CN110866991A - 基于无人机航拍的海上巡检监管系统 - Google Patents

基于无人机航拍的海上巡检监管系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于无人机航拍的海上巡检监管系统，该系统由无人机数据采集端、云端服务器、企业服务器和客户端四个主要部分组成，PC客户端和Android客户端组成无人机海上巡检综合监管平台，能够实现对海上巡检无人机的数据实时接入转发、地理信息管理、轨迹跟踪、航拍视频直播、历史轨迹和视频回放、数据统计分析和应急管理、Android APP实时监管等功能。本发明通过无人机航拍对海上环境进行实时监管，监管范围广、巡检效率高、成本损耗小，解决了传统巡检系统巡检视程短反应慢，对小型船舶监管能力差，效率低且调度指挥不及时等问题。

Description

基于无人机航拍的海上巡检监管系统
技术领域
本发明涉及一种基于无人机航拍的海上巡检监管系统，涉及物联网技术领域、WebGIS技术领域、视频直播和数据推送服务、Android应用程序开发等相关领域，尤其涉及一种适用于Android系统移动客户端的基于无人机航拍的海上巡检监管系统。
背景技术
随着经济的稳步发展，海上交通日益发达的同时，海上事故也与日俱增，如船舶溢油、碰撞等事件屡见不鲜，海事监管所面临的情况愈加复杂。针对这一现状，传统的海上巡检监管方法是利用巡逻船和监管系统相配合的模式进行海上巡检，巡检视程短反应慢，对小型船舶监管能力差，效率低且调度指挥不及时，甚至会出现误判等问题，存在很大的局限性，不能够有效维护海上安全并对突发事故及时采取应急预案。而且传统的巡检系统仅能在PC端显示使用，尚未能实现移动端实时巡检监控。
近年来，随着科学技术的突飞猛进，无人机技术的发展越来越成熟，无人机以其高可靠性、高准确性和实时性强等特点被广泛应用于生产和生活中。相比于巡逻船和传统的巡检系统，无人机航拍覆盖面广、机动灵活、时效性高、成本损耗小，因此，国内外已出现将无人机应用于海上巡检的案例，但目前用于获取无人机实时信息的数据推送软件都只能将数据保存到服务器，通过在服务器端设置一个定时器来不断地向地面站发送数据请求，从而逐条获取无人机数据，这使得服务器的压力倍增、效率降低。
无人机海上巡检监管系统是一个复杂的系统工程，涉及到数据转发、视频推送、数据存储、数据处理、统计分析、应急管理和终端应用等诸多环节，目前尚未形成一个具有后台数据集中处理与智能分析功能并能够在移动端实时监控的综合监管平台。
发明内容
基于背景技术中说明的问题，本发明提供了一种基于无人机航拍的集物联网技术、WebGIS技术、视频直播和数据推送服务以及Android应用开发技术的海上巡检监管系统，能够实现对海上巡检无人机的数据实时接入转发、地理信息管理、轨迹跟踪、航拍视频直播、历史轨迹和视频回放、数据统计和应急管理、AndroidAPP实时监管等功能。
本发明采用的技术方案为基于无人机航拍的海上巡检监管系统，该系统包括无人机数据采集端、云端服务器、企业服务器和客户端。无人机数据采集端通过云端服务器与企业服务器连接，企业服务器和客户端交互连接。
无人机在执行海上巡检监管任务的过程中，机载微波电台会将无人机pos数据和视频数据传输给无人机地面站，无人机地面站通过数据推送软件将pos数据重组并以Json格式打包直接推送给云端服务器的物联网平台。视频数据则通过OBS视频推流软件传送至视频服务器做后续处理。
云端服务器包括物联网平台和视频服务器。物联网平台为虚拟设备管理平台，实时存储设备信息并通过HTTP/2通道将pos数据推送到企业服务器。视频直播服务器提供视频直播服务，所有实时视频流存储于流管理中心。视频在浏览器播放的同时会被自动录制后存储到OSS中，方便历史视频回放请求的调用。
企业服务器端作为客户端的直接访问对象，接收来自云端服务器的无人机数据，并将数据存储在搭建好的MySQL数据库中，当客户端发来数据请求时，服务器能够根据请求内容，通过SQL语句调取MySQL数据库中相应的数据，并将数据以Json格式返回给客户端。
