一種新的水下閘門防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新的水下閘門防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，包括若干個均勻設(shè)置于水下閘門左岸和右岸的圖像聲納傳感器，還包括設(shè)置于岸上的聲納組網(wǎng)預(yù)警計算機，所述聲納組網(wǎng)預(yù)警計算機包括信息收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、融合理解模塊、集成顯示模塊、控制模塊和預(yù)警模塊。該系統(tǒng)基于聲視覺的水下探測技術(shù)，在水下閘門附近立體布防，通過多源信號融合批次處理，實現(xiàn)多目標(biāo)的運動估計、精細(xì)識別與分類，向監(jiān)控中心提供聲光預(yù)警。本發(fā)明可在遠(yuǎn)距離對蛙人、水下航行器進(jìn)行目標(biāo)識別與跟蹤，在集中監(jiān)控室進(jìn)行集成顯示與自動預(yù)警，對于大幅度提高水下安保能力具有重要作用。
【專利說明】
-種新的水下闡口防蛙人立體預(yù)譬識別系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，屬于水下閩口安保技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 水下與陸上相比是個獨特的空間，電磁波在水下的作用距離非常近，水質(zhì)渾濁時 更是一片漆黑。因此，水下對于人類來說經(jīng)常是一片黑桐空間。而運也為特種作戰(zhàn)或不對稱 戰(zhàn)爭提供了戰(zhàn)機，水下閩口等重要航道部位存在被潛水員或水下航行器突防破壞的安全風(fēng) 險，容易造成重大損失。因此，在水下閩口附近布置立體式蛙人預(yù)警識別系統(tǒng)，可在蛙人入 侵時提早發(fā)現(xiàn)、做出預(yù)警并及時處理。
[0003] 常規(guī)的圖像聲納多采用機械旋轉(zhuǎn)單波束進(jìn)行區(qū)域成像，運個工作原理適合在固定 平臺或靜態(tài)目標(biāo)成像時使用，在面對任何移動的工作平臺或移動的目標(biāo)時顯得無能為力， 因為任何運動對于單波束最終成像的時候都會導(dǎo)致錯誤。因此，需要一種能夠在靜止和移 動平臺上工作良好，適合對遠(yuǎn)距離移動蛙人的探測識別的傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系 統(tǒng)，基于聲視覺的水下探測技術(shù)，在水下閩口附近立體布防，通過多源信息融合批次處理， 實現(xiàn)多目標(biāo)的運動估計、精細(xì)識別與分類，向監(jiān)控中屯、提供聲光預(yù)警。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用W下技術(shù)方案：
[0006] -種新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，包括若干個均勻設(shè)置于水下閩口左 岸和右岸的圖像聲納傳感器，還包括設(shè)置于岸上的聲納組網(wǎng)預(yù)警計算機，所述聲納組網(wǎng)預(yù) 警計算機包括信息收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、融合理解模塊、集成顯示模塊、控制模塊和預(yù) 警模塊;所述圖像聲納傳感器的設(shè)置滿足如下條件：
[0007] min S=WXD-n ·胖2 · tan(目/2)
[000引St.各圖像聲納傳感器在水下垂直方向的掃測面積不重疊，
[0009] 其中，S表示未被圖像聲納傳感器覆蓋的面積，W表示水面寬度，D表示水下深度，η 表示圖像聲納傳感器的總個數(shù)，η為正整數(shù)，Θ表示單個圖像聲納傳感器在水下垂直方向的 掃測角度；
[0010] 所述信息收發(fā)模塊用于接收各圖像聲納傳感器的原始聲學(xué)圖像，并傳送至數(shù)據(jù)處 理模塊，還用于接收控制模塊的控制信息，并傳送至圖像聲納傳感器；
[0011] 所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對原始聲學(xué)圖像進(jìn)行并行預(yù)處理；
[0012] 所述融合理解模塊用于在并行預(yù)處理的基礎(chǔ)上，利用基于序列圖像處理技術(shù)對各 聲學(xué)圖像進(jìn)行分割和特征提取，根據(jù)提取的特征進(jìn)行水下目標(biāo)的運動估計和分類，并傳輸 至控制模塊；
[0013] 所述控制模塊用于結(jié)合各聲學(xué)圖像進(jìn)行綜合分析，并向集成顯示模塊輸出水下目 標(biāo)的特征信息與方位距離，通過預(yù)警模塊發(fā)出預(yù)警。
[0014] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圖像聲納傳感器與聲納組網(wǎng)預(yù)警計算機之間通 過電纜連接。
[0015] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圖像聲納傳感器的設(shè)置方法為:n/2個圖像聲納 傳感器均勻設(shè)置于水下閩口左岸，n/2個圖像聲納傳感器均勻設(shè)置于水下閩口右岸，且左岸 各圖像聲納傳感器設(shè)置于各自對應(yīng)的掃測角的角平分線與左岸的交點處，右岸各圖像聲納 傳感器設(shè)置于各自對應(yīng)的掃測角的角平分線與右岸的交點處，相鄰兩個掃測角與對應(yīng)的左 岸、右岸組成一平行四邊形的形狀。
