CN105824024B - 一种新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，包括若干个均匀设置于水下闸门左岸和右岸的图像声纳传感器，还包括设置于岸上的声纳组网预警计算机，所述声纳组网预警计算机包括信息收发模块、数据处理模块、融合理解模块、集成显示模块、控制模块和预警模块。该系统基于声视觉的水下探测技术，在水下闸门附近立体布防，通过多源信号融合批次处理，实现多目标的运动估计、精细识别与分类，向监控中心提供声光预警。本发明可在远距离对蛙人、水下航行器进行目标识别与跟踪，在集中监控室进行集成显示与自动预警，对于大幅度提高水下安保能力具有重要作用。

Description

一种新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统
技术领域
本发明涉及一种新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，属于水下闸门安保技术领域。
背景技术
水下与陆上相比是个独特的空间，电磁波在水下的作用距离非常近，水质浑浊时更是一片漆黑。因此，水下对于人类来说经常是一片黑洞空间。而这也为特种作战或不对称战争提供了战机，水下闸门等重要航道部位存在被潜水员或水下航行器突防破坏的安全风险，容易造成重大损失。因此，在水下闸门附近布置立体式蛙人预警识别系统，可在蛙人入侵时提早发现、做出预警并及时处理。
常规的图像声纳多采用机械旋转单波束进行区域成像，这个工作原理适合在固定平台或静态目标成像时使用，在面对任何移动的工作平台或移动的目标时显得无能为力，因为任何运动对于单波束最终成像的时候都会导致错误。因此，需要一种能够在静止和移动平台上工作良好，适合对远距离移动蛙人的探测识别的传感器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，基于声视觉的水下探测技术，在水下闸门附近立体布防，通过多源信息融合批次处理，实现多目标的运动估计、精细识别与分类，向监控中心提供声光预警。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，包括若干个均匀设置于水下闸门左岸和右岸的图像声纳传感器，还包括设置于岸上的声纳组网预警计算机，所述声纳组网预警计算机包括信息收发模块、数据处理模块、融合理解模块、集成显示模块、控制模块和预警模块；所述图像声纳传感器的设置满足如下条件：
min S＝W×D-n·W2·tan(θ/2)
st.各图像声纳传感器在水下垂直方向的扫测面积不重叠，
其中，S表示未被图像声纳传感器覆盖的面积，W表示水面宽度，D表示水下深度，n表示图像声纳传感器的总个数，n为正整数，θ表示单个图像声纳传感器在水下垂直方向的扫测角度；
所述信息收发模块用于接收各图像声纳传感器的原始声学图像，并传送至数据处理模块，还用于接收控制模块的控制信息，并传送至图像声纳传感器；
所述数据处理模块用于对原始声学图像进行并行预处理；
所述融合理解模块用于在并行预处理的基础上，利用基于序列图像处理技术对各声学图像进行分割和特征提取，根据提取的特征进行水下目标的运动估计和分类，并传输至控制模块；
所述控制模块用于结合各声学图像进行综合分析，并向集成显示模块输出水下目标的特征信息与方位距离，通过预警模块发出预警。
作为本发明的一种优选方案，所述图像声纳传感器与声纳组网预警计算机之间通过电缆连接。
作为本发明的一种优选方案，所述图像声纳传感器的设置方法为：n/2个图像声纳传感器均匀设置于水下闸门左岸，n/2个图像声纳传感器均匀设置于水下闸门右岸，且左岸各图像声纳传感器设置于各自对应的扫测角的角平分线与左岸的交点处，右岸各图像声纳传感器设置于各自对应的扫测角的角平分线与右岸的交点处，相邻两个扫测角与对应的左岸、右岸组成一平行四边形的形状。
作为本发明的一种优选方案，所述单个图像声纳传感器在水下垂直方向的扫测角度θ＝30度。
作为本发明的一种优选方案，所述图像声纳传感器的型号为Blueview M900-90二维成像声纳。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，可在远距离对蛙人、水下航行器进行目标识别与跟踪，在集中监控室进行集成显示与自动预警，对于大幅度提高水下安保能力具有重要作用。
2、本发明新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，图像声纳传感器能够提供分辨率极高的水下影像数据，分辨率最高可达0.25cm，能够给用户提供极其清晰的水下数据，特别是在低可见度或者零可见度的水域也丝毫不受影响。
3、本发明新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，单个图像声纳传感器尺寸仅为19*10cm，体积小，安装非常方便。
4、本发明新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，声纳组网预警处理软件高度自动化，用户只需简单的设置就能得到高精度影像数据，一方面可自动识别水下目标，另一方面可接受人工选择目标跟踪在线学习大大降低了系统操作的难度，提高了工作效率，可长期在线运行。
5、本发明新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，主要针对蛙人目标，除了水下闸门安保，也可布置在海上石油平台、海上船舶、港口码头等重要部位，用途广泛。
附图说明
图1是本发明新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统的整体架构图。
