CN109080793B - 一种基于无人机的海上搜救系统及其搜救方法和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的海上搜救系统，包括无人机、智能可穿戴设备和控制台；当智能可穿戴设备与船上WIFI失去连接时，智能可穿戴设备就不断以卫星通信方式向无人机和控制台发送穿戴人员身体体征信息和位置信息，同时智能可穿戴设备通过无线传感器向无人机发送信息；控制台发现有可穿戴设备WIFI断开连接，向相关人员发出警报并提供失联者的身份信息，同时控制无人机进入待命状态，相关人员通过控制台提供的信息确认该人员失联，通过控制台一键开启搜救行动；本发明基于无人机的海上搜救系统能更早的发现有人员落水，将无人机应用到海上救援中，搜救效率更高，速度更快，救援人员工作负担更小；且系统整体性高，使救援任务简化。

Description

一种基于无人机的海上搜救系统及其搜救方法和控制方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是一种基于无人机的海上搜救系统及其搜救方法和控制方法。

背景技术

我国是一个海洋大国，拥有辽阔的海洋面积，每年的水上交通事故也是层出不穷造成的人员伤亡和经济损失巨大，再加上我国海事搜救任务繁重，消耗大量时间和人力。尤其是面对广阔的海域，仅仅依靠船舶进行海上搜救难以达到理想的辖区搜寻率和效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于无人机的海上搜救系统及其搜救方法和控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于无人机的海上搜救系统，其特征在于，包括无人机、智能可穿戴设备和控制台，所述无人机、智能可穿戴设备和控制台两两之间相通讯连接；

所述无人机包括无人机中央处理单元、图像采集单元、图像传输单元、红外感应单元、投掷器单元及无人机通信单元；所述无人机中央处理单元分别与图像采集单元、图像传输单元、红外感应单元、投掷器单元、无人机通信单元相连接；所述无人机中央处理单元包括飞行控制单元、图像处理单元和综合控制单元；所述飞行控制单元用于控制飞机飞行，所述图像处理单元用于监测图像中是否有落水者，所述综合控制单元根据图像处理单元的图像处理结果、无人机通信单元接收到的指令和其他机载传感器数据自动规划飞行路径并通过飞行控制单元控制飞机飞行，同时，综合控制单元自动根据需要或指令控制电动云台和投掷单元并通过无人机通信单元将飞机状态和落水者信息发送给控制台；所述图像采集单元包括电动云台和摄像头，所述摄像头将图像发送给无人机中央处理单元处理；所述图像传输单元用于直接将摄像头所采集的图像传送至控制台；所述红外感应单元用于感应发热物体；所述投掷单元用于投掷下落水者急需的救援物资；

所述智能可穿戴设备包括穿戴设备中央处理单元、心率监测单元、体温监测单元、GPS卫星通讯定位单元和穿戴设备通信单元；所述穿戴设备中央处理单元分别与心率监测单元、体温监测单元、GPS卫星通讯定位单元、穿戴设备通信单元相连接；所述穿戴设备中央处理单元用于汇总所有穿戴人员信息并实时通过穿戴设备通信单元发送给控制台；所述心率监测单元用于监测穿戴人员心率；所述体温监测单元用于监测穿戴人员体温；所述GPS卫星通讯定位单元用于确定穿戴人员位置；

所述控制台用于接收无人机发送的无人机信息和落水者信息、智能可穿戴设备发送的穿戴人员信息还有图像传输单元发送的实时图像信息并进行实时处理；当智能可穿戴设备与船上WIFI断开连接时，系统向船长发出警报提示可能有船员落水，从而辅助船员尽早发现是否有人员失踪落水；控制台运用智能算法检测无人机实时图像中是否有人，从而辅助搜救人员尽快找到落水者并向无人机发送命令，投掷下救生物品延长落水者存活时间；控制台会在频幕上显示落水者身体体征信息并根据此信息为搜救人员提供一些合理建议供参考，从而辅助救援人员开展更有针对性的救援措施。

