CN107172399B - 海边浴场游客沉浮状态检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海边浴场游客沉浮状态检测系统，包括声呐检测器、沉浮状态检测器、主控制器和声光报警器，所述沉浮状态检测器基于图像分析以检测海边浴场预设海域内的各个游客的沉浮状态，所述声呐检测器用于检测海边浴场预设海域内的水下目标，所述声光报警器用于提供声光报警信号，所述主控制器与所述声呐检测器、所述沉浮状态检测器和所述声光报警器分别连接，基于所述沉浮状态检测器的检测结果确定是否启动所述声呐检测器和所述声光报警器。通过本发明，能够实时检测海边浴场预定海域内每一个游客的当前沉浮状态，在出现游客沉没过久的危情时及时进行预警和报警，同时启动声呐检测措施，提高救援效率。
Description
本申请是申请日为2014年11月27日申请号为201410712079.0 发明名称为海边浴场游客沉浮状态检测系统的分案申请。
技术领域
本发明涉及海域监控领域，尤其涉及一种海边浴场游客沉浮状态检测系统。
背景技术
与室内游泳池不同，海边浴场是理想的度假场所，在海边浴场上，游客可以选择在海边沙滩玩耍、日光浴，也可以选择在浴场内游泳、戏水，由于室外环境能够和当地的自然景观结合在一起，游客可以获得更丰富的身心体验，达到更全身的愉悦放松。
但是由于海边浴场是和近海连接在一起的，海域内的复杂生物状况、海浪对游客的冲击以及海洋洋流温度差异都会给游客的游玩带来一定的影响，尤其是在海浪巨大时或者在海域内有大型海洋生物对游客进行攻击时，因此，如何保障游客在海边浴场的海域内的人身安全，是每一家海边浴场安保部门首要解决的问题。
现有技术中，海边浴场通常会在海域附近的沙滩上安排多个安保人员，这些安保人员经过特殊培训，分别坐在多个较高的看台上，看台之间相距固定距离，安保人员实时人工观望分配给自己的预定海域，在发现海域内游客有较长时间没有上浮时，发出警报并下海营救，以保证游客的人身安全。但是这种人工方式过于依赖人工，自动化程度不高，安保人员不能保证全时段都能高度集中精神进行瞭望，监控效果不高，而且每个安保人员的经验有差异，检测的效果也有差异。
因此，需要一种海边浴场游客沉浮状态检测系统，采用电子监控的方式替代人工监控，能够无差别、高效率、无遗漏地监控到每一个出现异常状态的游客，为到海边浴场游玩的游客提供全方位的安全保障。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种海边浴场游客沉浮状态检测系统，引入图像采集和分析技术检测到每一个游客的沉浮状态，并基于游客的沉浮状态进行判断，确定游客是否处于危险状况中，同时还安排了声纳检测装置对处于危险状况中的游客目标进行搜索，节省了营救时间，提高了海边浴场的监控效果。
根据本发明的一方面，提供了一种海边浴场游客沉浮状态检测系统，所述检测系统包括声呐检测器、沉浮状态检测器、主控制器和声光报警器，所述沉浮状态检测器基于图像分析以检测海边浴场预设海域内的各个游客的沉浮状态，所述声呐检测器用于检测海边浴场预设海域内的水下目标，所述声光报警器用于提供声光报警信号，所述主控制器与所述声呐检测器、所述沉浮状态检测器和所述声光报警器分别连接，基于所述沉浮状态检测器的检测结果确定是否启动所述声呐检测器和所述声光报警器。
更具体地，在所述海边浴场游客沉浮状态检测系统中，还包括，用户输入设备，用于根据用户的操作，预先调整所述沉浮状态检测器所检测的海边浴场的预设海域；存储器，与所述用户输入设备连接，用于存储所述预设海域，还用于存储游客灰度特征和第一预定时间阈值和第二预定时间阈值，所述游客灰度特征用于将图像中的游客与背景分离，所述第一预定时间阈值小于所述第二预定时间阈值；所述沉浮状态检测器包括高清摄像设备和图像处理设备，高清摄像设备由电动云台、驱动结构和高清摄像头组成，所述高清摄像头的分辨率为1920 ×1080，被固定在所述电动云台上，所述驱动结构与所述存储器和所述电动云台分别连接，根据所述预设海域发出驱动信号，以驱动所述电动云台的电动机，从而控制所述高清摄像头的拍摄方向，实时拍摄所述预设海域的海域图像；图像处理设备由自适应递归滤波设备、灰度处理设备、游客目标识别设备、游客目标跟踪设备和沉浮状态统计设备组成，所述自适应递归滤波设备与所述高清摄像头连接，对所述海域图像执行自适应递归滤波处理，以输出滤波图像，所述灰度处理设备与所述自适应递归滤波设备连接，以对所述滤波图像灰度化，以输出灰度化图像，所述游客目标识别设备与所述灰度处理设备和所述存储器分别连接，将所述灰度化图像的每一个像素的灰度值与所述游客灰度特征比较，以确定被比较的像素是否属于游客像素，由此从所述灰度化图像中分割出多个游客子图像，所述游客目标跟踪设备与所述游客目标识别设备连接，对每一个游客子图像中的游客目标进行实时跟踪，在游客子图像中的游客目标消失时，判断该游客目标为沉下，在游客子图像中的游客目标出现时，判断该游客目标为浮上，所述沉浮状态统计设备与所述游客目标跟踪设备连接，基于所述游客目标跟踪设备对每一个游客子图像中的游客目标的沉浮判断，实时统计每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间；所述声呐检测器设置在所述海边浴场的岸边水域下，包括发射换能设备，用于在水下发射声波，发射声波遇到水下目标时，将声波反射回来；接收换能设备，用于在水下接收所述水下目标反射的声波；微控制设备，与所述发射换能设备和所述接收换能设备分别连接，基于发射声波特性和接收声波特性计算所述水下目标的相对位置；所述主控制器为 ARM11嵌入式处理芯片，与所述存储器、所述声呐检测器、所述沉浮状态检测器和所述声光报警器分别连接，接收所述游客目标跟踪设备的统计结果，当存在游客子图像中游客目标的当前沉下时间超过第一预定时间阈值时，发出游客沉没预警信号，当存在游客子图像中游客目标的当前沉下时间超过第二预定时间阈值时，发出游客沉没报警信号，并启动所述声呐检测器；所述声光报警器包括语音播放设备，用于播放与所述游客沉没预警信号或所述游客沉没报警信号对应的语音警示文件；报警灯，在接收到所述游客沉没预警信号时以第一闪烁频率闪烁，在接收到所述游客沉没报警信号时以第二闪烁频率闪烁，所述第一闪烁频率小于第二闪烁频率；其中，所述用户输入设备、所述存储器、所述主控制器和所述声光报警器都设置在所述海边浴场的岸边横杆下方的仪表盘内，所述沉浮状态检测器设置在所述海边浴场的岸边横杆上；所述自适应递归滤波设备、所述灰度处理设备、所述游客目标识别设备、所述游客目标跟踪设备和所述沉浮状态统计设备都分别采用FPGA芯片实现，所采用的FPGA芯片均为XILINX公司的 XC3S1000FT256。
更具体地，在所述海边浴场游客沉浮状态检测系统中，还包括显示设备，位于所述海边浴场的岸边横杆下方的仪表盘上，与所述图像处理设备和所述声呐检测器连接，用于实时显示所述海域图像，还用于实时显示所述每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间，以及显示所述声呐检测器的检测结果。
更具体地，在所述海边浴场游客沉浮状态检测系统中，所述显示设备为液晶显示屏。
更具体地，在所述海边浴场游客沉浮状态检测系统中，还包括供电设备，位于所述海边浴场的岸边横杆下方的仪表盘内，用于为所述检测系统实时供电。
更具体地，在所述海边浴场游客沉浮状态检测系统中，将所述自适应递归滤波设备、所述灰度处理设备、所述游客目标识别设备、所述游客目标跟踪设备和所述沉浮状态统计设备集中在一块集成电路板上。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的海边浴场游客沉浮状态检测系统的结构方框图。
图2为根据本发明实施方案示出的海边浴场游客沉浮状态检测系统的声呐检测器的结构方框图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的海边浴场游客沉浮状态检测系统的实施方案进行详细说明。
随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们已经不满足于工作之外的安逸生活，愿意投入更多资金去更远的旅游景点去游玩，以获取更多的视听享受，从而放松身心。
旅游景点可以分为八种类别：湖泊风景区、山岳风景区、森林风景区、山水风景区、海滨风景区、休闲疗养避暑胜地、宗教寺庙名胜区、历史纪念地风景区，其中，海滨风景区是人们最为青睐的旅游景点之一，因为在海滨风景区有很多海边浴场能够提供游客想要的海边冲浪、潜浮、潜水、游泳、戏沙、日光浴等活动。
但是游客在海边浴场的海域内活动时，虽然海边浴场对海域内的环境进行了清扫和打理，由于紧邻近海，还是会容易受到海浪冲击和海洋生物的攻击，因此，需要为游客建立一套危险状况检测报警系统，以往的人工观望方式已经过于落后。
