CN109684429B - 一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统及算法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统，包括相互连接的数字地球相关单元、AI处理相关单元和目标相关单元，利用基于三维数字地球技术的图形算法及空间数据模型分析算法，形成新的人工智能判别算法，可以对大量低空飞行目标同时进行快速识别，并能够根据预先设置的管理策略，同时对大量目标的危害等级进行实时智能预测，从而大大提高低空安防系统对低小慢飞行物的安全监管能力。
Description
技术领域
本发明属于低空安防技术领域，具体涉及一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统及算法。
背景技术
在低空安防领域，对于无人机及类似无人机的低小慢飞行目标的识别，通常是通过无线电定位设备、微波雷达设备等进行目标方向判别和距离判别，辅助以光电成像设备进行目标类型判别。在目前的低空飞行物监管系统中，也常用GIS地理信息系统，进行飞行目标位置显示，以及管制区监控等管理功能。这些实现方式，通常只能实现对单一飞行目标的有效识别与监控，无法同时对大量目标进行快速识别，在GIS地图展示方面也存在较大的性能瓶颈。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统及算法，通过人工智能算法解决现有低空安防系统中的大批量目标同时快速识别，以及危害等级预测的问题，从而大大提高低空安防系统对低小慢飞行物的安全监管能力。
本发明提供了如下的技术方案：
一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统，包括相互连接的数字地球相关单元、AI处理相关单元和目标相关单元；
所述数字地球相关单元包括：数字地球引擎单元，用于加载数字地球地图，管控区域，并对数字地球进行图形化渲染；数字地球目标管理单元，用于接收到目标数据后，对目标的地图数据进行管理；数字地球目标展示单元，用于根据数字地球目标管理单元维护的目标数据，在数字地球上实时重绘展示；数字地球图形计算单元，用于通过调用数字地球引擎，进行地图相关的计算操作；数字地球区域检测单元，用于通过调用数字地球引擎，进行区域碰撞检测，判断目标与管控区域状态；
所述目标相关单元包括：目标发现单元，用于通过接收指定端口的数据，进行目标特征值匹配，将符合目标特征值的报文标记为目标，加入目标列表中；目标智能识别单元，用于对加入目标列表中的目标，进一步提取目标的特征数据，匹配目标特征库，对目标的具体类型进行识别；目标智能预测单元，用于根据目标的方位、距离、速度等信息，对目标的轨迹进行预测，并为优先级判断提供判断依据；目标危害告警单元，用于对符合告警条件的目标，进行告警；目标监控管理单元，用于对目标的状态进行实时监控管理，为AI处理相关单元提供支持；
所述AI处理相关单元包括：策略规则管理单元，用于加载策略列表，读取当前有效的策略信息；AI策略调度单元，用于根据策略规则管理单元加载的策略信息，综合分析目标列表中目标的处理状态和最新状态，进行任务的调度；优先级计算单元，用于根据目标信息，依据策略中配置的优先级计算规则，对目标的优先级进行计算评估；危险等级评估单元，用于根据目标的特征和优先级等级，结合目标的时空序列，对目标的危险等级进行智能评估；AI综合处理单元，用于根据目标的优先级和危险等级，结合策略中设置的处理策略，结合设备的运行状态、性能指标和空闲状态，对目标进行分等级、多层次的综合处理。
优选的，所述地球目标管理单元中对目标的地图数据进行管理包括目标的新建、目标的移动、目标的状态变化和目标的销毁功能。
优选的，所述数字地球图形计算单元中相关的计算操作包括计算距离管控区中心点的距离、距离管控区边缘的最近距离和目标与管控区域的最小切角。
优选的，所述优先级计算单元中目标信息包括目标的地理位置信息、速度、方位、高度、距离、识别结果和预测情报信息。
一种基于三维数字地球的低空飞行目标智能识别算法，包括以下步骤：
S1：加载数字地球引擎；
S2：加载策略列表，读取当前有效的策略信息并加载；
S3：通过接收指定端口的数据，进行目标特征值匹配，将符合目标特征值的报文标记为目标；
S4：判断当前目标批号是否在目标列表中存在，如果存在，则更新目标列表中的该批号的目标信息；如果不存在，则加入到目标列表中；
S5：对当前目标进行目标危险等级评估；
S6：按照策略制定的优先级策略及目标危险等级评估的结果，对目标列表进行排序；
S7：获取优先级最高的目标，根据目标所在区域，获取该区域的策略配置，调用AI综合子处理进行处理。
优选的，所述AI综合子处理包括：
S71：当策略配置为直接干扰时，直接调用目标处置子处理进行处理，判断目标是否已识别；
S72：当策略配置为识别处置时，调用目标识别子处理，如目标识别为无人机等重要目标，则调用目标处置子处理进行处理；如不是无人机等重要目标，则不进行处理；
S73：当策略配置为识别时、调用目标识别子处理进行识别；
S74：当策略配置为不处理时、不进行任何处理。
优选的，所述目标识别子处理为查询所有识别设备的状态，获取空闲的识别设备。
优选的，所述目标处置子处理为查询所有处置设备的状态，获取空闲的处置设备。
