CN111026138A - 一种基于三维动态航道的管理监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维动态航道的管理监控系统，其利用无人机、自主式水下航行器、5G通信等技术手段，对航道实现全方位的综合监控，并且自动化程度高，证据采集充分，为管理人员的精准高效管理打下良好的基础。
Description
技术领域
本发明涉及航道管理领域，特别是一种基于三维动态航道的管理监控系统。
背景技术
现有的航道管理模式比较粗糙，不够细化，需要大量的人工参与，自动化程度较低，实时性差，难以满足当前航运的发展需求，如何提升航道管理效率，更好地满足航运需求是急需解决的问题。
发明内容
针对背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于三维动态航道的管理监控系统，其特征在于，所述基于三维动态航道的管理监控系统包括航道变化分析子系统、实时监测子系统、水质监测子系统、航道可视化子系统和应急处理子系统；
所述航道变化分析子系统包括云服务器和云端数据仓；
所述实时监测子系统包括多个5G监控摄像头和视频处理终端；
所述水质监测子系统包括自主式水下采样航行器、水质分析设备和水质管理终端；
所述航道可视化子系统具体包括无人机、自主式水下信息采集航行器和信息处理显示装置；
所述应急处理子系统包括取证无人机、广播无人机、威慑无人机和无人机调度终端。
进一步地，所述5G监控摄像头合理分布在航道沿线，基于中国移动2.6GHz频段5G通信网络将视频信息发送给所述视频处理终端，所述视频处理终端内置AI视觉处理器NextVPU N171，基于CNN神经网络实现对视频监控数据的实时处理。
进一步地，所述实时监测子系统通过所述无人机调度终端安排所述取证无人机定期对航道进行整体巡航，从而对航道的总体情况有一个清楚的了解。
进一步地，在航道出现异常情况时，通过所述无人机调度终端安排所述取证无人机前往现场，为管理人员提供更为全面的信息。
进一步地，所述自主式水下采样航行器带有多个水样采集容器，在巡航过程中随机采集不同地点的水样本，并记录各个采样点的GPS坐标。
进一步地，若发现污染物严重超标的水样本，所述水质管理终端会获取所述水样本采样点的GPS坐标，通过所述无人机调度终端安排所述取证无人机前往采样点区域调查周边情况，安排所述自主式水下采样航行器重新前往该区域采集更多水样本以备分析，结合所述取证无人机和所述自主式水下采样航行器采集的信息，以及地图数据判断污染源头，并将最终结果发送给环保部门。
进一步地，所述生成三维航道模型的具体过程如下：
1、利用RTK进行航道测坐标打点；
2、利用所述无人机进行航道水线以上的测绘；
3、利用所述自主式水下信息采集航行器进行水下落差及地形测量，获取数据；
4、利用软件对航测三维地图及声呐数据进行处理，合成直观一体的航道三维图。
进一步地，所述利用RTK进行航道测坐标打点具体包括：
（1）根据河道走势及地形特点，选择最佳的控制点位置和间距，并在专业软件上提前标注出来；
（2）用RTK进行点位放样，需要两个以上的控制点，用控制点进行点校正，在无光学通视的条件下进行点位的放样；
（3）选择测量点放样，进入放样屏幕，打开坐标管理库，打开事先编辑好的放样文件，选择放样点；
（4）放样完毕后，检验RTK放样点的精度。
进一步地，所述利用软件对航测三维地图及声呐数据进行处理，合成直观一体的航道三维图具体包括将原始影像整理、POS数据等导入所述信息处理显示装置中的ContextCapture Center软件，经像片刺点、几何处理、空中三角运算、构建TIN模型、纹理贴合、构建三维模型等步骤，实现实景三维建模。
进一步地，船舶自带的GPS获取船舶航向、位置、航速图片等信息，并将信息发送给所述信息处理显示装置，所述信息处理显示装置利用AR技术把三维航道模型、文字讯息与船舶实时动态结合在一起，向管理人员展现全面的信息。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
基于三维动态航道的管理监控系统包括航道变化分析子系统、实时监测子系统、水质监测子系统、航道可视化子系统和应急处理子系统。
航道可视化子系统负责构建航道的三维模型，将船舶的信息实时地显示在三维航道模型上。航道可视化子系统具体包括无人机、自主式水下信息采集航行器和信息处理显示装置。生成三维航道模型的具体过程如下：
