周界防入侵系統(tǒng)是機(jī)場安全的第一道防線，做好周界防范對機(jī)場的整體安全有著至關(guān)重要的作用。以往機(jī)場周界普遍存在誤警虛警率高的情況，為此，中科院將其自主研發(fā)的傳感器網(wǎng)絡(luò)與機(jī)場應(yīng)用需求相結(jié)合，成功研發(fā)了第三代機(jī)場周界防入侵技術(shù)。就此，我們拜訪了中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所副所長劉海濤，請他來談?wù)勥@一突破性技術(shù)及其在機(jī)場周界的應(yīng)用。

    根據(jù)民航總局于2008年修訂的《民用航空運(yùn)輸機(jī)場安全保衛(wèi)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（編號：MH/T 7003-2008），規(guī)定了有關(guān)飛行區(qū)周界、通道、監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)等民用機(jī)場安保設(shè)施的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，要求機(jī)場應(yīng)設(shè)立周界報(bào)警、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，且系統(tǒng)應(yīng)能對周界入侵行為作出判斷，對目標(biāo)進(jìn)行分類，應(yīng)能在機(jī)場飛行和安全照明的環(huán)境下工作，應(yīng)滿足全天候運(yùn)行的要求。

    實(shí)際上，我國機(jī)場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(jiān)控技術(shù)，但其作用只能起到事后追蹤取證的目的，沒有預(yù)警功能；第二代是防入侵技術(shù)，系統(tǒng)增加了報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)方式主要包括振動光纖、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(qū)動型的報(bào)警技術(shù)，但由于每個(gè)機(jī)場的環(huán)境都不一樣，可能出現(xiàn)的目標(biāo)種類、數(shù)量和行為都存在著很大的不確定性，因此，這類技術(shù)仍然無法對目標(biāo)進(jìn)行分類，虛警誤警率極高。

    而早在1999年，我國就已開始了傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工作，可以說是與國際同步的過程。傳感器網(wǎng)絡(luò)（后文中簡稱“傳感網(wǎng)”）是一個(gè)綜合的信息系統(tǒng)，講求以感知為目的的物物互聯(lián)，對目標(biāo)是什么、在哪里和干什么等綜合信息進(jìn)行感知，是以目標(biāo)物體為驅(qū)動，也是目前國內(nèi)機(jī)場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(qiáng)調(diào)多個(gè)傳感器與與自治網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的綜合信息系統(tǒng)。簡單來講，傳感網(wǎng)倡導(dǎo)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)，舉例來說，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)的工作原理和過程，即通過多個(gè)同傳感器（眼睛）的協(xié)同和多種類傳感器（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(biāo)準(zhǔn)化大會在上海微系統(tǒng)所召開，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)專家參加。在其后多次國際標(biāo)準(zhǔn)化會議上，我國代表ISO/IEC傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作組做總體報(bào)告，提出的“傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化體系”、“傳感器網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)”、“傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)同架構(gòu)”等代表該領(lǐng)域頂層設(shè)計(jì)和方向的技術(shù)方案，獲得成員國代表的高度認(rèn)可，并納入ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)權(quán)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(jī)場周界
    大型機(jī)場的周界一般都有幾十公里長，需要布設(shè)上萬個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，如何設(shè)計(jì)好端到端網(wǎng)絡(luò)對這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理控制是實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)防入侵系統(tǒng)的第一步，包括節(jié)點(diǎn)冗余設(shè)計(jì)、動態(tài)路由和分簇拓?fù)淇刂茀f(xié)議等。同時(shí)，為了達(dá)到對目標(biāo)的綜合感知，還需要利用多種類型的傳感器提供的多參數(shù)、多視角的測量信息，通過多級融合的策略，來綜合判斷目標(biāo)的屬性。[nextpage]

    針對以上需求，采用傳感網(wǎng)綜合系統(tǒng)，利用其目標(biāo)驅(qū)動型報(bào)警的特點(diǎn)，從而為機(jī)場打造出一套“三級三維”的立體防入侵系統(tǒng)。

    “三級”是指我們在機(jī)場周界分為了預(yù)警區(qū)、報(bào)警區(qū)和出警區(qū)。預(yù)警區(qū)：在周界外部設(shè)置范圍可調(diào)預(yù)警區(qū)域，畫地為牢，排除外界干擾，友善提醒無意靠近圍欄的行為。報(bào)警區(qū)：對目標(biāo)的入侵過程進(jìn)行報(bào)警。出警區(qū)：非法入侵成功后的緊急報(bào)警，立即出動警力。

    “三維”是指低空、地面、地下三維立體報(bào)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(bào)警。地面柵欄：對攀爬、破壞等入侵行為進(jìn)行報(bào)警。地下：對掘地入侵行為進(jìn)行報(bào)警。

    一般情況下，根據(jù)各機(jī)場的環(huán)境和實(shí)際需求，我們可以做到在圍欄以外一到十米設(shè)置預(yù)警區(qū)，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(jù)多傳感器的協(xié)同，對目標(biāo)進(jìn)行全方位判斷，徹底改變以前周界“有動靜就報(bào)警”的情況，而是確定其為入侵行為后才報(bào)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(bào)警手段有很多，目前在浦東機(jī)場應(yīng)用的便有十多種，如聲響、振動、紅外、視頻、氣象......單一手段一定有判斷不準(zhǔn)確的時(shí)候，多種手段的綜合更能增加系統(tǒng)的高度智能化。

    此外，機(jī)場周界環(huán)境中經(jīng)常會有車輛、人員、飛機(jī)和動物等事件混雜出現(xiàn)，必須依靠多種以及多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的信息來實(shí)現(xiàn)混雜目標(biāo)的盲源分離，而且，在復(fù)雜環(huán)境下，目標(biāo)信號容易湮沒在噪聲中，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(biāo)的檢測概率，并且對機(jī)場周界環(huán)境復(fù)雜、目標(biāo)混雜和氣候惡劣的特點(diǎn)，該系統(tǒng)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(xiàn)關(guān)聯(lián)，為目標(biāo)的正確檢測提供了可靠的依據(jù)。

    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(tǒng)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)也不會對系統(tǒng)造成非常大的影響，抗打擊能力也很強(qiáng)。

    從產(chǎn)品形態(tài)來看，傳感網(wǎng)的產(chǎn)品形態(tài)是外形不一的節(jié)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(jī)場、監(jiān)獄、石化油田等場所被應(yīng)用之外，傳感網(wǎng)在上海世博會的周界范防中也有被應(yīng)用到。通過在這些大型活動和重要領(lǐng)域中的應(yīng)用，傳感網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)性和穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步的證明，同時(shí)也贏得了更多用戶的信任。

    最近以中科院為代表制定的國家科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展“2050路線圖”信息篇已公開出版，路線圖將未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展分為三部分：有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)絡(luò)。由此可見，傳感器網(wǎng)絡(luò)將帶來未來廣大的產(chǎn)業(yè)空間；與此同時(shí)，傳感器網(wǎng)絡(luò)還被稱為改變?nèi)祟愇磥砩罘绞降氖蠹夹g(shù)之首，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過手機(jī)通信產(chǎn)業(yè)，從而推動信息領(lǐng)域進(jìn)入第三次浪潮。