CN109186553A - 基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统及方法，其中系统包括地面站、固定于捕捞船的控制终端、至少一无人机和至少一补偿平台；无人机安装有双光吊舱、高光谱相机、图传设备、数传设备、GPS模块和拍摄姿态传感模块；图传设备、数传设备、GPS模块和拍摄姿态传感模块与控制终端通信连接；补偿平台用于对波浪造成的捕捞船的晃动进行补偿，减缓补偿平台表面相对于水平面的晃动；双光吊舱和高光谱相机连接图传设备，控制终端与无人机通信连接并通过卫星与地面站通信连接。本发明的一种基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统及方法，可以广泛应用于金枪鱼围网捕捞，具有成本低、危险性小、观测范围大的优点。
Description
技术领域
本发明涉及无人机遥感监测技术领域，尤其涉及一种基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统及方法。
背景技术
现阶段，人类已进入大规模开发利用海洋时期,海洋成为世界各国竞相争夺的主要战场，其中，金枪鱼捕捞是很多沿海国家渔业经济的重要组成部分。然而，随着围网金枪鱼国际市场价格下降、入渔成本提高，我国金枪鱼围网企业面临严峻挑战。
寻找作业渔场是金枪鱼围网船作业的关键之一，在当前渔船作业天数价格上涨的形势下，无法快速寻找到渔场，将降低船队的作业效率，并增加更多的燃油和入渔成本。当前金枪鱼围网船队一般配置CATSAT遥感系统软件，根据海洋环境信息，对可能的渔场进行实时分析。渔船在渔场附近，确定捕捞的大方向后，船员用高倍望远镜窥测，或者使用直升机寻鱼。
然而，当前的金枪鱼渔场调查方法尚存在一些问题，船员用高倍望远镜的观测范围有限，直升机可以对鱼群进行长距离大范围的搜索，但成本高、严重依赖于天气。
因此，研究一种机动快速、使用成本低、维护操作简单的金枪鱼渔场调查方法，提高金枪鱼围网捕捞效率已成为亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统及方法，可以广泛应用于金枪鱼围网捕捞，具有成本低、危险性小、观测范围大的优点。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统，包括一地面站、固定于一捕捞船的一控制终端、至少一无人机和至少一补偿平台；所述无人机安装有一双光吊舱、一高光谱相机、一图传设备、一数传设备、一GPS模块和一拍摄姿态传感模块；所述图传设备、所述数传设备、所述GPS模块和所述拍摄姿态传感模块与所述控制终端通信连接；所述补偿平台用于对波浪造成的所述捕捞船的晃动进行补偿，减缓所述补偿平台表面相对于水平面的晃动，所述补偿平台的顶面形成一停机坪；所述双光吊舱和所述高光谱相机连接所述图传设备，所述控制终端与所述无人机通信连接并通过卫星与所述地面站通信连接。
优选地，所述无人机采用油动混合多旋翼无人机，所述无人机的续航时间大于2小时，最大飞行高度大于等于2000m，巡航半径大于等于40km；所述图传设备对1080P格式的图像数据实时传输距离大于40km；所述无人机的抗风等级大于5级，最大巡航速度大于等于40km/h；所述无人机的有效载荷大于等于10kg。
优选地，所述双光吊舱包括一可见光成像装置和一红外成像装置；所述双光吊舱支持30倍变焦并具有鱼群自动识别和锁定功能。
优选地，所述高光谱相机用于采集当前水域的温度、盐度、深度、叶绿素浓度和水色信息。
优选地，所述拍摄姿态传感模块用于获取所述无人机的拍摄姿态信息，所述拍摄姿态信息包括偏航角、侧滚角和俯仰角。
优选地，所述无人机包括一自动起飞降落系统，所述控制终端包括一渔业遥感系统，所述渔业遥感系统采用CATSAT遥感系统。
本发明的一种基于本发明所述基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统的金枪鱼围网鱼群侦察追踪方法，包括步骤：
S1：测试所述无人机在海洋环境下的起飞和降落性能，获得所述无人机的起飞极限性能和降落极限性能；
S2：根据所述起飞极限性能和降落极限性能设定所述补偿平台补偿范围；
