CN113483224A - 一种海面目标识别和监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海面目标识别和监测系统及方法，其海面目标识别和监测系统包括识别系统、显示机构、联网机构和数据处理器，所述识别系统包括控制模块、旋转机构、摄像头和识别模块，所述数据处理器与识别模块电连接，所述识别模块分别与摄像头和控制模块电连接，所述控制模块与旋转机构电连接，所述旋转机构与摄像头电连接，所述数据处理器与显示机构和联网机构电连接，所述旋转机构包括底座、支架、带动齿轮、摄像头、推动杆、主动齿轮、固定杆、连接齿轮、驱动电机、支撑板，本发明通过带动摄像头旋转来对海面进行巡视，实现了对海面的监测，若识别模块检测到摄像头拍摄的画面上存在垃圾。

Description

一种海面目标识别和监测系统及方法
技术领域
本发明涉及海洋管理技术领域，尤其涉及一种海面目标识别和监测系统及方法。
背景技术
海洋垃圾是指海洋和海岸环境中具持久性的、人造的或经加工的固体废弃物。海洋垃圾影响海洋景观，威胁航行安全，并对海洋生态系统的健康产生影响，进而对海洋经济产生负面效应。
现有海洋垃圾漂浮在海面上时，通过人眼观察无法全面检测到，同时现有的监测系统不可带动摄像头进行巡视，因此，我们提出一种海面目标识别和监测系统及方法，用于解决上述问题。
发明内容
基于背景技术存在现有海洋垃圾漂浮在海面上时，通过人眼观察无法全面检测到，同时现有的监测系统不可带动摄像头进行巡视的技术问题，本发明提出了一种海面目标识别和监测系统及方法。
本发明提出的一种海面目标识别和监测系统，包括识别系统、显示机构、联网机构和数据处理器，所述识别系统包括控制模块、旋转机构、摄像头和识别模块，所述数据处理器与识别模块电连接，所述识别模块分别与摄像头和控制模块电连接，所述控制模块与旋转机构电连接，所述旋转机构与摄像头电连接，所述数据处理器与显示机构和联网机构电连接。
优选的，所述旋转机构包括底座、支架、带动齿轮、摄像头、推动杆、主动齿轮、固定杆、连接齿轮、驱动电机、支撑板、定位电机、连接杆、转动杆、摩擦块、刹车环、齿条、滑动板和滑动杆，所述推动杆、连接杆、转动杆和摩擦块的数量均为两个，所述支架固定安装在底座上，所述定位电机固定安装在底座上，所述支撑板固定安装在支架的右侧，所述驱动电机固定安装在支撑板的顶部，所述连接齿轮与驱动电机输出轴固定连接，所述带动齿轮与连接齿轮相啮合，所述带动齿轮的底部与支架的顶部转动连接，所述刹车环固定安装在带动齿轮的顶部，所述摄像头固定安装在带动齿轮的顶部，所述主动齿轮与定位电机输出轴固定连接，所述齿条与主动齿轮固定连接，所述齿条与滑动板固定连接，所述滑动板滑动连接在支架的内侧，所述推动杆与齿条转动连接，所述推动杆与滑动杆转动连接，所述滑动杆滑动连接在支架的内侧，所述滑动杆的顶部与摩擦块的底部固定连接，所述摩擦块的顶部与刹车环的底部滑动接触，所述连接杆与摩擦块固定连接，所述固定杆固定安装在支架的内侧，所述固定杆与转动杆转动连接，所述转动杆与刹车环相配合，旋转机构用于带动摄像头旋转，同时还可对摄像头进行刹停，以及对摄像头的位置进行定位。
优选的，所述显示机构包括显示模块、指示模块和报警模块，所述数据处理器与显示模块电连接，所述显示模块与指示模块电连接，所述指示模块与报警模块电连接，方便人们观看摄像头的画面。
优选的，所述联网机构包括联网模块和服务器，所述数据处理器与联网模块电连接，所述联网模块与服务器连接，用于保存识别记录。
优选的，所述转动杆的底部转动连接有转轮，所述转轮与连接杆的顶部滚动连接，减小连接杆与转动杆之间的摩擦力。
优选的，所述转动杆的前侧和后侧均固定安装有扭力弹簧，所述扭力弹簧固定安装在固定杆上，用于对转动杆进行复位。
