CN112504628B - 基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统及方法 - Google Patents

基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统及控制方法，所述控制系统由人脸识别控制模块、造波控制模块、运动控制器、造波机、云服务器和终端构成，其中，所述人脸识别控制模块通过互联网与造波控制模块相连，所述造波控制模块通过RJ‑45接口与运动控制器相连，通过USB、串口接口和测试仪器相连；所述运动控制器通过CAN总线与造波机相连；所述终端通过互联网和人脸识别控制模块相连；所述云服务器通过互联网和人脸识别控制模块相连；通过互联网和造波控制模块相连。本发明能实现造波机控制系统的操作权限管理，对造波机控制系统的操作流程可进行回溯，可对造波机控制系统采集的实验数据进行保护和清理。

Description

基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种造波机控制系统，具体地说，涉及一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统及其控制方法。
背景技术
船模试验水池是进行船舶性能研究试脸的重要设施，是船舶模型试验的场所。海洋工程中的大型设备在建造下水前基本都需要进行水池模型测试，通过测试来获得较为可靠的船体运动数据及结构受力情况，从而为海洋设备的设计提供可靠的依据。
船模试验水池的造波机控制系统是最核心的系统，一般都要由专人进行操作，或者经培训授权后的人员进行操作，以避免误操作造成造波机的故障。但由于船模试验工期较长，管理人员无法24小时在现场监督管理，经常会出现未授权人员操作造波机，给造波机的正常使用带来很大隐患。
在船模试验中，对造波机的使用流程及输入参数有严格的规定，操作人员必须严格按照规定来进行操作。但目前缺乏对操作人员操作流程以及输入参数的管控，出了问题也无法进行回溯追责。
目前在船模试验中对造波机系统采集的实验数据没有很好的保护措施，各种人员随意拷贝修改，垃圾数据长期滞留于控制系统中，对造波系统的性能造成负面影响，也无法保证实验数据的安全性。
发明内容
本发明的目的在于，针对船模试验水池造波机控制系统存在的问题和不足，提供一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统及其控制方法。
本发明能够实现造波机控制系统的操作权限管理，对造波机控制系统的操作流程可以进行回溯，可以对造波机控制系统采集的实验数据进行保护和清理。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统，包括人脸识别控制模块、造波控制模块、运动控制器、造波机、云服务器和终端。
上述人脸识别控制模块通过互联网与造波控制模块相连，用于与造波控制模块交换数据。
上述造波控制模块通过RJ-45接口与运动控制器相连，用于向运动控制器发送指令；通过USB、串口等接口和测试仪器相连，用于采集实验数据。
上述造波机为电动推板式造波机。
上述运动控制器通过CAN总线与造波机相连，发送运动指令控制造波机运动。
上述造波机按照运动指令运动，在船模试验水池中造出指定的波浪。
上述终端通过互联网和人脸识别控制模块相连，用于拍摄操作人员的人脸图像进行检测和识别、发送控制指令给人脸识别控制模块，优选地采用带有摄像头的笔记本电脑或者智能手机。
上述云服务器通过互联网和人脸识别控制模块相连，用于接收人脸识别控制模块的用户权限鉴别信息；通过互联网和造波控制模块相连，用于接收采集的实验数据。
上述人脸识别控制模块由人脸检测程序模块、特征提取程序模块、人脸识别程序模块、控制程序模块、人脸特征数据库组成，安装在网络服务器上。
上述造波控制模块由安装了造波控制软件的工控机组成。
上述的运动控制器为基于网络的多轴机械运动控制器，优选地采用Elmo GoldMaestro系列运动控制器。