S3：调整所述自动起飞降落系统的参数，使得所述自动起飞降落系统的GPS定位起飞降落位置实时更新并跟所述停机坪的预设停机位置保持一致；
S4：根据一目标作业海区的海洋环境卫星遥感预报数据预测渔场渔情，并规划设置所述无人机的航线；
S5：所述无人机按照所述航线飞行并通过所述双光吊舱对所述航线海域按照一预设时间间隔连续拍摄获得图像数据，并记录每一所述图像数据的拍摄位置信息和拍摄姿态信息；同时所述双光吊舱对鱼群进行自动识别，在发现所述鱼群后，所述无人机自动对所述鱼群进行追踪并采集渔场信息；所述拍摄位置信息包括自所述GPS模块获取的GPS坐标和一航高参数；
S6：所述图像数据通过所述图传设备实时发送给所述控制终端；所述拍摄位置信息和所述拍摄姿态信息通过所述数传设备实时发送给所述控制终端；所述控制终端将所述图像数据、所述拍摄位置信息和所述拍摄姿态信息转发给所述地面站；
S7：所述地面站通过分析所述图像发现并跟踪金枪鱼鱼群的位置，引导所述捕捞船进行围网作业。
优选地，所述S1步骤中，通过一运动平台模拟所述海洋环境，测试所述无人机在不同的升降和偏转条件下，所述无人机的起飞和降落性能。
优选地，所述S5步骤中，所述双光吊舱根据水面特征对鱼群进行自动识别并对鱼群位置实时锁定，所述水面特征包括鱼群影像、鱼群颜色和鱼群引起的波浪；并将鱼群位置信息发送给所述控制终端，所述控制终端根据所述鱼群位置信息利用一飞控算法控制所述无人机平稳追踪所述鱼群；
同时，通过所述高光谱相机采集所述渔场信息，所述渔场信息包括所述温度、所述盐度、所述深度、所述叶绿素浓度和所述水色信息；所述控制终端接收所述渔场信息并建立一鱼群信息数据库。
优选地，所述S7步骤中，所述地面站对所述图像进行图像处理、模式识别和特征提取，根据金枪鱼渔场的海面显示特征分析海面景象与鱼群大小、密度及尺度的关系；并根据所述海面景象与鱼群大小、密度及尺度的关系发现并跟踪金枪鱼鱼群的位置；所述海面显示特征包括：鱼群引起的波浪、鱼群上围绕的鸟群和鱼群猎食。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
以无人机代替直升飞机，大大降低探鱼成本，降低入门门槛，且无人机体积小，噪声小，不会惊扰鱼群，有广泛的应用前景；地面站用于接收处理无人机拍摄的图像，通过分析图像发现并跟踪金枪鱼鱼群的位置，引导捕捞船进行围网作业。补偿平台用于为无人机提供稳定的起降平台。控制终端用于无人机的遥控和信息的转发。地面站、控制终端、卫星和无人机的配合，实现了数据的实时处理，提高了金枪鱼围网捕捞的作业效率，且大幅度提高了鱼群的探测范围，并具有机动性好、成本低和易于操作的优点。
附图说明
图1为本发明实施例的基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的金枪鱼围网鱼群侦察追踪方法的流程图。
具体实施方式
下面根据附图1～图2，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1，本发明实施例的一种基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统，包括一地面站1、固定于一捕捞船2的一控制终端3、至少一无人机4和至少一补偿平台5；无人机4安装有一双光吊舱、一高光谱相机、一图传设备、一数传设备、一GPS模块和一拍摄姿态传感模块(图中未示)；图传设备、数传设备、GPS模块和拍摄姿态传感模块与控制终端3通信连接；补偿平台5用于对波浪造成的捕捞船2的晃动进行补偿，减缓补偿平台5表面相对于水平面的晃动，补偿平台5的顶面形成一停机坪；双光吊舱和高光谱相机连接图传设备，控制终端3与无人机4通信连接并通过卫星6与地面站1通信连接。
地面站1用于接收处理无人机4拍摄的图像，通过分析图像发现并跟踪金枪鱼鱼群的位置，引导捕捞船2进行围网作业。补偿平台5用于为无人机4提供稳定的起降平台。控制终端3用于无人机4的遥控和信息的转发。地面站1、控制终端3、卫星6和无人机4的配合，实现了数据的实时处理，提高了金枪鱼围网捕捞的作业效率，且大幅度提高了鱼群的探测范围，并具有机动性好、成本低和易于操作的优点。
