CN107451623A - 一种多传感器数据融合方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多传感器数据融合方法及装置，该方法首先将每一传感器在一段时间内的输出数据封装成一个数据元进行存储，然后再将每一传感器数据元集合中的每个数据元与其他传感器数据元集合中每个数据元进行数据融合，在两个数据元的数据类型、时间和内容都相同时，将其中一个数据元的传感器标识改成两者之和并删除另一个数据元；在两个数据元的数据类型和时间相同但数据内容不同时，将传感器等级较高的数据元的传感器标识改成两者之和并删除另一数据元；在两个数据元的数据类型不同但数据时间相同时，分别在两个数据元的数据内容里增加对方的数据元身份标识。本发明具有效率高、支持多路数据源的优点，为多传感器数据融合提供新的思路。

Description

一种多传感器数据融合方法及装置

技术领域

本发明涉及一种多传感器数据融合的方法及装置，属于传感器数据融合领域。

背景技术

目前多传感器融合技术的研究主要是多传感器应用的决策方面，对多传感器数据层级的融合技术的研究较少，因此传感器数据融合是信息领域一个前景广阔的研究方向，对多传感器数据融合进行研究具有重要意义。多传感器数据融合技术形成于上世纪80年代，它不同于一般信号处理，也不同于单个或多个传感器的监测和测量，而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。多传感器数据融合技术是对多种信息的获取、表示及其内在联系进行综合处理和优化的技术。多传感器数据融合技术从多信息的视角进行处理及综合，得到各种信息的内在联系和规律，从而剔除无用的和错误的信息，保留正确的和有用的成分,最终实现信息的优化，它也为智能信息处理技术的研究提供了新的观念。

数据融合作为一门跨学科的综合信息处理理论，涉及系统论、信息论、控制论、人工智能和计算机通信等众多的领域和学科。但是目前业界多传感器数据融合技术只是数据应用层面的融合，存在着数据融合效率低、传感数据融合种类单一的问题，急需在传感器底层数据方面研究数据融合问题。

发明内容

发明目的：针对现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种多种传感器数据融合的方法及装置，重点解决多传感器数据的综合应用问题，具有充分利用传感器数据、减低数据冗余、提升数据准确性的特点。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种多传感器数据融合方法，包括如下步骤：

(1)将每一个传感器在一段时间内的输出数据封装成一个数据元进行存储，所述数据元包括数据元身份标识、传感器标识、传感器等级、传感器数据类型、数据时间和数据内容六部分数据信息；

(2)将每一个传感器数据元集合中的每个数据元与其他传感器数据元集合中每个数据元进行数据融合，在两个数据元的数据类型、数据时间和数据内容都相同的情况下，将其中一个数据元的传感器标识改成两者之和并删除另一个数据元；在两个数据元的数据类型和数据时间相同但数据内容不同的情况下，将传感器等级较高的数据元的传感器标识改成两者之和并删除传感器等级较低的数据元；在两个数据元的数据类型不同但数据时间相同的情况下，分别在两个数据元的数据内容里增加对方的数据元身份标识。