一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：管理员对试验中造波机操作人员进行操作培训，培训合格后进行授权，把指定操作人员的人脸图像数据通过终端的摄像头传给人脸识别控制模块，人脸识别控制模块经过处理后把人脸特征存储在人脸特征数据库中。
步骤二：试验前打开造波控制模块电源，操作人员利用终端通过互联网登录人脸识别控制模块，进行人脸识别验证，验证通过后显示控制程序模块操作界面，三次验证不通过则锁定系统，需要管理员实施解锁；
步骤三：操作人员利用终端在控制程序模块操作界面上输入周期、波高等造波参数，点击开始造波按钮；人脸识别控制模块开启人脸识别验证，判断操作人员是否为已授权操作人员，验证通过后人脸识别控制模块中的控制程序模块通过互联网把封装了造波参数和启动造波字段的网络数据包发送给造波控制模块，同时控制程序模块也通过互联网把封装了造波参数和启动造波字段的网络数据包发送给云服务器，写入操作日志；验证不通过则给出提示；
步骤四：造波控制模块收到封装了造波参数和启动造波字段的网络数据包后，根据造波参数计算造波机推板的推幅数值，发送运动指令给运动控制器；
步骤五：运动控制器按照接收的运动指令发送运动数据信号给造波机的驱动器，驱动造波机的推板运动，造出波浪；
步骤六：采集实验数据(如浪高、力、运动等)，并通过USB、串口等接口传送到造波控制模块进行暂时存储，数据采集结束后，造波控制模块通过互联网把实验数据封装成网络数据包传送到云服务器上进行存储形成文件，之后造波控制模块删除暂存的数据；
步骤七：操作人员利用终端在控制程序模块操作界面上请求查看或下载实验数据，人脸识别控制模块开启人脸识别验证，判断操作人员是否为已授权操作人员，验证通过后人脸识别控制模块中的控制程序模块通过互联网发送封装了请求数据指令的网络数据包给云服务器；验证不通过则给出提示；
步骤八：云服务器收到封装了请求数据指令的网络数据包后，与终端通过互联网建立连接，传送实验数据，操作人员通过终端查看或保存数据，传送完毕后云服务器断开与终端的连接，并把传送数据事件写入操作日志中。
本发明相对现有技术所具有的特点和有益效果主要是：
1、能够实现对造波机系统的操作人员进行权限控制，只有经过授权的操作人员才可以操作造波机，最大程度避免操作不当对造波机的损坏；
2、操作人员对造波机的所有操作都可以由管理员在云服务器的操作日志上进行溯源，如果发生事故便于责任认定；
3、采集的实验数据放在云服务器上保存，没有冗余的数据存放在造波控制模块中，只有授权的操作人员才有权利查看和下载数据，有效地确保了数据的安全性以及造波控制模块的安全性。
附图说明
图1是本发明的一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统的构成示意框图；
图2是人脸识别控制模块的构成示意框图；
图3是基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统控制方法流程框图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例对本发明的一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统及其控制方法作进一步详细说明。
如图1-图2所示，为本发明的一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统，包括云服务器1、互联网2、人脸识别控制模块3、终端4、造波控制模块5、运动控制器6、造波机7。
上述人脸识别控制模块3通过互联网2与造波控制模块5相连，用于与造波控制模块5交换数据。
上述造波控制模块5通过RJ-45接口与运动控制器6相连，用于向运动控制器6发送指令；通过USB、串口等接口和测试仪器相连，用于采集实验数据。
上述造波机7为电动推板式造波机。
上述运动控制器6通过CAN总线与造波机7相连，发送运动指令控制造波机7运动。
上述造波机7按照运动指令运动，在船模试验水池中造出指定的波浪。
上述终端4通过互联网2和人脸识别控制模块3相连，用于拍摄操作人员的人脸图像进行检测和识别、发送控制指令给人脸识别控制模块3。