本实施例中，无人机4采用油动混合多旋翼无人机，无人机4的续航时间大于2小时，最大飞行高度大于等于2000m，巡航半径大于等于40km；图传设备对1080P格式的图像数据实时传输距离大于40km；无人机4的抗风等级大于5级，最大巡航速度大于等于40km/h；无人机4的有效载荷大于等于10kg。
双光吊舱包括一可见光成像装置和一红外成像装置；双光吊舱支持30倍变焦并具有鱼群自动识别和锁定功能。
高光谱相机用于采集当前水域的温度、盐度、深度、叶绿素浓度和水色信息。
拍摄姿态传感模块用于获取无人机4的拍摄姿态信息，拍摄姿态信息包括偏航角、侧滚角和俯仰角。
另外，无人机4包括一自动起飞降落系统，控制终端3包括一渔业遥感系统，渔业遥感系统采用CATSAT遥感系统。
请参阅图1和图2，本发明的一种基于本实施例的基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统的金枪鱼围网鱼群侦察追踪方法，包括步骤：
S1：测试无人机4在海洋环境下的起飞和降落性能，获得无人机4的起飞极限性能和降落极限性能。
本实施例中，通过一运动平台模拟海洋环境，测试无人机4在不同的升降和偏转条件下，无人机4的起飞和降落性能，为无人机在实际应用提供指导数据。海洋环境指金枪鱼围网作业的远洋环境条件。
S2：根据起飞极限性能和降落极限性能设定补偿平台5补偿范围，在合理范围内补偿船体运动，为无人机4降落提供稳定平台。
S3：调整自动起飞降落系统的参数，使得自动起飞降落系统的GPS定位起飞降落位置实时更新并跟停机坪的预设停机位置保持一致，实现无人机4的全自动起飞与降落功能。
S4：根据一目标作业海区的海洋环境卫星遥感预报数据预测渔场渔情，并规划设置无人机4的航线；例如：在晴朗天气下，两两间距100米的四架无人机4，在距离海面40米的高度并排向目标方向运动；在多云、薄雾等其它天气，适当增加无人机4数目，减小无人机4间距，降低无人机4高度。
S5：无人机4按照航线飞行并通过双光吊舱对航线海域按照一预设时间间隔连续拍摄获得图像数据，并记录每一图像数据的拍摄位置信息和拍摄姿态信息；同时双光吊舱对鱼群进行自动识别，在发现鱼群后，无人机4自动对鱼群进行追踪并采集渔场信息；拍摄位置信息包括自GPS模块获取的GPS坐标和一航高参数；
本实施例中，双光吊舱根据水面特征对鱼群进行自动识别并对鱼群位置实时锁定，水面特征包括鱼群影像、鱼群颜色和鱼群引起的波浪；并将鱼群位置信息发送给控制终端3，控制终端3根据鱼群位置信息利用一飞控算法控制无人机4平稳追踪鱼群；同时，通过高光谱相机采集渔场信息，渔场信息包括温度、盐度、深度、叶绿素浓度和水色信息；控制终端3接收渔场信息并建立一鱼群信息数据库，通过对鱼群信息数据库结合人工智能，可实现对金枪鱼渔场的自主预测；
S6：图像数据通过图传设备实时发送给控制终端3；拍摄位置信息和拍摄姿态信息通过数传设备实时发送给控制终端3；控制终端3将图像数据、拍摄位置信息和拍摄姿态信息转发给地面站1；
S7：地面站1通过分析图像发现并跟踪金枪鱼鱼群的位置，引导捕捞船2进行围网作业。
本实施例中，地面站1对图像进行图像处理、模式识别和特征提取，根据金枪鱼渔场的海面显示特征分析海面景象与鱼群大小、密度及尺度的关系；并根据海面景象与鱼群大小、密度及尺度的关系发现并跟踪金枪鱼鱼群的位置；海面显示特征包括：鱼群引起的波浪、鱼群上围绕的鸟群和鱼群猎食。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统，其特征在于，包括一地面站、固定于一捕捞船的一控制终端、至少一无人机和至少一补偿平台；所述无人机安装有一双光吊舱、一高光谱相机、一图传设备、一数传设备、一GPS模块和一拍摄姿态传感模块；所述图传设备、所述数传设备、所述GPS模块和所述拍摄姿态传感模块与所述控制终端通信连接；所述补偿平台用于对波浪造成的所述捕捞船的晃动进行补偿，减缓所述补偿平台表面相对于水平面的晃动，所述补偿平台的顶面形成一停机坪；所述双光吊舱和所述高光谱相机连接所述图传设备，所述控制终端与所述无人机通信连接并通过卫星与所述地面站通信连接。