作为优选，步骤(1)中，数据元封装的步骤包括：

(1.1)生成数据元唯一身份标识数据，将其写入数据元内身份标识数据段内；

(1.2)读取传感器标识数据，将其写入数据元内传感器标识数据段内；

(1.3)依据传感器标识从预先建立的传感器等级表中找到传感器等级，将等级数据写入数据元传感器等级数据段内；

(1.4)依据传感器标识从预先建立的传感器数据类型表中读取传感器数据类型，将类型数据写入数据元内数据类型数据段内；

(1.5)记录传感器传输的数据时间t₁～t₂，将数据时间写入数据元内数据时间数据段内；其中，t₁为数据传输开始的时间，t₂为数据传输结束的时间；

(1.6)将时间t₁～t₂产生的数据存储入数据元的数据内容数据段内，完成数据元封装，并进行存储。

作为优选，步骤(2)中，两个传感器的数据元进行数据融合的步骤包括：

(2.1)令i＝1，j＝1，读取第一传感器的数据元ai，读取第二传感器的数据元bj，进入步骤(2.2)；

(2.2)对比ai与bj内的数据类型，若相同则进入步骤(2.3)，否则进入步骤(2.9)；

(2.3)对比ai与bj内的数据时间，若相同则进入步骤(2.4)，否则进入步骤(2.6)；

(2.4)对比ai与bj内的数据内容，若相同则进入步骤(2.5)，否则进入步骤(2.7)；

(2.5)将ai内传感器标识改为两者之和，保存ai并删除bj；进入步骤(2.11)；

(2.6)保存ai和bj，进入步骤(2.11)；

(2.7)对比ai与bj内的传感器等级，若aiL<bjL则进入步骤(2.5)，否则进入步骤(2.8)；

(2.8)将bj内传感器标识改为两者之和，保存bi并删除aj；进入步骤(2.12)；

(2.9)对比ai与bj内的数据时间，若相同则进入步骤(2.10)，否则进入步骤(2.6)；

(2.10)在数据元ai内数据内容后增加数据元bj的身份标识，在数据元bj内数据内容后增加数据元ai的身份标识，保存数据元ai和bj；进入步骤(2.11)；

(2.11)令j＝j+1，读取第一传感器的数据元ai，读取第二传感器的数据元bj，并进入步骤(2.2)，至第二传感器无数据元可读取，进入步骤(2.12)；

(2.12)令i＝i+1，j＝1，读取第一传感器的数据元ai，读取第二传感器的数据元bj，若数据元bj不存在则令j＝j+1至读取到一个数据元，并进入步骤(2.2)；在第一传感器返回信息无数据元可读取时，第一传感器与第二传感器的数据融合完成。

一种多传感器数据融合装置，包括数据元封装模块、数据元融合模块和存储模块；

所述数据元封装模块，用于将每一个传感器在一段时间内的输出数据封装成一个数据元并存入存储模块，所述数据元包括数据元身份标识、传感器标识、传感器等级、传感器数据类型、数据时间和数据内容六部分数据信息；

所述数据元融合模块，用于将每一个传感器数据元集合中的每个数据元与其他传感器数据元集合中每个数据元进行数据融合，在两个数据元的数据类型、数据时间和数据内容都相同的情况下，将其中一个数据元的传感器标识改成两者之和并删除另一个数据元；在两个数据元的数据类型和数据时间相同但数据内容不同的情况下，将传感器等级较高的数据元的传感器标识改成两者之和并删除传感器等级较低的数据元；在两个数据元的数据类型不同但数据时间相同的情况下，分别在两个数据元的数据内容里增加对方的数据元身份标识。

作为优选，所述数据元封装模块包括：

身份标识处理单元，用于生成数据元唯一身份标识数据，将其写入数据元内身份标识数据段内；

传感器标识处理单元，用于读取传感器标识数据，将其写入数据元内传感器标识数据段内；

传感器等级处理单元，用于依据传感器标识从预先建立的传感器等级表中找到传感器等级，将等级数据写入数据元传感器等级数据段内；

数据类型处理单元，用于依据传感器标识从预先建立的传感器数据类型表中读取传感器数据类型，将类型数据写入数据元内数据类型数据段内；

数据时间处理单元，用于记录传感器传输的数据时间t₁～t₂，将数据时间写入数据元内数据时间数据段内；

以及，数据内容处理单元，用于将时间t₁～t₂产生的数据存储入数据元的数据内容数据段内，完成数据元封装，并进行存储。

作为优选，所述数据元融合模块包括：

读取单元，用于从不同传感器封装得到的数据元集合中读取数据元，每次从两个不同传感器的数据元集合中读取两个未比较过的数据元；

第一融合单元，用于在两个数据元的数据类型不同且数据时间不同时保存两个数据元；以及在两个数据元的数据类型相同但数据时间不同时保存两个数据元；

第二融合单元，用于在两个数据元的数据类型、数据时间和数据内容相同时将其中一个数据元的传感器标识改成两者之和保存该数据元并删除另一个数据元，以及在两个数据元的数据类型和数据时间相同但数据内容不同时，将传感器等级较高的数据元的传感器标识改成两者之和保存该数据元并删除传感器等级较低的数据元；