客户端是实现数据管理、统计分析、轨迹跟踪、航拍视频直播和应急管理的综合信息应用平台。作为直接与用户交互的平台，客户端能够实时监测无人机飞行状态，通过无人机轨迹和视频画面实时监控不同海域状况，遇海上突发事故能够实时上报，有效进行应急管理。
pos数据推送软件由Qt和Java具体实现，Qt主程序用命令行的方式调用Java执行程序，同时给Java执行程序传入Qt的UDP端口和Java的UDP端口，以供两者通信。其工作流程为：
在无人机执行任务之前，设置软件跟无人机地面站拥有相同的串口信息，然后开始接收地面站发来的pos数据，根据通信协议完成数据解析，再将数据重组，以Json格式打包，通过UDP通信将在软件界面设置的虚拟设备的三元组信息和打包的Json格式的无人机pos数据转发给Java执行程序，Java执行程序通过比对三元组信息完成设备认证，认证成功后，通过设备SDK发布到云端的物联网平台。
Android客户端采用MVVM框架搭建，利用WPF中的数据绑定功能，将ViewModel层中的数据绑定到UI上，从而只需要更新ViewModel层中的数据，就改变UI。数据访问和解析采用OkHttp网络访问框架，无人机pos直接通过企业服务器向MySQL数据库查询调取，视频数据的获取分为两种，一种是直播视频流，由企业服务器定时向视频服务器查询是否有直播流信息，如果有，返回直播流的URL；另一种是历史视频数据，由企业服务器通过SDK向视频服务器获取存储在OSS中的视频流播放地址，最后由企业服务器将请求结果返回给客户端，客户端将Json格式数据解析后在对应界面展示。轨迹显示功能是根据百度地图API提供的开发实例，配置开发百度地图所需的环境与权限，添加轨迹图层，根据请求响应得到的pos数据实时绘制轨迹。
巡检航拍中的无人机通过机载的微波电台将pos数据和视频数据传送给无人机地面站，地面站接收到无人机数据后，通过pos数据推送软件和视频推流设备将无人机数据推送至云端服务器。pos数据由物联网平台进行处理，为实现无人机数据和服务器的双向通信，将无人机设备通过MQTT协议接入物联网平台，由物联网平台通过HTTP/2通道推送至企业服务器；视频数据被推送至视频服务器，在监管应用端进行直播的同时，被录制在对象存储OSS中作为历史回放视频源；由此实现无人机的数据采集和实时转发推送。
海上巡检监管平台采用B/S构架，是海上巡检监管的主要操作平台，能够在任意浏览器上登录，操作方便。海上巡检监管平台的后台采用SSM框架与数据库交互，前端采用HTML、CSS、JavaScript、Jquery等技术实现平台界面的搭建。浏览器封装JS文件，创建播放器供巡检视频播放。另外通过OpenLayers实现地图数据的访问及无人机的定位、轨迹跟踪，实现地理信息的可视化管理。海上巡检监管平台具有数据管理、统计分析、轨迹跟踪、航拍视频直播和应急管理等功能，实现了海上巡检监管平台的基本要求。
移动端海上巡检监管系统，该系统基于Android4.0+设计开发的，适应目前流行的所有不同屏幕大小的智能手机端。移动端海上巡检监管系统采用MVVM框架进行客户端软件搭建，只需要更新ViewModel层中的数据，就可以改变UI。移动端海上巡检监管系统是实现数据管理、统计分析、重点展示的移动监管平台，数据请求通过互联网发送给服务器，移动端海上巡检监管系统将服务器的响应数据解析处理后显示在界面上，提升了本发明的实用性和多功能性。
附图说明
图1是系统设计方案图。
图2是无人机pos数据推送软件的总体框架图。
图3是系统综合监管平台的功能图。
图4是PC端实际轨迹跟踪图。
图5是PC端视频直播图。
图6是Android端监管软件图。
其中，(1)是实时轨迹跟踪图，(2)是实时视频图。
图7是Android端监管软件图。
其中，(1)是历史巡检图，(2)是数据统计图。
具体实施方式
结合附图对本发明的实施方式做具体说明。
本系统由无人机数据采集端、云端服务器、企业服务器和客户端四个主要部分组成。
