CN116405577A - 应用于机场智能驱鸟系统仿生学总线协议 - Google Patents

Abstract

应用于机场智能驱鸟系统仿生学总线协议，涉及航空航天、信息总线技术应用领域，其特征在于：应用仿生学构建鸟类特征点阵列，采用光电、雷达采集机场鸟群的图像信息，声采集传感器采集声音信息，通过仿生学协议在终端计算机之间远程传输并解码的形式完成鸟类信号的图像和声音特征性传输。通过UVC仿生学协议将采集的图像的参数传输，包括鸟类的体积、大小、出现频率等信息，从而减少图像或视频的识别辨析过程，提高系统快速识别的速率。声音信息通过UDP仿生学协议交互，将南北方鸟类、鸟类攻击性及鸟类其它信息进行传输，并将有针对性的播放目标鸟群的天敌叫声，同类惨叫声、噪声及枪炮声控制指令发送到强声设备，快速有效实现目标鸟群的驱离。

Description

应用于机场智能驱鸟系统仿生学总线协议

技术领域

本技术发明涉及机场、航空航天、信息总线技术等应用领域，适用于军用机场驱鸟、民用机场预警或驱鸟，针对机场或其他场景的鸟击事件防范，具体为应用于机场智能驱鸟系统仿生学总线协议。

背景技术

近年来，随着航空事业的快速发展，世界各地鸟撞事故的发生概率成明显上升趋势，重大事故时有发生，事故造成了严重的生命及财产损失，已经引起各国有关部门的高度重视。鸟击事故的频繁发生，是航空兵场站和民航机场的重点和难点问题。目前针对鸟击事故的解决方案大多采用声波、光束、化学、生物等技术手段，如煤气炮、声波驱鸟器、激光驱鸟器、驱鸟风轮、驱鸟剂、无人机驱鸟、驱鸟机器鹰等。虽然能起到一定效果，但由于缺少探测识别装置、无法预警与驱离效果评估、没有智能化算法、驱离手段单一、针对性不强、缺乏大数据分析及深度学习等原因，使得驱鸟的方案未能达到预期效果。

针对机场鸟击事件防范组建专业研发团队，继承前期复杂背景飞鸟雷达探测、光电及红外识别、鸟类特征研究、大数据统计分析、人工智能边缘计算、深度学习、声强和激光驱鸟技术等相关研究成果，采用“开放式、模块化”设计理念，可根据机场部署要求灵活搭配使用，具备“智能探测感知→数据融合处理→人工智能边缘计算→声、光多能驱赶→驱离效果评估→机器深度学习”等综合防范功能，研发了具有仿生学及光声电一体，人工智能机场探测感知及驱鸟装备，可全天候全地域适用于军、民用机场执行鸟群、无人机的探测和远程预警，智能化针对性地实施高效驱鸟，减少人员参与、降低驱鸟成本、提高识别驱离效率，对航空界的飞行安全有重要的理论实际研究意义。

伴随着现代工业逐渐向数字化方向转型，呈现出“智能化、网联化”的发展趋势。总线技术具有实时性好、可靠性高、成本低等突出特点，当前应用最广泛的通信技术。目前，总线技术在生物体的生物特征如形态、声音、味觉等传输机制并不完善，无法直接获得信息的感知，随着仿生学原理的广泛应用，以及大数据处理平台的愈发强大，生物特征的传输技术得到发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的技术的不足，提供一种应用于机场智能驱鸟系统仿生学总线协议。

本技术发明通过如下技术方案予以实现：

应用于机场智能驱鸟系统仿生学总线协议，其特征在于：应用仿生学构建鸟类特征点阵列，采用光电、雷达采集机场鸟群的图像信息，声采集传感器采集声音信息，图像信息通过UVC仿生学协议交互，声音信息通过UDP仿生学协议交互，通过仿生学协议在终端计算机之间远程传输并解码的形式完成鸟类信号的图像和声音特征性传输。鸟群目标检测图像和视频数据传输给上位机，上位机软件显示采集的图像，并将图像数据经过存储，通过UVC仿生学协议将采集的图像的参数传输，包括鸟类的体积、大小、出现频率、危险系数以及标定等信息，从而减少图像或视频的识别辨析过程，提高系统快速识别的速率。声音信息通过UDP仿生学协议交互，将南北方鸟类、鸟类攻击性及鸟类其它信息进行传输，并将有针对性的播放目标鸟群的天敌叫声，同类惨叫声、噪声及枪炮声控制指令发送到强声设备，快速有效实现目标鸟群的驱离。

所述图像传输采用UVC仿生学协议，其特征在于UVC拓扑结构包括视频流输入/输出、光电设备视频流传输控制、图像数据采集源的切换和选择控制，以及图像相关参数的处理，通过MIPI信号将采集的图像信息传送到主控，主控对图像进行编解码后，通过仿生学总线协议在传输过程中将采集的图像的参数传输，包括鸟类的体积、大小、颜色、飞行姿态、标定等信息，减少识别辨析过程，提高系统快速识别的速率。同时显示传感器采集的图像信息，实现4K数据从光电设备传输到上位机端。