以及，第三融合单元，用于在两个数据元的数据类型不同但数据时间相同时，分别在两个数据元的数据内容里增加对方的数据元身份标识，保存两个数据元。

有益效果：本发明首先将各传感器输出的数据封装成自定义的数据元，通过对一段时间内的多传感器输出数据元集合进行多维度的融合处理，能够有效的减少传感器数据融合的处理工作量，解决了多传感器数据融合问题。通过汇总多种传感器的数据，进行数据分析处理，最后融合成能够应用的数据信息。该数据融合方法具有效率高、数据冗余度低、准确性高、支持多路数据源的优点，为多传感器数据融合提供新的思路。

附图说明

图1为多传感器融合方法整体架构图。

图2为数据元封装过程图。

图3为两个数据元融合过程图。

图4为两个传感器的数据元集合融合过程图。

图5为多个传感器的融合过程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如附图1存在传感器A、传感器B…传感器N，每一个传感器一段时间内输出数据通过CPU处理封装成数据元,CPU再定期对每个传感器输出的数据元进行数据融合。存在数据处理模块(以下简称CPU)，负责对传感器数据进行封装和融合处理。存在数据存储模块(以下简称RAM)，保存处理后的数据。每个数据元包括数据元身份标识D、传感器等级L、传感器标识S、数据类型P、数据时间T、数据内容C六部分数据信息。需要说明的是此处传感器A、传感器B…传感器N，并不代表与字母顺序相同数量的传感器，其中N≥2,传感器A、传感器B可以理解为第一传感器、第二传感器，只用于区别不同传感器。

如附图2所示，CPU对传感器A的在时间t₁～t₂内产生的数据封装成数据元的过程如下：

(1)CPU生成数据元唯一身份标识数据，将其写入数据元内身份标识D数据段内，进入流程(2)。

(2)CPU读取传感器标识数据，将其写入数据元内传感器标识S数据段内，进入流程(3)。

(3)CPU根据依据传感器标识S从建立的传感器等级表中找到传感器等级，将等级数据写入数据元传感器等级L数据段内，进入流程(4)。

(4)CPU依据传感器标识S从传感器数据类型表中读取传感器数据类型，将类型数据写入数据元内数据类型P数据段内，进入流程(5)。

(5)CPU记录传感器传输的数据时间t₁～t₂，将数据时间写入数据元内数据时间T数据段内，进入流程(6)。

(6)CPU将时间t₁～t₂产生的数据存储入数据元的数据内容C数据段内，完成数据元封装，存入RAM。

其中传感器等级表定义了每一个传感器的等级数据，传感器数据类型表定义每一个传感器的数据类型。

例如：温度传感器的时间t₁～t₂内产生的数据经过CPU封装的数据元包括D(IDDE3434)唯一身份标识数据；S(T342)传感器类型标识；L(B456)此温度传感器的级别；P(TEMP2)温度数据类型；T(t₁-t₂)t₁～t₂内时间信息；C(t1，34℃；…)传感器的温度信息。

一段时间t(t时间长度大于t₁～t₂的时间长度)内传感器A输出数据元a1、a2、a3、a4…an₁；传感器B输出数据元b1、b2、b3…bn₂；……传感器N输出数据元n1、n2、n3…nn_n；其中n₁、n₂……n_n分别为传感器A、传感器B、传感器N输出的数据元集合的元素个数。如附图3-5所示,本发明实施例对各传感器数据元进行数据融合过程如下：