本发明的海边浴场游客沉浮状态检测系统，全程采用电子监控的方式，引人图像处理技术和沉浮时间统计，及时将危急状况通过声光报警的方式发送给当地的安保部门，同时立即启动声纳系统进行目标搜寻，大大减少了营救反应时间。
图1为根据本发明实施方案示出的海边浴场游客沉浮状态检测系统的结构方框图，所述检测系统包括声呐检测器2、沉浮状态检测器3、主控制器1和声光报警器4，所述沉浮状态检测器3基于图像分析以检测海边浴场预设海域内的各个游客的沉浮状态，所述声呐检测器2用于检测海边浴场预设海域内的水下目标，所述声光报警器4用于提供声光报警信号，所述主控制器1与所述声呐检测器2、所述沉浮状态检测器3和所述声光报警器4分别连接，基于所述沉浮状态检测器3的检测结果确定是否启动所述声呐检测器2和所述声光报警器4。
接着，继续对本发明的海边浴场游客沉浮状态检测系统的具体结构进行进一步的说明。
所述检测系统还包括，用户输入设备，用于根据用户的操作，预先调整所述沉浮状态检测器所检测的海边浴场的预设海域。
所述检测系统还包括存储器，与所述用户输入设备连接，用于存储所述预设海域，还用于存储游客灰度特征和第一预定时间阈值和第二预定时间阈值，所述游客灰度特征用于将图像中的游客与背景分离，所述第一预定时间阈值小于所述第二预定时间阈值。
所述沉浮状态检测器3包括高清摄像设备，由电动云台、驱动结构和高清摄像头组成，所述高清摄像头的分辨率为1920×1080，被固定在所述电动云台上，所述驱动结构与所述存储器和所述电动云台分别连接，根据所述预设海域发出驱动信号，以驱动所述电动云台的电动机，从而控制所述高清摄像头的拍摄方向，实时拍摄所述预设海域的海域图像。
所述沉浮状态检测器3包括图像处理设备，由自适应递归滤波设备、灰度处理设备、游客目标识别设备、游客目标跟踪设备和沉浮状态统计设备组成。
所述自适应递归滤波设备与所述高清摄像头连接，对所述海域图像执行自适应递归滤波处理，以输出滤波图像，所述灰度处理设备与所述自适应递归滤波设备连接，以对所述滤波图像灰度化，以输出灰度化图像，所述游客目标识别设备与所述灰度处理设备和所述存储器分别连接，将所述灰度化图像的每一个像素的灰度值与所述游客灰度特征比较，以确定被比较的像素是否属于游客像素，由此从所述灰度化图像中分割出多个游客子图像。
所述游客目标跟踪设备与所述游客目标识别设备连接，对每一个游客子图像中的游客目标进行实时跟踪，在游客子图像中的游客目标消失时，判断该游客目标为沉下，在游客子图像中的游客目标出现时，判断该游客目标为浮上，所述沉浮状态统计设备与所述游客目标跟踪设备连接，基于所述游客目标跟踪设备对每一个游客子图像中的游客目标的沉浮判断，实时统计每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间。
所述声呐检测器2设置在所述海边浴场的岸边水域下，如图2所示，所述声呐检测器2包括发射换能设备22，用于在水下发射声波，发射声波遇到水下目标时，将声波反射回来；接收换能设备23，用于在水下接收所述水下目标反射的声波；微控制设备21，与所述发射换能设备22和所述接收换能设备23分别连接，基于发射声波特性和接收声波特性计算所述水下目标的相对位置。
所述主控制器为ARM11嵌入式处理芯片，与所述存储器、所述声呐检测器2、所述沉浮状态检测器3和所述声光报警器4分别连接，接收所述游客目标跟踪设备的统计结果，当存在游客子图像中游客目标的当前沉下时间超过第一预定时间阈值时，发出游客沉没预警信号，当存在游客子图像中游客目标的当前沉下时间超过第二预定时间阈值时，发出游客沉没报警信号，并启动所述声呐检测器。
所述声光报警器4包括，语音播放设备，用于播放与所述游客沉没预警信号或所述游客沉没报警信号对应的语音警示文件；报警灯，在接收到所述游客沉没预警信号时以第一闪烁频率闪烁，在接收到所述游客沉没报警信号时以第二闪烁频率闪烁，所述第一闪烁频率小于第二闪烁频率。
其中，所述用户输入设备、所述存储器、所述主控制器1和所述声光报警器4都设置在所述海边浴场的岸边横杆下方的仪表盘内，所述沉浮状态检测器3设置在所述海边浴场的岸边横杆上；所述自适应递归滤波设备、所述灰度处理设备、所述游客目标识别设备、所述游客目标跟踪设备和所述沉浮状态统计设备都分别采用FPGA芯片实现，所采用的FPGA芯片均为XILINX公司的XC3S1000FT256。