优选的，所述S4还包括目标消批子处理：循环判断目标列表，当某批号目标在规定时间内没有新数据到达时，将该批号的目标信息从目标列表中删除。
本发明的有益效果是：本发明利用三维数字地球技术的图形算法及空间数据模型分析算法，形成新的人工智能算法，进行大量低空目标实时智能判别；系统中利用三维数字地球技术的空间数据模型分析算法，结合管理策略进行低空目标危害等级实时智能预测；发明利用三维数字地球的客户端显示技术，进行大量低空目标实时动态轨迹跟踪显示。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明系统结构总示意图；
图2是本发明系统单元协作流程示意图；
图3是本发明识别算法流程示意图；
图4是本发明AI综合子处理流程示意图；
图5是本发明目标识别子处理流程示意图；
图6是本发明目标处置子处理流程示意图；
图7是本发明目标消批子处理流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统，包括相互连接的数字地球相关单元、AI处理相关单元和目标相关单元。
如图1和图2所示，所述数字地球相关单元包括：
数字地球引擎单元，用于加载数字地球地图，管控区域，通过OSG技术对数字地球进行图形化渲染；
数字地球目标管理单元，用于接收到目标数据后，对目标的地图数据进行管理，管理包括目标的新建，目标的移动，目标的状态变化，目标的销毁功能；
数字地球目标展示单元，用于根据数字地球目标管理单元维护的目标数据，在数字地球上实时重绘展示；
数字地球图形计算单元，用于通过调用数字地球引擎，进行地图相关的计算操作，如计算距离管控区中心点的距离，距离管控区边缘的最近距离，目标与管控区域的最小切角等；
数字地球区域检测单元，用于通过调用数字地球引擎，进行区域碰撞检测，判断目标与管控区域状态，判断目标是否进入管控区域，是否在管控区域中，是否离开管控区域等；
所述目标相关单元包括：
目标发现单元，用于通过接收指定端口的数据，进行目标特征值匹配，将符合目标特征值的报文标记为目标，加入目标列表中；
目标智能识别单元，用于对加入目标列表中的目标，进一步提取目标的特征数据，匹配目标特征库，对目标的具体类型进行识别；
目标智能预测单元，用于根据目标的方位、距离、速度等信息，对目标的轨迹进行预测，并为优先级判断提供判断依据；
目标危害告警单元，用于对符合告警条件的目标，进行告警；
目标监控管理单元，用于对目标的状态进行实时监控管理，为AI处理相关单元提供支持；
所述AI处理相关单元包括：
策略规则管理单元，用于加载策略列表，读取当前有效的策略信息；
AI策略调度单元，用于根据策略规则管理单元加载的策略信息，综合分析目标列表中目标的处理状态和最新状态，进行任务的调度；
优先级计算单元，用于根据目标的地理位置信息，速度，方位，高度，距离、识别结果、预测情报等信息，依据策略中配置的优先级计算规则，对目标的优先级进行计算评估；
危险等级评估单元，用于根据目标的特征和优先级等级，结合目标的时空序列，对目标的危险等级进行智能评估；
AI综合处理单元，用于根据目标的优先级和危险等级，结合策略中设置的处理策略，结合设备的运行状态、性能指标和空闲状态，对目标进行分等级、多层次的综合处理。
如图3所示，一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统的识别算法，包括以下步骤：
S1：加载数字地球引擎；
S2：加载策略列表，读取当前有效的策略信息并加载；
S3：通过接收指定端口的数据，进行目标特征值匹配，将符合目标特征值的报文标记为目标；
S4：判断当前目标批号是否在目标列表中存在，如果存在，则更新目标列表中的该批号的目标信息；如果不存在，则加入到目标列表中；
S5：对当前目标进行目标危险等级评估；
S6：按照策略制定的优先级策略及目标危险等级评估的结果，对目标列表进行排序；
S7：获取优先级最高的目标，进行以下处理：
当目标在禁飞区时，获取禁飞区的策略配置，调用【AI综合子处理】进行处理。
当目标进入告警区时，获取告警区的策略配置，调用【AI综合子处理】进行处理。
当目标进入告警区外时，获取告警区外的策略配置，调用【AI综合子处理】进行处理。
如图4所示，AI综合子处理包括：
S71：当策略配置为【直接处置】时，直接调用【目标处置子处理】进行处理，判断目标是否已识别，如目标已识别，如果目标为无人机等重要目标，继续干扰，否则，停止干扰；如果目标未识别，调用【目标识别子处理】，如果目标识别为无人机等重要目标，继续干扰，否则，停止干扰。
S72：当策略配置为【识别处置】时，调用【目标识别子处理】，如果目标识别为无人机等重要目标，则调用【目标处置子处理】进行处理；如果不是无人机等重要目标，则不进行处理；
S73：当策略配置为【识别】时，调用【目标识别子处理】进行识别。
S74：当策略配置为【不处理】时，不进行任何处理。
如图5所示，所述目标识别子处理为查询所有识别设备的状态，获取空闲的识别设备：如果空闲识别设备数量等于0，则结束；
如果空闲识别设备数量等于1，则使用该识别设备进行识别；
如果空闲识别设备数量大于1，则根据优先级选择优先级高的识别设备进行识别。
如图6所示，所述目标处置子处理为查询所有处置设备的状态，获取空闲的处置设备：如果空闲处置设备数量等于0，则结束；
如果空闲处置设备数量等于1，则使用该处置设备进行处置；
如果空闲处置设备数量大于1，则根据优先级选择优先级高的处置设备进行处置。
