CN109188421A - 一种用于无人搜救艇的海上搜救系统及方法 - Google Patents

一种用于无人搜救艇的海上搜救系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于无人搜救艇的海上搜救系统及方法，其特征在于：包括环境感知系统、自我决策系统、雷达搜索系统、可见光搜索系统和红外搜索系统；采用上述系统的搜救方法在晴朗天气，风平浪静时使用雷达搜索模式和可见光搜索模式结合，红外搜索模式辅助搜索的方法；恶劣天气，则使用雷达搜索模式和红外搜索模式结合的方法，红外热成像仪可以很好的识别热目标，探测距离远，受天气与海况影响较小；远距离则采用雷达搜索模式，优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。

Description

一种用于无人搜救艇的海上搜救系统及方法
技术领域
本发明涉及无人艇搜救领域，尤其涉及一种用于无人搜救艇的海上搜救系统及方法。
背景技术
随着科学技术的发展，智能控制技术愈加成熟，无人艇在海上作业及其事故搜救方面的运用将成为一个新的发展方向。海上环境的突发变化，对船只造成了很大的危害。海上事故的频繁突发，使得船员来不及采取有效的自救方法，当人员落入水中，搜救落水人员将是一件分秒必争的事情。
目前国内海警接到报警后，驾驶大型船只赶赴事故现场，海警驾驶船只在海上展开救援，当发现落水人员时，艇上人员向落水者抛出救生圈或救生衣将其拉回船艇上。由于海上环境的流动性，搜索范围将会不断地扩大，这将需要大量的警力完成搜救工作，效率很低。这种搜救方式很可能耽误了最佳的搜救时间，增加了事故的死亡率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于无人搜救艇的海上搜救系统及方法，能够解决传统海上搜救模式的搜救范围小，搜救模式单一的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种用于无人搜救艇的海上搜救系统，其创新点在于：包括环境感知系统、自我决策系统、雷达搜索系统、可见光搜索系统和红外搜索系统；
所述环境感知系统包括温度传感器、湿度传感器、水声传感器、光敏传感器和数据输出模块；温度传感器、湿度传感器、水声传感器和光敏传感器测量感知周围环境，并向数据输出模块进行数据输送；
所述自我决策系统包括计算机和学习模块；环境感知系统通过数据输出模块输出数据至计算机内，学习模块通过环境感知系统的数据进行比对判断海况选择搜索系统，并向各搜索系统发送指令；
所述雷达搜索系统包括雷达探测模块、雷达定位测距模块和数据处理模块；所述雷达探测模块对超过视野范围的区域使用雷达发射器发射电磁波，并使用雷达天线接收物体反射碰到的电磁波，以此来初步判断远距离落水目标所在的位置；所述雷达定位测距模块根据反射的电磁波进行定位和距离测量；
所述可见光搜索系统包括高清摄像头、目标检测与识别模块和目标跟踪模块；目标检测与识别模块根据高清摄像头的拍摄画面进行数据分析，并通过目标跟踪模块实现对高清摄像头拍摄画面的跟踪；
所述红外搜索系统包括红外热成像仪、红外目标跟踪模块和红外测距传感器；所述红外热成像仪根据热辐射原理将超过人眼观测的红外波段信息转换成可见信息；所述红外目标跟踪模块根据红外热成像仪的成像位置进行跟踪；所述红外测距传感器根据红外热成像仪的成像位置进行距离测量。
一种用于无人搜救艇的海上搜救系统的方法，其创新点在于：具体包括如下步骤：
S1：启动无人艇艇上所有设备，无人艇被母船下放到海上，开始启动无人驾驶模式，无人艇在预先设定好的搜索范围内自主航行；
S2：启动雷达搜索模式，使用雷达探测模块对大范围海域进行搜索，结合雷达定位测距模块初步确定失事船只所在海域位置；
S3：将初定位置数据信息输出给计算机；若计算机初步判定目标位置位于搜救艇所在半径8km以外则继续使用雷达搜索模式；如目标位置位于可见光搜索系统可侦查范围8km内，则启动可见光搜索模式；
S4：无人艇前往目标海域，测距模块传递距离数据，到达可见光搜索系统可侦查范围8km以内时，此时环境感知系统对周围环境进行测量，并反馈给计算；计算机的学习模块根据获得的环境数据信息判断天气状况，光线充足则启动可见光搜索模式和红外搜索模式S4.1，否则只启动红外搜索模式S4.2；
S4.1：基于雷达搜索模式下可见光搜索模式和红外搜索模式并用：