优选地，所述投掷器单元采用舵机控制的插销结构的投掷器，并用于投掷落水者急需的救援物资。

优选地，所述无人机通信单元采用WIFI、无线传感器或北斗短报文RDSS收发模块。

优选地，所述穿戴设备通信单元采用WIFI、无线串口或北斗短报文RDSS收发模块。

一种基于无人机的海上搜救系统的搜救方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：若已知落水者位置，搜救人员可以根据情况选择直接派出舰艇前往救援或者派出舰艇的同时派出无人机先飞抵落水者处并投掷下救援物资以缓解紧急状况；

步骤二：若落水者位置未知，无人机会请求相关人员输入落水者可能所在的位置坐标并飞向该点；飞行途中，无人机不断检测是否接收到智能可穿戴设备的GPS卫星通讯位置信号或无线传感器位置信号，若中途接收到，则立即将所得信息通过卫星通信发送到控制台并飞向落水者投掷下救生物品；否则，无人机继续飞向指定位置；

步骤三：无人机到达目的地后立刻根据预先设定的航迹开始飞行搜寻，机载摄像头采集到的图像不断通过图像传输单元发送到控制台，同时机载图像处理单元运用RCNN智能算法判断图像中是否有落水者；一旦发现落水者，无人机就根据云台状态判断出落水者相对于无人机的位置并飞向落水者；控制台实时处理无人机传输来的图像信息，运用RCNN智能算法判断图像中是否有落水者，发现落水者则将其位置框出并提示屏幕前的搜救人员确认；经搜救人员确认后，无人机投掷下救援物资并向控制台发送落水者身体体征信息和位置等信息；最后飞机返航，搜救人员根据落水者身体体征信息信息采取针对性措施，派出船舶将落水者救起；

步骤四：当落水者未佩戴智能可穿戴设备时，系统直接执行步骤二和步骤三。

一种基于无人机的海上搜救系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：开启海上搜救系统，海上搜救系统进行初始化；

步骤二：控制台实时检测是否有智能可穿戴设备与船上WIFI断开连接；如果没有，控制台继续实时检测；如果有，则执行步骤三；

步骤三：控制台向相关人员发出警报并提供失联者的身份信息，同时控制无人机进入待命状态，相关人员通过控制台提供的信息确认该人员是否失联；如果确认没有失联，控制台将不发出搜救命令，取消警报；如果确认失联，则执行步骤四；

步骤四：控制台向无人机发出搜救命令，无人机起飞，无人机会请求相关人员输入落水者可能所在的位置坐标并飞向该点；飞行途中，无人机不断检测是否接收到智能可穿戴设备的GPS卫星通讯位置信号或无线传感器位置信号，若中途接收到，则立即将所得信息通过卫星通信发送到控制台并飞向落水者位置，则执行步骤六；否则，无人机继续飞向指定位置；

步骤五：无人机到达目的地后立刻根据预先设定的航迹开始飞行搜寻，机载摄像头采集到的图像不断通过图像传输单元发送到控制台，同时机载图像处理单元运用RCNN智能算法判断图像中是否有落水者；如果未发现落水者，无人机继续根据预先设定的航迹开始飞行搜寻；如果发现落水者，则执行步骤六；

步骤六：无人机根据云台状态判断出落水者相对于无人机的位置，无人机投掷下救援物资并向控制台发送落水者身体体征信息和位置信息；最后飞机返航，搜救人员根据落水者身体体征信息信息采取针对性措施，派出船舶将落水者救起。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

本发明基于无人机的海上搜救系统能更早的发现有人员落水，将无人机应用到海上救援中，搜救效率更高，速度更快，救援人员工作负担更小；且系统整体性高，使救援任务简化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明基于无人机的海上搜救系统的结构示意图。