(1)CPU读取传感器A输出数据元a1，读取传感器B输出数据b1，进入流程(2)。

(2)CPU对比a1与b1内的数据类型P内数据，若a1P＝b1P则进入流程(3)，若a1P≠b1P，则进入流程(9)。

(3)CPU对比a1与b1内的数据时间T内数据，若a1T＝b1T则进入流程(4)，若a1T≠b1T，则进入流程(6)。

(4)CPU对比a1与b1内的数据内容C内数据，若a1C＝b1C则进入流程(5)，若a1C≠b1C，则进入流程(7)。

(5)CPU将传感器A输出数据元a1内传感器标识S改为a1S与b1S，并在RAM中保存数据元a1，删除传感器B输出数据元b1。返回数据元融合完成信息RETURN，并进入流程(11)

(6)RAM中保存数据元a1和b1。返回数据元融合完成信息RETURN，并进入流程(11)

(7)CPU对比a1与b1内的传感器等级L内数据，若a1L<b1L则进入流程(5)，若a1L≥b1L，则进入流程(8)。

(8)CPU将传感器B输出数据元b1内传感器标识S改为b1S与a1S，并在RAM中保存数据元b1，删除传感器A输出数据元a1。返回数据元融合完成信息RETURN，并进入流程(12)

(9)CPU对比a1与b1内的数据时间T内数据，若a1T＝b1T则进入流程(10)，若a1T≠b1T，则进入流程(6)。

(10)CPU在传感器A输出数据元a1内数据内容a1C后增加b1D，并在RAM中保存数据元a1；CPU在传感器B输出数据元b1内数据内容b1C后增加内容a1D，并在RAM中保存数据元b1。返回数据元融合完成信息RETURN，并进入流程(11)。

(11)CPU读取传感器A输出数据元a1，读取传感器B输出数据b2。并进入流程(2)(流程2-10中的a1、b1在重复执行时应当理解为重新读取的两个数据元，如a1、b2)，至返回数据元融合完成信息RETURN后，继续读取传感器A输出数据元a1，读取传感器B输出数据b3并进入流程(2)。至传感器B返回信息无数据元可读取EMP，进入流程(12)。

(12)CPU读取传感器A输出数据元a2，读取传感器B输出数据b1(若无b1则依次读取b2，至传感器B无数据元可以读取，返回数据融合完成信息DONE)，并进入步骤(2)，传感器B返回信息无数据元可以读取EMP，进入流程(12)CPU读取传感器A输出数据元a3，读取传感器B输出数据b1(若无b1则依次读取b2，至传感器B无数据元可以读取，返回数据融合完成信息DONE)。至传感器A返回信息无数据元可读取EMP，返回数据融合完成信息DONE。

(13)传感器A与传感器B数据融合完成后，继续对传感器A与传感器C数据进行融合，至传感器A到传感器N之间所有传感器两两之间都进行数据融合流程，返回完成信息OVER。

本发明实施例公开的一种多传感器数据融合装置，包括数据元封装模块、数据元融合模块和存储模块。其中，数据元封装模块用于将每一种传感器在一段时间内的输出数据封装成一个数据元并存入存储模块。数据元封装模块包括：身份标识处理单元，用于生成数据元唯一身份标识数据，将其写入数据元内身份标识数据段内；传感器标识处理单元，用于读取传感器标识数据，将其写入数据元内传感器标识数据段内；传感器等级处理单元，用于依据传感器标识从预先建立的传感器等级表中找到传感器等级，将等级数据写入数据元传感器等级数据段内；数据类型处理单元，用于依据传感器标识从预先建立的传感器数据类型表中读取传感器数据类型，将类型数据写入数据元内数据类型数据段内；数据时间处理单元，用于记录传感器传输的数据时间t₁～t₂，将数据时间写入数据元内数据时间数据段内；以及，数据内容处理单元，用于将时间t₁～t₂产生的数据存储入数据元的数据内容数据段内，完成数据元封装，并进行存储。