使用高清摄像头实时采集目标区域的视频流，并传递数据给目标检测模块；目标检测与识别模块中包含基于TensorFlow搭建设计的学习模型，检测目标区域中的落水目标，对检测目标提取深度特征，根据比对模型中的特征图，识别其中的落水人员；同时红外搜索系统配合可见光搜索系统对近距离海上环境进行热像检测；使用红外热成像仪侦测区域内20~40℃温度的目标，检测出海上落水人员是否存活；优先对存活人员进行搜救；目标跟踪模块将目标检测模块中提取的深度特征，结合跟踪算法对落水人员逐帧进行关联与匹配，实现实时目标跟踪；近距离使用双目视觉定位测距方法定位并计算出与目标的距离，并将结果数据输出给计算机；无人艇根据计算机指令进行搜救；
S4.2：基于雷达搜索模式下的红外搜索模式：
使用红外热成像仪侦测区域内20~40℃温度的目标，检测出海上落水人员是否存活；优先对存活人员进行搜救；目标跟踪模块将目标检测模块中提取的深度特征，结合跟踪算法对落水人员逐帧进行关联与匹配，实现实时目标跟踪；近距离使用双目视觉定位测距方法定位并计算出与目标的距离，远距离则使用红外测距传感器进行定位；并将结果数据输出给计算机；无人艇根据计算机指令进行搜救。
本发明的优点在于：
1）本发明的海上搜救系统及方法在晴朗天气，风平浪静时使用雷达搜索模式和可见光搜索模式结合，红外搜索模式辅助搜索的方法；恶劣天气，则使用雷达搜索模式和红外搜索模式结合的方法，红外热成像仪可以很好的识别热目标，探测距离远，受天气与海况影响较小；远距离则采用雷达搜索模式，优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的一种用于无人搜救艇的海上搜救系统的总图。
图2为本发明的一种无人搜救艇的海上搜救系统的搜救步骤图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示的一种用于无人搜救艇的海上搜救系统：包括环境感知系统1、自我决策系统2、雷达搜索系统3、可见光搜索系统4和红外搜索系统5。
环境感知系统1包括温度传感器11、湿度传感器12、水声传感器13、光敏传感器14和数据输出模块15；温度传感器11、湿度传感器12、水声传感器13和光敏传感器14测量感知周围环境，并向数据输出模块15进行数据输送。
自我决策系统2包括计算机21和学习模块22；环境感知系统1通过数据输出模块15输出数据至计算机内，学习模块22通过环境感知系统的数据进行比对判断海况选择搜索系统，并向各搜索系统发送指令。
雷达搜索系统3包括雷达探测模块31、雷达定位测距模块32和数据处理模块33；所述雷达探测模块31对超过视野范围的区域使用雷达发射器发射电磁波，并使用雷达天线接收物体反射碰到的电磁波，以此来初步判断远距离落水目标所在的位置；所述雷达定位测距模块32根据反射的电磁波进行定位和距离测量。
可见光搜索系统4包括高清摄像头41、目标检测与识别模块42和目标跟踪模块43；目标检测与识别模块42根据高清摄像头41的拍摄画面进行数据分析，并通过目标跟踪模块43实现对高清摄像头41拍摄画面的跟踪。
红外搜索系统5包括红外热成像仪51、红外目标跟踪模块52和红外测距传感器53；所述红外热成像仪51根据热辐射原理将超过人眼观测的红外波段信息转换成可见信息；所述红外目标跟踪模块52根据红外热成像仪51的成像位置进行跟踪；所述红外测距传感器53根据红外热成像仪51的成像位置进行距离测量。
如图2所示的一种用于无人搜救艇的海上搜救系统的方法，具体包括如下步骤：
S1：启动无人艇艇上所有设备，无人艇被母船下放到海上，开始启动无人驾驶模式，无人艇在预先设定好的搜索范围内自主航行；
S2：启动雷达搜索模式，使用雷达探测模块对大范围海域进行搜索，结合雷达定位测距模块初步确定失事船只所在海域位置；
S3：将初定位置数据信息输出给计算机；若计算机初步判定目标位置位于搜救艇所在半径8km以外则继续使用雷达搜索模式；如目标位置位于可见光搜索系统可侦查范围8km内，则启动可见光搜索模式；
S4：无人艇前往目标海域，测距模块传递距离数据，到达可见光搜索系统可侦查范围8km以内时，此时环境感知系统对周围环境进行测量，并反馈给计算；计算机的学习模块根据获得的环境数据信息判断天气状况，光线充足则启动可见光搜索模式和红外搜索模式S4.1，否则启动红外搜索模式配合S4.2；
S4.1：基于雷达搜索模式下可见光搜索模式和红外搜索模式并用：
使用高清摄像头实时采集目标区域的视频流，并传递数据给目标检测模块；目标检测与识别模块中包含基于TensorFlow搭建设计的学习模型，检测目标区域中的落水目标，对检测目标提取深度特征，根据比对模型中的特征图，识别其中的落水人员；同时红外搜索系统配合可见光搜索系统对近距离海上环境进行热像检测；使用红外热成像仪侦测区域内20~40℃温度的目标，检测出海上落水人员是否存活；优先对存活人员进行搜救；目标跟踪模块将目标检测模块中提取的深度特征，结合跟踪算法对落水人员逐帧进行关联与匹配，实现实时目标跟踪；近距离使用双目视觉定位测距方法定位并计算出与目标的距离，并将结果数据输出给计算机；无人艇根据计算机指令进行搜救；
