CN115865164A - 基于垂直起降固定翼无人机的海上救援装备应急投放方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于垂直起降固定翼无人机的海上救援装备应急投放方法，包括，获取待救援位置，根据待救援位置，组建自组网，根据自组网中的空载节点获取待救援信息，并根据待救援信息，根据待救援信息进行海上救援装备分配，将装载有分配后海上救援装备的船载垂直起降无人机加入自组网，根据加入后的自组网进行路径规划，根据路径规划结果对海上救援装备进行应急投放。

Description

基于垂直起降固定翼无人机的海上救援装备应急投放方法

技术领域

本发明涉及海上救援技术领域，特别涉及基于垂直起降固定翼无人机的海上救援装备应急投放方法。

背景技术

AIS是各国获取辖区航行船舶信息的重要方式，岸基AIS基站可以实现沿海30海里范围船舶航行数据的获取，但是难以覆盖远海区域。进而出现了卫星AIS技术。卫星AIS系统通过低轨道的卫星接收船舶发送的AIS报文信息，利用卫星按预定轨道运行的规律和信息中继能力，将接收到的船舶AIS报文信息转发给相应的地面站，从而让陆地管理机构掌握船舶的相关动态信息，其不受海平面影响。系统运行时，若地面站就在当前卫星覆盖范围内，信息就被立即转发到地面站，否则文件将由卫星固态存储器保存，等待卫星飞临地面站上空时再被转发。因此卫星AIS具备全球海域监控的能力，但其属于非实时通信，即系统对船舶位置的覆盖不是一直持续的。同时海巡平台及空巡平台由于使用卫星通信装备，目前不具备实时的超远距离卫星通信能力。现有技术中无法保证救援过程中的实时通信，当出现紧急情况时，无法做到海上救援装备快速投放。

发明内容

为解决上述现有技术中所存在的问题，本发明提供基于垂直起降固定翼无人机的海上救援装备应急投放方法，能够保证待救援信息的实时通信及监测，同时能够对海上救援装备进行快速投放。

为实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：

基于垂直起降固定翼无人机的海上救援装备应急投放方法，包括：

获取待救援位置，根据待救援位置，组建自组网，根据自组网中的空载节点获取待救援信息，并根据待救援信息，根据待救援信息进行海上救援装备分配，将装载有分配后海上救援装备的垂直起降固定翼无人机加入自组网，根据加入后的自组网进行路径规划，根据路径规划结果对海上救援装备进行应急投放。

可选的，获取待救援位置的过程包括：

通过卫星AIS系统将船舶位置传输给地面站，地面站对所述船舶位置进行分析处理，生成待救援位置。

可选的，组建自组网的过程包括：

根据所述待救援位置，获取通信区域，根据通信区域筛选船载移动基站、空载移动基站，并将筛选后的移动基站作为通信节点，不同通信节点进行通信连接，生成自组网。

可选的，获取待救援信息的过程包括：

将搭载有雷达及相机的垂直起降固定翼无人机作为节点加入自组网作为空载节点，并根据待救援位置进行移动，在移动达到位置进行监测及识别，并根据监测及识别结果进行移动监测，得到实时位置及实时图像，其中所述待救援信息包括实时位置及实时图像。

可选的，海上救援装备分配的过程包括：

对待救援信息进行识别，对识别结果进行统计，根据统计结果进行海上救援装备分配。

可选的，进行路径规划的过程包括：

对所述待救援信息中的位置信息进行回归分析；获取船载垂直起降无人机的飞行速度，根据回归分析结果及飞行速度，得到投放位置，并根据投放位置得到飞行方向，基于飞行方向及飞行速度以实现路径规划。

可选的，获取待救援信息后还包括：

通过自组网中的节点对待救援信息进行广播，得到救援船只，将所述救援船只加入自组网。

可选的，空载节点搭载有AIS，并在移动达到位置通过相机拍摄图像，并通过深度学习模型对拍摄的图像进行识别，在识别后，通过预先搭载的应急救生装备进行救援。

本发明具有如下技术效果：

通过上述技术方案，本发明通过组建自组网进行实时救援过程中的实时通信及信息监测，并在监测完成后，对海上救援装备合理分配，保证海上救援装备的投放有效性，通过船载垂直起降无人机并进行相关路径规划提升投放准确性和快速投放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决在现有技术中存在的问题，本发明提供了如下方案：

如图1所述，本发明提供了一种基于垂直起降固定翼无人机的海上救援装备应急投放方法，该方法通过卫星AIS技术查找接收事故船只位置，并在查找完成后，通过相关区域的不同类型的基站，组件形成自组网络，通过自组网实时通信，同时将相关监测设备加入自组网，通过相关监测设备对事故船只位置监测及事故信息的查找监测，查找后，将该位置的相关信息传输给地面指挥中心，地面指挥中心根据事故信息即待救援信息进行救援装备分配，通过船载垂直起降无人机装载相关救援装置并加入自组网进行海上装备的快速投放。