其中，在所述检测系统中，还可以包括显示设备，位于所述海边浴场的岸边横杆下方的仪表盘上，与所述图像处理设备和所述声呐检测器2分别连接，用于实时显示所述海域图像，还用于实时显示所述每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间，以及显示所述声呐检测器2的检测结果。所述显示设备可选为液晶显示屏，在所述检测系统中还可以包括供电设备，位于所述海边浴场的岸边横杆下方的仪表盘内，用于为所述检测系统实时供电，同时可以选择将所述自适应递归滤波设备、所述灰度处理设备、所述游客目标识别设备、所述游客目标跟踪设备和所述沉浮状态统计设备集中在一块集成电路板上。
另外，自适应滤波存在于信号处理、控制、图像处理等许多不同领域，他是一种更智能更有针对性的滤波方法，通常用于去噪。在图像处理中，自适应滤波是指在一张图像的不同区域具有各自的图像特性时，分别针对这些不同特性选取最优的、各不相同的参数、滤波器或滤波方法进行滤波。在信号与系统等其他领域中，他可以在无需先验知识的条件下，通过自学习，适应或跟踪外部环境的非平稳随机变化，并最终逼近维纳滤波器或卡尔曼滤波器的最优滤波性能。
自适应滤波可适用于通信、控制、雷达、声呐、地震、生物等多个领域。自适应滤波器使用期望和反馈来调整滤波器系数以及频率响应。常用的自适应滤波技术有：自适应LMS(最小均方)滤波器、自适应格型滤波器、自适应递归滤波器、频域和子带自适应滤波器、自适应无限脉冲响应滤波器、盲自适应滤波器、神经网络非线性自适应滤波器等。
另外，声呐是英文缩写“SONAR”的音译，其中文全称为：声音导航与测距，即SoundNavigation And Ranging，是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。
声呐有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。作为一种声学探测设备，主动式声呐是在英国首先投入使用的。由于电磁波在水中衰减的速率非常的高，无法作为侦测的讯号来源，以声波探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。声呐技术常用于探测水底下的物体，或者是以其作为导航的依据。
采用本发明的海边浴场游客沉浮状态检测系统，针对现有检测系统主要依赖人工监控而存在的监控面不全、监控效率不高以及监控水平有差异的技术问题，利用图像采集、识别和跟踪技术以获得海域上的每一个游客目标，合理分析游客目标沉浮状态以决定是否启动声纳搜索和声光报警，从而提高了海边浴场安保部门的反应速度和监控效率。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种海边浴场游客沉浮状态检测系统，所述检测系统包括声呐检测器、沉浮状态检测器、主控制器和声光报警器，所述沉浮状态检测器基于图像分析以检测海边浴场预设海域内的各个游客的沉浮状态，所述声呐检测器用于检测海边浴场预设海域内的水下目标，所述声光报警器用于提供声光报警信号，所述主控制器与所述声呐检测器、所述沉浮状态检测器和所述声光报警器分别连接，基于所述沉浮状态检测器的检测结果确定是否启动所述声呐检测器和所述声光报警器；
其特征在于，所述检测系统还包括：
用户输入设备，用于根据用户的操作，预先调整所述沉浮状态检测器所检测的海边浴场的预设海域；
存储器，与所述用户输入设备连接，用于存储所述预设海域，还用于存储游客灰度特征和第一预定时间阈值和第二预定时间阈值，所述游客灰度特征用于将图像中的游客与背景分离，所述第一预定时间阈值小于所述第二预定时间阈值；
所述沉浮状态检测器包括：
高清摄像设备，由电动云台、驱动结构和高清摄像头组成，所述高清摄像头的分辨率为1920×1080，被固定在所述电动云台上，所述驱动结构与所述存储器和所述电动云台分别连接，根据所述预设海域发出驱动信号，以驱动所述电动云台的电动机，从而控制所述高清摄像头的拍摄方向，实时拍摄所述预设海域的海域图像；
图像处理设备，由自适应递归滤波设备、灰度处理设备、游客目标识别设备、游客目标跟踪设备和沉浮状态统计设备组成，所述自适应递归滤波设备与所述高清摄像头连接，对所述海域图像执行自适应递归滤波处理，以输出滤波图像，所述灰度处理设备与所述自适应递归滤波设备连接，以对所述滤波图像灰度化，以输出灰度化图像，所述游客目标识别设备与所述灰度处理设备和所述存储器分别连接，将所述灰度化图像的每一个像素的灰度值与所述游客灰度特征比较，以确定被比较的像素是否属于游客像素，由此从所述灰度化图像中分割出多个游客子图像，所述游客目标跟踪设备与所述游客目标识别设备连接，对每一个游客子图像中的游客目标进行实时跟踪，在游客子图像中的游客目标消失时，判断该游客目标为沉下，在游客子图像中的游客目标出现时，判断该游客目标为浮上，所述沉浮状态统计设备与所述游客目标跟踪设备连接，基于所述游客目标跟踪设备对每一个游客子图像中的游客目标的沉浮判断，实时统计每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间；