图2为本发明基于无人机的海上搜救系统的控制原理图。

具体实施方式

下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，一种基于无人机的海上搜救系统，包括无人机、智能可穿戴设备和控制台，所述无人机、智能可穿戴设备和控制台两两之间相通讯连接；

所述无人机包括无人机中央处理单元、图像采集单元、图像传输单元、红外感应单元、投掷器单元及无人机通信单元；所述无人机中央处理单元分别与图像采集单元、图像传输单元、红外感应单元、投掷器单元、无人机通信单元相连接；所述无人机中央处理单元包括飞行控制单元、图像处理单元和综合控制单元；所述飞行控制单元用于控制飞机飞行，所述图像处理单元用于监测图像中是否有落水者，所述综合控制单元根据图像处理单元的图像处理结果、无人机通信单元接收到的指令和其他机载传感器数据自动规划飞行路径并通过飞行控制单元控制飞机飞行，同时，综合控制单元自动根据需要或指令控制电动云台和投掷单元并通过无人机通信单元将飞机状态和落水者信息发送给控制台；所述图像采集单元包括电动云台和摄像头，所述摄像头将图像发送给无人机中央处理单元处理；所述图像传输单元用于直接将摄像头所采集的图像传送至控制台；所述红外感应单元用于感应发热物体；所述投掷单元用于投掷下落水者急需的救援物资；

所述智能可穿戴设备包括穿戴设备中央处理单元、心率监测单元、体温监测单元、GPS卫星通讯定位单元和穿戴设备通信单元；所述穿戴设备中央处理单元分别与心率监测单元、体温监测单元、GPS卫星通讯定位单元、穿戴设备通信单元相连接；所述穿戴设备中央处理单元用于汇总所有穿戴人员信息并实时通过穿戴设备通信单元发送给控制台；所述心率监测单元用于监测穿戴人员心率；所述体温监测单元用于监测穿戴人员体温；所述GPS卫星通讯定位单元用于确定穿戴人员位置；

所述控制台用于接收无人机发送的无人机信息和落水者信息、智能可穿戴设备发送的穿戴人员信息还有图像传输单元发送的实时图像信息并进行实时处理；当智能可穿戴设备与船上WIFI断开连接时，系统向船长发出警报提示可能有船员落水，从而辅助船员尽早发现是否有人员失踪落水；控制台运用智能算法检测无人机实时图像中是否有人，从而辅助搜救人员尽快找到落水者并向无人机发送命令，投掷下救生物品延长落水者存活时间；控制台会在频幕上显示落水者身体体征信息并根据此信息为搜救人员提供一些合理建议供参考，从而辅助救援人员开展更有针对性的救援措施。

所述投掷器单元采用舵机控制的插销结构的投掷器，并用于投掷落水者急需的救援物资。

所述无人机通信单元采用WIFI、无线传感器或北斗短报文RDSS收发模块。

所述穿戴设备通信单元采用WIFI、无线串口或北斗短报文RDSS收发模块。

本发明基于无人机的海上搜救系统的工作原理：

当船上所有人员都佩戴了智能可穿戴设备时，智能可穿戴设备与船上WIFI连接。当智能可穿戴设备与船上WIFI失去连接时，智能可穿戴设备就不断以卫星通信方式向无人机和控制台发送穿戴人员身体体征信息和位置信息，同时智能可穿戴设备通过无线传感器向无人机发送信息，与卫星通信方式形成双保险。控制台发现有可穿戴设备WIFI断开连接，自动向相关人员发出警报并提供失联者的身份信息，同时控制无人机进入待命状态，若控制台接收到可穿戴设备发送的信息，则将信息显示出来。相关人员通过控制台提供的信息确认该人员失联，通过控制台一键开启搜救行动。