优选的，所述支架的内侧固定安装有对称设置的挡板，所述挡板的数量为两个，挡板的底部固定安装有复位弹簧，所述复位弹簧的底端与滑动杆固定连接，用于对滑动杆进行复位。
优选的，所述转动杆的顶部固定安装有护垫，所述护垫与刹车环滑动接触，用于保护转动杆和刹车环。
本发明还提出了一种海面目标识别和监测系统的监测方法，包括以下步骤：
S1：先将摄像头固定在旋转机构内的带动齿轮上，旋转机构可带动摄像头旋转，来对海面进行巡视；
S2：摄像头捕捉到的画面先会传输给识别模块，识别模块再对画面进行分析识别，一旦识别到垃圾或者其他物品，识别模块就会通过控制模块停止旋转机构，同时停止摄像头，
根据公式
Figure 485997DEST_PATH_IMAGE002
对摄像头捕捉到的画面S进行垃圾识别，其中，垃圾个数c，c大于0表示识别到垃圾，n表示被摄像头捕捉到的画面S切分成的块数，n=15，t表示第t块摄像头捕捉到的画面S，f表示使用卷积抽取图像特征，M表示第t块摄像头捕捉到的画面S前M个最大的特征值，o表示第o个最大的特征，o的取值范围为[1,M]；
S3：此时摄像头再将画面传输给数据处理器，数据处理器再将画面传输给显示模块，显示模块再通过指示模块和报警模块报警；
S4：然后数据处理器再通过摄像头对识别到的垃圾进行拍照，再将照片通过联网模块发送至服务器。
本发明的有益效果是：
1、通过带动摄像头移动来对海面进行巡视和检测，来检测海面存不存在垃圾，检测到垃圾后再做出提醒，实现了对海面的监测。
2、通过启动驱动电机，驱动电机带动连接齿轮，连接齿轮与带动齿轮相啮合，连接齿轮带动带动齿轮旋转，带动齿轮带动摄像头旋转，来对海面进行巡视。
3、通过启动定位电机，定位电机带动主动齿轮旋转，主动齿轮带动左侧位置的齿条向支架后侧移动并带动右侧的齿条向支架的后侧移动，两个齿条就会同时推动推动杆，推动杆再向上推动滑动杆，再带动摩擦块与刹车环接触，在摩擦块向上的同时还会推动两个转动杆在固定杆上转动，两个转动杆的底端就会向支架的前侧和后侧展开，顶端再带动护垫与刹车环接触，摩擦块和两个转动杆的顶端就会与刹车环接触，来对刹车环进行刹停并定位。
4、当定位电机停止后滑动杆通过复位弹簧复位，转动杆通过扭力弹簧复位，此时驱动电机就可正常带动摄像头转动，当滑动杆向下后就会推动两个推动杆，推动杆再推动两个齿条重新与主动齿轮啮合，此时定位电机已经停止，两个齿条就会带动主动齿轮反转，方便下一刹停。
本发明通过带动摄像头旋转来对海面进行巡视，实现了对海面的监测，若识别模块检测到摄像头拍摄的画面上存在垃圾，就会将画面传输到显示模块，提醒人们清理。
附图说明
图1为本发明提出的一种海面目标识别和监测系统的系统框图；
图2为本发明提出的一种海面目标识别和监测系统中旋转机构的结构支架三维图；
图3为本发明提出的一种海面目标识别和监测系统中旋转机构的结构主视图；
图4为本发明提出的一种海面目标识别和监测系统中旋转机构的结构局部侧视图；
图5为本发明提出的一种海面目标识别和监测系统中旋转机构的结构推动杆与滑动杆的连接示意图；
图6为本发明提出的一种海面目标识别和监测系统中旋转机构的结构齿条与主动齿轮的连接示意图；
图7为本发明提出的一种海面目标识别和监测系统中旋转机构的结构带动齿轮与连接齿轮的连接示意图；
图8为本发明提出的一种海面目标识别和监测系统中旋转机构的结构带动齿轮的仰视图。
图中：1底座、2支架、3带动齿轮、4摄像头、5推动杆、6主动齿轮、7固定杆、8连接齿轮、9驱动电机、10支撑板、11定位电机、12连接杆、13转动杆、14摩擦块、15刹车环、16扭力弹簧、17齿条、18滑动板、19滑动杆、20挡板、21复位弹簧、22转轮、23护垫。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例