本发明上述方法具体包括：通过地面基站接收从搭载于卫星上的AIS收发设备发送事故船只位置，事故船只位置通过船载AIS系统进行获取，地面基站接收到事故船舶位置后，传输给指挥中心，指挥中心将该位置为中心，以预定范围为半径，确定为待救援位置，预定范围可根据专业人员或者先验知识进行确定。

确定待救援位置后，将指挥中心位置及待救援位置中心为端点，设置线段，并以线段为基础，将距离该线段预设范围内的区域，作为通信区域，并对通信区域内的不同类型的基站进行统计规划，将统计后的基站作为通信节点，在通信节点确定后，建立不同节点之间的通信，组建自组网，在自组网中，地面基站同样作为自组网的一个通信节点，同时需要相距待救援位置中心的10公里内存在一个或多个通信节点。

不同类型的基站包括船载移动基站、空载移动基站、岛礁基站及地面基站，船载移动基站为搭载视距自组网基站节点的海巡船艇平台，空载移动基站为搭载视距自组网基站节点的海巡无人机平台，移动基站节点中均包括通话中继设备及链路中继设备，两种中继设备组成一个网络节点，通话中继承担半双工常规同频同播覆盖工作，链路中继承担基站之间自动组网链接工作，各网络节点彼此链接实现组网覆盖。自组网网络节点间隔50公里时，通信速率仍可达10Mbps，能够有效实现实时通信。在组建自组网的过程中，对不同基站进行一定的距离约束，即链接后的通信节点距离不超出50公里，无法满足约束时，通过指挥中心对不同船舶的位置进行确定，确定后，对船舶移动基站及空载移动基站的位置进行调整，调整时，将调整好的位置数据传输给对应的设备，进行位置调整，当通过调整后无法组建成一个自组网即当该区域内基站不足时，可以在巡视船舶中预先设置搭载有中继设备的无人机作为空载移动基站，出现上述情况时，运行空载移动基站到指定位置进而形成临时网络节点，提供自组网的通信，无人机采用垂直起降固定翼无人机作为空载移动基站载体，可以舰载垂直起降，可进行高速飞行快速搭建自组网、同时长航时运行保证自组网的组建时间长、长距离巡航保证达到制定位置。同时在通信区域的基础上扩大一定的搜索范围，将相关的搭载中继设备的船舶控制移动到通信区域，并运行搭载的空载移动基站，或者直接从岸边调度相关船舶移动基站进行自组网的组建，通过上述方式增加网络节点数量，进而有效组建自组网。

在自组网组建完成后，将搭载有雷达及相机的垂直起降固定翼无人机即监测无人机添加到自组网中，垂直起降固定翼无人机作为检测无人机可以舰载垂直起降，且可以像固定翼飞机一样高速、长航时、长距离巡航，相比较常规垂直起降无人机(速度慢、载荷小、航程短)具有较大优势。同时，无人机载有AIS设备，克服地球曲率，将AIS收发范围扩大，以便更广泛的获取海上船舶信息以实现船舶信息的快速监测。

该无人机中同样搭载有中继设备，在添加进自组网之后，运行该无人机飞行移动至待救援位置中心位置，以待救援位置为监测区域，通过雷达对该区域内的物体进行监测，并将监测结果通过自组网传输给地面基站，监测过程中，拍摄监测区域内的视频，并在监测出物体时，分析雷达上显示的物体相较于雷达的位置，向物体位置移动，直到移动到水平方向相距物体1-3米的位置，移动完成后，识别物体的类别，类别通过深度学习神经网络进行识别，当识别结果为事故船只或者事故人员时，回传该事故船只或事故人员位置及相关视频图像给地面基站，识别后在雷达上对该点进行对应类别及无人机编号标记，并进行目标识别追踪，当识别后并不是事故船只或事故人员则对该点标记为非事故，并对向其他点移动，事故船只与事故人员发生移动时，无人机实时分析雷达上显示的标记物体相较于雷达的位置，保持相距物体水平1-3米位置。在监测过程中，需要若干个监测无人机，当雷达上对应点已出现标记，对应无人机编号的无人机继续监测，其他无人机搜索未标记点位置。在追踪监测过程中，确定为事故人员类别后，可垂直起降固定翼无人机预先搭载少量救援设备通过激光瞄准设备进行投放，同时指挥中心可通过自组网发送指令控制无人机进行投放。

在生成待救援信息后，通过自组网中的节点对待救援信息对附近海域进行广播，当附近船只接收并响应广播后未做救援船只接入自组网对附近海域进行广播及通信或者根据自组网中传输中的数据参加救援。

