CN113050415A - 自适应定规驱动平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自适应定规驱动平台，包括：视频探测设备，设置在位于沙滩位置的遮阳伞机构的顶端，用于面对靠近沙滩的海面以预设时间间隔执行视频帧的采集操作，以获得多个连续的海面采集画面；遮阳伞机构，由可移动式底部、支撑杆、伞体和云台构成，所述可移动式底部内置有直流无刷电机；长度检测机构，用于确定与接收到的参考景深值成正向关系的应移动长度。本发明的自适应定规驱动平台运行智能、具有一定的自动化水平。由于能够为沙滩上的遮阳伞提供定规式的可移动驱动机制，基于沙滩上干沙和湿沙的结合线的位置的定位结果完成相应的可移动驱动操作，从而使得遮阳伞机构下方的游人始终到海面保持一个安全且有效观景的距离。
Description
技术领域
本发明涉及自适应控制领域，尤其涉及一种自适应定规驱动平台。
背景技术
自适应控制和常规的反馈控制和最优控制一样，也是一种基于数学模型的控制方法，所不同的只是自适应控制所依据的关于模型和扰动的先验知识比较少，需要在系统的运行过程中去不断提取有关模型的信息，使模型逐步完善。具体地说，可以依据对象的输入输出数据，不断地辨识模型参数，这个过程称为系统的在线辨识。随着生产过程的不断进行，通过在线辨识，模型会变得越来越准确，越来越接近于实际。既然模型在不断的改进，显然，基于这种模型综合出来的控制作用也将随之不断的改进。在这个意义下，控制系统具有一定的适应能力。比如说，当系统在设计阶段，由于对象特性的初始信息比较缺乏，系统在刚开始投入运行时可能性能不理想，但是只要经过一段时间的运行，通过在线辨识和控制以后，控制系统逐渐适应，最终将自身调整到一个满意的工作状态。再比如某些控制对象，其特性可能在运行过程中要发生较大的变化，但通过在线辨识和改变控制器参数，系统也能逐渐适应。
当前，位于沙滩上的遮阳伞能够为人体提供一个休息、聚集和遮阳的场所。然而，由于时间不同、潮汐情况不同、风力不同以及风向不同等各种复杂环境会导致固定式安装的遮阳伞存在距离海面过近或者过远的尴尬情况，过近则无法使用，过远则观景效果较差。
发明内容
为了解决现有技术中的技术问题，本发明提供了一种自适应定规驱动平台，能够为沙滩上的遮阳伞提供定规式的可移动驱动机制，基于沙滩上干沙和湿沙的结合线的位置的定位结果完成相应的可移动驱动操作，从而使得遮阳伞机构下方的游人始终到海面保持一个安全且有效观景的距离。
为此，本发明至少需要具备以下两处重要的发明点：
(1)采用针对性的视觉探测机制对沙滩上干沙和湿沙的结合线的位置进行定位，为后续遮阳伞机构的移动提供关键的参考数据；
(2)基于沙滩上干沙和湿沙的结合线的定位结果确定遮阳伞机构当前应移动长度以保持遮阳伞机构到干沙湿沙结合部的距离保持不变，从而使得遮阳伞机构下方的游人始终到海面保持一个安全且景观效果最佳的距离。
根据本发明的一方面，提供了一种自适应定规驱动平台，所述平台包括：
视频探测设备，设置在位于沙滩位置的遮阳伞机构的顶端；
其中，所述视频探测设备用于面对靠近沙滩的海面以预设时间间隔执行视频帧的采集操作，以获得多个连续的海面采集画面。
更具体地，在所述自适应定规驱动平台中，所述平台还包括：
遮阳伞机构，由可移动式底部、支撑杆、伞体和云台构成，所述可移动式底部内置有直流无刷电机。
更具体地，在所述自适应定规驱动平台中，所述平台还包括：
所述直流无刷电机用于驱动所述可移动式底部进行垂直于海面的方向的来回移动，所述支撑杆设置在所述可移动式底部和所述伞体中间，所述云台安装在所述伞体的顶端，用于安装所述视频探测设备；
实时插值设备，与所述视频探测设备连接，用于对接收到的每一帧海面采集画面执行实时插值操作，以获得第一操作图像；
定向滤波机构，与所述实时插值设备连接，用于对接收到的每一帧第一操作图像执行白噪声、高速噪声和椒盐噪声的滤除处理，以获得第二操作图像；
线迹识别设备，与所述定向滤波机构连接，用于对接收到的每一帧第二操作图像执行以下动作：基于干沙颜色成像特征和湿沙颜色成像特征分别识别所述第二操作图像中的干沙成像区域和湿沙成像区域，获取干沙成像区域和湿沙成像区域的结合曲线；
曲线分析机构，与所述线迹识别设备连接，用于对接收到的每一帧第二操作图像执行以下动作：对所述第二操作图像中的结合曲线的各个像素点的各个景深值进行解析和排序，将排序后的队列中的中间位置的景深值作为代表性景深值输出；
数据提取设备，与所述曲线分析机构连接，用于获取预设时长内的各帧第二操作图像分别对应的各个代表性景深值，对所述各个代表性景深值取算术平均值以获得参考景深值；