上述云服务器1通过互联网2和人脸识别控制模块3相连，用于接收人脸识别控制模块3的用户权限鉴别信息；通过互联网2和造波控制模块5相连，用于接收采集的实验数据。
上述人脸识别控制模块3由人脸检测程序模块3-1、特征提取程序模块3-2、人脸识别程序模块3-4、控制程序模块3-5、人脸特征数据库3-3组成，安装在网络服务器上。
上述造波控制模块5由安装了造波控制软件的工控机组成。
在下面的实施例中，终端4优选地采用带有摄像头的笔记本电脑或者智能手机，运动控制器6优选地采用Elmo Gold Maestro系列运动控制器，具体实施流程如附图3所示，一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统的控制方法，具体内容和步骤如下：
1、管理员对试验中造波机操作人员进行操作培训，培训合格后进行授权，把指定操作人员的人脸图像数据通过终端4的摄像头传给人脸识别控制模块3的人脸检测程序模块3-1，人脸检测程序模块3-1检测到人脸图像并进行预处理，然后交给特征提取程序模块3-2进行人脸特征提取，把提取到的人脸特征数据存储在人脸特征数据库3-3中。
2、试验之前打开造波控制模块5的电源，已授权操作人员利用终端4通过互联网2登录人脸识别控制模块3，开启人脸识别验证。人脸检测程序模块3-1检测到人脸图像并进行预处理，然后交给特征提取程序模块3-2进行人脸特征提取，提取到人脸特征后由人脸识别程序模块3-4进行人脸识别，人脸识别程序模块3-4将获得的人脸特征数据和人脸特征数据库3-3中已存在的人脸特征数据进行比对，比对结束后将识别结果发送给控制程序模块3-5，如果识别结果为验证通过，则显示控制程序模块操作界面，如果三次识别结果为验证不通过则锁定人脸识别控制模块3，需要管理员进行人脸识别和输入密码实施解锁系统。
3、已授权操作人员利用终端4在程序控制模块操作界面上输入试验工况所需的周期、波高等造波参数，点击开始造波按钮；人脸识别控制模块3开启人脸识别验证，判断操作人员是否为已授权操作人员，验证通过后人脸识别控制模块3中的控制程序模块3-5通过互联网2把封装了造波参数和启动造波字段的网络数据包发送给造波控制模块5，启动造波字段为0表示不造波，为1表示造规则波，为2X(X为自然数)表示造不同种类的不规则波。同时控制程序模块3-5也通过互联网2把封装了造波参数和启动造波字段的网络数据包发送给云服务器1，写入操作日志；验证不通过则给出提示，必须是已授权人员来操作系统。
4、造波控制模块5收到封装了造波参数和启动造波字段的网络数据包后，根据造波参数计算造波机推板的推幅数值，发送运动指令给运动控制器6。
5、运动控制器6按照接收的运动指令发送运动数据信号给造波机7的驱动器，驱动造波机7的推板运动，造出波浪。
6、试验人员开始采集实验数据(如浪高、力、运动等数据)，并通过USB、串口等接口传送到造波控制模块5进行暂时存储，数据采集结束后，造波控制模块5通过互联网2把实验数据封装成网络数据包传送到云服务器1上进行存储形成数据文件，存储成功后云服务器1通过互联网2发送通知消息数据包给造波控制模块5删除暂存的数据。
7、已授权操作人员利用终端4在控制程序模块操作界面上请求查看或下载实验数据，人脸识别控制模块3开启人脸识别验证，判断操作人员是否为已授权操作人员，验证通过后人脸识别控制模块3中的控制程序模块3-5通过互联网2发送封装了请求数据指令的网络数据包给云服务器1；验证不通过则给出提示，必须是已授权人员来操作系统。
8、云服务器1收到封装了请求数据指令的网络数据包后，与终端4通过互联网2建立连接，传送实验数据，操作人员通过终端4查看或保存数据，传送完毕后云服务器1断开与终端4的连接，并把传送数据事件写入操作日志中。

Claims (6)

1.一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统的控制方法，所述控制系统由人脸识别控制模块、造波控制模块、运动控制器、造波机、云服务器和终端构成，其中，
所述人脸识别控制模块通过互联网与造波控制模块相连，用于与造波控制模块交换数据；
所述造波控制模块通过RJ-45接口与运动控制器相连，用于向运动控制器发送指令；通过USB、串口接口和测试仪器相连，用于采集实验数据；