无人机中搭载的深度学习网络采用包括3层卷积模块，2个全连接层的卷积神经网络，其结构简单运行速度快，同时在指挥中心处设置ResNet-50神经网络及卷积神经网络，通过对ResNet-50神经网络进行训练，将训练完成后的ResNet-50神经网络指导卷积神经网络进行训练，其过程为输入图像通过ResNet-50神经网络进行识别，并将ResNet-50神经网络的识别结果及图像作为训练集对神经网络进行训练，通过不断的训练，提升卷积神经网络的识别精度，在指挥中心处训练完成后，将训练完成的卷积神经网络的网络参数传输给无人机，将无人机内搭载的卷积神经网络进行更新，该过程提升卷积神经网络的识别精度，减少在无人机神经网络的训练量进而减少其运算量。

追踪监测后，对监测识别结果进行统计，统计事故人员数量及位置，对应人员数据及位置分配充足的海上救援装备，在不同位置下每个位置分配一个或多个装备，同时根据每个位置下的人员数量分配能够承载或救援的装备，在装载过程中，一个位置下的救援装备分配到一个或多个船载垂直起降无人机，但是不需要一个船载垂直起降无人机输送多位置救援装备。

将分配好的海上救援装备装载于船载垂直起降无人机，在运行移动船载垂直起降无人机之前，需要对船载垂直起降无人机进行路径规划，在自组网中，获取事故船舶或事故人员的位置，并根据事故船舶或事故人员的位置对船载垂直起降无人机进行路径规划，通过对事故船舶或事故人员的位置分析，绘制该位置在不同时刻的移动轨迹，并对移动轨迹进行回归分析，生成预测曲线。对船载垂直起降无人机的速度进行设置，设置好后，对移动轨迹中的预测曲线中不同时间下的位置进行计算，并对无人机不同时间下能够达到的位置进行计算，根据上述计算结果，计算无人机达到位置与移动轨迹中的位置第一次相同的时间，并根据该时间确定投放位置，投放位置确定后，根据投放位置，确定飞行方向，根据飞行方向及飞行速度控制无人机进行飞行移动，当达到投放位置时，通过自组网向地面基站返回位置信息，并在达到投放位置后对海上救援装备进行投放，投放后根据先前路径进行返回，监测无人机继续监测，直到相关人员控制撤回，相关人员达到后，在确定事故人员无误后，对识别的非事故物体进行查看。

为了更精准投放，船载垂直起降固定翼无人机搭载定位设备，通过自组网与监测无人机进行相关位置的通信，并在到达投放位置时，根据监测无人机的位置控制船载垂直起降无人机向监测无人机进行靠拢，靠拢过程中，与监测无人机进行距离判断，当所述距离判断小于一定阈值时，利用激光瞄准装置进行应急救生装备(淡水、充气式游泳圈、压缩食物、信号发射器、传呼机终端等)的高准确度、快速投放，在投放的无人机飞行前，设置监测无人机编号及通信地址使之与监测无人机构建通信联系,在海上事故救援中，具有及时性强，快速到达，拯救生命的重要作用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.基于垂直起降固定翼无人机的海上救援装备应急投放方法，其特征在于，包括：

获取待救援位置，根据待救援位置，组建自组网，根据自组网中的空载节点获取待救援信息，并根据待救援信息，根据待救援信息进行海上救援装备分配，将装载有分配后海上救援装备的垂直起降固定翼无人机加入自组网，根据加入后的自组网进行路径规划，根据路径规划结果对海上救援装备进行应急投放。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

获取待救援位置的过程包括：

通过卫星AIS系统将船舶位置传输给地面站，地面站对所述船舶位置进行分析处理，生成待救援位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

组建自组网的过程包括：

根据所述待救援位置，获取通信区域，根据通信区域筛选船载移动基站、空载移动基站，并将筛选后的移动基站作为通信节点，不同通信节点进行通信连接，生成自组网。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

获取待救援信息的过程包括：

将搭载有雷达及相机的垂直起降固定翼无人机作为节点加入自组网作为空载节点，并根据待救援位置进行移动，在移动达到位置进行监测及识别，并根据监测及识别结果进行移动监测，得到实时位置及实时图像，其中所述待救援信息包括实时位置及实时图像。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

海上救援装备分配的过程包括：

对待救援信息进行识别，对识别结果进行统计，根据统计结果进行海上救援装备分配。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

进行路径规划的过程包括：

对所述待救援信息中的位置信息进行回归分析；获取船载垂直起降无人机的飞行速度，根据回归分析结果及飞行速度，得到投放位置，并根据投放位置得到飞行方向，基于飞行方向及飞行速度以实现路径规划。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

获取待救援信息后还包括：

通过自组网中的节点对待救援信息进行广播，得到救援船只，将所述救援船只加入自组网。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

空载节点搭载有AIS，并在移动达到位置通过相机拍摄图像，并通过深度学习模型对拍摄的图像进行识别，在识别后，通过预先搭载的应急救生装备进行救援。

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