一种基于无人机的海上搜救系统的搜救方法，包括以下步骤：

步骤一：若已知落水者位置，搜救人员可以根据情况选择直接派出舰艇前往救援或者派出舰艇的同时派出无人机先飞抵落水者处并投掷下救援物资以缓解紧急状况；

步骤二：若落水者位置未知，无人机会请求相关人员输入落水者可能所在的位置坐标并飞向该点；飞行途中，无人机不断检测是否接收到智能可穿戴设备的GPS卫星通讯位置信号或无线传感器位置信号，若中途接收到，则立即将所得信息通过卫星通信发送到控制台并飞向落水者投掷下救生物品；否则，无人机继续飞向指定位置；

步骤三：无人机到达目的地后立刻根据预先设定的航迹开始飞行搜寻，机载摄像头采集到的图像不断通过图像传输单元发送到控制台，同时机载图像处理单元运用RCNN智能算法判断图像中是否有落水者；一旦发现落水者，无人机就根据云台状态判断出落水者相对于无人机的位置并飞向落水者；控制台实时处理无人机传输来的图像信息，运用RCNN智能算法判断图像中是否有落水者，发现落水者则将其位置框出并提示屏幕前的搜救人员确认；经搜救人员确认后，无人机投掷下救援物资并向控制台发送落水者身体体征信息和位置等信息；最后飞机返航，搜救人员根据落水者身体体征信息信息采取针对性措施，派出船舶将落水者救起；

步骤四：当落水者未佩戴智能可穿戴设备时，系统直接执行步骤二和步骤三。

如图2所示，一种基于无人机的海上搜救系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：开启海上搜救系统，海上搜救系统进行初始化；

步骤二：控制台实时检测是否有智能可穿戴设备与船上WIFI断开连接；如果没有，控制台继续实时检测；如果有，则执行步骤三；

步骤三：控制台向相关人员发出警报并提供失联者的身份信息，同时控制无人机进入待命状态，相关人员通过控制台提供的信息确认该人员是否失联；如果确认没有失联，控制台将不发出搜救命令，取消警报；如果确认失联，则执行步骤四；

步骤四：控制台向无人机发出搜救命令，无人机起飞，无人机会请求相关人员输入落水者可能所在的位置坐标并飞向该点；飞行途中，无人机不断检测是否接收到智能可穿戴设备的GPS卫星通讯位置信号或无线传感器位置信号，若中途接收到，则立即将所得信息通过卫星通信发送到控制台并飞向落水者位置，则执行步骤六；否则，无人机继续飞向指定位置；

步骤五：无人机到达目的地后立刻根据预先设定的航迹开始飞行搜寻，机载摄像头采集到的图像不断通过图像传输单元发送到控制台，同时机载图像处理单元运用RCNN智能算法判断图像中是否有落水者；如果未发现落水者，无人机继续根据预先设定的航迹开始飞行搜寻；如果发现落水者，则执行步骤六；

步骤六：无人机根据云台状态判断出落水者相对于无人机的位置，无人机投掷下救援物资并向控制台发送落水者身体体征信息和位置信息；最后飞机返航，搜救人员根据落水者身体体征信息信息采取针对性措施，派出船舶将落水者救起。

综上所述，本发明基于无人机的海上搜救系统能更早的发现有人员落水，将无人机应用到海上救援中，搜救效率更高，速度更快，救援人员工作负担更小；且系统整体性高，使救援任务简化。

Claims (2)

