CN108298043A - 一种基于无人机和救生圈联动的水上智能救生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无人机和救生圈联动的水上智能救生装置，包括：从空中监测水面是否有遇险人员的画面信息将该信息和遇险人员的地理位置信息实时输出的无人机；接收所述无人机传送的遇险人员的画面信息和地理位置信息的救生圈，所述救生圈设置有大马力推进装置，所述救生圈根据遇险人员的地理位置信息自动规划通往遇险人员的路线营救遇险人员；接收所述救生圈和无人机传送的数据信息的监控终端，所述监控终端设置在救援船上，对遇险人员的状态信息和是否获救的情况进行实时监控。

Description

一种基于无人机和救生圈联动的水上智能救生装置
技术领域
本发明涉及海上搜救控制领域，尤其涉及一种基于无人机和救生圈联动的水上智能救生装置。
背景技术
在传统的水上搜救与救生措施当中，救生圈作为最常见的救生装置，通常用作水上救灾及相关生产经营过程中的安全防护必备产品。目前，国内外现有救生圈大多是外形为圆形，采用比重较小的轻型材料制成的无动力装置。由于救生圈为无动力装置，会受到复杂水上环境的影响，例如水流速度过快、水面风速过大或者抛掷救生圈的位置和距离受限等，导致救生圈只能抛掷到遇险人员身边，无法使救生圈迅速的靠近遇险人员位置，大大降低了遇险人员成功得救的概率。
无人机具有成本低、易操纵、高度灵活性等特点，能够携带成像设备从空中完成水面目标识别等任务。目前无人机在水上搜救与应急救援方面，主要应用无人机进行空中监测以发现水上遇险人员，反馈遇险人员位置信息。但对于监测到的遇险人员信息没有进行深入的挖掘和利用，并且无人机监测遇险人员的信息缺乏与救生设备的共享与联动。现有技术中申请号为CN201520935375.7的专利公开了一种无人机搜救设备，其中无人机搜救设备缺乏详细的实现过程，而且在发现落水者之后将信息回传给救援船，由救援船实施救援，大大降低了救援的机动性能，操作实施过程复杂，救援准确率较低，使得救援效率未达到预期效果。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于无人机和救生圈联动的水上智能救生装置，采用无人机技术实现无人机与救生圈的智能化联动，大大降低搜救人员的参与度，使搜救效率极大提升，具体方案包括：
从空中监测水面是否有遇险人员的画面信息将该信息和遇险人员的地理位置信息实时输出的无人机；
接收所述无人机传送的遇险人员的画面信息和地理位置信息的救生圈，所述救生圈设置有大马力推进装置，所述救生圈根据遇险人员的地理位置信息自动规划通往遇险人员的路线营救遇险人员；
接收所述救生圈和无人机传送的数据信息的监控终端，所述监控终端设置在救援船上，对遇险人员的状态信息和是否获救的情况进行实时监控。
所述救生圈为一U型结构至少包括控制单元、电机推进单元、摄像头、GPS定位模块、电子罗盘和通讯模块；所述控制单元接收无人机传送的遇险人员的定位信息、自动规划通往遇险人员的路线以及记录搜寻时行驶的轨迹信息，所述控制单元与摄像头、电机推进单元、GPS定位模块、电子罗盘和通讯模块相连接，所述电机推进单元接收所述控制单元传送的指令信息控制救生圈运动靠近遇险人员，所述摄像头实时监测遇险人员的画面信息将检测数据传送至控制单元，所述GPS定位模块和电子罗盘实时获取当前状态下救生圈的位置信息、当救起遇险人员后自动规划返回路径，所述通讯模块与无人机和监控终端实时数据通信将救生圈当前的状态信息和位置实时传送至监控终端。