[0016] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述單個圖像聲納傳感器在水下垂直方向的掃測角 度9 = 30度。
[0017] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圖像聲納傳感器的型號為Blueview M900-90二 維成像聲納。
[0018] 本發(fā)明采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：
[0019] 1、本發(fā)明新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，可在遠(yuǎn)距離對蛙人、水下航行 器進(jìn)行目標(biāo)識別與跟蹤，在集中監(jiān)控室進(jìn)行集成顯示與自動預(yù)警，對于大幅度提高水下安 保能力具有重要作用。
[0020] 2、本發(fā)明新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，圖像聲納傳感器能夠提供分辨 率極高的水下影像數(shù)據(jù)，分辨率最高可達(dá)0.25cm，能夠給用戶提供極其清晰的水下數(shù)據(jù)，特 別是在低可見度或者零可見度的水域也絲毫不受影響。
[0021] 3、本發(fā)明新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，單個圖像聲納傳感器尺寸僅為 19*10畑1，體積小，安裝非常方便。
[0022] 4、本發(fā)明新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，聲納組網(wǎng)預(yù)警處理軟件高度自 動化，用戶只需簡單的設(shè)置就能得到高精度影像數(shù)據(jù)，一方面可自動識別水下目標(biāo)，另一方 面可接受人工選擇目標(biāo)跟蹤在線學(xué)習(xí)大大降低了系統(tǒng)操作的難度，提高了工作效率，可長 期在線運行。
[0023] 5、本發(fā)明新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，主要針對蛙人目標(biāo)，除了水下 閩口安保，也可布置在海上石油平臺、海上船舶、港口碼頭等重要部位，用途廣泛。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖。
[0025] 圖2是本發(fā)明中的圖像聲納傳感器在水下布置的側(cè)視圖。
[0026] 圖3是本發(fā)明中的圖像聲納傳感器在水下布置的俯視圖。
[0027] 圖4是利用本發(fā)明新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)進(jìn)行蛙人識別的聲納圖 像實施例圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出。下面通過 參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0029] 如圖1所示，為本發(fā)明新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖，由多 臺水下圖像聲納傳感器、岸上的聲納組網(wǎng)預(yù)警計算機及運行的聲納組網(wǎng)預(yù)警處理軟件組 成，聲納組網(wǎng)預(yù)警計算機包括信息收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、融合理解模塊、集成顯示模塊、 控制模塊和預(yù)警模塊。
[0030] 采用兩側(cè)航道分層垂向布置圖像聲納傳感器，形成立體監(jiān)視網(wǎng)。各圖像聲納傳感 器節(jié)點通過水下電纜布設(shè)連接，岸上供電，聲納數(shù)據(jù)通過電纜傳送回聲納組網(wǎng)預(yù)警計算機 進(jìn)行顯示。同時，由聲納組網(wǎng)預(yù)警處理軟件進(jìn)行分析處理，識別跟蹤水下目標(biāo)。
[0031] 本發(fā)明針對100米寬、100米水深的水下閩口安保實施例，進(jìn)行圖像聲納傳感器的 布置。如圖2和圖3所示，閩口左岸沿深度垂直布置1#、3#和5#圖像聲納傳感器，右岸為2#、4# 和6姻像聲納，總計6臺聲納。從垂直面（即圖2的側(cè)視圖慮，基本覆蓋整個100米水深的閩 口掃側(cè)，只有左岸水面和右岸水底有少許盲區(qū)。從水平面（即圖3的俯視圖）看，水下目標(biāo)在 閩口前100米內(nèi)會被發(fā)現(xiàn)，中間區(qū)域?qū)儆谧笥覂砂堵暭{共同可發(fā)現(xiàn)區(qū)域。
[0032] 圖像聲納傳感器選用Blueview M900-90 2D Imaging Sonar，配置方案如下：
[0033]
[0034] 采用多波束成像聲納，一次形成許多小的聲束。運使其能夠在靜止和移動平臺上 工作良好，適合對遠(yuǎn)距離移動蛙人的探測識別。同時，能每秒產(chǎn)生多幅高分辨率的目標(biāo)圖 像，為目標(biāo)信號處理提供了理想的輸入。各圖像聲納傳感器在垂直面的掃測面積為:W2 · tan(30°/2)，其中，W表示水面寬度。
[0035] 聲納組網(wǎng)預(yù)警處理軟件集成了Blue View 2D成像聲納的數(shù)據(jù)接口，可W將全部聲 納圖像分屏顯示在屏幕上。同時，通過多源信號并行處理算法，實現(xiàn)可疑目標(biāo)的檢測、識別 與分類。
