傳感器網(wǎng)絡(luò )新一代機場(chǎng)周界防入侵技術(shù)誕生

　　根據民航總局于2008年修訂的《民用航空運輸機場(chǎng)安全保衛設施建設標準》(編號：MH/T 7003-2008)，規定了有關(guān)飛行區周界、通道、監控和報警系統等民用機場(chǎng)安保設施的建設標準，要求機場(chǎng)應設立周界報警、視頻監控系統，且系統應能對周界入侵行為作出判斷，對目標進(jìn)行分類(lèi)，應能在機場(chǎng)飛行和安全照明的環(huán)境下工作，應滿(mǎn)足全天候運行的要求。

　　實(shí)際上，我國機場(chǎng)周界電子防入侵技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一代是視頻監控技術(shù)，但其作用只能起到事后追蹤取證的目的，沒(méi)有預警功能;第二代是防入侵技術(shù)，系統增加了報警功能，實(shí)現方式主要包括振動(dòng)光纖、輻射電纜、紅外對射、張力圍欄和高壓脈沖等技術(shù)，是屬于信號驅動(dòng)型的報警技術(shù)，但由于每個(gè)機場(chǎng)的環(huán)境都不一樣，可能出現的目標種類(lèi)、數量和行為都存在著(zhù)很大的不確定性，因此，這類(lèi)技術(shù)仍然無(wú)法對目標進(jìn)行分類(lèi)，虛警誤警率極高。

　　而早在1999年，我國就已開(kāi)始了傳感器網(wǎng)絡(luò )的研究工作，可以說(shuō)是與國際同步的過(guò)程。傳感器網(wǎng)絡(luò )(后文中簡(jiǎn)稱(chēng)“傳感網(wǎng)”)是一個(gè)綜合的信息系統，講求以感知為目的的物物互聯(lián)，對目標是什么、在哪里和干什么等綜合信息進(jìn)行感知，是以目標物體為驅動(dòng)，也是目前國內機場(chǎng)新一代的周界電子防入侵技術(shù)。

　　傳感器網(wǎng)絡(luò )——“以感知為目的的物物互聯(lián)”

　　傳感網(wǎng)的精髓并不是在網(wǎng)絡(luò )，也不是在傳感器，而是在于多種手段的綜合判斷，是從物體到物體的感知判斷，強調多個(gè)傳感器與與自治網(wǎng)絡(luò )相結合的綜合信息系統。簡(jiǎn)單來(lái)講，傳感網(wǎng)倡導的是物物互聯(lián)，講求的是協(xié)同感知和綜合判斷。

　　如果將傳感器網(wǎng)絡(luò )比喻為人的“頭部”，“五官”則是傳感器，“大腦”便是網(wǎng)絡(luò )，舉例來(lái)說(shuō)，單靠人的一只眼睛也許只能看清楚杯子的形狀，而兩只眼睛協(xié)同便能精確杯子的大小以及與我之間的距離，如果再加入手的觸摸則可以更進(jìn)一步的感知其硬度和溫度等。這個(gè)例子可以很形象地概括出傳感網(wǎng)的工作原理和過(guò)程，即通過(guò)多個(gè)同傳感器(眼睛)的協(xié)同和多種類(lèi)傳感器(加入手)的融合對物體進(jìn)行全面的感知。

　　2008年6月，首屆ISO/IEC國際傳感網(wǎng)標準化大會(huì )在上海微系統所召開(kāi)，中國、美國、韓國、英國、德國、日本、挪威等30多個(gè)成員國及ISO、IEC、ITU-T、IEEE等的120余名官方代表和技術(shù)專(zhuān)家參加。在其后多次國際標準化會(huì )議上，我國代表ISO/IEC傳感網(wǎng)標準化工作組做總體報告，提出的“傳感器網(wǎng)絡(luò )標準化體系”、“傳感器網(wǎng)絡(luò )體系架構”、“傳感器網(wǎng)絡(luò )協(xié)同架構”等代表該領(lǐng)域頂層設計和方向的技術(shù)方案，獲得成員國代表的高度認可，并納入ISO/IEC標準化技術(shù)總體方案。同時(shí)，我國作為主要成員積極參加IEEE 802.15.4e傳感器網(wǎng)絡(luò )國際標準的制定。傳感器網(wǎng)絡(luò )已成為我國信息技術(shù)少有的具有國際標準主導權的領(lǐng)域，與國外相比具有同發(fā)優(yōu)勢、同等水平，部分領(lǐng)先。