参考图1-8，本实施例中提出了一种海面目标识别和监测系统，包括识别系统、显示机构、联网机构和数据处理器，识别系统包括控制模块、旋转机构、摄像头4和识别模块，数据处理器与识别模块电连接，识别模块分别与摄像头4和控制模块电连接，控制模块与旋转机构电连接，旋转机构与摄像头4电连接，数据处理器与显示机构和联网机构电连接，旋转机构包括底座1、支架2、带动齿轮3、摄像头4、推动杆5、主动齿轮6、固定杆7、连接齿轮8、驱动电机9、支撑板10、定位电机11、连接杆12、转动杆13、摩擦块14、刹车环15、齿条17、滑动板18和滑动杆19，推动杆5、连接杆12、转动杆13和摩擦块14的数量均为两个，支架2固定安装在底座1上，定位电机11固定安装在底座1上，支撑板10固定安装在支架2的右侧，驱动电机9固定安装在支撑板10的顶部，连接齿轮8与驱动电机9输出轴固定连接，带动齿轮3与连接齿轮8相啮合，带动齿轮3的底部与支架2的顶部转动连接，刹车环15固定安装在带动齿轮3的顶部，摄像头4固定安装在带动齿轮3的顶部，主动齿轮6与定位电机11输出轴固定连接，齿条17与主动齿轮6固定连接，齿条17与滑动板18固定连接，滑动板18滑动连接在支架2的内侧，推动杆5与齿条17转动连接，推动杆5与滑动杆19转动连接，滑动杆19滑动连接在支架2的内侧，滑动杆19的顶部与摩擦块14的底部固定连接，摩擦块14的顶部与刹车环15的底部滑动接触，连接杆12与摩擦块14固定连接，固定杆7固定安装在支架2的内侧，固定杆7与转动杆13转动连接，转动杆13与刹车环15相配合，旋转机构用于带动摄像头4旋转，同时还可对摄像头4进行刹停，以及对摄像头4的位置进行定位，显示机构包括显示模块、指示模块和报警模块，数据处理器与显示模块电连接，显示模块与指示模块电连接，指示模块与报警模块电连接，方便人们观看摄像头4的画面，联网机构包括联网模块和服务器，数据处理器与联网模块电连接，联网模块与服务器连接，用于保存识别记录，转动杆13的底部转动连接有转轮22，转轮22与连接杆12的顶部滚动连接，减小连接杆12与转动杆13之间的摩擦力，转动杆13的前侧和后侧均固定安装有扭力弹簧16，扭力弹簧16固定安装在固定杆7上，用于对转动杆13进行复位，支架2的内侧固定安装有对称设置的挡板20，挡板20的数量为两个，挡板20的底部固定安装有复位弹簧21，复位弹簧21的底端与滑动杆19固定连接，用于对滑动杆19进行复位，转动杆13的顶部固定安装有护垫23，护垫23与刹车环15滑动接触，用于保护转动杆13和刹车环15。
工作原理：先将摄像头4固定在旋转机构内的带动齿轮3上，旋转机构可带动摄像头4旋转，来对海面进行巡视，摄像头4捕捉到的画面先会传输给识别模块，识别模块再对画面进行分析识别，一旦识别到垃圾或者其他物品，识别模块就会通过控制模块停止旋转机构，同时停止摄像头4，此时摄像头4再将画面传输给数据处理器，数据处理器再将画面传输给显示模块，显示模块再通过指示模块和报警模块报警，然后数据处理器再通过摄像头4对识别到的垃圾进行拍照，再将照片通过联网模块发送至服务器，旋转机构的工作原理是，通过启动驱动电机9，驱动电机9带动连接齿轮8，连接齿轮8与带动齿轮3相啮合，连接齿轮8就会带动带动齿轮3旋转，带动齿轮3就会带动摄像头4旋转，来对海面进行巡视，或者可通过控制驱动电机9的正反转来带动摄像头4在某一区间巡视，当摄像头4识别到异物时控制模块就会停止驱动电机9并启动定位电机11，定位电机11启动后就会带动主动齿轮6顺时针旋转，就会带动左侧位置的齿条17向支架2后侧移动，以及带动右侧的齿条17向支架2的后侧移动，两个齿条17就会同时推动推动杆5，推动杆5再向上推动滑动杆19，滑动杆19先会压缩两个复位弹簧21，然后再带动摩擦块14与刹车环15接触，在摩擦块14向上的同时还会推动两个转动杆13在固定杆7上转动，两个转动杆13的底端就会向支架2的前侧