................................................................. - 8 -
三、系统组成模块与系统功能 ....................................................................................... - 9 -
3.1、系统组成模块 ...................................................................................................... - 9 -
3.2、系统功能 ............................................................................................................ - 15 -
四、设备清单及性能参数 ............................................................................................. - 17 -
4.1、腕带标签 ............................................................................................................ - 17 -
4.2、警用标签 ............................................................................................................ - 18 -
4.3、室外型定位器 .................................................................................................... - 19 -
4.4、室内型定位器 .................................................................................................... - 19 -
4.5、定位网关 ............................................................................................................ - 20 -
4.6、精确定位器 ........................................................................................................ - 21 -
一、引言
监狱作为国家的刑罚执行机关，担负着维护社会安宁和稳定、预防和减少犯罪的重要职能。随着监狱管理制度的逐步完善和狱政设施的不断更新，监狱防范和控制各种安全事件的能力大大增强，但是犯罪类型和在押犯成分日趋复杂，监管安全形势的日趋严峻，信息化发展滞后所导致的监管隐患日益突显，安全防范信息化基础和新技术应用的相对薄弱，罪犯的报复性、凶残性和狡诈性增强，浮躁心理和不安分意识增强，稍有不慎他们就会铤而走险，伺机劫持人质、脱逃、自杀、凶杀等，给警察的人身安全和场所的持续稳定带来极其不利的影响。
目前，监狱现有的安全防范系统大多依赖视频监视作为监管手段，依赖于人防和物防，监狱监控中心工作人员要时刻注视屏幕，劳动强度大，为被动监控模式，无法达到预防目的，安全漏洞、袭警事件时有发生，越来越不适应科学化、法制化、社会化的时代要求。
为适应形势的发展，我国监狱信息化建设已进入第三个阶段，2012年6月司法部又一次召开全国监狱信息化管理和应用座谈会，更进一步加快和推进全国各监狱信息化应用及建设进程。
如何提高罪犯的改造质量、提高狱政设施信息化程度、提高监狱监管手段的科技含量，坚强技术安全防范手段，科学合理地配置监狱各种资源，监狱人员目标跟踪监控已成为解决我国的监狱管理信息化建设中的急迫需求。
《监狱目标跟踪与管理系统解决方案》依托互联网，以物联网技术为基础，通过PANC技术体系，以司法部提出的各项业务技术为标准，本着管用、使用和真用的建设原则，通过无线覆盖，实时掌控监内人员的地理位置信息，实现从被动监视到主动监控，从而提升监狱指挥决策能力、监管能力和监管工作效率，监狱目标跟踪与管控系统是平安监狱的技术坚强铁臂，为和谐监狱保驾护航。
二、系统设计
2.1、PANC技术介绍