长度检测机构，与所述数据提取设备连接，用于确定与接收到的参考景深值成正向关系的应移动长度，所述应移动长度为以所述可移动式底部默认位置向海面方向的移动距离以保持可移动式底部到干沙湿沙结合部的距离保持不变；
矢量判断设备，分别与所述直流无刷电机和所述长度检测机构连接，用于获取所述可移动式底部当前从所述可移动式底部默认位置向海面方向的已移动长度，并将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度；
其中，所述直流无刷电机基于确定的当前移动的方向和长度驱动所述可移动式底部进行移动操作；
其中，将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度包括：当所述应移动长度减去所述已移动长度获得长度偏差为负数时，确定的所述可移动式底部当前移动的方向为远离海面的方向，负数的绝对值为确定的所述可移动式底部当前移动的长度；
其中，将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度包括：当所述应移动长度减去所述已移动长度获得长度偏差为正数时，确定的所述可移动式底部当前移动的方向为朝向海面的方向，正数为确定的所述可移动式底部当前移动的长度；
其中，将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度包括：当所述应移动长度减去所述已移动长度获得长度偏差为零时，所述可移动式底部当前不需要移动。
根据本发明的另一方面，还提供了一种自适应定规驱动方法，所述方法包括使用一种如上述的自适应定规驱动平台，用于基于沙滩上干沙和湿沙的结合线的定位结果确定遮阳伞机构当前应移动长度以保持遮阳伞机构到干沙湿沙结合部的距离保持不变。
本发明的自适应定规驱动平台运行智能、具有一定的自动化水平。由于能够为沙滩上的遮阳伞提供定规式的可移动驱动机制，基于沙滩上干沙和湿沙的结合线的位置的定位结果完成相应的可移动驱动操作，从而使得遮阳伞机构下方的游人始终到海面保持一个安全且有效观景的距离。
具体实施方式
下面将对本发明的自适应定规驱动平台的实施方案进行详细说明。
沙滩就是由于沙子堆积形成的沿水边的陆地或水中高出水面的平地。沙滩的形成原因主要如下：一是由于海水对陆地上的岩石的侵蚀作用形成的.岩石中比较易溶于水的成份比如石灰岩随着海水流失掉,而砂子是很坚硬的石英就会保留下来,由于海水冲击和风化作用天长日久大块的石英会逐渐破碎成小块,直至变成小粒的砂子；二是海底的土壤在地壳运动中露出海面，一些珊瑚礁与贝壳也随之露出，在海浪的冲击磨洗下变成微小的颗粒，被海浪携带至陆地附近因动能耗尽，沉积成为海滩、沙滩；三是来自于内陆的河流，将陆地的泥沙带入海洋，随海浪携带至陆地因动能耗尽，沉积成为海滩、沙滩。
当前，位于沙滩上的遮阳伞能够为人体提供一个休息、聚集和遮阳的场所。然而，由于时间不同、潮汐情况不同、风力不同以及风向不同等各种复杂环境会导致固定式安装的遮阳伞存在距离海面过近或者过远的尴尬情况，过近则无法使用，过远则观景效果较差。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种自适应定规驱动平台，能够有效解决相应的技术问题。
根据本发明实施方案示出的自适应定规驱动平台包括：
视频探测设备，设置在位于沙滩位置的遮阳伞机构的顶端；
其中，所述视频探测设备用于面对靠近沙滩的海面以预设时间间隔执行视频帧的采集操作，以获得多个连续的海面采集画面。
接着，继续对本发明的自适应定规驱动平台的具体结构进行进一步的说明。
所述自适应定规驱动平台中还可以包括：
遮阳伞机构，由可移动式底部、支撑杆、伞体和云台构成，所述可移动式底部内置有直流无刷电机。
所述自适应定规驱动平台中还可以包括：
所述直流无刷电机用于驱动所述可移动式底部进行垂直于海面的方向的来回移动，所述支撑杆设置在所述可移动式底部和所述伞体中间，所述云台安装在所述伞体的顶端，用于安装所述视频探测设备；
实时插值设备，与所述视频探测设备连接，用于对接收到的每一帧海面采集画面执行实时插值操作，以获得第一操作图像；
定向滤波机构，与所述实时插值设备连接，用于对接收到的每一帧第一操作图像执行白噪声、高速噪声和椒盐噪声的滤除处理，以获得第二操作图像；
线迹识别设备，与所述定向滤波机构连接，用于对接收到的每一帧第二操作图像执行以下动作：基于干沙颜色成像特征和湿沙颜色成像特征分别识别所述第二操作图像中的干沙成像区域和湿沙成像区域，获取干沙成像区域和湿沙成像区域的结合曲线；