和后侧展开，顶端再带动护垫23与刹车环15接触，此时摩擦块14和两个转动杆13的顶端就会与刹车环15接触，来对刹车环15进行刹停并定位，此时两个齿条17就会与主动齿轮6脱离，主动齿轮6处于空转状态，再需要带动摄像头4转动时，可通过控制模块停止定位电机11，再启动驱动电机9，当定位电机11停止后滑动杆19通过复位弹簧21复位，转动杆13通过扭力弹簧16复位，此时驱动电机9就可正常带动摄像头4转动，当滑动杆19向下后就会推动两个推动杆5，推动杆5再推动两个齿条17重新与主动齿轮6啮合，此时定位电机11已经停止，两个齿条17就会带动主动齿轮6反转，方便下一刹停。
本发明还提出了一种海面目标识别和监测系统的监测方法，包括以下步骤：
S1：先将摄像头4固定在旋转机构内的带动齿轮3上，旋转机构可带动摄像头4旋转，来对海面进行巡视；
S2：摄像头4捕捉到的画面先会传输给识别模块，识别模块再对画面进行分析识别，一旦识别到垃圾或者其他物品，识别模块就会通过控制模块停止旋转机构，同时停止摄像头4，
根据公式
Figure 802578DEST_PATH_IMAGE003
对摄像头4捕捉到的画面S进行垃圾识别，其中，垃圾个数c，c大于0表示识别到垃圾，n表示被摄像头4捕捉到的画面S切分成的块数，n=15，t表示第t块摄像头4捕捉到的画面S，f表示使用卷积抽取图像特征，M表示第t块摄像头4捕捉到的画面S前M个最大的特征值，o表示第o个最大的特征，o的取值范围为[1,M]；
有益结果：可以自动识别垃圾个数，节约人力；
S3：此时摄像头4再将画面传输给数据处理器，数据处理器再将画面传输给显示模块，显示模块再通过指示模块和报警模块报警；
S4：然后数据处理器再通过摄像头4对识别到的垃圾进行拍照，再将照片通过联网模块发送至服务器。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种海面目标识别和监测系统，包括识别系统、显示机构、联网机构和数据处理器，其特征在于，所述识别系统包括控制模块、旋转机构、摄像头（4）和识别模块，所述数据处理器与识别模块电连接，所述识别模块分别与摄像头（4）和控制模块电连接，所述控制模块与旋转机构电连接，所述旋转机构与摄像头（4）电连接，所述数据处理器与显示机构和联网机构电连接。
2.根据权利要求1所述的一种海面目标识别和监测系统，其特征在于，所述旋转机构包括底座（1）、支架（2）、带动齿轮（3）、摄像头（4）、推动杆（5）、主动齿轮（6）、固定杆（7）、连接齿轮（8）、驱动电机（9）、支撑板（10）、定位电机（11）、连接杆（12）、转动杆（13）、摩擦块（14）、刹车环（15）、齿条（17）、滑动板（18）和滑动杆（19），所述推动杆（5）、连接杆（12）、转动杆（13）和摩擦块（14）的数量均为两个，所述支架（2）固定安装在底座（1）上，所述定位电机（11）固定安装在底座（1）上，所述支撑板（10）固定安装在支架（2）的右侧，所述驱动电机（9）固定安装在支撑板（10）的顶部，所述连接齿轮（8）与驱动电机（9）输出轴固定连接，所述带动齿轮（3）与连接齿轮（8）相啮合，所述带动齿轮（3）的底部与支架（2）的顶部转动连接，所述刹车环（15）固定安装在带动齿轮（3）的顶部，所述摄像头（4）固定安装在带动齿轮（3）的顶部，所述主动齿轮（6）与定位电机（11）输出轴固定连接，所述齿条（17）与主动齿轮（6）固定连接，所述齿条（17）与滑动板（18）固定连接，所述滑动板（18）滑动连接在支架（2）的内侧，所述推动杆（5）与齿条（17）转动连接，所述推动杆（5）与滑动杆（19）转动连接，所述滑动杆（19）滑动连接在支架（2）的内侧，所述滑动杆（19）的顶部与摩擦块（14）的底部固定连接，所述摩擦块（14）的顶部与刹车环（15）的底部滑动接触，所述连接杆（12）与摩擦块（14）固定连接，所述固定杆（7）固定安装在支架（2）的内侧，所述固定杆（7）与转动杆（13）转动连接，所述转动杆（13）与刹车环（15）相配合。