PANC（Personal Area Network of Copsec）磐科网络协议是以IEEE802.15.4
及PANC相关标准为基础及参考，针对政府，军工等行业应用特点及安全性要求进行特殊设计和优化后形成的一套具备自主知识产权、安全可信的软件协议栈。该协议具备组网容量大，通信效率高，通信稳定可靠等特点，同时PANC协议采用轻量级物联网安全加密机制，具有较强的安全特性及抗攻击能力。
PANC协议从物理层驱动，MAC层，再到网络层、安全层、应用层等源代码完全自主实现，安全可信，解决国内由于诸多关键底层感知层技术缺失而造成的安全问题。
传统的无线通信技术采用简单星状结构，PANC协议技术实现了无线网络节点的网状拓扑及自动路由等相对复杂、难度高的算法，具有高可靠性、高稳定性、网络容量大、路由效率高的特点。
PANC协议支持Mesh，STAR及Mesh/STAR混合型网络拓扑架构，无线定位基站所组成的骨干网络的效率高、灵活性强，从很大重度上降低资产管理标签的功耗，而对整个系统来讲，通信效率能得到数倍的提高。
2.2、PANC技术特点
（1）功耗：发射功率低、成本低、功耗小。
（2）布线：部署灵活方便，施工成本低。
（3）抗冲突能力强，PANC技术采用硬件CSMA/CA防冲突机制，配合优化的防碰撞算法，具备较强的抗冲突及防漏检能力。
（4）抗干扰能力强，采用DSSS扩频调制，有较强的抗干扰能力，同等信号强度情况下传输距离更远，有更好的识别能力。
（5）安全可信：采用轻量级物联网安全加密机制采用，支持硬件AES128
加密算法，并具备密钥自动更新、通信行为隐匿等安全特性。
（6）较高的定位精度，结合125K低频触发技术，可实现对车间工位的0.1—5米级精度定位。
（7）网络容量大：系统自主无线MESH组网、自愈能力强，最大支持65535个设备。
（8）传输距离：1米-100+米（不加AP，基本模块）。
（9）认证：采用无线加密传输信号技术，通过国家信息安全测评中心认证。
（10）频段资源：采用2.4G频段，无需申请免费使用。
可靠性
2.3、几种技术比对
PANC优势显而易见，应用在监狱目标跟踪管控上，其数据传输仅是简单信息，因此传输数据量小，传输速率要求比较低，从而功耗小。
2.4、定位工作原理
定位原理：采用信号强度指示RSSI （Received Signal Strength Indication）技术，即通过接收到的信号强弱来测定基站与标签的位置进行距离定位的一种技术。
目标的活动轨迹的跟踪定位采用四点定位模式实现。
定位原理
2.5、定位系统组成
定位引擎：软件平台，计算目标的位置坐标。
定位基站：接收目标腕带和标签的信号，将目标位置数据上报给定位引擎。
定位服务器：基站的位置信息通过网关传到服务器，自动记录并形成历史数据。
标签、腕带：目标位置信息的形成，通过基站上传。
网关：将位置数据上传到定位服务器。
定位基本系统组成
2.6、系统优势
（1）高可靠性：严格元器件/部件选型、集成度高，因而可靠性高且体积小。
（2）低功耗：通常PANC节点所承载的应用数据速率都比较低，在不需要通信时，节点进入很低功耗的休眠状态，此时能耗可能只有正常工作状态下的千分之一。一般情况下休眠时间占总运行时间的大部分，有时正常工作的时间还不到百分之一，因此达到很高的节能效果。
（3）综合布线：布线、安装便捷，实施改造工程量小，施工成本低。
（4）覆盖范围：由于抗干扰能力强，适应多种复杂环境。
（5）定位精度高：定位精度高：0.5-3米。
（6）报警响应时间：违规报警响应快：2-3秒，主动报警小于1秒。
（7）漏检：系统信号全区域覆盖，200公里时速，每秒100个标签无漏检。
（8）自主协议：自主可控，有产品安全认证报告。
（9）腕带：具有独特的防破坏措施，电池电量寿命长可达2-3年。
（10）自主可控：PANC系统软、硬件设备均为自主研发，无后门漏洞风险。
（11）界面：三维地图界面，位置精确显示。
（12）剧烈挥臂报警：特殊技术，腕带重力敲击报警。
2.7、系统架构
采用基于PANC技术的RSSI信号强度通过无线三点覆盖实现目标定位、识别区域被监控人员及其数量和对受控区域边界进行识别，在劳动车间工位通过低频基站来实现罪犯的精确工位定位、串号和失控状况。
信号链路分三层结构，分别由前端采集层、识别层和网络传输层组成。
监控指挥中心由2级主控中心组成，一级主控中心设在省监狱管理局，二级主控中心设在监狱主控中心机房，设在监狱的二级主控中心下联多级分控中心。
以下是系统拓扑和平台结构：
2.8、系统设备部署
2.8.1、设备部署
设备部署是根据用户需求将相关设备部署安装在所监管的区域，并根据不同监管区域的防范级别来配置不同设备。高危监管区域一般采用四点覆盖配置基站，来实现移动目标的位置管理与轨迹管理。禁出、禁入的精确监管部位的设备布置，采取更高一级的配置原则来布置设备。
