[發明專利]一種基于無人機的海上搜救系統及其搜救方法和控制方法

有效

• 申請號: 201810724729.1
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN109080793B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 顧禹;申家齊;徐家晨;王天真;劉卓
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: B63C9/01
• 分類號: B63C9/01;B63C9/02;B64C39/02;H04W4/02;H04W4/029;H04W4/90;G08B21/08
• 代理公司: 31332 上海互順專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 成秋麗

1.一種基于無人機的海上搜救系統的搜救方法，該海上搜救系統包括無人機、智能可穿戴設備和控制臺，所述無人機、智能可穿戴設備和控制臺兩兩之間相通訊連接；所述無人機包括無人機中央處理單元、圖像采集單元、圖像傳輸單元、紅外感應單元、投擲器單元及無人機通信單元；所述無人機中央處理單元分別與圖像采集單元、圖像傳輸單元、紅外感應單元、投擲器單元、無人機通信單元相連接；所述無人機中央處理單元包括飛行控制單元、圖像處理單元和綜合控制單元；所述飛行控制單元用于控制飛機飛行，所述圖像處理單元用于監測圖像中是否有落水者，所述綜合控制單元根據圖像處理單元的圖像處理結果、無人機通信單元接收到的指令和其他機載傳感器數據自動規劃飛行路徑并通過飛行控制單元控制飛機飛行，同時，綜合控制單元自動根據需要或指令控制電動云臺和投擲單元并通過無人機通信單元將飛機狀態和落水者信息發送給控制臺；所述圖像采集單元包括電動云臺和攝像頭，所述攝像頭將圖像發送給無人機中央處理單元處理；所述圖像傳輸單元用于直接將攝像頭所采集的圖像傳送至控制臺；所述紅外感應單元用于感應發熱物體；所述投擲單元用于投擲下落水者急需的救援物資；所述智能可穿戴設備包括穿戴設備中央處理單元、心率監測單元、體溫監測單元、GPS衛星通訊定位單元和穿戴設備通信單元；所述穿戴設備中央處理單元分別與心率監測單元、體溫監測單元、GPS衛星通訊定位單元、穿戴設備通信單元相連接；所述穿戴設備中央處理單元用于匯總所有穿戴人員信息并實時通過穿戴設備通信單元發送給控制臺；所述心率監測單元用于監測穿戴人員心率；所述體溫監測單元用于監測穿戴人員體溫；所述GPS衛星通訊定位單元用于確定穿戴人員位置；所述控制臺用于接收無人機發送的無人機信息和落水者信息、智能可穿戴設備發送的穿戴人員信息還有圖像傳輸單元發送的實時圖像信息并進行實時處理；當智能可穿戴設備與船上WIFI斷開連接時，系統向船長發出警報提示可能有船員落水，從而輔助船員盡早發現是否有人員失蹤落水；控制臺運用智能算法檢測無人機實時圖像中是否有人，從而輔助搜救人員盡快找到落水者并向無人機發送命令，投擲下救生物品延長落水者存活時間；控制臺會在頻幕上顯示落水者身體體征信息并根據此信息為搜救人員提供一些合理建議供參考，從而輔助救援人員開展更有針對性的救援措施；其特征在于，該搜救方法包括以下步驟：

步驟一：若已知落水者位置，搜救人員可以根據情況選擇直接派出艦艇前往救援或者派出艦艇的同時派出無人機先飛抵落水者處并投擲下救援物資以緩解緊急狀況；

步驟二：若落水者位置未知，無人機會請求相關人員輸入落水者可能所在的位置坐標并飛向該點；飛行途中，無人機不斷檢測是否接收到智能可穿戴設備的GPS衛星通訊位置信號或無線傳感器位置信號，若中途接收到，則立即將所得信息通過衛星通信發送到控制臺并飛向落水者投擲下救生物品；否則，無人機繼續飛向指定位置；

步驟三：無人機到達目的地后立刻根據預先設定的航跡開始飛行搜尋，機載攝像頭采集到的圖像不斷通過圖像傳輸單元發送到控制臺，同時機載圖像處理單元運用RCNN智能算法判斷圖像中是否有落水者；一旦發現落水者，無人機就根據云臺狀態判斷出落水者相對于無人機的位置并飛向落水者；控制臺實時處理無人機傳輸來的圖像信息，運用RCNN智能算法判斷圖像中是否有落水者，發現落水者則將其位置框出并提示屏幕前的搜救人員確認；經搜救人員確認后，無人機投擲下救援物資并向控制臺發送落水者身體體征信息和位置等信息；最后飛機返航，搜救人員根據落水者身體體征信息信息采取針對性措施，派出船舶將落水者救起；