所述声音传输UDP仿生学协议，其特征在于上层通过媒体封装之后发给协议传输语音包。传输层使用UDP协议，上位机通过探测识别得到鸟群信息得到驱离策略采取目标鸟群的天敌叫声，通过匹配数据库后得到叫声通过UDP协议进行传输，根据仿生学传输过程中的南北方鸟类、鸟类攻击性及鸟类其它信息，通过强声设备有针对性的播放目标鸟群的天敌叫声，同类惨叫声、噪声及枪炮声，传输过程中通过标志位选取特定的某台强声设备，通过解码对压缩后的音频信号进行解压缩进行播放，最终实现快速有效实现目标鸟群的驱离。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明通过光电设备、雷达采集鸟类图像信息，不需要安装特殊的驱动程序即可实现设备间的相互兼容，通过总线传输便可进行图像传输。保证图像传输可靠性，降低成本。

(2)采用UDP仿生学协议进行声传输，传输速度快，结构简单，系统资源要求低的优点。有效的将目标鸟群的天敌叫声传输，较快的响应系统驱离策略，快速驱离目标鸟群。

附图说明

下面结合附图和实施例对本技术发明进一步说明。

图1是图像采集总体结构图。

图2是光电设备视频信号流图。

图3是视频系统结构图。

图4是UVC仿生学协议总线图像具体传输过程。

图5是UDP仿生学协议。

图6是UVC仿生学协议总线图像传输校验。

具体实施方式

下面采用附图和实施例对本技术发明做进一步说明，此处所说明的附图用来提供对本技术发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术发明的限定。

机场智能驱鸟系统通过光电、雷达设备采集图像信息，信息上传至服务器，通过智能识别得到鸟类的体积、大小等信息，并将鸟类信息数据经过存储，处理后通过仿生学总线传输给上位机。整个图像采集系统的总体框图如图1所示，将采集的鸟类图像信息传送到主控，主控对图像进行编解码后通过仿生学总线经UVC协议将图像信息发送给上位机，上位机显示传感器采集的图像信息，从而实现4K数据从光电设备传输到上位机端高清呈现。光电设备视频信号流如图2所示，UVC设备包括一个图像控制接口和一个图像流接口，图像控制接口主要用于配置操作，让UVC设备进入不同的功能状态，图像流接口负责图像数据流传输。UVC的拓扑结构包括图像流输入/输出、光电设备图像流传输控制、图像数据采集源的切换和选择控制，以及图像相关参数的处理等。

整个图像采集系统使用模块化设计，分为图像采集模块、电源管理模块、控制处理模块、存储模块、通信模块和上位机模块。这样采用模块化的设计独立设计各部分的硬件电路便于后期的调试。为了满足本设计的图像数据传输的速度要求，在通信模块上传图像数据采用USB3.0方式，并且为了满足免驱的要求传输基于USB的UVC视频类协议。UVC协议的视频功能可以被分为单元和终端两种实体，它们分别有自己的描述符，每个单元的描述符包含了这个单元的所有信息，终端描述符则提供了所有终端的信息。具体的视频系统结构图如3所示，单元描述符和端点描述符一起描述了端点和单元的组合方式，视频的终端有输入和输出终端。

按照UVC协议的规定，在传输无压缩的视频数据时在前面加一个12B的包头，主要是包含一些传输图像的属性信息。例如其中一位指出这次传输的是图像是否是新的一帧，同时也包含了视频流传输错误标志位。对于每一次图像传输都要加上UVC的包头，UVC仿生学协议将采集的图像的参数传输，包括鸟类的体积、大小、出现频率、危险系数，具体的UVC视频数据包头格式如表1。

表1 UVC视频数据包头格式

SCR1-体积标志位，第一位为1表示有明显体态标志位，取值为0表示不确定体态特征。

SCR2-大小标志位，值取0不确定，取值为1小型鸟，取值2表示中型鸟，取值为3表示大型鸟。

SCR3-出现频率，取值1表示出现频率较高的数据，取值为0表示出现频率较低的数据。

SCR4-危险系数，值从00到FF(危险系数高)。

HLF标准域的值一直被设为12，UVC视频数据包头的长度为12，SCR和PTS标志域的值可以是任意的值，一般我们设为0，BFH标志域是一个包含图像属性和状态的域，需要根据状态的不同而设置，尤其是在每一帧图像结束时需改变域内的当前一帧结束标志位。具体的BFH域格式表2所示：

表2 BFH标志域格式

由于USB3.0图像采集系统需要传输大量的数据，在传输时本系统采用USB3.0块传输的方式，传输的最大突发为16，数据包的最大字节数为1024，一次USB3.0传输的数据量最大为16KB，图4展示UVC仿生学协议总线图像具体传输过程。机场智能驱鸟系统采用块传输，在每一次传输数据前加一个UVC的包头，一次传输16个数据包，每个数据包为1KB，在传输到最后一次时，将包头的一帧结束为EOF设为1，剩余数据传输完一帧图像传输结束等待下一帧开始。