(1)数据采集端：无人机在执行海上巡检监管任务的过程中，机载微波电台会将无人机pos数据(包括无人机姿态数据和定位数据)和视频数据传输给无人机地面站，无人机地面站通过数据推送软件将pos数据重组并以Json格式打包直接推送给云端服务器的物联网平台。视频数据则通过OBS视频推流软件传送至视频服务器做后续处理。
其中，pos数据推送软件由Qt和Java具体实现，Qt主程序用命令行的方式调用Java执行程序，同时给Java执行程序传入Qt的UDP端口和Java的UDP端口，以供两者通信。其工作流程为：
在无人机执行任务之前，设置软件跟无人机地面站拥有相同的串口信息，然后开始接收地面站发来的pos数据，根据通信协议完成数据解析，再将数据重组，以Json格式打包，通过UDP通信将在软件界面设置的虚拟设备的三元组信息和打包的Json格式的无人机pos数据转发给Java执行程序，Java执行程序通过比对三元组信息完成设备认证，认证成功后，通过设备SDK发布到云端的物联网平台。
(2)云端服务器：云端服务器包括物联网平台和视频服务器。物联网平台是一个虚拟设备管理平台，实时存储设备信息并通过HTTP/2通道将pos数据推送到企业服务器。视频直播服务器提供视频直播服务，所有实时视频流存储于流管理中心。视频在浏览器播放的同时会被自动录制后存储到OSS中，方便历史视频回放请求的调用。
(3)企业服务器及数据库：企业服务器端作为客户端的直接访问对象，接收来自云端服务器的无人机数据，并将数据存储在搭建好的MySQL数据库中，当客户端发来数据请求时，服务器能够根据请求内容，通过SQL语句调取MySQL数据库中相应的数据，并将数据以Json格式返回给客户端。
(4)客户端：客户端是实现数据管理、统计分析、轨迹跟踪、航拍视频直播和应急管理的综合信息应用平台。作为直接与用户交互的平台，客户端能够实时监测无人机飞行状态，通过无人机轨迹和视频画面实时监控不同海域状况，遇海上突发事故能够实时上报，有效进行应急管理。
其中，Android客户端采用MVVM框架搭建，利用WPF中的数据绑定功能，将ViewModel层中的数据绑定到UI上，从而只需要更新ViewModel层中的数据，就可以改变UI。数据访问和解析采用OkHttp网络访问框架，无人机pos直接通过企业服务器向MySQL数据库查询调取，视频数据的获取分为两种，一种是直播视频流，由企业服务器定时向视频服务器查询是否有直播流信息(通过判断直播流名的状态，比如“1”代表正在直播)，如果有，返回直播流的URL；另一种是历史视频数据，由企业服务器通过SDK向视频服务器获取存储在OSS中的视频流播放地址，最后由企业服务器将请求结果返回给客户端，客户端将Json格式数据解析后在对应界面展示。轨迹显示功能是根据百度地图API提供的开发实例，配置开发百度地图所需的环境与权限，添加轨迹图层，根据请求响应得到的pos数据实时绘制轨迹。

Claims (7)

1.基于无人机航拍的海上巡检监管系统，其特征在于：该系统包括无人机数据采集端、云端服务器、企业服务器和客户端；无人机数据采集端通过云端服务器与企业服务器连接，企业服务器和客户端交互连接；
无人机在执行海上巡检监管任务的过程中，机载微波电台会将无人机pos数据和视频数据传输给无人机地面站，无人机地面站通过数据推送软件将pos数据重组并以Json格式打包直接推送给云端服务器的物联网平台；视频数据则通过OBS视频推流软件传送至视频服务器做后续处理；
云端服务器包括物联网平台和视频服务器；物联网平台为虚拟设备管理平台，实时存储设备信息并通过HTTP/2通道将pos数据推送到企业服务器；视频直播服务器提供视频直播服务，所有实时视频流存储于流管理中心；视频在浏览器播放的同时会被自动录制后存储到OSS中，方便历史视频回放请求的调用；
企业服务器端作为客户端的直接访问对象，接收来自云端服务器的无人机数据，并将数据存储在搭建好的MySQL数据库中，当客户端发来数据请求时，服务器能够根据请求内容，通过SQL语句调取MySQL数据库中相应的数据，并将数据以Json格式返回给客户端；