S4.2：基于雷达搜索模式下的红外搜索模式：
使用红外热成像仪侦测区域内20~40℃温度的目标，检测出海上落水人员是否存活；优先对存活人员进行搜救；目标跟踪模块将目标检测模块中提取的深度特征，结合跟踪算法对落水人员逐帧进行关联与匹配，实现实时目标跟踪；近距离使用双目视觉定位测距方法定位并计算出与目标的距离，远距离则使用红外测距传感器定位；并将结果数据输出给计算机；无人艇根据计算机指令进行搜救。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种用于无人搜救艇的海上搜救系统，其特征在于：包括环境感知系统、自我决策系统、雷达搜索系统、可见光搜索系统和红外搜索系统；
所述环境感知系统包括温度传感器、湿度传感器、水声传感器、光敏传感器和数据输出模块；温度传感器、湿度传感器、水声传感器和光敏传感器测量感知周围环境，并向数据输出模块进行数据输送；
所述自我决策系统包括计算机和学习模块；环境感知系统通过数据输出模块输出数据至计算机内，学习模块通过环境感知系统的数据进行比对判断海况选择搜索系统，并向各搜索系统发送指令；
所述雷达搜索系统包括雷达探测模块、雷达定位测距模块和数据处理模块；所述雷达探测模块对超过视野范围的区域使用雷达发射器发射电磁波，并使用雷达天线接收物体反射碰到的电磁波，以此来初步判断远距离落水目标所在的位置；所述雷达定位测距模块根据反射的电磁波进行定位和距离测量；
所述可见光搜索系统包括高清摄像头、目标检测与识别模块和目标跟踪模块；目标检测与识别模块根据高清摄像头的拍摄画面进行数据分析，并通过目标跟踪模块实现对高清摄像头拍摄画面的跟踪；
所述红外搜索系统包括红外热成像仪、红外目标跟踪模块和红外测距传感器；所述红外热成像仪根据热辐射原理将超过人眼观测的红外波段信息转换成可见信息；所述红外目标跟踪模块根据红外热成像仪的成像位置进行跟踪；所述红外测距传感器根据红外热成像仪的成像位置进行距离测量。
2.一种用于无人搜救艇的海上搜救系统的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
S1：启动无人艇艇上所有设备，无人艇被母船下放到海上，开始启动无人驾驶模式，无人艇在预先设定好的搜索范围内自主航行；
S2：启动雷达搜索模式，使用雷达探测模块对大范围海域进行搜索，结合雷达定位测距模块初步确定失事船只所在海域位置；
S3：将初定位置数据信息输出给计算机；若计算机初步判定目标位置位于搜救艇所在半径8km以外则继续使用雷达搜索模式；如目标位置位于可见光搜索系统可侦查范围8km内，则启动可见光搜索模式；
S4：无人艇前往目标海域，测距模块传递距离数据，到达可见光搜索系统可侦查范围8km以内时，此时环境感知系统对周围环境进行测量，并反馈给计算机；计算机的学习模块根据获得的环境数据信息判断天气状况，光线充足则启动可见光搜索模式和红外搜索模式S4.1，否则启动红外搜索模式S4.2；
S4.1：基于雷达搜索模式下的可见光搜索模式和红外搜索模式并用：
使用高清摄像头实时采集目标区域的视频流，并传递数据给目标检测模块；目标检测与识别模块中包含基于TensorFlow搭建设计的学习模型，检测目标区域中的落水目标，对检测目标提取深度特征，根据比对模型中的特征图，识别其中的落水人员；同时红外搜索系统配合可见光搜索系统对近距离海上环境进行热像检测；使用红外热成像仪侦测区域内20~40℃温度的目标，检测出海上落水人员是否存活；优先对存活人员进行搜救；目标跟踪模块将目标检测模块中提取的深度特征，结合跟踪算法对落水人员逐帧进行关联与匹配，实现实时目标跟踪；近距离使用双目视觉定位测距方法定位并计算出与目标的距离，并将结果数据输出给计算机；无人艇根据计算机指令进行搜救；
S4.2：基于雷达搜索模式下的红外搜索模式：
使用红外热成像仪侦测区域内20~40℃温度的目标，检测出海上落水人员是否存活；优先对存活人员进行搜救；目标跟踪模块将目标检测模块中提取的深度特征，结合跟踪算法对落水人员逐帧进行关联与匹配，实现实时目标跟踪；近距离使用双目视觉定位测距方法定位并计算出与目标的距离；远距离则使用红外测距传感器进行定位，并将结果数据输出给计算机；无人艇根据计算机指令进行搜救。
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