1、利用RTK进行航道测坐标打点
（1）根据河道走势及地形特点，选择最佳的控制点位置和间距（注意河道两侧实行双排错位打点，避免后期影像产生畸变），并在专业软件上提前标注出来；
（2）用RTK进行点位放样，需要两个以上的控制点，用控制点进行点校正，在无光学通视（电磁波通视）的条件下进行点位的放样；
（3）选择测量点放样，进入放样屏幕，打开坐标管理库，在这里可以打开事先编辑好的放样文件，选择放样点，也可以点击“增加”输入放样点坐标；
（4）放样完毕后，检验RTK放样点的精度。
2、利用无人机进行航道水线以上的测绘
无人机平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，借助先进的定位技术，真实地反映地面情况，考虑到单台无人机的测绘范围有限，为了提高工作效率，在测绘过程中，同时部署6台无人机在航道上平行展开，同时进行测绘作业。无人机可以选用大疆推出的多款测绘无人机，例如经纬M210 RTK V2、经纬M210 V2、经纬M600 PRO、精灵PHANTOM 4 RTK无人机进行航测等。
3、利用自主式水下信息采集航行器进行水下落差及地形测量，获取数据
自主式水下信息采集航行器通过GPS/INS实现组合导航，利用声呐进行数据的采集。
4、利用软件对航测三维地图及声呐数据进行处理，合成直观一体的航道三维图
将原始影像整理、POS数据等导入信息处理显示装置中的ContextCapture Center软件，经像片刺点、几何处理、空中三角运算、构建TIN模型、纹理贴合、构建三维模型等步骤，实现实景三维建模。
船舶自带的GPS获取船舶航向、位置、航速图片等信息，并将信息发送给信息处理显示装置，信息处理显示装置利用AR技术把三维航道模型、文字讯息与船舶实时动态结合在一起，向管理人员展现全面的信息，方便管理人员识别船舶信息并监测船舶运行轨迹，掌握航道的船舶运行情况。
航道变化分析子系统通过大数据分析获知航道的变化情况，航道变化分析子系统具体包括云服务器和云端数据仓，云端数据仓对历年航道三维数据进行数仓服务，并可进行大规模并行处理，实现对海量航道三维数据的即席查询分析，处理及可视化探索，具体选用腾讯云提供的Snova数据仓库服务，云服务器通过大数据分析历年航道变化值，得出航道的整体利用情况、河底淤积沙影响等信息，具体选用腾讯云提供的标准云S5。
实时监测子系统负责对航道运行进行实时管理，实时监测子系统包括多个5G监控摄像头和视频处理终端。多个5G监控摄像头合理分布在航道沿线，基于中国移动2.6GHz频段5G通信网络将视频信息发送给视频处理终端，视频处理终端内置肇观电子推出的AI视觉处理器NextVPU N171，基于CNN神经网络实现对视频监控数据的实时处理，及时发现航道出现的异常情况，实时监测子系统通过无人机调度终端安排取证无人机定期对航道进行整体巡航，从而对航道的总体情况有一个清楚的了解，并且在航道出现异常情况时，通过无人机调度终端安排取证无人机前往现场，为管理人员提供更为全面的信息，方便管理人员进行后续处理。
水质监测子系统负责检测航道的水质情况，水质监测子系统包括自主式水下采样航行器、水质分析设备和水质管理终端，自主式水下采样航行器带有多个水样采集容器，在巡航过程中，会随机地采集不同地点的水样本，并记录各个采样点的GPS坐标，水质分析设备对各个水样本进行分析，并将分析结果传输给水质管理终端，水质管理终端对于水质分析结果进行判断，若发现污染物严重超标的水样本，会获取该样本采样点的GPS坐标，通过无人机调度终端安排取证无人机前往采样点区域调查周边情况，安排自主式水下采样航行器重新前往该区域采集更多水样本以备分析，结合取证无人机和自主式水下采样航行器采集的信息，以及地图数据判断污染源头，并将最终结果发送给环保部门。
应急处理子系统用于处理航道发生的异常情况，应急处理子系统包括取证无人机、广播无人机、威慑无人机和无人机调度终端，取证无人机通过摄像头拍摄现场情况，以备后续调查处理使用，广播无人机用于向现场人员广播特定信息，威慑无人机配备有辣椒水、粘性泡沫等非致命性武器，用于制服现场不配合调查的具有暴力倾向的相关人员，无人机调度终端根据不同的任务模式调度不同的无人机前往现场，主要分为：1）静态处理任务，相关船舶停留在原地配合调查处理，安排取证无人机前往现场；2）动态处理任务，相关船舶处于移动状态，需要使其停止配合调查，安排取证无人机和广播无人机前往现场；3）高危处理任务，相关人员不配合调查，部分人员甚至出现暴力倾向，安排取证无人机、广播无人机和威慑无人机前往现场。