客户端是实现数据管理、统计分析、轨迹跟踪、航拍视频直播和应急管理的综合信息应用平台；作为直接与用户交互的平台，客户端能够实时监测无人机飞行状态，通过无人机轨迹和视频画面实时监控不同海域状况，遇海上突发事故能够实时上报，进行应急管理。
2.根据权利要求1所述的基于无人机航拍的海上巡检监管系统，其特征在于：pos数据推送软件由Qt和Java具体实现，Qt主程序用命令行的方式调用Java执行程序，同时给Java执行程序传入Qt的UDP端口和Java的UDP端口，以供UDP端口和UDP端口通信。
3.根据权利要求2所述的基于无人机航拍的海上巡检监管系统，其特征在于：在无人机执行任务之前，设置软件跟无人机地面站拥有相同的串口信息，然后开始接收地面站发来的pos数据，根据通信协议完成数据解析，再将数据重组，以Json格式打包，通过UDP通信将在软件界面设置的虚拟设备的三元组信息和打包的Json格式的无人机pos数据转发给Java执行程序，Java执行程序通过比对三元组信息完成设备认证，认证成功后，通过设备SDK发布到云端的物联网平台。
4.根据权利要求1所述的基于无人机航拍的海上巡检监管系统，其特征在于：Android客户端采用MVVM框架搭建，利用WPF中的数据绑定功能，将ViewModel层中的数据绑定到UI上，从而只需要更新ViewModel层中的数据，就改变UI；数据访问和解析采用OkHttp网络访问框架，无人机pos直接通过企业服务器向MySQL数据库查询调取，视频数据的获取分为两种，一种是直播视频流，由企业服务器定时向视频服务器查询是否有直播流信息，如果有，返回直播流的URL；另一种是历史视频数据，由企业服务器通过SDK向视频服务器获取存储在OSS中的视频流播放地址，最后由企业服务器将请求结果返回给客户端，客户端将Json格式数据解析后在对应界面展示；轨迹显示功能是根据百度地图API提供的开发实例，配置开发百度地图所需的环境与权限，添加轨迹图层，根据请求响应得到的pos数据实时绘制轨迹。
5.根据权利要求1所述的基于无人机航拍的海上巡检监管系统，其特征在于：巡检航拍中的无人机通过机载的微波电台将pos数据和视频数据传送给无人机地面站，地面站接收到无人机数据后，通过pos数据推送软件和视频推流设备将无人机数据推送至云端服务器；pos数据由物联网平台进行处理，为实现无人机数据和服务器的双向通信，将无人机设备通过MQTT协议接入物联网平台，由物联网平台通过HTTP/2通道推送至企业服务器；视频数据被推送至视频服务器，在监管应用端进行直播的同时，被录制在对象存储OSS中作为历史回放视频源；由此实现无人机的数据采集和实时转发推送。
6.根据权利要求1所述的基于无人机航拍的海上巡检监管系统，其特征在于：海上巡检监管平台采用B/S构架，是海上巡检监管的主要操作平台，能够在任意浏览器上登录，操作方便；海上巡检监管平台的后台采用SSM框架与数据库交互，前端采用HTML、CSS、JavaScript、Jquery实现平台界面的搭建；浏览器封装JS文件，创建播放器供巡检视频播放；另外通过OpenLayers实现地图数据的访问及无人机的定位、轨迹跟踪，实现地理信息的可视化管理；海上巡检监管平台具有数据管理、统计分析、轨迹跟踪、航拍视频直播和应急管理功能。
7.根据权利要求1所述的基于无人机航拍的海上巡检监管系统，其特征在于：移动端海上巡检监管系统，该系统基于Android 4.0+设计开发的，适应目前流行的所有不同屏幕大小的智能手机端；移动端海上巡检监管系统采用MVVM框架进行客户端软件搭建，只需要更新ViewModel层中的数据改变UI；移动端海上巡检监管系统是实现数据管理、统计分析、重点展示的移动监管平台，数据请求通过互联网发送给服务器，移动端海上巡检监管系统将服务器的响应数据解析处理后显示在界面上。
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