如图7所示，步骤S4还包括目标消批子处理：循环判断目标列表，当某批号目标在规定时间内没有新数据到达时，将该批号的目标信息从目标列表中删除。
本发明通过三维数字地球技术和人工智能算法的结合解决现有低空安防系统中的大批量目标同时快速识别，以及危害等级预测的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统，其特征在于，包括相互连接的数字地球相关单元、AI处理相关单元和目标相关单元；
所述数字地球相关单元包括：数字地球引擎单元，用于加载数字地球地图，管控区域，并对数字地球进行图形化渲染；数字地球目标管理单元，用于接收到目标数据后，对目标的地图数据进行管理；数字地球目标展示单元，用于根据数字地球目标管理单元维护的目标数据，在数字地球上实时重绘展示；数字地球图形计算单元，用于通过调用数字地球引擎，进行地图相关的计算操作；数字地球区域检测单元，用于通过调用数字地球引擎，进行区域碰撞检测，判断目标与管控区域状态；
所述目标相关单元包括：目标发现单元，用于通过接收指定端口的数据，进行目标特征值匹配，将符合目标特征值的报文标记为目标，加入目标列表中；目标智能识别单元，用于对加入目标列表中的目标，进一步提取目标的特征数据，匹配目标特征库，对目标的具体类型进行识别；目标智能预测单元，用于根据目标的方位、距离、速度信息，对目标的轨迹进行预测，并为优先级判断提供判断依据；目标危害告警单元，用于对符合告警条件的目标，进行告警；目标监控管理单元，用于对目标的状态进行实时监控管理，为AI处理相关单元提供支持；
所述AI处理相关单元包括：策略规则管理单元，用于加载策略列表，读取当前有效的策略信息；AI策略调度单元，用于根据策略规则管理单元加载的策略信息，综合分析目标列表中目标的处理状态和最新状态，进行任务的调度；优先级计算单元，用于根据目标信息，依据策略中配置的优先级计算规则，对目标的优先级进行计算评估；危险等级评估单元，用于根据目标的特征和优先级等级，结合目标的时空序列，对目标的危险等级进行智能评估；AI综合处理单元，用于根据目标的优先级和危险等级，结合策略中设置的处理策略，结合设备的运行状态、性能指标和空闲状态，对目标进行分等级、多层次的综合处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统，其特征在于，所述地球目标管理单元中对目标的地图数据进行管理包括目标的新建、目标的移动、目标的状态变化和目标的销毁功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统，其特征在于，所述数字地球图形计算单元中相关的计算操作包括计算距离管控区中心点的距离、距离管控区边缘的最近距离和目标与管控区域的最小切角。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统，其特征在于，所述优先级计算单元中目标信息包括目标的地理位置信息、速度、方位、高度、距离、识别结果和预测情报信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统的识别算法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：加载数字地球引擎；
S2：加载策略列表，读取当前有效的策略信息并加载；
S3：通过接收指定端口的数据，进行目标特征值匹配，将符合目标特征值的报文标记为目标；
S4：判断当前目标批号是否在目标列表中存在，如果存在，则更新目标列表中的该批号的目标信息；如果不存在，则加入到目标列表中；
S5：对当前目标进行目标危险等级评估；
S6：按照策略制定的优先级策略及目标危险等级评估的结果，对目标列表进行排序；
S7：获取优先级最高的目标，根据目标所在区域，获取该区域的策略配置，调用AI综合子处理进行处理。
6.根据权利要求5所述的一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统的识别算法，其特征在于，所述AI综合子处理包括：
S71：当策略配置为直接干扰时，直接调用目标处置子处理进行处理，判断目标是否已识别；
S72：当策略配置为识别处置时，调用目标识别子处理，如目标识别为无人机重要目标，则调用目标处置子处理进行处理；如不是无人机重要目标，则不进行处理；
S73：当策略配置为识别时、调用目标识别子处理进行识别；
S74：当策略配置为不处理时、不进行任何处理。
7.根据权利要求6所述的一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统的识别算法，其特征在于，所述目标识别子处理为查询所有识别设备的状态，获取空闲的识别设备。
8.根据权利要求6所述的一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统的识别算法，其特征在于，所述目标处置子处理为查询所有处置设备的状态，获取空闲的处置设备。
9.根据权利要求5所述的一种基于三维数字地球的低空飞行目标识别系统的识别算法，其特征在于，所述S4还包括目标消批子处理：循环判断目标列表，当某批号目标在规定时间内没有新数据到达时，将该批号的目标信息从目标列表中删除。
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