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探究数据融合技术与船舶自动化发展

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摘要：20世纪70年代，美国海军偶然发现，将多个独立声呐的信号数据融合在一起时，能够更加准确地探测出敌人的位置，从此，数据融合技术开始出现在人们的视线里。而今，数据融合技术被广泛应用，已成为自动化领域的重要研究热题。随着船舶系统自动化程度的提高，数据融合技术在船舶自动化方面有着很大的应用前景和研究价值。本文主要介绍了数据融合技术在船舶信息综合处理、航海避碰决策系统、船舶故障诊断、岸船一体化系统中的应用方法和未来发展趋势。

关键词：数据融合技术；船舶自动化；应用

中图分类号：U624文献标识码：A

一引言

数据融合技术是一门十分先进的信息处理技术，随着船舶自动化程度的不断提高，对多传感器系统所反馈的信息的处理也有着十分高的技术要求，数据融合技术在功能上完美地解决了这一理论技术问题，虽说与现实还存在着一定的距离，然而，我们并不能否认它的研究价值。从近几年的研究成果可以看出，数据分析技术对船舶自动化程度的提高有着重要贡献，其应用潜力还十分巨大。

一、数据融合概念及其基本原理

1973年，美国国防部资助研究的声纳信号处理系统最早涉及到数据融合(DataFusion)技术，80年代随着传感器技术在各个领域的广泛应用该技术得到了飞速的发展，到90年代提出了更广义化的信息融合(InformationFusion)。数据融合不仅是一种技术或工具，而且是一种跨学科的研究领域。该科学理论和方法的不断发展，已被广泛应用于军事与工农业领域例如海上监测、监测战场情报、天气预报、医疗诊断以及作物分析等。

数据融合可以应用于众多领域的特性，使得很难精确定义数据融合这一概念。C-Pohl和J，L.vanGenderen提出“图像融合技术就是通过某种算法，将两幅或两幅以上不同的图像形成一幅新的图像”M.Mangolini将数据融合引申到更广泛的信息领域，他提出“数据融合是利用一定的方法、工具或者方式处理分析来自不同数据源的数据，进而得到高质量的所需信息”。D.L.HaU和J.Linas提出“数据融合是组合大量传感器与相关数据库的数据，来获取比单一传感器更高精度的信息”数据融合不应该仅局限于从传感器中获取数据，或者从语义上定义是一个过程或方法，因此在1998年，Ｗ.Xucien提出“数据融合是一种形式化的框架，外在表现为利用一定的方法或工具组合来自不同数据源的数据进而获取高质量的信息，至于高质量信息的标准应该取决于具体的应用”。

二、数据融合技术在船舶中的应用

（一）在预警系统中的应用

目前信息融合技术在预警系统中已经取得了较为显著的成果，王刚毅为了实现对尾矿库进行实时监测和评估的功能，提出一种基于多源信息融合的预警和安全评估方法，对降低尾矿库溃坝风险及控制灾情损伤范围具有重要的意义。高强提出了一种基于T－S模型的模糊神经网络信息融合算法应用在赤潮的预测预警中，研究各种理化因子与赤潮藻类浓度间非线性对应规律和有效预测赤潮藻类浓度。苏晓燕提出了基于多因素信息融合的中国粮食安全预警系统，邓军提出了矿井火灾多源信息融合预警方法的研究。和前述其它系统一样，水上交通系统也具有很大的不确定性，如果能够采集各个影响因素的信息，则可以通过多源信息融合技术，从而实现有效船舶通航风险预警。

（二）海洋数据融合

海洋多源信息融合的主要科技需求是对海洋状态过去、现在和未来的精确估计。海洋环境数值预报准确率与作为基本输入的初始资料密切相关。随着海洋观测系统的发展，多源海洋环境资料不断增加，如何将这些不同来源、不同性质的宝贵资料有效应用于数值预报模式，为提高数值预报准确率提供合理的初始资料，是涉及海洋环境数值预报能力水平的关键问题。未来技术发展的短期趋势是融合与同化技术同步发展，互相提高。长期趋势是同化技术将取代简单的融合技术并成为主流，就像当今气象观测主要是通过资料同化得到再分析资料集。此外，解决现有观测的融合产品在近岸／浅海的质量不高、产品还无法准确描述日变化特征等瓶颈问题将是未来技术发展的重要驱动力。将更多的观测资料，如水下滑翔机、地波雷达等观测信息融合也将促进这一技术领域的发展。

（三）在岸船一体化系统中的应用

船岸船一体化是现代化航运的发展方向。实现岸船一体化的基础是船舶的高度自动化和船队管理控制的现代化。岸船一体化系统包括船舶动态系统、船舶调度信息系统和船舶气象导航系统三个主要系统。随着计算机网络和多媒体技术的发展，岸船一体化的发展已经实现了利用计算机网络和多媒体广泛传递和直观展示船舶的信息动态，目前面临的紧迫任务是通过对信息的深加工和处理迅速做出正确的决策。对于越来越庞大的数据信息，对信息的处理技术成为有效实现岸船一体化的关键技术。数据融合技术可