1.一种基于无人机的海上搜救系统的搜救方法，该海上搜救系统包括无人机、智能可穿戴设备和控制台，所述无人机、智能可穿戴设备和控制台两两之间相通讯连接；所述无人机包括无人机中央处理单元、图像采集单元、图像传输单元、红外感应单元、投掷器单元及无人机通信单元；所述无人机中央处理单元分别与图像采集单元、图像传输单元、红外感应单元、投掷器单元、无人机通信单元相连接；所述无人机中央处理单元包括飞行控制单元、图像处理单元和综合控制单元；所述飞行控制单元用于控制飞机飞行，所述图像处理单元用于监测图像中是否有落水者，所述综合控制单元根据图像处理单元的图像处理结果、无人机通信单元接收到的指令和其他机载传感器数据自动规划飞行路径并通过飞行控制单元控制飞机飞行，同时，综合控制单元自动根据需要或指令控制电动云台和投掷单元并通过无人机通信单元将飞机状态和落水者信息发送给控制台；所述图像采集单元包括电动云台和摄像头，所述摄像头将图像发送给无人机中央处理单元处理；所述图像传输单元用于直接将摄像头所采集的图像传送至控制台；所述红外感应单元用于感应发热物体；所述投掷单元用于投掷下落水者急需的救援物资；所述智能可穿戴设备包括穿戴设备中央处理单元、心率监测单元、体温监测单元、GPS卫星通讯定位单元和穿戴设备通信单元；所述穿戴设备中央处理单元分别与心率监测单元、体温监测单元、GPS卫星通讯定位单元、穿戴设备通信单元相连接；所述穿戴设备中央处理单元用于汇总所有穿戴人员信息并实时通过穿戴设备通信单元发送给控制台；所述心率监测单元用于监测穿戴人员心率；所述体温监测单元用于监测穿戴人员体温；所述GPS卫星通讯定位单元用于确定穿戴人员位置；所述控制台用于接收无人机发送的无人机信息和落水者信息、智能可穿戴设备发送的穿戴人员信息还有图像传输单元发送的实时图像信息并进行实时处理；当智能可穿戴设备与船上WIFI断开连接时，系统向船长发出警报提示可能有船员落水，从而辅助船员尽早发现是否有人员失踪落水；控制台运用智能算法检测无人机实时图像中是否有人，从而辅助搜救人员尽快找到落水者并向无人机发送命令，投掷下救生物品延长落水者存活时间；控制台会在频幕上显示落水者身体体征信息并根据此信息为搜救人员提供一些合理建议供参考，从而辅助救援人员开展更有针对性的救援措施；其特征在于，该搜救方法包括以下步骤：

步骤一：若已知落水者位置，搜救人员可以根据情况选择直接派出舰艇前往救援或者派出舰艇的同时派出无人机先飞抵落水者处并投掷下救援物资以缓解紧急状况；

步骤二：若落水者位置未知，无人机会请求相关人员输入落水者可能所在的位置坐标并飞向该点；飞行途中，无人机不断检测是否接收到智能可穿戴设备的GPS卫星通讯位置信号或无线传感器位置信号，若中途接收到，则立即将所得信息通过卫星通信发送到控制台并飞向落水者投掷下救生物品；否则，无人机继续飞向指定位置；

步骤三：无人机到达目的地后立刻根据预先设定的航迹开始飞行搜寻，机载摄像头采集到的图像不断通过图像传输单元发送到控制台，同时机载图像处理单元运用RCNN智能算法判断图像中是否有落水者；一旦发现落水者，无人机就根据云台状态判断出落水者相对于无人机的位置并飞向落水者；控制台实时处理无人机传输来的图像信息，运用RCNN智能算法判断图像中是否有落水者，发现落水者则将其位置框出并提示屏幕前的搜救人员确认；经搜救人员确认后，无人机投掷下救援物资并向控制台发送落水者身体体征信息和位置等信息；最后飞机返航，搜救人员根据落水者身体体征信息信息采取针对性措施，派出船舶将落水者救起；