2.8.2、平台部署
监控指挥中心由2级主控中心组成，一级主控中心设在省监狱管理局，二级主控中心设在监狱主控中心机房，设在监狱的二级主控中心下联多级分控中心，分控中心一般布置各值班室，如监舍、车间、教室等值班室。
2.9、系统指标
三、系统组成模块与系统功能
系统平台具备三维地理仿真与二维平面结合显示功能，指挥（主控）中心值班民警可以随时在三维仿真图形界面中对监内各类设施、设备实行全方位操作、控制，并能够随时调阅人员、重点物品等基本信息及位置信息。
系统功能完备，可实时对移动目标异常行为智能分析、区域移动目标的自动点名、夜间活动违规托管；在生产车间可实现工位串位报警、警察遇袭求助报警；实时监控具备对罪犯的活动轨迹实施跟踪、罪犯剧烈挥臂、人数聚集、设备、腕带破坏报警监控等功能；完善的查询功能，如移动目标历史轨迹、罪犯、民警的基础信息管理的查询等；视频联动根据联动配置策略形成声、光、视频、道闸等的联动带和触发应急指挥预案、警力资源现场位置分布窗口功能。
3.1、系统组成模块
3.1.1、罪犯目标跟踪管理
监狱作为国家的刑罚执行机关,担负着对罪犯关押改造工作。目标跟踪与管控系统是对监内关押的罪犯的行为管理。
罪犯佩戴有PANC技术的腕带，腕带与罪犯绑定，通过基站识别罪犯的位置，将罪犯移动的位置实时采集形成活动轨迹并实时记录位置信息而形成历史数据。
通过配置策略限定罪犯的行为范围而达到管控目的。如违规则触发报警，进而触发联动预案。
报警类别：
禁入区报警：当有罪犯进入禁入区域时系统报警；
禁出区报警：当有罪犯离开禁出区域时系统报警；
腕表剪断报警：当腕表被剪断时系统报警；
腕表破坏报警：当腕表被破坏、重力敲击或拆开时系统报警；
失踪报警：当罪犯腕表信号消失时系统报警；
电量低：当腕带或标签电量低时系统报警；
剧烈运动：当罪犯打架，剧烈敲击破坏腕带时系统报警；
长时间滞留：对罪犯行为进行预测分析，当罪犯长时间滞留不动时系统报警；
罪犯聚集：对罪犯行为进行预测分析，当罪犯聚集超过规定的数量上限时系统报警；
斗殴事件理：对罪犯斗殴事件进行记录、分析、预警；
袭警事件理：对罪犯袭警事件进行记录、分析、预警。
3.1.2、警力资源配置管理
民警佩戴有挂带标签，标签与民警绑定，通过基站识别民警的位置，将民警移动的位置实时采集形成活动轨迹并实时记录位置信息而形成历史数据。
挂带标签装有求助按钮，当遇到紧急情况和遇袭时按动求助按钮，指挥中心平台会立即报警并弹出报警联动界面，以实现紧急求助，同时警力分布窗口会显示该监区在岗民警的具体位置，值班民警通过对讲机通知最近的民警前去救援。
警力资源分布的实现可通过警力资源配置管理系统进行配置。
3.1.3、异常行为智能分析及预警管理
移动目标异常行为智能分析及预警功能是对罪犯夜间活动违规、脱管、串号、区域罪犯聚集等高危行为发出预警信号，提示民警提前介入处理，防患于未然。
如某罪犯在卫生间非正常聚集，系统发出预警信号，并自动跳出预警画面，显示罪犯正在聚众斗殴。
值班民警根据报警位置的警力分布，通过对讲机通知最近的民警快速处理。也可以通过紧急预案处理系统自动推送信息到民警的手机上，快速处理事件。
3.1.4、突发事件应急预案管理
突发事件应急预案管理是当有突发违规事件触发报警时的第一时间做出事件处理方法、警力资源调配的解决策略。通过预案管理配置系统将不同的针对性的突发事件的处理方案集成到联动系统，对突发事件的报警得到快速的处理，提前介入、防患于未然。
3.1.5、访客、物品、车辆管理
会见登记管理系统是针对会见而设计的访客会见管理系统，通过在会见室登记处设置办理临时标签，标签与访客、车辆绑定，登记记录身份、物品、车辆等验证信息，在会见室出入口位置设置验证基站，对会见人员进行管理，自动记录出入位置信息和轨迹信息，并以通过终端设备进行实时的监控管理，查询到会见数据信息。
系统流程包括：登记发证、会见验证、会见注销和信息管理。
3.1.5.1、访客信息管理
访客信息管理系统是针对外部办事人员和探监人员的基础信息、轨迹信息及其行为的规范管理，访客探视会见的历史信息可查询。系统通过在会见区域的基站布置自动记录访客信息，只能在规定的区域内活动，可做到违规监控。
3.1.5.2、物品、车辆管理
（一）重要物品的管控
电子涉密载体：
随着信息化程度的不断提高，电子存储设备得到广泛使用，并有不断小型化，便携化的趋势。如果对这些存储有重要信息的涉密设备监管不当，则极易造成泄密事件。而电子涉密载体往往会成为内部泄密的主要途径，使用者经常无意识的将存有涉密信息的U盘、移动硬件、笔记本电脑等带出保密单位，从而造成丢失或无意识接入到家庭或公用互联网导致保密信息泄露。在很多泄密事件出现后，由于缺乏有效辅助管理手段，也很难追查泄密的途径，难以确定责任人，为更多的泄密事件出现留下隐患。