数据元融合模块用于将每一个传感器数据元集合中的每个数据元与其他传感器数据元集合中每个数据元进行数据融合，基于比较结果确定融合保存、删除还是合并。数据元融合模块包括：读取单元，用于从不同传感器封装得到的数据元集合中读取数据元，每次从两个不同传感器的数据元集合中读取两个未比较过的数据元；第一融合单元，用于在两个数据元的数据类型不同且数据时间不同时保存两个数据元；以及在两个数据元的数据类型相同但数据时间不同时保存两个数据元；第二融合单元，用于在两个数据元的数据类型、数据时间和数据内容相同时将其中一个数据元的传感器标识改成两者之和保存该数据元并删除另一个数据元，以及在两个数据元的数据类型和数据时间相同但数据内容不同时，将传感器等级较高的数据元的传感器标识改成两者之和保存该数据元并删除传感器等级较低的数据元；以及，第三融合单元，用于在两个数据元的数据类型不同但数据时间相同时，分别在两个数据元的数据内容里增加对方的数据元身份标识，保存两个数据元。

Claims (6)

1.一种多传感器数据融合方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将每一个传感器在一段时间内的输出数据封装成一个数据元进行存储，所述数据元包括数据元身份标识、传感器标识、传感器等级、传感器数据类型、数据时间和数据内容六部分数据信息；

（2）将每一个传感器数据元集合中的每个数据元与其他传感器数据元集合中每个数据元进行数据融合，在两个数据元的数据类型、数据时间和数据内容都相同的情况下，将其中一个数据元的传感器标识改成两者之和并删除另一个数据元；在两个数据元的数据类型和数据时间相同但数据内容不同的情况下，将传感器等级较高的数据元的传感器标识改成两者之和并删除传感器等级较低的数据元；在两个数据元的数据类型不同但数据时间相同的情况下，分别在两个数据元的数据内容里增加对方的数据元身份标识。