2.根据权利要求1所述的基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统，其特征在于，所述无人机采用油动混合多旋翼无人机，所述无人机的续航时间大于2小时，最大飞行高度大于等于2000m，巡航半径大于等于40km；所述图传设备对1080P格式的图像数据实时传输距离大于40km；所述无人机的抗风等级大于5级，最大巡航速度大于等于40km/h；所述无人机的有效载荷大于等于10kg。
3.根据权利要求2所述的基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统，其特征在于，所述双光吊舱包括一可见光成像装置和一红外成像装置；所述双光吊舱支持30倍变焦并具有鱼群自动识别和锁定功能。
4.根据权利要求3所述的基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统，其特征在于，所述高光谱相机用于采集当前水域的温度、盐度、深度、叶绿素浓度和水色信息。
5.根据权利要求4所述的基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统，其特征在于，所述拍摄姿态传感模块用于获取所述无人机的拍摄姿态信息，所述拍摄姿态信息包括偏航角、侧滚角和俯仰角。
6.根据权利要求5所述的基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统，其特征在于，所述无人机包括一自动起飞降落系统，所述控制终端包括一渔业遥感系统，所述渔业遥感系统采用CATSAT遥感系统。
7.一种基于权利要求6所述基于无人机技术的金枪鱼围网鱼群侦察追踪系统的金枪鱼围网鱼群侦察追踪方法，包括步骤：
S1：测试所述无人机在海洋环境下的起飞和降落性能，获得所述无人机的起飞极限性能和降落极限性能；
S2：根据所述起飞极限性能和降落极限性能设定所述补偿平台补偿范围；
S3：调整所述自动起飞降落系统的参数，使得所述自动起飞降落系统的GPS定位起飞降落位置实时更新并跟所述停机坪的预设停机位置保持一致；
S4：根据一目标作业海区的海洋环境卫星遥感预报数据预测渔场渔情，并规划设置所述无人机的航线；
S5：所述无人机按照所述航线飞行并通过所述双光吊舱对所述航线海域按照一预设时间间隔连续拍摄获得图像数据，并记录每一所述图像数据的拍摄位置信息和拍摄姿态信息；同时所述双光吊舱对鱼群进行自动识别，在发现所述鱼群后，所述无人机自动对所述鱼群进行追踪并采集渔场信息；所述拍摄位置信息包括自所述GPS模块获取的GPS坐标和一航高参数；
S6：所述图像数据通过所述图传设备实时发送给所述控制终端；所述拍摄位置信息和所述拍摄姿态信息通过所述数传设备实时发送给所述控制终端；所述控制终端将所述图像数据、所述拍摄位置信息和所述拍摄姿态信息转发给所述地面站；
S7：所述地面站通过分析所述图像发现并跟踪金枪鱼鱼群的位置，引导所述捕捞船进行围网作业。
8.根据权利要求7所述的金枪鱼围网鱼群侦察追踪方法，其特征在于，所述S1步骤中，通过一运动平台模拟所述海洋环境，测试所述无人机在不同的升降和偏转条件下，所述无人机的起飞和降落性能。
9.根据权利要求8所述的金枪鱼围网鱼群侦察追踪方法，其特征在于，所述S5步骤中，所述双光吊舱根据水面特征对鱼群进行自动识别并对鱼群位置实时锁定，所述水面特征包括鱼群影像、鱼群颜色和鱼群引起的波浪；并将鱼群位置信息发送给所述控制终端，所述控制终端根据所述鱼群位置信息利用一飞控算法控制所述无人机平稳追踪所述鱼群；
同时，通过所述高光谱相机采集所述渔场信息，所述渔场信息包括所述温度、所述盐度、所述深度、所述叶绿素浓度和所述水色信息；所述控制终端接收所述渔场信息并建立一鱼群信息数据库。
10.根据权利要求9所述的金枪鱼围网鱼群侦察追踪方法，其特征在于，所述S7步骤中，所述地面站对所述图像进行图像处理、模式识别和特征提取，根据金枪鱼渔场的海面显示特征分析海面景象与鱼群大小、密度及尺度的关系；并根据所述海面景象与鱼群大小、密度及尺度的关系发现并跟踪金枪鱼鱼群的位置；所述海面显示特征包括：鱼群引起的波浪、鱼群上围绕的鸟群和鱼群猎食。
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