主要功能：
实时定位追踪可实时监测涉密设备当前所处的位置，室内精确到房间级。同时可查询任意时间段的历史记录信息，并有轨迹回放功能。
防外携管控一旦有被监管涉密设备离开管控区域，后台软件能立即报警，无论被监管设备是通过正常的门禁系统还是通过窗户、院墙等非常规边界被带离。
敏感区域管控在整个监管范围内，用户可根据实际管控需要，灵活为每个被管控设备设定其“禁入”及“禁出”区域。被管控设备一旦进入“禁入”区域或离开“禁出”区域，系统立即产生报警。
防破坏、防分离涉密设备与监控标签的绑定除采用物理手段外，还结合传感器检测手段，当监控标签与涉密设备被分离或被破坏时，标签能检测到分离或破坏信号，并发出报警。
仓储、武器装备：
固定资产管理当前更多的借助于传统的人工管理方法和手段，数据的采集和录入一直以来都是手工操作，效率低下、差错率高。固定资产管理的财务管理部门与实物管理部门间缺乏业务联系和业务沟通，使得账面无法反映资产的存在。且资产盘点费时、费力、效果有限。
目前采用的条形码技术可以使这个情况得到一定改善，但由于条形码技术自身存在易损坏、抗污性差、读取距离短等局限性，无法全面满足各类资产管理应
用。
RFID技术相对条形码在抗污、读取速度方而有所提高，但仍存在读取距离短，抗冲突能力差等问题。此技术比较适用于出入库管理，但对于库存盘点等应用，并无明显提高。
利用PANC物联网传感技术可很好的破解资产盘点的难题。PANC物联网传感技术由于采用主动式通信方式，具有较远的通信距离，可实现在线式，实时资产盘点，也即管理者可通过电脑远程随时获取最新的资产数理，位置分布等信息。适用于较贵重物品的存储监管。
主要功能：
实时在线盘点系统可实现资产自动盘点，无需人工干预，相对于传统的手工盘点方式，极大提高了盘点效率及准确度。
实时位置定位系统可实时定位每个资产的位置，方便查找及针对不同的存储库房进行统计分析。
自动出入库资产出入库时，无需进行手动扫描，系统可自动记录通过读写器（安装在出入口）的资产数量及相关信息。
仓储、重要物品管控
（二）车辆管理
车辆管理系统由车辆的管理和监控模块组成，以管理和监控与监狱发生关联
的所有车辆，车辆的管理是对进入监狱辖区的所有车辆进行定位管理，车辆分为内部和外部车辆。
内部车辆配有有源车辆专用标签，当内部车辆接近道闸时，系统会自动打开道闸，车辆停好后会自动上报车辆的具体位置。
外部车辆到监狱大门时，门卫会发放临时车辆专用标签，然后方可放行。车辆在监狱辖区内的活动轨迹会即时记录与管理系统后台，以便以后追溯。
监控系统是对外出执行重要任务用车的管理。如对监狱在押人员外出就医、提审、法庭、转监等需要外出时的管控，除了对车辆进行GPS定位管理，而且对车辆内部在押人员及押车狱警进行全程监控，监控中心可随时了解在途车辆及车内人员情况。
在途押运
3.1.6、手持机管理
手持终端是一台集成PANC技术的微型移动电脑，配置给执勤民警，民警通过手持终端实现盘点罪犯是否在可控区域内。
支持对一定区域内特定编组罪犯进行点数核实功能，当罪犯脱管后产生报警。功能：
支持当警员遇到袭警等危险时可求助报警功能；
支持智能电子巡更管理，自动生成巡更轨迹及巡更记录功能；
在途押运罪犯点数通过警用智能终端确保罪犯始终处于可控距离并能随时盘点；
押运路线管理可设定押运路线，出现路线偏差时，系统可远程监测到并报警。
3.1.7、配置策略管理
配置策略管理系统是对报警策略、报警联动、应急预案、决策指挥、标签和腕带、监舍、罪犯编组、车间等场所、访客、物品、车辆等的绑定配置管理，是本系统的重要子系统。
3.1.8、人员基础信息管理
基本信息管理包括民警和罪犯基本信息的管理，罪犯编号、监舍编号、姓名、性别、年龄、文化程度、籍贯、犯罪类型、刑期等信息。民警的基本信息包括姓名、性别、年龄、文化程度、籍贯、职衔、任职情况等。
管理功能包括添加、修改、删除、查询、统计和打印等。
信息库包括民警数据库、罪犯数据库和狱政数据库。
3.2、系统功能
3.2.1、三维地理仿真与二维平面结合显示功能
指挥中心值班民警可以随时在三维仿真图形界面中对监内各类设施、设备实行全方位操作、控制，并能够随时调阅人员、重点物品等对象的基本信息及位置信息。
当罪犯离开监舍，系统弹出视频联动报警界面和基本信息显示界面。
联动：自动记录罪犯活动轨迹和视频监视设备自动跟踪目标。
基本信息显示界面：包括位置信息和基本信息，罪犯编号、监舍编号、姓名、性别、年龄、文化程度、籍贯、犯罪类型、刑期等信息。
警力分布：最近的警力分布情况。
处警预案：通过预案配置策略可选择或手动报警。