所述声呐检测器设置在所述海边浴场的岸边水域下，包括：
发射换能设备，用于在水下发射声波，发射声波遇到水下目标时，将声波反射回来；
接收换能设备，用于在水下接收所述水下目标反射的声波；
微控制设备，与所述发射换能设备和所述接收换能设备分别连接，基于发射声波特性和接收声波特性计算所述水下目标的相对位置；
所述主控制器为ARM11嵌入式处理芯片，与所述存储器、所述声呐检测器、所述沉浮状态检测器和所述声光报警器分别连接，接收所述游客目标跟踪设备的统计结果，当存在游客子图像中游客目标的当前沉下时间超过第一预定时间阈值时，发出游客沉没预警信号，当存在游客子图像中游客目标的当前沉下时间超过第二预定时间阈值时，发出游客沉没报警信号，并启动所述声呐检测器；
所述声光报警器包括
语音播放设备，用于播放与所述游客沉没预警信号或所述游客沉没报警信号对应的语音警示文件；
报警灯，在接收到所述游客沉没预警信号时以第一闪烁频率闪烁，在接收到所述游客沉没报警信号时以第二闪烁频率闪烁，所述第一闪烁频率小于第二闪烁频率；
其中，所述用户输入设备、所述存储器、所述主控制器和所述声光报警器都设置在所述海边浴场的岸边横杆下方的仪表盘内，所述沉浮状态检测器设置在所述海边浴场的岸边横杆上；
其中，所述自适应递归滤波设备、所述灰度处理设备、所述游客目标识别设备、所述游客目标跟踪设备和所述沉浮状态统计设备都分别采用FPGA芯片实现，所采用的FPGA芯片均为XILINX公司的XC3S1000FT256；
其中，所述自适应递归滤波设备对所述海域图像执行自适应递归滤波处理具体操作如下：在所述海域图像的不同区域具有各自的图像特性时，分别针对这些不同特性选取各不相同的滤波器或滤波方法进行滤波；其中，所述各不相同的滤波器包括自适应LMS滤波器、自适应格型滤波器、自适应递归滤波器、频域和子带自适应滤波器、自适应无限脉冲响应滤波器、盲自适应滤波器和神经网络非线性自适应滤波器；
所述检测系统还包括供电设备，位于所述海边浴场的岸边横杆下方的仪表盘内，用于为所述检测系统实时供电；
将所述自适应递归滤波设备、所述灰度处理设备、所述游客目标识别设备、所述游客目标跟踪设备和所述沉浮状态统计设备集中在一块集成电路板上。
2.如权利要求1所述的海边浴场游客沉浮状态检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：
显示设备，位于所述海边浴场的岸边横杆下方的仪表盘上，与所述图像处理设备和所述声呐检测器连接，用于实时显示所述海域图像，还用于实时显示所述每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间，以及显示所述声呐检测器的检测结果。
3.如权利要求2所述的海边浴场游客沉浮状态检测系统，其特征在于：所述显示设备为液晶显示屏。
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Denomination of invention: Detection system for the sinking and floating state of tourists in seaside baths Effective date of registration: 20211102 Granted publication date: 20201120 Pledgee: Zhejiang Shaoxing Ruifeng Rural Commercial Bank Co.,Ltd. HUTANG sub branch Pledgor: SHAOXING HENGYUAN MACHINERY MANUFACTURING Co.,Ltd. Registration number: Y2021330002135 |
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