曲线分析机构，与所述线迹识别设备连接，用于对接收到的每一帧第二操作图像执行以下动作：对所述第二操作图像中的结合曲线的各个像素点的各个景深值进行解析和排序，将排序后的队列中的中间位置的景深值作为代表性景深值输出；
数据提取设备，与所述曲线分析机构连接，用于获取预设时长内的各帧第二操作图像分别对应的各个代表性景深值，对所述各个代表性景深值取算术平均值以获得参考景深值；
长度检测机构，与所述数据提取设备连接，用于确定与接收到的参考景深值成正向关系的应移动长度，所述应移动长度为以所述可移动式底部默认位置向海面方向的移动距离以保持可移动式底部到干沙湿沙结合部的距离保持不变；
矢量判断设备，分别与所述直流无刷电机和所述长度检测机构连接，用于获取所述可移动式底部当前从所述可移动式底部默认位置向海面方向的已移动长度，并将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度；
其中，所述直流无刷电机基于确定的当前移动的方向和长度驱动所述可移动式底部进行移动操作；
其中，将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度包括：当所述应移动长度减去所述已移动长度获得长度偏差为负数时，确定的所述可移动式底部当前移动的方向为远离海面的方向，负数的绝对值为确定的所述可移动式底部当前移动的长度；
其中，将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度包括：当所述应移动长度减去所述已移动长度获得长度偏差为正数时，确定的所述可移动式底部当前移动的方向为朝向海面的方向，正数为确定的所述可移动式底部当前移动的长度；
其中，将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度包括：当所述应移动长度减去所述已移动长度获得长度偏差为零时，所述可移动式底部当前不需要移动。
所述自适应定规驱动平台中：
对接收到的每一帧第一操作图像执行白噪声、高斯噪声和椒盐噪声的滤除处理包括：采用集成带通滤波器、维纳滤波器和中值滤波器的复合滤波器对接收到的每一帧第一操作图像依次执行白噪声、高斯噪声和椒盐噪声的滤除处理。
所述自适应定规驱动平台中：
所述定向滤波机构包括数据输入接口、数据输出接口、带通滤波器、维纳滤波器、中值滤波器和石英谐振器。
所述自适应定规驱动平台中：
所述数据输入接口用于接收每一帧第一操作图像，所述数据输出接口用于输出每一帧第二操作图像。
所述自适应定规驱动平台中：
所述石英谐振器分别与所述数据输入接口、所述数据输出接口、所述带通滤波器、所述维纳滤波器和所述中值滤波器连接。
所述自适应定规驱动平台中：
所述石英谐振器用于分别为所述数据输入接口、所述数据输出接口、所述带通滤波器、所述维纳滤波器和所述中值滤波器提供工作时钟信号。
以及所述自适应定规驱动平台中：
所述数据提取设备、所述长度检测机构和所述矢量判断设备都设置在所述可移动式底部。
同时，为了克服上述不足，本发明还搭建了一种自适应定规驱动方法，所述方法包括使用一种如上述的自适应定规驱动平台，用于基于沙滩上干沙和湿沙的结合线的定位结果确定遮阳伞机构当前应移动长度以保持遮阳伞机构到干沙湿沙结合部的距离保持不变。
另外，在所述自适应定规驱动平台中，石英谐振器指的是利用电信号频率等于石英晶片固有频率时晶片因压电效应而产生谐振现象的原理制成的器件，是晶体振荡器和窄带滤波器等的关键元件。石英谐振器虽然外形各异、尺寸和频率不尽相同，但结构原理是基本相同的，为了提高石英晶体工作的稳定可靠性，石英谐振器外壳构件经过密封处理，并抽成真空或充入氮气。石英晶体的压电效应于19世纪80年代首先被法国科学家发现。20世纪30年代初，石英技术开始应用到钟表计时上，但石英在钟表中广泛应用却是在20世纪60年代石英振子被小型化以后。随着石英电子钟表不断向薄型、小型化和中高档产品发展，对石英晶体和石英谐振器的小型化还在不断地开拓、创新。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种自适应定规驱动平台，其特征在于，所述平台包括：
视频探测设备，设置在位于沙滩位置的遮阳伞机构的顶端；
其中，所述视频探测设备用于面对靠近沙滩的海面以预设时间间隔执行视频帧的采集操作，以获得多个连续的海面采集画面。
2.如权利要求1所述的自适应定规驱动平台，其特征在于，所述平台还包括：