[0036] 具體的蛙人檢測識別過程：同步獲取全部聲納傳感器的原始聲學(xué)圖像，對原始圖 像進(jìn)行并行預(yù)處理，包括背景干擾噪聲濾除;然后基于序列圖像處理技術(shù)對單個聲納的聲 學(xué)圖像進(jìn)行分割;將分割后的目標(biāo)圖像進(jìn)行特征提??；當(dāng)特征量復(fù)合識別要求時，進(jìn)行運動 估計與目標(biāo)分類;再結(jié)合多個聲納信息源數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，輸出目標(biāo)關(guān)鍵信息，做出預(yù) 警。
[0037] 本發(fā)明除了針對蛙人的數(shù)據(jù)分析及目標(biāo)跟蹤，還具有易于使用的選擇控制和實時 數(shù)據(jù)訪問，使用戶能夠手動輔助設(shè)置，跟蹤、監(jiān)控和多個目標(biāo)同時進(jìn)行分類。
[0038] 如圖4所示，是利用本發(fā)明新的水下閩口防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)進(jìn)行蛙人識別 的聲納圖像實施例圖，可W極好的識別出蛙人目標(biāo)。P900-130Sona;r Imaging Diver Walking on Pipeline Mattress表示P900-130多波束前視聲納檢測到的聲納成像中有一 潛水員在管道床墊上行走的圖像。
[0039] W上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能W此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種新的水下閘門防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，其特征在于，包括若干個均勻設(shè)置于 水下閘門左岸和右岸的圖像聲納傳感器，還包括設(shè)置于岸上的聲納組網(wǎng)預(yù)警計算機，所述 聲納組網(wǎng)預(yù)警計算機包括信息收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、融合理解模塊、集成顯示模塊、控 制模塊和預(yù)警模塊;所述圖像聲納傳感器的設(shè)置滿足如下條件： min S=ff XD-n · ff2 · tan(0/2), st.各圖像聲納傳感器在水下垂直方向的掃測面積不重疊 其中，S表示未被圖像聲納傳感器覆蓋的面積，W表示水面寬度，D表示水下深度，η表示 圖像聲納傳感器的總個數(shù)，η為正整數(shù)，Θ表示單個圖像聲納傳感器在水下垂直方向的掃測 角度； 所述信息收發(fā)模塊用于接收各圖像聲納傳感器的原始聲學(xué)圖像，并傳送至數(shù)據(jù)處理模 塊，還用于接收控制模塊的控制信息，并傳送至圖像聲納傳感器； 所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對原始聲學(xué)圖像進(jìn)行并行預(yù)處理； 所述融合理解模塊用于在并行預(yù)處理的基礎(chǔ)上，利用基于序列圖像處理技術(shù)對各聲學(xué) 圖像進(jìn)行分割和特征提取，根據(jù)提取的特征進(jìn)行水下目標(biāo)的運動估計和分類，并傳輸至控 制豐吳塊； 所述控制模塊用于結(jié)合各聲學(xué)圖像進(jìn)行綜合分析，并向集成顯示模塊輸出水下目標(biāo)的 特征信息與方位距離，通過預(yù)警模塊發(fā)出預(yù)警。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述新的水下閘門防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像 聲納傳感器與聲納組網(wǎng)預(yù)警計算機之間通過電纜連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述新的水下閘門防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像 聲納傳感器的設(shè)置方法為:η/2個圖像聲納傳感器均勻設(shè)置于水下閘門左岸，η/2個圖像聲 納傳感器均勻設(shè)置于水下閘門右岸，且左岸各圖像聲納傳感器設(shè)置于各自對應(yīng)的掃測角的 角平分線與左岸的交點處，右岸各圖像聲納傳感器設(shè)置于各自對應(yīng)的掃測角的角平分線與 右岸的交點處，相鄰兩個掃測角與對應(yīng)的左岸、右岸組成一平行四邊形的形狀。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述新的水下閘門防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，其特征在于，所述單個 圖像聲納傳感器在水下垂直方向的掃測角度θ = 30度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述新的水下閘門防蛙人立體預(yù)警識別系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像 聲納傳感器的型號為Blueview Μ900-90二維成像聲納。
【文檔編號】G01S15/89GK105824024SQ201610292494
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】徐鵬飛, 鄭金海, 管大為
【申請人】河海大學(xué)