所述无人机包括信息处理单元、红外摄像头、气压计和GPS定位单元、第一电子罗盘和第一通讯模块，所述红外摄像头和高清摄像头实时拍摄遇险人员的落水后的画面信息将拍摄信息实时传送至信息处理单元，所述气压计实时测量无人机飞行的高度信息将检测信息实时传送至信息处理单元，所述GPS定位单元和第一电子罗盘实时获取无人机的位置信息将获取的信息传送至信息处理单元，所述第一通讯模块与救生圈实时数据通信。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于无人机和救生圈联动的水上智能救生装置，具体工作过程为：A、无人机根据划定的搜救范围来自主巡航搜救，救援人员遥控搜救作为辅助手段，在搜索到遇险人员之后，通过内部处理系统建立以无人机为中心的空间立体直角坐标系，得到落水人员的具体坐标信息和救生圈的相对位置信息。B、在获取到以上信息之后，救生圈的控制有两种选择:(1)救生圈的控制单元在获取到坐标信息之后，自主进行解析然后规划最佳路线进行快速航行搜救，其自身搭载的高清防水摄像头同步回传航行时拍摄的画面到搜救人员的显示界面上；(2)救援人员在获取到无人机拍摄的遇险人员的画面之后，通过遥控器来控制救生圈运动，使救生圈快速到达遇险人员处施行救援。C、当救援环境处于黑夜时，无人机的红外摄像头进行工作，经过红外摄像头采集图像，回传到控制端人员的显示界面上。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明实现了救生圈和无人机的联动，作为整体进行联合搜救，充分的发挥了无人机水上监测与识别的能力。同时自带动力的救生圈解决了传统救生圈投掷时遇到的一些难题，提高了救援的效率。2、本发明改进了传统的救生圈，救生圈的控制方式由传统的人员投掷改为既可自主导航搜救，又可由操控人员遥控控制，提高了救援效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于无人机—救生圈联动的水上智能救生装置的工作流程图；
图2为基于无人机—救生圈联动的水上智能救生装置结构示意图；
图3为无人机运行时计算视野原理图；
图4为无人机确定遇险人员位置方法原理图；
图5为救生圈搜救原理图；
图6为无人机内部具体电路结构示意图；
图7为救生圈内部具体电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1-图7所示的一种基于无人机和救生圈联动的水上智能救生装置，在本实施实例中，本发明的水上联动搜救装置包括无人机和具有动力装置的救生圈，所述无人机通过无线通讯设备实现与救生圈的信息互通，同时可实现快速起飞、悬停以及起降等操作，并且具备一定的抗风飞行能力，可有效提升本联动搜救装置的救援效率。
如图2和图3所示，为本发明基于无人机和救生圈联动的水上智能救生装置的结构示意图。其中气压计测量无人机距离海面的高度h；无人机搭载的红外摄像头与海平面垂直，因此红外摄像头中心的位置即无人机与海平面垂直相交的位置，即GPS定位单元的精确位置；测出无人机与海平面高度后，由红外摄像头的分辨率可以确定一个像素点所代表的距离，设中心点为遇险人员的位置，通过计算遇险人员所处像素点距中心像素点的个数来计算距离，从而精确计算遇险人员的位置坐标，进而可使救生圈快速自主导航到遇险人员的位置实施救援。其具体计原理为：
1.无人机搭载的红外摄像头具有分辨率和可视角度两个参数，分辨率即一副图像由m*n个像素点构成，其中m和n分别代表图像的长和宽，即可得出一个像素点所代表的距离，如图2所示，图中的h由无人机搭载的气压计测出，已知摄像头可视角度为2*β，则可求出该摄像头所拍摄的海域的长和宽，从而求出一个像素点的边长，设为q：
i＝2*h*tanβ
2.图3为无人机搭载的红外摄像头拍摄的画面示意图，其中O点即图2所示的O点，位于红外摄像头画面的中心，中心位置O的坐标信息可由GPS定位单元测出，图3描述了当画面与实际方向不垂直的情况，其中正北方向由第一电子罗盘确定，通过计算该帧中目标点与中心位置的距离，经过坐标转换和距离换算后与中心点O的GPS坐标叠加，便可得出目标点的GPS坐标，具体方法如下：