2.根据权利要求1所述的一种多传感器数据融合方法，其特征在于：所述步骤（1）中，数据元封装的步骤包括：

（1.1）生成数据元唯一身份标识数据，将其写入数据元内身份标识数据段内；

（1.2）读取传感器标识数据，将其写入数据元内传感器标识数据段内；

（1.3）依据传感器标识从预先建立的传感器等级表中找到传感器等级，将等级数据写入数据元传感器等级数据段内；

（1.4）依据传感器标识从预先建立的传感器数据类型表中读取传感器数据类型，将类型数据写入数据元内数据类型数据段内；

（1.5）记录传感器传输的数据时间t₁~t₂，将数据时间写入数据元内数据时间数据段内；其中，t₁为数据传输开始的时间，t₂为数据传输结束的时间；

（1.6）将时间t₁~t₂产生的数据存储入数据元的数据内容数据段内，完成数据元封装，并进行存储。

3.根据权利要求1所述的一种多传感器数据融合方法，其特征在于：所述步骤（2）中，两个传感器的数据元进行数据融合的步骤包括：

（2.1）令i=1，j=1，读取第一传感器的数据元ai，读取第二传感器的数据元bj，进入步骤（2.2）；

（2.2）对比ai与bj内的数据类型，若相同则进入步骤（2.3），否则进入步骤（2.9）；

（2.3）对比ai与bj内的数据时间，若相同则进入步骤（2.4），否则进入步骤（2.6）；

（2.4）对比ai与bj内的数据内容，若相同则进入步骤（2.5），否则进入步骤（2.7）；

（2.5）将ai内传感器标识改为两者之和，保存ai并删除bj；进入步骤（2.11）；

（2.6）保存ai和bj，进入步骤（2.11）；

（2.7）对比ai与bj内的传感器等级，若aiL<bjL则进入步骤（2.5），否则进入步骤（2.8）；

（2.8）将bj内传感器标识改为两者之和，保存bi并删除aj；进入步骤（2.12）；

（2.9）对比ai与bj内的数据时间，若相同则进入步骤（2.10），否则进入步骤（2.6）；

（2.10）在数据元ai内数据内容后增加数据元bj的身份标识，在数据元bj内数据内容后增加数据元ai的身份标识，保存数据元ai和bj；进入步骤（2.11）；

（2.11）令j=j+1，读取第一传感器的数据元ai，读取第二传感器的数据元bj，并进入步骤（2.2），至第二传感器无数据元可读取，进入步骤（2.12）；

（2.12）令i=i+1，j=1，读取第一传感器的数据元ai，读取第二传感器的数据元bj，若数据元bj不存在则令j=j+1至读取到一个数据元，并进入步骤（2.2）；在第一传感器返回信息无数据元可读取时，第一传感器与第二传感器的数据融合完成。

4.一种多传感器数据融合装置，其特征在于：包括数据元封装模块、数据元融合模块和存储模块；

所述数据元封装模块，用于将每一个传感器在一段时间内的输出数据封装成一个数据元并存入存储模块，所述数据元包括数据元身份标识、传感器标识、传感器等级、传感器数据类型、数据时间和数据内容六部分数据信息；

所述数据元融合模块，将每一个传感器数据元集合中的每个数据元与其他传感器数据元集合中每个数据元进行数据融合，在两个数据元的数据类型、数据时间和数据内容都相同的情况下，将其中一个数据元的传感器标识改成两者之和并删除另一个数据元；在两个数据元的数据类型和数据时间相同但数据内容不同的情况下，将传感器等级较高的数据元的传感器标识改成两者之和并删除传感器等级较低的数据元；在两个数据元的数据类型不同但数据时间相同的情况下，分别在两个数据元的数据内容里增加对方的数据元身份标识。

5.根据权利要求4所述的一种多传感器数据融合装置，其特征在于：所述数据元封装模块包括：

身份标识处理单元，用于生成数据元唯一身份标识数据，将其写入数据元内身份标识数据段内；

传感器标识处理单元，用于读取传感器标识数据，将其写入数据元内传感器标识数据段内；

传感器等级处理单元，用于依据传感器标识从预先建立的传感器等级表中找到传感器等级，将等级数据写入数据元传感器等级数据段内；

数据类型处理单元，用于依据传感器标识从预先建立的传感器数据类型表中读取传感器数据类型，将类型数据写入数据元内数据类型数据段内；

数据时间处理单元，用于记录传感器传输的数据时间t₁~t₂，将数据时间写入数据元内数据时间数据段内；其中，t₁为数据传输开始的时间，t₂为数据传输结束的时间；

以及，数据内容处理单元，用于将时间t₁~t₂产生的数据存储入数据元的数据内容数据段内，完成数据元封装，并进行存储。

6.根据权利要求4所述的一种多传感器数据融合装置，其特征在于：所述数据元融合模块包括：

读取单元，用于从不同传感器封装得到的数据元集合中读取数据元，每次从两个不同传感器的数据元集合中读取两个未比较过的数据元；

第一融合单元，用于在两个数据元的数据类型不同且数据时间不同时保存两个数据元；以及在两个数据元的数据类型相同但数据时间不同时保存两个数据元；

第二融合单元，用于在两个数据元的数据类型、数据时间和数据内容相同时将其中一个数据元的传感器标识改成两者之和保存该数据元并删除另一个数据元，以及在两个数据元的数据类型和数据时间相同但数据内容不同时，将传感器等级较高的数据元的传感器标识改成两者之和保存该数据元并删除传感器等级较低的数据元；

以及，第三融合单元，用于在两个数据元的数据类型不同但数据时间相同时，分别在两个数据元的数据内容里增加对方的数据元身份标识，保存两个数据元。