3.2.2、移动目标异常行为智能分析及预警功能
对罪犯夜间活动违规、脱管、串号、区域罪犯聚集等高危行为发出预警信号，提示民警提前介入处理，防患于未然。
如某罪犯在卫生间非正常聚集，系统发出预警信号，并自动跳出预警画面，显示罪犯正在聚众斗殴。
指挥中心也可以通过对讲机通知值班民警处理。
3.2.3、对罪犯、民警等移动目标的实施自动点名功能
随时掌控监狱人员动态分布情况，如监狱领导在值班期间查岗，核查某监区罪犯和干警人数。
3.2.4、目标定位卡可同时具备报警功能
民警遇到紧急情况可通过佩戴的定位标签、手持机及时报警。
当某监舍民警在监舍与某罪犯谈话时遭遇袭击，民警通过按求助按钮求助，值班中心通过对讲机通知最近值班民警前往处理。
3.2.5、罪犯活动轨迹实施跟踪监控功能
民警可随时对罪犯异常行为进行重点跟踪监控。如某监区在组织观看电视节目时，某重点监控对象趁民警不备，悄悄离开的预警。
3.2.6、移动目标历史轨迹的查询功能
民警可随时调阅任意罪犯在某一特定时段的历史移动轨迹，确保事件发生后有据可查，为监内案件侦查提供有力证据。
3.2.7、管控区域设定及自动报警功能
目标违规进出设定的警戒区、管控区均可实现自动分析报警。
如设置民警值班室为警戒管控区，某罪犯趁民警巡逻时趁机潜入民警值班室时发出报警。
3.2.8、监区警力配备系统分析功能
以方便指挥中心随时掌握监内民警数量及分布情况等实施动态信息，为警力调配提供便利。
四、设备清单及性能参数
4.1、腕带标签
4.2、警用标签
4.3、室外型定位器
室外型定位器4.4、室内型定位器
水下目标搜索与识别技术
水下目标搜索与识别技术 水下目标搜索与识别系统一般分为光视觉系统和声视觉系统，当距离物体十米以内，一般采用光视觉系统，当距离物体大于十米以上时则用声视觉系统。当前流行的趋势是采用激光的方式来进行目标搜索与识别。 一．光视觉系统 传统的光视觉系统包括水下摄像机、照明等设备用来满足获取光学图像和视频信息等基本的要求。而现在的光视觉系统不仅要求满足上述要求，还要求具备对图像和视频信息进行处理、特征提取以及分类识别的功能。总之，只能水下机器人中光视觉系统的使命是：快速、准确德获取水下目标的相关信息，并对信息进行实时处理，将处理结果反馈给计算机，从而指导机器人进行正确的作业。 1.光视觉系统框架 水下光视觉系统主要分为三大块：(1)底层模块:图像采集系统，包括专用水下CCD感光摄像头和图像采集卡，这部分属于硬件部分；(2)中层模块：图像处理，包括图像预处理、图像分割、特征提取、根据目标模型进行学习，形成知识库和逻辑推理机制，得到单幅图像的初步理解和评价。(3)高层模块：分类是水下目标识别最为核心的技术，也是最终实现部分。 1.1硬件组成 光视觉系统硬件包括光视觉计算机、水下CCD摄像头、云台和辅助照明灯。光视觉计算机完成视觉建模、高层视觉信息处理和理解、与机器人主控计算机的网络通讯，实时监控系统每个时间节拍的运行状态与处理参数。 1.2软件体系 水下光视觉系统的软件体系涵盖了两个部分：中层模块和高层模块。中层模块主要负责图像处理工作(图像处理一般包括图像预处理、图像分割和特征提取三方面)。高层模块是水下目标识别系统的最终实现部分，一般采用的是神经网络识别算法进行识别分类。 二．声视觉系统 理想的声视觉系统作为智能水下机器人的传感设备，应该具备灵敏度高、空间分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力强、自主调节和全天候作业等特点，能适合
我国首套水下GPS高精度定位导航系统简介
我国首套水下GPS高精度定位导航系统简介 北极星电力网新闻中心2008-11-12 11:04:48 我要投稿 关键词：GPS 我国首套水下GPS高精度定位导航系统简介 “863”计划“水下GPS高精度定位系统”课题组 摘要由国家"863"计划资助的我国首套水下GPS高精度定位导航系统已研制成功，填补了我国在水下高精度定位导航和水下工程测量领域的空白。该系统可从水上(海面、沿岸陆地或飞机上)对水下目标跟踪监视和动态定位，还利用GPS技术，实现了水下设备导航、水下目标瞬时水深监测、水下授时、水下工程测量控制和工程结构放样等功能。 关键词水下GPS 定位导航系统用户 由国家"863"计划资助的我国首套水下GPS高精度定位导航系统研制成功，经在浙江省千岛湖进行的试验表明，对于水深45m左右的水域，系统的水下定位精度为5em，测深精度为30cm，水下授时精度为0.2ms，且测量误差不随时间累积。这是继美国和法国之后，我国科学家自主研制开发的精度好、功能强、自动化程度高的水下GPS系统。该系统不但可用于从水上(海面、沿岸陆地或飞机上)对水下目标跟踪监视和动态定位，还率先利用GPS 技术实现了水下设备导航、水下目标瞬时水深监测、水下授时、水下工程测量控制和工程结构放样等功能。