⑴由图像可知目标点与中心点的长与宽的像素点个数，由计算得出的q值，可求得a与b的具体长度，根据勾股定理可知目标点与中心点的距离e。
⑵已知e的长度，通过图像可知目标点与中心点的连线与正北方向的夹角α，规定正北方向为0°，得出目标点的极坐标形式。
⑶由⑵所得的距离e和角度α，通过三角函数变换即可求出图中d与c的具体值：
d＝e*sinα，c＝e*cosα
将d与c对应的长度换算为GPS表示的长度，叠加到已知的中心点O的GPS坐标上，即可得出目标点的具体GPS坐标值。
救生圈接收到无人机回传的坐标信息后，控制单元对该坐标信息进行解析计算，通过电子罗盘确定当前方向，然后计算出与目标方向的夹角，最后救生圈的控制单元即可根据解析的坐标信息进行自主导航救援。具体原理如图4所示。
已知遇险人员的位置和救生圈的位置O′的具体GPS坐标数据，可得出救生圈与遇险人员的距离，由救生圈所带的电子罗盘测出救生圈当前方向，计算出救生圈方向与遇险人员的夹角γ。由夹角γ和距离便可使救生圈向着遇险人员航行进行快速救援。救生圈成功救起遇险人员之后，发送信号给无人机以取消掉相应坐标点的标记，避免重复识别。
救生圈成功救起遇险人员后向救援人员发出信号并读取救援船当前GPS数据得出其航向航速等信息，自动规划最优路径并向救援船航行，保证遇险人员在最短时间内获救。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于无人机和救生圈联动的水上智能救生装置，其特征在于包括：
从空中监测水面是否有遇险人员的画面信息将该信息和遇险人员的地理位置信息实时输出的无人机；
接收所述无人机传送的遇险人员的画面信息和地理位置信息的救生圈，所述救生圈设置有大马力推进装置，所述救生圈根据遇险人员的地理位置信息自动规划通往遇险人员的路线营救遇险人员；
接收所述救生圈和无人机传送的数据信息的监控终端，所述监控终端设置在救援船上，对遇险人员的状态信息和是否获救的情况进行实时监控。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机和救生圈联动的水上智能救生装置，其特征还在于：所述救生圈为一U型结构至少包括控制单元、电机推进单元、摄像头、GPS定位模块、电子罗盘和通讯模块；所述控制单元接收无人机传送的遇险人员的定位信息、自动规划通往遇险人员的路线以及记录搜寻时行驶的轨迹信息，所述控制单元与摄像头、电机推进单元、GPS定位模块、电子罗盘和通讯模块相连接，所述电机推进单元接收所述控制单元传送的指令信息控制救生圈运动靠近遇险人员，所述摄像头实时监测遇险人员的画面信息将检测数据传送至控制单元，所述GPS定位模块和电子罗盘实时获取当前状态下救生圈的位置信息、当救起遇险人员后自动规划返回路径，所述通讯模块与无人机和监控终端实时数据通信将救生圈当前的状态信息和位置实时传送至监控终端。
3.根据权利要求1所述的一种基于无人机和救生圈联动的水上智能救生装置，其特征还在于：所述无人机包括信息处理单元、红外摄像头、气压计和GPS定位单元、第一电子罗盘和第一通讯模块，所述红外摄像头和高清摄像头实时拍摄遇险人员的落水后的画面信息将拍摄信息实时传送至信息处理单元，所述气压计实时测量无人机飞行的高度信息将检测信息实时传送至信息处理单元，所述GPS定位单元和第一电子罗盘实时获取无人机的位置信息将获取的信息传送至信息处理单元，所述第一通讯模块与救生圈实时数据通信。
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