基于三维动态航道的管理监控系统利用无人机、自主式水下航行器、5G通信等技术手段，对航道实现全方位的综合监控，并且自动化程度高，证据采集充分，为管理人员的精准高效管理打下良好的基础。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种基于三维动态航道的管理监控系统，其特征在于，所述基于三维动态航道的管理监控系统包括航道变化分析子系统、实时监测子系统、水质监测子系统、航道可视化子系统和应急处理子系统；
所述航道变化分析子系统包括云服务器和云端数据仓；
所述实时监测子系统包括多个5G监控摄像头和视频处理终端；
所述水质监测子系统包括自主式水下采样航行器、水质分析设备和水质管理终端；
所述航道可视化子系统具体包括无人机、自主式水下信息采集航行器和信息处理显示装置；
所述应急处理子系统包括取证无人机、广播无人机、威慑无人机和无人机调度终端。
2.根据权利要求1所述的基于三维动态航道的管理监控系统，其特征在于，所述5G监控摄像头合理分布在航道沿线，基于中国移动2.6GHz频段5G通信网络将视频信息发送给所述视频处理终端，所述视频处理终端内置AI视觉处理器NextVPU N171，基于CNN神经网络实现对视频监控数据的实时处理。
3.根据权利要求2所述的基于三维动态航道的管理监控系统，其特征在于，所述实时监测子系统通过所述无人机调度终端安排所述取证无人机定期对航道进行整体巡航，从而对航道的总体情况有一个清楚的了解。
4.根据权利要求2所述的基于三维动态航道的管理监控系统，其特征在于，在航道出现异常情况时，通过所述无人机调度终端安排所述取证无人机前往现场，为管理人员提供更为全面的信息。
5.根据权利要求1所述的基于三维动态航道的管理监控系统，其特征在于，所述自主式水下采样航行器带有多个水样采集容器，在巡航过程中随机采集不同地点的水样本，并记录各个采样点的GPS坐标。
6.根据权利要求5所述的基于三维动态航道的管理监控系统，其特征在于，若发现污染物严重超标的水样本，所述水质管理终端会获取所述水样本采样点的GPS坐标，通过所述无人机调度终端安排所述取证无人机前往采样点区域调查周边情况，安排所述自主式水下采样航行器重新前往该区域采集更多水样本以备分析，结合所述取证无人机和所述自主式水下采样航行器采集的信息，以及地图数据判断污染源头，并将最终结果发送给环保部门。
7.根据权利要求1所述的基于三维动态航道的管理监控系统，其特征在于，所述生成三维航道模型的具体过程如下：
1、利用RTK进行航道测坐标打点；
2、利用所述无人机进行航道水线以上的测绘；
3、利用所述自主式水下信息采集航行器进行水下落差及地形测量，获取数据；
4、利用软件对航测三维地图及声呐数据进行处理，合成直观一体的航道三维图。
8.根据权利要求7所述的基于三维动态航道的管理监控系统，其特征在于，所述利用RTK进行航道测坐标打点具体包括：
（1）根据河道走势及地形特点，选择最佳的控制点位置和间距，并在专业软件上提前标注出来；
（2）用RTK进行点位放样，需要两个以上的控制点，用控制点进行点校正，在无光学通视的条件下进行点位的放样；
（3）选择测量点放样，进入放样屏幕，打开坐标管理库，打开事先编辑好的放样文件，选择放样点；
（4）放样完毕后，检验RTK放样点的精度。
9.根据权利要求7所述的基于三维动态航道的管理监控系统，其特征在于，所述利用软件对航测三维地图及声呐数据进行处理，合成直观一体的航道三维图具体包括将原始影像整理、POS数据等导入所述信息处理显示装置中的ContextCapture Center软件，经像片刺点、几何处理、空中三角运算、构建TIN模型、纹理贴合、构建三维模型等步骤，实现实景三维建模。
10.根据权利要求7所述的基于三维动态航道的管理监控系统，其特征在于，船舶自带的GPS获取船舶航向、位置、航速图片等信息，并将信息发送给所述信息处理显示装置，所述信息处理显示装置利用AR技术把三维航道模型、文字讯息与船舶实时动态结合在一起，向管理人员展现全面的信息。
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