所述运动控制器通过CAN总线与造波机相连，发送运动指令控制造波机运动；
所述造波机按照运动指令运动，在船模试验水池中造出指定的波浪；
所述终端通过互联网和人脸识别控制模块相连，用于拍摄操作人员的人脸图像进行检测和识别、发送控制指令给人脸识别控制模块；
所述云服务器通过互联网和人脸识别控制模块相连，用于接收人脸识别控制模块的用户权限鉴别信息；通过互联网和造波控制模块相连，用于接收采集的实验数据；
所述的人脸识别控制模块由人脸检测程序模块、特征提取程序模块、人脸识别程序模块、控制程序模块、人脸特征数据库组成，安装在网络服务器上；
其特征在于：所述的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：管理员对试验中造波机操作人员进行操作培训，培训合格后进行授权，把指定操作人员的人脸图像数据通过终端的摄像头传给人脸识别控制模块，人脸识别控制模块经过处理后把人脸特征存储在人脸特征数据库中；
步骤二：试验前打开造波控制模块电源，操作人员利用终端通过互联网登录人脸识别控制模块，进行人脸识别验证，验证通过后显示控制程序模块操作界面，三次验证不通过则锁定系统，需要管理员实施解锁；
步骤三：操作人员利用终端在控制程序模块操作界面上输入周期、波高造波参数，点击开始造波按钮；人脸识别控制模块开启人脸识别验证，判断操作人员是否为已授权操作人员，验证通过后人脸识别控制模块中的程序控制模块通过互联网把封装了造波参数和启动造波字段的网络数据包发送给造波控制模块，同时程序控制模块也通过互联网把封装了造波参数和启动造波字段的网络数据包发送给云服务器，写入操作日志；验证不通过则给出提示；
步骤四：造波控制模块收到封装了造波参数和启动造波字段的网络数据包后，根据造波参数计算造波机推板的推幅数值，发送运动指令给运动控制器；
步骤五：运动控制器按照接收的运动指令发送运动数据信号给造波机的驱动器，驱动造波机的推板运动，造出波浪；
步骤六：采集实验数据，并通过USB、串口接口传送到造波控制模块进行暂时存储，数据采集结束后，造波控制模块通过互联网把实验数据封装成网络数据包传送到云服务器上进行存储形成文件，之后造波控制模块删除暂存的数据；
步骤七：操作人员利用终端在控制程序模块操作界面上请求查看或下载实验数据，人脸识别控制模块开启人脸识别验证，判断操作人员是否为已授权操作人员，验证通过后人脸识别控制模块中的控制程序模块通过互联网发送封装了请求数据指令的网络数据包给云服务器；验证不通过则给出提示；
步骤八：云服务器收到封装了请求数据指令的网络数据包后，与终端通过互联网建立连接，传送实验数据，操作人员通过终端查看或保存数据，传送完毕后云服务器断开与终端的连接，并把传送数据事件写入操作日志中。
2.根据权利要求1所述的一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统的控制方法，其特征在于：所述的运动控制器为基于网络的多轴机械运动控制器。
3.根据权利要求1所述的一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统的控制方法，其特征在于：所述的造波控制模块为包括有造波控制软件的工控机。
4.根据权利要求1所述的一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统的控制方法，其特征在于：所述的终端为带有摄像头的笔记本电脑或智能手机。
5.根据权利要求1所述一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统的控制方法，其特征在于：步骤三中所述的造波参数是指造波周期、造波波高，启动造波字段为0，表示不造波，启动造波字段为1，表示造规则波，启动造波字段为2X，其中X为自然数，表示造不同种类的不规则波。
6.根据权利要求1所述一种基于人脸识别的船模试验水池造波机控制系统的控制方法，其特征在于：步骤六中所述的实验数据是指浪高、力、运动数据。
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