该系统的成功研制，将打破个别发 达国家对水下高精度定位技术的垄断，填补了我国在水下高精度定位导航和水下工程测量领域的空白。 一、系统构成 水下GPS定位导航系统主要由GPS卫星星座、差分GPS基准站(可选)、四个以上GPS 浮标、安装在水下目标或载体上的水下导航收发机、陆基或船基数据处理与监控中心(简称数据控制中心)、水上无线电通信链路、水下水声通信链路组成，如图1。多个GPS浮标与水下导航收发机构成以浮标为基线的海面长基线水下定位导航系统。 其中，GPS卫星星座、差分基准站和浮标GPS天线用于提供“海面动态大地测量基准”，包括浮标动态长基线水下定位网的起算基准和时间基准；水下导航收发机的发射器、浮标定位水听器组成了水下定位子系统，该子系统采用水下差分方式定位，水下无需高稳定频标；数据控制中心和水下导航收发机的水声通信换能器组组成了水下通信链路；差分基准站到数据控制中心、GPS浮标到数据控制中心的无线电收发装置组成了海面无线电通信链路；水上数据处理中心、系统状态监控、水上用户接口组成了数据监控中心；水下数据处理、用户接口组成了水下用户接口。 二、系统基本工作模式 1．水上跟踪模式——用户在水上 当水上用户需要跟踪水下目标(或动态定位)时，就从数据控制中心的监控界面向水下导航收发机(安装在水下目标上)发送定位请求信号，水下导航收发机激活后向GPS浮标发射定
信息融合技术
信息融合技术 1引言 融合(Fusion)的概念开始出现于70年代初期,当时称之为多源相关、多源合成、多传感器混合或数据融合(Data Fusion),现在多称之为信息融合(Information Fusion)或数据融合。 融合就是指采集并集成各种信息源、多媒体与多格式信息,从而生成完整、准确、及时与有效的综合信息过程。数据融合技术结合多传感器的数据与辅助数据库的相关信息以 获得比单个传感器更精确、更明确的推理结果。经过融合的多传感器信息具有以下特征:信息的冗余性、互补性、协同性、实时性以及低成本性。 多传感器信息融合与经典信号处理方法之间存在本质 的区别,其关键在于信息融合所处理的多传感器信息具有更 为复杂的形式,而且可以在不同的信息层次上出现。 2信息融合的结构模型 由于信息融合研究内容的广泛性与多样性,目前还没有 统一的关于融合过程的分类。 2、1按照信息表征层次的分类系统的信息融合相对于信息表征的层次相应分为三类:数据层融合、特征层融合与决策层融合。 数据层融合通常用于多源图像复合、图像分折与理解等方面,采用经典的检测与估计方法。特征层融合可划分为两大
类:一类就是目标状态信息融合,目标跟踪领域的大体方法都可以修改为多传感器目标跟踪方法;另一类就是目标特性融合,它实质上就是模式识别问题,具体的融合方法仍就是模式识别的相应技术。 决策层融合就是指不同类型的传感器观测同一个目标,每个传感器在本地完成处理,其中包括顶处理、特征抽取、识别或判决,以建立对所观察目标的初步结论。然后通过关联处理、决策层触合判决,最终获得联合推断结果。 2、2JDL模型(Joint Directors of Laboratories, JDL)与λ-JDL模型该模型将融合过程分为四个阶段:信源处理,第一层处理(即目标提取)、第二层处理(即态势提取)、第三层提取(即威胁提取)与第四层提取(即过程提取)。模型中的每一个模块都可以有层次地进一步分割,并且可以采用不同的方法来实现它们。 λ-JDL模型为JDL模型的简化,把0层包含进了1层, 4层融入其她各层中。 2、3按照数据流融合的位置进行分类多传感器融合系统中的一个关键问题就是在何处对数据流进行融合。按照融合位置的不同可以将融合结构分为以下三种类型:集中式融合、分布式多传感器融合与无中心融合结构。对于特定的信息融合应用不可能找到一种最优的融合结构,结构的选择必须综合考虑计算资源、可用的通信带宽、精度要求、传感器能力
目标跟踪信息融合及仿真程序
目标跟踪信息融合及仿真程序 质心算法是最简单的定位算法，如图2-1所示，四个小圆为观测站，实线三角形是目标真实的位置，假设四个圆形观测站都探测到目标的存在，则根据质心定位算法，目标的位置（x,y ）可以表示为：4 4 321x x x x x +++= ， 4 4 321y y y y y +++= ，这里观测站得位置为),(i i y x ，同理，当观测站数目为N 时，这时候的质心定位算法可以表示为： ???? ? ? ??????=??????