机场智能驱鸟系统的通过探测感知、智能识别后得到具体的驱离策略，系统所采用的强声设备，基于仿生学原理通过强声设备播放目标鸟群的天敌叫声。采用UDP仿生学协议传输数据，UDP仿生学协议如图5所示，底层使用以太网帧的格式进行封包，传输层采用了UDP协议头进行了封包，头部格式相对简单、固定，协议的内部也不易修改。通过在UDP头部与原始数据之间添加自定义的协议头，用于保存传输控制信息，实现UDP的可靠传输的效果。仿生学协议头的结构如表3，在传输过程中将已知的鸟类信息分位传输，可以提高系统的驱离效率。

表3自定义协议头结构

协议号：用于标识该协议的版本，当前设置为001。

控制标志位：指示是该数据包是数据包还是控制包。

状态标志位：依次为ACK/SYN/RST/SAT，与协议号以及控制标志位结合，可以区分数据包的类型以及当前状态，用于对传输过程进行控制。前2个字节用于传输鸟类信息，后两个字节用于传输声音信息。前两个字节第一位取值为1表示鸟类信息已知是什么鸟类，取值为0表示鸟类具体是什么鸟不知道，此时第二位取值为0表示北方鸟，取值为1表示南方鸟，取值为2表示攻击性大的鸟，取值为3表示攻击性较小的鸟。后两个字节的第一位取值为1表示害怕老鹰叫声，取值为0表示害怕枪炮声，第二位取值为1表示同类惨叫声，取值为0表示其他噪声。

发送间隔：由发送间隔1和发送间隔2组成，指示终端数据包的发送间隔，单位为毫秒。发送间隔2为间隔附加信息。

分组序列号：文件的分组编号，2个字节，最多表示65535个分组，表示要发送的数据在文件中位置。

包序号：在数据传输中表示分组中的包序号，每一位对应一个数据包，能表示16个包序号；另外，在重传时可以用于指示缺失的数据包序号。

速率控制：该字段与自动速率控制相关，前两比特指示速率控制的四种状态：开始状态(00)、排空状态(01)、自动控制状态(10)以及停止状态(11)，后两比特指示网络带宽变化：带宽不变(00)、带宽减小(01)、带宽增加(10)、和丢包(11)。终端可根据该字段对发送速率进行调整。

UVC仿生学协议总线图像传输校验如图6所示，文件传输过程校验信息采用协议头的奇偶校验码，用于验证数据包的正确性。

以上所述的具体实施方法，对本技术发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术发明的具体实施方式而已，并不用于限定本技术发明的保护范围，凡在本技术发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.应用于机场智能驱鸟系统仿生学总线协议，其特征在于：应用仿生学构建鸟类特征点阵列，采用光电、雷达采集机场鸟群的图像信息，声采集传感器采集声音信息，图像信息通过UVC仿生学协议交互，声音信息通过UDP仿生学协议交互，通过仿生学协议在终端计算机之间远程传输并解码的形式完成鸟类信号的图像和声音特征性传输，鸟群目标检测图像和视频数据传输给上位机，上位机软件显示采集的图像，并将图像数据经过存储，通过UVC仿生学协议将采集的图像的参数传输，包括鸟类的体积、大小、出现频率、危险系数以及标定等信息，从而减少图像或视频的识别辨析过程，提高系统快速识别的速率，声音信息通过UDP仿生学协议交互，将南北方鸟类、鸟类攻击性及鸟类其它信息进行传输，并将有针对性的播放目标鸟群的天敌叫声，同类惨叫声、噪声及枪炮声控制指令发送到强声设备，快速有效实现目标鸟群的驱离。

2.根据权利要求1，所述图像传输采用UVC仿生学协议，其特征在于UVC拓扑结构包含视频流输入/输出、光电设备视频流传输控制、图像数据采集源的切换和选择控制，以及图像相关参数的处理，通过MIPI信号将采集的图像信息传送到主控，主控对图像进行编解码后，通过仿生学总线协议在传输过程中将采集的图像的参数传输，包括鸟类的体积、大小、出现频率、危险系数等信息，减少识别辨析过程，提高系统快速识别的速率，同时显示传感器采集的图像信息，实现4K数据从光电设备传输到上位机端。

3.根据权利要求1，所述声音传输UDP仿生学协议，其特征在于上层通过媒体封装之后发给协议传输语音包，传输层的协议使用UDP仿生学协议，上位机通过探测识别得到鸟群信息得到驱离策略采取目标鸟群的天敌叫声，通过匹配数据库后得到叫声通过UDP仿生学协议进行传输，根据仿生学传输过程中的南北方鸟类、鸟类攻击性及鸟类其它信息，通过强声设备有针对性的播放目标鸟群的天敌叫声，同类惨叫声、噪声及枪炮声，传输过程中通过标志位选取特定的某台强声设备，通过解码对压缩后的音频信号进行解压缩进行播放，最终实现快速有效实现目标鸟群的驱离。

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