　　打造“三級三維”的立體機場(chǎng)周界

　　大型機場(chǎng)的周界一般都有幾十公里長(cháng)，需要布設上萬(wàn)個(gè)傳感器節點(diǎn)，如何設計好端到端網(wǎng)絡(luò )對這些節點(diǎn)進(jìn)行合理控制是實(shí)現傳感器網(wǎng)絡(luò )防入侵系統的第一步，包括節點(diǎn)冗余設計、動(dòng)態(tài)路由和分簇拓撲控制協(xié)議等。同時(shí)，為了達到對目標的綜合感知，還需要利用多種類(lèi)型的傳感器提供的多參數、多視角的測量信息，通過(guò)多級融合的策略，來(lái)綜合判斷目標的屬性。

　　針對以上需求，采用傳感網(wǎng)綜合系統，利用其目標驅動(dòng)型報警的特點(diǎn)，從而為機場(chǎng)打造出一套“三級三維”的立體防入侵系統。

　　“三級”是指我們在機場(chǎng)周界分為了預警區、報警區和出警區。預警區：在周界外部設置范圍可調預警區域，畫(huà)地為牢，排除外界干擾，友善提醒無(wú)意靠近圍欄的行為。報警區：對目標的入侵過(guò)程進(jìn)行報警。出警區：非法入侵成功后的緊急報警，立即出動(dòng)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。

　　一般情況下，根據各機場(chǎng)的環(huán)境和實(shí)際需求，我們可以做到在圍欄以外一到十米設置預警區，可對低空30-50米以及地下20米進(jìn)行全方位的封鎖。同時(shí)根據多傳感器的協(xié)同，對目標進(jìn)行全方位判斷，徹底改變以前周界“有動(dòng)靜就報警”的情況，而是確定其為入侵行為后才報警，這是與二代產(chǎn)品完全不同的地方，也是它的優(yōu)勢所在。

　　傳感網(wǎng)的具體報警手段有很多，目前在浦東機場(chǎng)應用的便有十多種，如聲響、振動(dòng)、紅外、視頻、氣象......單一手段一定有判斷不準確的時(shí)候，多種手段的綜合更能增加系統的高度智能化。

　　此外，機場(chǎng)周界環(huán)境中經(jīng)常會(huì )有車(chē)輛、人員、飛機和動(dòng)物等事件混雜出現，必須依靠多種以及多個(gè)傳感器節點(diǎn)的信息來(lái)實(shí)現混雜目標的盲源分離，而且，在復雜環(huán)境下，目標信號容易湮沒(méi)在噪聲中，信噪比極低。針對這些情況，基于多個(gè)傳感器信息的微弱信號檢測算法能有效提高入侵目標的檢測概率，并且對機場(chǎng)周界環(huán)境復雜、目標混雜和氣候惡劣的特點(diǎn)，該系統下的信號與信息處理算法可同時(shí)從時(shí)域、空域和頻域三方面進(jìn)行分析處理，且三個(gè)域之間實(shí)現關(guān)聯(lián)，為目標的正確檢測提供了可靠的依據。

　　與以往的周界防范不一樣，傳感網(wǎng)的重心在前端，所有判斷和處理的過(guò)程都在前端已經(jīng)完成，后臺只是一個(gè)顯示的作用。所以，系統對后臺的要求并不高，這也是傳感網(wǎng)周界在整體造價(jià)上也極具競爭力的原因。另一方面，由于前端的點(diǎn)位非常多，即使損壞幾個(gè)也不會(huì )對系統造成非常大的影響，抗打擊能力也很強。

　　從產(chǎn)品形態(tài)來(lái)看，傳感網(wǎng)的產(chǎn)品形態(tài)是外形不一的節點(diǎn)，有立體式、外掛式、埋地式等等，目前已經(jīng)在向模組化邁進(jìn)。

　　目前，除了在機場(chǎng)、監獄、石化油田等場(chǎng)所被應用之外，傳感網(wǎng)在上海世博會(huì )的周界范防中也有被應用到。通過(guò)在這些大型活動(dòng)和重要領(lǐng)域中的應用，傳感網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)性和穩定性得到了進(jìn)一步的證明，同時(shí)也贏(yíng)得了更多用戶(hù)的信任。

　　最近以中科院為代表制定的國家科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展“2050路線(xiàn)圖”信息篇已公開(kāi)出版，路線(xiàn)圖將未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展分為三部分：有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和傳感器網(wǎng)絡(luò )。由此可見(jiàn)，傳感器網(wǎng)絡(luò )將帶來(lái)未來(lái)廣大的產(chǎn)業(yè)空間;與此同時(shí)，傳感器網(wǎng)絡(luò )還被稱(chēng)為改變人類(lèi)未來(lái)生活方式的十大技術(shù)之首，將遠遠超過(guò)手機通信產(chǎn)業(yè)，從而推動(dòng)信息領(lǐng)域進(jìn)入第三次浪潮。