3.根据权利要求1所述的一种海面目标识别和监测系统，其特征在于，所述显示机构包括显示模块、指示模块和报警模块，所述数据处理器与显示模块电连接，所述显示模块与指示模块电连接，所述指示模块与报警模块电连接。
4.根据权利要求1所述的一种海面目标识别和监测系统，其特征在于，所述联网机构包括联网模块和服务器，所述数据处理器与联网模块电连接，所述联网模块与服务器连接。
5.根据权利要求2所述的一种海面目标识别和监测系统，其特征在于，所述转动杆（13）的底部转动连接有转轮（22），所述转轮（22）与连接杆（12）的顶部滚动连接。
6.根据权利要求2所述的一种海面目标识别和监测系统，其特征在于，所述转动杆（13）的前侧和后侧均固定安装有扭力弹簧（16），所述扭力弹簧（16）固定安装在固定杆（7）上。
7.根据权利要求2所述的一种海面目标识别和监测系统，其特征在于，所述支架（2）的内侧固定安装有对称设置的挡板（20），所述挡板（20）的数量为两个，挡板（20）的底部固定安装有复位弹簧（21），所述复位弹簧（21）的底端与滑动杆（19）固定连接。
8.根据权利要求2所述的一种海面目标识别和监测系统，其特征在于，所述转动杆（13）的顶部固定安装有护垫（23），所述护垫（23）与刹车环（15）滑动接触。
9.一种海面目标识别和监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：先将摄像头（4）固定在旋转机构内的带动齿轮（3）上，旋转机构可带动摄像头（4）旋转，来对海面进行巡视；
S2：摄像头（4）捕捉到的画面先会传输给识别模块，识别模块再对画面进行分析识别，一旦识别到垃圾或者其他物品，识别模块就会通过控制模块停止旋转机构，同时停止摄像头（4），
根据公式
Figure 2189DEST_PATH_IMAGE001
对摄像头（4）捕捉到的画面S进行垃圾识别，其中，垃圾个数c，c大于0表示识别到垃圾，n表示被摄像头（4）捕捉到的画面S切分成的块数，n=15，t表示第t块摄像头（4）捕捉到的画面S，f表示使用卷积抽取图像特征，M表示第t块摄像头（4）捕捉到的画面S前M个最大的特征值，o表示第o个最大的特征，o的取值范围为[1,M]；
S3：此时摄像头（4）再将画面传输给数据处理器，数据处理器再将画面传输给显示模块，显示模块再通过指示模块和报警模块报警；
S4：然后数据处理器再通过摄像头（4）对识别到的垃圾进行拍照，再将照片通过联网模块发送至服务器。
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Assignee: Buckfuller (Changzhou) Technology Development Co.,Ltd.

Assignor: JIANGSU RESEARCH INSTITUTE CO LTD DALIAN University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2024980004552

Denomination of invention: A sea surface target recognition and monitoring system and method

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License type: Common License

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