∑∑==N i i N i i y N x N y x 11 11 图1 质心定位 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 质心定位算法Matlab 程序 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function main % 定位初始化 Length=100; % 场地空间，单位：米 Width=100; % 场地空间，单位：米 d=50; % 目标离观测站50米以内都能探测到，反之则不能 Node_number=6; % 观测站的个数 for i=1:Node_number % 观测站的位置初始化，这里位置是随机给定的 Node(i).x=Width*rand; Node(i).y=Length*rand; end % 目标的真实位置，这里也随机给定 Target.x=Width*rand; Target.y=Length*rand; % 观测站探测目标 X=[]; for i=1:Node_number
水下光学图像中目标探测关键技术研究综述
水下光学图像中目标探测关键技术研究综述 一、引言 近年来，海洋信息处理技术蓬勃发展，水下目标探测技术的应用也日益广泛，涉及海底光缆的铺设、水下石油平台的建立与维修、海底沉船的打捞、海洋生态系统的研究等领域。水下光学图像分辨率较高，信息量较为丰富，在短距离的水下目标探测任务中具有突出优势。然而，由于受水下特殊成像环境的限制，水下图像往往存在噪声干扰多、纹理特征模糊、对比度低及颜色失真等诸多问题。因此，水下目标探测任务面临诸多挑战，如何在图像可视性较差的情况下，精确、快速、稳定地检测识别和跟踪水下目标物体是亟待解决的问题。 根据水下目标探测任务的执行步骤，将基于光学图像的水下目标探测关键技术分为图像预处理和目标探测两部分。其中，水下目标探测特指水下目标检测、识别与跟踪。近年来，国内外研究人员对基于光学图像的水下目标探测关键技术进行了大量研究，水下目标探测技术取得了迅速发展，一些研究人员总结了关键技术的发展现状。Sahu等总结了一系列水下图像增强算法，Han等对水下图像智能去雾和色彩还原算法进行了综述，Kaeli等概述了一组用于水下图像颜色校正改进的算法，郭继昌等对水下图像增强和复原算法进行了
系统归纳并通过实验对比了不同算法，Moniruzzaman等梳理了近年来深度学习在水下图像分析中的应用。然而，这些综述仅总结了水下目标探测某一关键技术的研究成果，目前仍缺少对水下目标探测关键技术的系统概述。 本文从水下图像预处理和水下目标检测、识别、跟踪技术入手，详细归纳了水下目标探测关键技术的研究现状。根据是否需要构建模型，将水下图像预处理分为图像增强和图像复原，并重点分析了水下图像增强的各类方法（基于直方图处理、基于Retinex理论、基于图像融合和基于深度学习的方法）的优缺点。由于水下目标跟踪技术的相关研究论文较少，本文主要从传统方法和深度学习两个角度讨论了水下目标检测与识别相关算法，并简要介绍了常用的水下图像数据集。在上述基础上指出了水下光学图像中的目标探测技术亟待解决的问题，讨论了解决思路和进一步发展方向。 二、水下图像预处理 与大气光学成像技术相比，水下光学成像技术深受水体光吸收和散射的影响，可见光在水体中传播的波长依赖性使得水下图像呈现蓝绿色调，水体中的杂质微粒对光的散射导致图像细节模糊以及表面雾化。为解决上述问题，研究人员提出了大量水下图像预处理算法，分为基于非物理模型的图像增强方法和基于物理模型的复原方法。
水下目标识别技术探究
Technology Analysis 技术分析DCW 111数字通信世界2019.04（接上页）视，并采取相应有力措施加以解决，以促进高速公路 机电通信新技术的应用，为高速公路的发展提供更多通信技术支 持。 参考文献[1] 黄冠群.高速公路机电系统的维护与管理[J].科技创新与应用，2014，15（06）：199.[2] 王小利.高速公路机电工程通信系统技术浅述[J].工程技术，2017，4（下）：977. 1 研究背景 一般来说，水下目标情况复杂，我们研究的方向主要包括包 括舰船、潜艇、水雷、鱼群、海底沉物、地貌底质等。水下目标识别是实现水声装备与武器系统智能化的关键技术，更是现代信 息化条件下克敌制胜的前提，一直是各国海防领域面临的技术难 题。在20世纪40年代，世界各主要国家就已开始重视水下目标 识别技术，鉴于水下目标识别领域具有复杂性和特殊性，导致 该技术研究进展一直较为缓慢。近年来，尤其是军事应用方面， 低噪声核潜艇的出现对水下目标特征分析和识别技术的需求愈 加强烈。同时，新兴的信息处理技术、微处理器技术、VLSI 和 VHSIC 技术也取得了重大进展。正是基于军事需求和新兴电子技术的推动下，数值计算和实验室仿真技术日趋成熟，水下目标 识别技术迅速发展起来。 