遮阳伞机构，由可移动式底部、支撑杆、伞体和云台构成，所述可移动式底部内置有直流无刷电机。
3.如权利要求2所述的自适应定规驱动平台，其特征在于，所述平台还包括：
所述直流无刷电机用于驱动所述可移动式底部进行垂直于海面的方向的来回移动，所述支撑杆设置在所述可移动式底部和所述伞体中间，所述云台安装在所述伞体的顶端，用于安装所述视频探测设备；
实时插值设备，与所述视频探测设备连接，用于对接收到的每一帧海面采集画面执行实时插值操作，以获得第一操作图像；
定向滤波机构，与所述实时插值设备连接，用于对接收到的每一帧第一操作图像执行白噪声、高速噪声和椒盐噪声的滤除处理，以获得第二操作图像；
线迹识别设备，与所述定向滤波机构连接，用于对接收到的每一帧第二操作图像执行以下动作：基于干沙颜色成像特征和湿沙颜色成像特征分别识别所述第二操作图像中的干沙成像区域和湿沙成像区域，获取干沙成像区域和湿沙成像区域的结合曲线；
曲线分析机构，与所述线迹识别设备连接，用于对接收到的每一帧第二操作图像执行以下动作：对所述第二操作图像中的结合曲线的各个像素点的各个景深值进行解析和排序，将排序后的队列中的中间位置的景深值作为代表性景深值输出；
数据提取设备，与所述曲线分析机构连接，用于获取预设时长内的各帧第二操作图像分别对应的各个代表性景深值，对所述各个代表性景深值取算术平均值以获得参考景深值；
长度检测机构，与所述数据提取设备连接，用于确定与接收到的参考景深值成正向关系的应移动长度，所述应移动长度为以所述可移动式底部默认位置向海面方向的移动距离以保持可移动式底部到干沙湿沙结合部的距离保持不变；
矢量判断设备，分别与所述直流无刷电机和所述长度检测机构连接，用于获取所述可移动式底部当前从所述可移动式底部默认位置向海面方向的已移动长度，并将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度；
其中，所述直流无刷电机基于确定的当前移动的方向和长度驱动所述可移动式底部进行移动操作；
其中，将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度包括：当所述应移动长度减去所述已移动长度获得长度偏差为负数时，确定的所述可移动式底部当前移动的方向为远离海面的方向，负数的绝对值为确定的所述可移动式底部当前移动的长度；
其中，将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度包括：当所述应移动长度减去所述已移动长度获得长度偏差为正数时，确定的所述可移动式底部当前移动的方向为朝向海面的方向，正数为确定的所述可移动式底部当前移动的长度；
其中，将所述应移动长度减去所述已移动长度以确定所述可移动式底部当前移动的方向和长度包括：当所述应移动长度减去所述已移动长度获得长度偏差为零时，所述可移动式底部当前不需要移动。
4.如权利要求3所述的自适应定规驱动平台，其特征在于：
对接收到的每一帧第一操作图像执行白噪声、高斯噪声和椒盐噪声的滤除处理包括：采用集成带通滤波器、维纳滤波器和中值滤波器的复合滤波器对接收到的每一帧第一操作图像依次执行白噪声、高斯噪声和椒盐噪声的滤除处理。
5.如权利要求4所述的自适应定规驱动平台，其特征在于：
所述定向滤波机构包括数据输入接口、数据输出接口、带通滤波器、维纳滤波器、中值滤波器和石英谐振器。
6.如权利要求5所述的自适应定规驱动平台，其特征在于：
所述数据输入接口用于接收每一帧第一操作图像，所述数据输出接口用于输出每一帧第二操作图像。
7.如权利要求6所述的自适应定规驱动平台，其特征在于：
所述石英谐振器分别与所述数据输入接口、所述数据输出接口、所述带通滤波器、所述维纳滤波器和所述中值滤波器连接。
8.如权利要求7所述的自适应定规驱动平台，其特征在于：
所述石英谐振器用于分别为所述数据输入接口、所述数据输出接口、所述带通滤波器、所述维纳滤波器和所述中值滤波器提供工作时钟信号。
9.如权利要求8所述的自适应定规驱动平台，其特征在于：
所述数据提取设备、所述长度检测机构和所述矢量判断设备都设置在所述可移动式底部。
10.一种自适应定规驱动方法，所述方法包括提供一种如权利要求3-9任一所述的自适应定规驱动平台，用于基于沙滩上干沙和湿沙的结合线的定位结果确定遮阳伞机构当前应移动长度以保持遮阳伞机构到干沙湿沙结合部的距离保持不变。
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