步驟四：當落水者未佩戴智能可穿戴設備時，系統直接執行步驟二和步驟三。

2.一種基于無人機的海上搜救系統的控制方法，該海上搜救系統包括無人機、智能可穿戴設備和控制臺，所述無人機、智能可穿戴設備和控制臺兩兩之間相通訊連接；所述無人機包括無人機中央處理單元、圖像采集單元、圖像傳輸單元、紅外感應單元、投擲器單元及無人機通信單元；所述無人機中央處理單元分別與圖像采集單元、圖像傳輸單元、紅外感應單元、投擲器單元、無人機通信單元相連接；所述無人機中央處理單元包括飛行控制單元、圖像處理單元和綜合控制單元；所述飛行控制單元用于控制飛機飛行，所述圖像處理單元用于監測圖像中是否有落水者，所述綜合控制單元根據圖像處理單元的圖像處理結果、無人機通信單元接收到的指令和其他機載傳感器數據自動規劃飛行路徑并通過飛行控制單元控制飛機飛行，同時，綜合控制單元自動根據需要或指令控制電動云臺和投擲單元并通過無人機通信單元將飛機狀態和落水者信息發送給控制臺；所述圖像采集單元包括電動云臺和攝像頭，所述攝像頭將圖像發送給無人機中央處理單元處理；所述圖像傳輸單元用于直接將攝像頭所采集的圖像傳送至控制臺；所述紅外感應單元用于感應發熱物體；所述投擲單元用于投擲下落水者急需的救援物資；所述智能可穿戴設備包括穿戴設備中央處理單元、心率監測單元、體溫監測單元、GPS衛星通訊定位單元和穿戴設備通信單元；所述穿戴設備中央處理單元分別與心率監測單元、體溫監測單元、GPS衛星通訊定位單元、穿戴設備通信單元相連接；所述穿戴設備中央處理單元用于匯總所有穿戴人員信息并實時通過穿戴設備通信單元發送給控制臺；所述心率監測單元用于監測穿戴人員心率；所述體溫監測單元用于監測穿戴人員體溫；所述GPS衛星通訊定位單元用于確定穿戴人員位置；所述控制臺用于接收無人機發送的無人機信息和落水者信息、智能可穿戴設備發送的穿戴人員信息還有圖像傳輸單元發送的實時圖像信息并進行實時處理；當智能可穿戴設備與船上WIFI斷開連接時，系統向船長發出警報提示可能有船員落水，從而輔助船員盡早發現是否有人員失蹤落水；控制臺運用智能算法檢測無人機實時圖像中是否有人，從而輔助搜救人員盡快找到落水者并向無人機發送命令，投擲下救生物品延長落水者存活時間；控制臺會在頻幕上顯示落水者身體體征信息并根據此信息為搜救人員提供一些合理建議供參考，從而輔助救援人員開展更有針對性的救援措施；其特征在于，該控制方法包括以下步驟：

步驟一：開啟海上搜救系統，海上搜救系統進行初始化；

步驟二：控制臺實時檢測是否有智能可穿戴設備與船上WIFI斷開連接；如果沒有，控制臺繼續實時檢測；如果有，則執行步驟三；

步驟三：控制臺向相關人員發出警報并提供失聯者的身份信息，同時控制無人機進入待命狀態，相關人員通過控制臺提供的信息確認該人員是否失聯；如果確認沒有失聯，控制臺將不發出搜救命令，取消警報；如果確認失聯，則執行步驟四；

步驟四：控制臺向無人機發出搜救命令，無人機起飛，無人機會請求相關人員輸入落水者可能所在的位置坐標并飛向該點；飛行途中，無人機不斷檢測是否接收到智能可穿戴設備的GPS衛星通訊位置信號或無線傳感器位置信號，若中途接收到，則立即將所得信息通過衛星通信發送到控制臺并飛向落水者位置，則執行步驟六；否則，無人機繼續飛向指定位置；

步驟五：無人機到達目的地后立刻根據預先設定的航跡開始飛行搜尋，機載攝像頭采集到的圖像不斷通過圖像傳輸單元發送到控制臺，同時機載圖像處理單元運用RCNN智能算法判斷圖像中是否有落水者；如果未發現落水者，無人機繼續根據預先設定的航跡開始飛行搜尋；如果發現落水者，則執行步驟六；

步驟六：無人機根據云臺狀態判斷出落水者相對于無人機的位置，無人機投擲下救援物資并向控制臺發送落水者身體體征信息和位置信息；最后飛機返航，搜救人員根據落水者身體體征信息信息采取針對性措施，派出船舶將落水者救起。