2 识别技术的发展 水下目标识别根据回波信号符合大信噪比条件，一般分为瞬态回波信号识别和水声图像信号识别两种。前者主要用于识别航 行舰艇，直接对目标回波或噪声信号进行实时辨别；后者多用于 静态目标，如海底沉淀物、地质结构等识别。早期的目标识别技 术，目标判断主要依据目标噪声或回波的波形音调、节奏分布特 性进行识别。随着研究技术和设备的发展，上个世纪七十年代后，目标回波的亮点分布结构起伏和展宽特性以及目标噪声的线谱分 布特性均已作为目标的特征量。但由于目标本身以及声传输信道 的复杂性，目标特征量及其数量的选取问题还是没有得到有效解 决。八十年代以来，目标识别技术广泛引入了近代信号处理技术，仪器设备研制和测量水平得到大幅提升，这为水下目标特征量提 取和数据收集提供了便利条件，与此同时，人工神经网络分析将 目标识别过程进一步智能化。 在全球电子化、智能化手段的快速发展和广泛应用下，各国 在水下目标识别的多个领域实现了突破。一是日本东京大学和美 国RESON 公司从2010年起联合开发应用于浅海及沿岸港口的自 动声纳目标探测跟踪系统。此系统能在低信噪比情况下，有效跟 踪探测水下运动目标。并在此基础上，使用干涉仪测量法计算相 位差场，这样就能够有效抑制噪声混响及静止假目标的干扰，从而提高识别率。二是美国爱荷华大学2013年深入研究了非稳态干扰下主动声纳目标探测及分类，并提出自适应子空间跟踪算法，在时频区域对目标回波进行动态监测，结果表明此算法能够有效抑制杂波对目标回波的干扰。三是欧美各国均建立了蛙人散射模型，进行水下小目标探测识别研究。通过实验，仿真分析了蛙人的目标强度，并开展水池试验，测量了蛙人呼吸气瓶的目标强度， 海上试验测量了蛙人目标强度。据公开资料显示，蛙人探测声纳（DDS ）的性能描述，几乎所有的蛙人探测声纳均称实现了目标 识别和预警。四是2013年，美国海洋SPAWAR 系统中心海洋系统太平洋分部，应用多普勒方位测定法对多基地连续主动声纳目标进行跟踪。在多收发装置情况下，以此方法对目标进行有效定位和跟踪，取得良好效果。在先进发达国家的推动下，目标特性试验数据资源建设较为完善。俄罗斯、美国、英国在多年前就建立了大西洋海上试验场、DERA 测试场、活动式试验场及靶场，收集并整理了大量本国和盟约国及世界各国的舰艇目标特征数据资源，并对这些数据资源进行了对比分析、深层次挖掘，形成以特征库数据为基准的探测、识别体系。据了解，美俄等军事大国，每艘潜艇上都具有相应数据库，库中记载着各种舰艇、水中兵器的数据库及特征知识库，从而为作战中指挥官的准确判断提供数据支撑。 3 未来发展趋势随着吸声和隔声材料工艺提高、发动机减振降噪技术提升、仿生技术发展、干扰器种类多样化以及安静级潜艇应用给复杂的水下目标探测提出更高要求，识别与反识别技术出现了激烈碰撞。同时，水下目标识别技术和途径也逐渐多样化，己从单一源目标 提高到系统综合识别。据研究发现，现代激光技术可以作为水下目标识别系统的补充，尤其是在浅水区域、环境复杂的海洋区域、不易接近的区域等，使用激光可以快速探测和识别。机载激光扫描系统可以快速部署，用于探测水下目标或水面浮动目标。如果 目标足够大，机载激光扫描还可识别不同类型的目标，在这种情况下，在水面平台或水下平台上部署激光门控视图（LGV ）、水下激光扫描（ULS ）系统，可以确认目标。可以预见，未来的发展方向主要是非声探测、多传感器信息融合和智能目标识别等。人工智能技术与水声目标识别有机结合将是今后水下目标识别研究的重要方向。 参考文献[1] 丁玉薇.被动声呐目标识别技术的现状与发展[J].声学技术，2004，23（4）.[2] 强超超 王元斌.水声目标识别技术现状与发展[J].指挥信息系统与技术，2018，9（2）. [3] 徐慧.水声目标被动识别相关技术研究[D].武汉：中国舰船研究院，2017[4] 柳革命，孙超，杨益新.基于特征融合的被动声呐目标识别[J].计算机仿真，2009，26（8）.水下目标识别技术探究 刘梦琪 （哈尔滨工程大学水声学院，哈尔滨 150000） 摘要：水下目标识别就是从水声信号中提取水下目标特性并做出识别，确定出目标的本质属性，进而采取有效应对措施。在军事方面，水下目标识别是世界各国海防情报处理的重要组成，是武器分配、反潜和鱼雷防御的前提；在民用方面，水下目标识别是现代化海洋开发利用的重要基础。因此，开展水下目标识别研究在国家安全、海洋应用等方面意义重大。 关键词：水声目标；技术发展；综合识别 doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.04.081 中图分类号：TP391.4 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）04-0111-01