Multi-Sensor Data Fusion

Multi-Sensor-Datenfusion (engl. multi-sensor data fusion, kurz oft auch nur Data Fusion genannt) bezeichnet die Zusammenführung und Aufbereitung von bruchstückhaften und teilweise widersprüchlichen Sensordaten in ein homogenes, für den Menschen verständliches Gesamtbild der aktuellen Situation.

Das im Lauf der Daten-Fusion entstehende, sog. Lagebild stellt dann die Basis für einen weitergehenden fundierten Entscheidungsprozess dar. Das originäre Einsatzgebiet von Multi-Sensor-Data-Fusion-Systemen liegt im Bereich militärischer Führungssysteme (C3I), jedoch halten die dort entwickelten Systemkonzepte in zunehmendem Maß auch Einzug in die unternehmensweite Controlling-Systeme.

Anstatt des Begriffes Multi-Sensor-Datenfusion findet man in der englischsprachigen Fachliteratur auch die abgekürzten Begriffe Sensor Fusion, Data Fusion und Information Fusion als Überbegriff, der explizit auch andere Datenquellen als Sensoren einbezieht. Im Gegensatz zu dem im Kontext Datawarehouse auftretenden engeren Datenfusionsbegriff, der sich mit der rein informationstechnischen Zusammenführung von zwar lückenhaften, aber doch gleich/ähnlich strukturierten Daten beschäftigt, ist der Multi-Sensor-Datenfusionsansatz in folgenden Aspekten wesentlich weitreichender:

a) Nicht kommensurable Datenquellen: Ein umfassender Lageüberblick erfordert oft die Integration von Sensoren und Datenquellen, die nicht nur hinsichtlich ihrer Datenstruktur, sondern auch hinsichtlich ihres Inhalts höchst unterschiedlich sind. Eine Reihe von Verarbeitungsschritten ist dabei notwendig um die Daten auf ein semantisches Niveau zu heben, auf dem sie tatsächlich kombinierbar sind. So müssen beispielsweise Radardaten erst zu Flugspuren (Tracks) aufbereitet und mit Informationen zur Identifikation kombiniert werden, bevor sie tatsächlich mit statischen Quellen wie etwa einem in einer Datenbank gespeicherten Flugplan verglichen werden können.

b) Information Aging: Die Frequenz der eingehenden Daten ist in der Regel unterschiedlich, das heißt dass ein Multi-Sensor-Datenfusionssystem in der Lage sein muss, Informationen zu verarbeiten, die unterschiedlich alt sind. Das Alter der Daten spielt dabei nicht nur eine Rolle hinsichtlich der Frage, ob und wie relevant sie für die aktuelle Situation sind. Vielmehr müssen alte Daten oft in die Gegenwart extrapoliert werden, um zu entscheiden, ob die aktuellen Beobachtungen widersprüchlich zu alten Daten sind oder ob eine Entwicklung erkennbar ist. So muss beispielsweise entschieden werden, ob es sich bei von zwei Radarstationen im Abstand von 10 bis 15 sec an unterschiedlichen Positionen entdeckten Objekten um dasselbe Flugzeug handelt, das nur zum Zeitpunkt der zweiten Beobachtung bereits an einer anderen Position ist, oder ob von zwei unterschiedlichen Flugzeugen auszugehen ist.

c) Informationsgewichtung: Je nach der Auslegung der Sensorik und dessen lokaler Position können Informationen des jeweiligen Sensors mit unterschiedlicher Gewichtung ins Lagebild eingehen. So ist z. B. davon auszugehen, dass bei entsprechender Ausstattung die Bordsensoren eines Abfangjägers ein verlässlicheres Bild von der Nahsituation liefern, als Radarsysteme aus einer weiteren Distanz. Bei der Informationsgewichtung müssen deshalb unterschiedlichste Faktoren, wie Systemausstattung, Messbereiche, Scan-Frequenzen, aktuelle Positionen etc. verteilter Sensorsysteme einbezogen werden. Auf höherem Niveau geschieht diese Gewichtung auch bei der Harmonisierung von bereits fusionierten Daten, die mit anderen Führungssystem ausgetauscht werden.

d) Informations-Interpretation: Ein nach dem Prinzip "Die Gesamtheit ist mehr als die Summe der Einzelteile" aufgestelltes Lagebild erfordert die teilweise Interpretation von eingehenden Informationen. Einerseits muss dabei in Betracht gezogen werden, mit welcher qualitativen Güte die eingesetzte Sensorik in der Lage ist, Informationen zu liefern (manche Radarsysteme schätzen etwa die Geschwindigkeit eines Objektes, andere können diese messen; hochauflösende Laser-Entfernungsmesser werden akkuratere Informationen liefern als Radars). Andererseits muss berücksichtigt werden, in welchem Maße eine Verschiebung der Informations-Gewichtung das Lagebild verändert und welche potentielle Gefahr eine fehlerhafte Gewichtung verursachen könnte.

siehe auch Informationsfusion