图2是本发明中的图像声纳传感器在水下布置的侧视图。
图3是本发明中的图像声纳传感器在水下布置的俯视图。
图4是利用本发明新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统进行蛙人识别的声纳图像实施例图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示，为本发明新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统的整体架构图，由多台水下图像声纳传感器、岸上的声纳组网预警计算机及运行的声纳组网预警处理软件组成，声纳组网预警计算机包括信息收发模块、数据处理模块、融合理解模块、集成显示模块、控制模块和预警模块。
采用两侧航道分层垂向布置图像声纳传感器，形成立体监视网。各图像声纳传感器节点通过水下电缆布设连接，岸上供电，声纳数据通过电缆传送回声纳组网预警计算机进行显示。同时，由声纳组网预警处理软件进行分析处理，识别跟踪水下目标。
本发明针对100米宽、100米水深的水下闸门安保实施例，进行图像声纳传感器的布置。如图2和图3所示，闸门左岸沿深度垂直布置1#、3#和5#图像声纳传感器，右岸为2#、4#和6#图像声纳，总计6台声纳。从垂直面(即图2的侧视图)看，基本覆盖整个100米水深的闸门扫侧，只有左岸水面和右岸水底有少许盲区。从水平面(即图3的俯视图)看，水下目标在闸门前100米内会被发现，中间区域属于左右两岸声纳共同可发现区域。
图像声纳传感器选用Blueview M900-90 2D Imaging Sonar，配置方案如下：
最大探测距离 100米
水平方向扫侧角度 90度
垂直方向扫侧角度 30度
最大工作深度 1000米
距离分辨率 25mm
角度分辨率 1.0度
工作方式 多波束电子扫描
100米/90度扫描时间 0.05秒
采用多波束成像声纳，一次形成许多小的声束。这使其能够在静止和移动平台上工作良好，适合对远距离移动蛙人的探测识别。同时，能每秒产生多幅高分辨率的目标图像，为目标信号处理提供了理想的输入。各图像声纳传感器在垂直面的扫测面积为：W2·tan(30°/2)，其中，W表示水面宽度。
声纳组网预警处理软件集成了Blue View 2D成像声纳的数据接口，可以将全部声纳图像分屏显示在屏幕上。同时，通过多源信号并行处理算法，实现可疑目标的检测、识别与分类。
具体的蛙人检测识别过程：同步获取全部声纳传感器的原始声学图像，对原始图像进行并行预处理，包括背景干扰噪声滤除；然后基于序列图像处理技术对单个声纳的声学图像进行分割；将分割后的目标图像进行特征提取；当特征量复合识别要求时，进行运动估计与目标分类；再结合多个声纳信息源数据进行综合分析，输出目标关键信息，做出预警。
本发明除了针对蛙人的数据分析及目标跟踪，还具有易于使用的选择控制和实时数据访问，使用户能够手动辅助设置，跟踪、监控和多个目标同时进行分类。
如图4所示，是利用本发明新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统进行蛙人识别的声纳图像实施例图，可以极好的识别出蛙人目标。P900-130Sonar Imaging DiverWalking on Pipeline Mattress表示P900-130多波束前视声纳检测到的声纳成像中有一潜水员在管道床垫上行走的图像。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，其特征在于，包括若干个均匀设置于水下闸门左岸和右岸的图像声纳传感器，还包括设置于岸上的声纳组网预警计算机，所述声纳组网预警计算机包括信息收发模块、数据处理模块、融合理解模块、集成显示模块、控制模块和预警模块；所述图像声纳传感器的设置满足如下条件：
其中，S表示未被图像声纳传感器覆盖的面积，W表示水面宽度，D表示水下深度，n表示图像声纳传感器的总个数，n为正整数，θ表示单个图像声纳传感器在水下垂直方向的扫测角度；
所述图像声纳传感器的设置方法为：n/2个图像声纳传感器均匀设置于水下闸门左岸，n/2个图像声纳传感器均匀设置于水下闸门右岸，且左岸各图像声纳传感器设置于各自对应的扫测角的角平分线与左岸的交点处，右岸各图像声纳传感器设置于各自对应的扫测角的角平分线与右岸的交点处，相邻两个扫测角与对应的左岸、右岸组成一平行四边形的形状；
所述信息收发模块用于接收各图像声纳传感器的原始声学图像，并传送至数据处理模块，还用于接收控制模块的控制信息，并传送至图像声纳传感器；
所述数据处理模块用于对原始声学图像进行并行预处理；
所述融合理解模块用于在并行预处理的基础上，利用基于序列图像处理技术对各声学图像进行分割和特征提取，根据提取的特征进行水下目标的运动估计和分类，并传输至控制模块；
所述控制模块用于结合各声学图像进行综合分析，并向集成显示模块输出水下目标的特征信息与方位距离，通过预警模块发出预警。
2.根据权利要求1所述新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，其特征在于，所述图像声纳传感器与声纳组网预警计算机之间通过电缆连接。
3.根据权利要求1所述新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，其特征在于，所述单个图像声纳传感器在水下垂直方向的扫测角度θ＝30度。
4.根据权利要求1所述新的水下闸门防蛙人立体预警识别系统，其特征在于，所述图像声纳传感器的型号为Blueview M900-90二维成像声纳。
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