步骤四：当落水者未佩戴智能可穿戴设备时，系统直接执行步骤二和步骤三。

2.一种基于无人机的海上搜救系统的控制方法，该海上搜救系统包括无人机、智能可穿戴设备和控制台，所述无人机、智能可穿戴设备和控制台两两之间相通讯连接；所述无人机包括无人机中央处理单元、图像采集单元、图像传输单元、红外感应单元、投掷器单元及无人机通信单元；所述无人机中央处理单元分别与图像采集单元、图像传输单元、红外感应单元、投掷器单元、无人机通信单元相连接；所述无人机中央处理单元包括飞行控制单元、图像处理单元和综合控制单元；所述飞行控制单元用于控制飞机飞行，所述图像处理单元用于监测图像中是否有落水者，所述综合控制单元根据图像处理单元的图像处理结果、无人机通信单元接收到的指令和其他机载传感器数据自动规划飞行路径并通过飞行控制单元控制飞机飞行，同时，综合控制单元自动根据需要或指令控制电动云台和投掷单元并通过无人机通信单元将飞机状态和落水者信息发送给控制台；所述图像采集单元包括电动云台和摄像头，所述摄像头将图像发送给无人机中央处理单元处理；所述图像传输单元用于直接将摄像头所采集的图像传送至控制台；所述红外感应单元用于感应发热物体；所述投掷单元用于投掷下落水者急需的救援物资；所述智能可穿戴设备包括穿戴设备中央处理单元、心率监测单元、体温监测单元、GPS卫星通讯定位单元和穿戴设备通信单元；所述穿戴设备中央处理单元分别与心率监测单元、体温监测单元、GPS卫星通讯定位单元、穿戴设备通信单元相连接；所述穿戴设备中央处理单元用于汇总所有穿戴人员信息并实时通过穿戴设备通信单元发送给控制台；所述心率监测单元用于监测穿戴人员心率；所述体温监测单元用于监测穿戴人员体温；所述GPS卫星通讯定位单元用于确定穿戴人员位置；所述控制台用于接收无人机发送的无人机信息和落水者信息、智能可穿戴设备发送的穿戴人员信息还有图像传输单元发送的实时图像信息并进行实时处理；当智能可穿戴设备与船上WIFI断开连接时，系统向船长发出警报提示可能有船员落水，从而辅助船员尽早发现是否有人员失踪落水；控制台运用智能算法检测无人机实时图像中是否有人，从而辅助搜救人员尽快找到落水者并向无人机发送命令，投掷下救生物品延长落水者存活时间；控制台会在频幕上显示落水者身体体征信息并根据此信息为搜救人员提供一些合理建议供参考，从而辅助救援人员开展更有针对性的救援措施；其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

步骤一：开启海上搜救系统，海上搜救系统进行初始化；

步骤二：控制台实时检测是否有智能可穿戴设备与船上WIFI断开连接；如果没有，控制台继续实时检测；如果有，则执行步骤三；

步骤三：控制台向相关人员发出警报并提供失联者的身份信息，同时控制无人机进入待命状态，相关人员通过控制台提供的信息确认该人员是否失联；如果确认没有失联，控制台将不发出搜救命令，取消警报；如果确认失联，则执行步骤四；

步骤四：控制台向无人机发出搜救命令，无人机起飞，无人机会请求相关人员输入落水者可能所在的位置坐标并飞向该点；飞行途中，无人机不断检测是否接收到智能可穿戴设备的GPS卫星通讯位置信号或无线传感器位置信号，若中途接收到，则立即将所得信息通过卫星通信发送到控制台并飞向落水者位置，则执行步骤六；否则，无人机继续飞向指定位置；

步骤五：无人机到达目的地后立刻根据预先设定的航迹开始飞行搜寻，机载摄像头采集到的图像不断通过图像传输单元发送到控制台，同时机载图像处理单元运用RCNN智能算法判断图像中是否有落水者；如果未发现落水者，无人机继续根据预先设定的航迹开始飞行搜寻；如果发现落水者，则执行步骤六；

步骤六：无人机根据云台状态判断出落水者相对于无人机的位置，无人机投掷下救援物资并向控制台发送落水者身体体征信息和位置信息；最后飞机返航，搜救人员根据落水者身体体征信息信息采取针对性措施，派出船舶将落水者救起。

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