本發(fā)明屬于港口實(shí)景監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)及方法，具體涉及一種基于無人機(jī)平臺(tái)的港口實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展對河運(yùn)、海運(yùn)的依賴性也日益提高，使得港口成為了大型貨運(yùn)物流周轉(zhuǎn)核心。港口的規(guī)模日益擴(kuò)大，其安全管理要求也愈發(fā)嚴(yán)格?，F(xiàn)代港口包括船只停泊區(qū)、貨物裝卸區(qū)、貨物堆場區(qū)、公共設(shè)施區(qū)等，尤其是港口大型起重機(jī)，其安全規(guī)范要求較高，設(shè)備的安全運(yùn)行關(guān)系著港口企業(yè)的命脈。此外，各個(gè)區(qū)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備昂貴且種類多樣化，對防火、防盜等也有著相應(yīng)的嚴(yán)格要求?，F(xiàn)階段港口的實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控產(chǎn)品設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控設(shè)備，但是存在以下缺陷：

(1)港口面積大，區(qū)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜，監(jiān)控布點(diǎn)分布數(shù)量多且難度大，難免會(huì)存在布點(diǎn)與視覺盲區(qū)，無法達(dá)到港口監(jiān)控全覆蓋；

(2)傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控產(chǎn)品設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控設(shè)備的攝像頭安裝好之后無法移動(dòng)只能在一定限度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，無法跟隨移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤監(jiān)控；

(3)港口緊挨河流、海灣，水汽重濕度大，容易產(chǎn)生大霧天氣，加之隨著工業(yè)化進(jìn)程產(chǎn)生的霧霾天氣問題。從而降低監(jiān)控設(shè)備的能見度與圖像對比度，顯示較低的畫面品質(zhì)等問題，監(jiān)控設(shè)備的實(shí)用性受到了很大的影響；

(4)由于港口所處環(huán)境惡劣，常年處于高溫度、高濕度、高鹽霧環(huán)境下的監(jiān)控電子設(shè)備容易產(chǎn)生損傷，其更新?lián)Q代過程需要耗費(fèi)大量人力物力財(cái)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于無人機(jī)平臺(tái)的港口實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是：一種基于無人機(jī)平臺(tái)的港口實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：包括無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)與地面指揮測控分系統(tǒng)；所述無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)對港口各區(qū)域進(jìn)行全方位、零死角、近距離、可跟蹤目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；所述地面指揮測控分系統(tǒng)用于控制所述無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)工作，并接收、分析所述無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)采集的信息。

本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是：一種基于無人機(jī)平臺(tái)的港口實(shí)景監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：對港口的監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行劃分并在各區(qū)域設(shè)置地面中轉(zhuǎn)站，以供無人機(jī)進(jìn)行起飛降落、充電和檢測維護(hù)；

步驟2：地面計(jì)算機(jī)根據(jù)無人機(jī)平臺(tái)機(jī)身的實(shí)際尺寸與目標(biāo)港口的實(shí)際區(qū)域設(shè)施布局分別在三維繪圖軟件（如ug、solidworks）中繪制各自相對應(yīng)的三維模型，并將兩種三維模型進(jìn)行裝配結(jié)合；在結(jié)合后的三維模型中根據(jù)監(jiān)控要求對無人機(jī)的預(yù)期飛行參數(shù)、航行路線與任務(wù)載荷的工作內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃；

步驟3：地面中轉(zhuǎn)站將無人機(jī)的狀態(tài)信息發(fā)送給地面計(jì)算機(jī)，地面計(jì)算機(jī)判斷無人機(jī)是否滿足執(zhí)行飛行任務(wù)的條件；當(dāng)確認(rèn)無人機(jī)分系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒后，地面控制器對無人機(jī)的飛行控制模塊發(fā)出命令，開始執(zhí)行飛行監(jiān)控任務(wù)；

步驟4：無人機(jī)按規(guī)劃的航線飛行，通過各個(gè)螺旋槳的速度控制與步進(jìn)電機(jī)控制云臺(tái)的俯仰與旋轉(zhuǎn)相互協(xié)同配合，采集需監(jiān)控區(qū)域或物體的圖像信息并傳送至地面計(jì)算機(jī)；

步驟5：地面計(jì)算機(jī)將接收到的圖像文件傳送至港口管理部門進(jìn)行使用；

步驟6：完成監(jiān)控飛行任務(wù)后，無人機(jī)降落在各自監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的地面中轉(zhuǎn)站，進(jìn)行充電和檢測維護(hù)，保障下次飛行任務(wù)。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，不受外部環(huán)境、時(shí)間和空間的限制。解決現(xiàn)有的傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備存在的缺陷問題，可以達(dá)到以下效果：

(1)對傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控產(chǎn)品設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控設(shè)備無法監(jiān)控的盲區(qū)進(jìn)行監(jiān)控，達(dá)到港口無死角全方位的監(jiān)控要求；

(2)無人機(jī)平臺(tái)可以飛至高空，對港口整體進(jìn)行全局航拍，得到該港口整體的運(yùn)行情況。也可近距離對移動(dòng)的行人、車輛、貨物裝卸設(shè)備、船只等物體進(jìn)行跟蹤監(jiān)控；

(3)當(dāng)執(zhí)行監(jiān)控任務(wù)時(shí)遇到水汽高、濕度高和霧霾等能見度低的監(jiān)控環(huán)境，高清攝像頭采集的圖像畫質(zhì)較低無法達(dá)到監(jiān)控圖像要求，此時(shí)可縮短拍攝距離執(zhí)行拍攝任務(wù)，得到清晰的圖像畫質(zhì)；

(4)當(dāng)夜晚無法使用高清攝像頭時(shí)，無人機(jī)搭載的紅外攝像頭采集的紅外圖像可判斷是否存在行跡可疑者，以及若有火災(zāi)隱患也可由紅外圖像觀察到異常發(fā)熱點(diǎn)，達(dá)到港口的防火防盜規(guī)范要求；

(5)無人機(jī)有固定對應(yīng)的地面中轉(zhuǎn)站進(jìn)行起飛降落任務(wù)，其設(shè)備的更新維護(hù)工作相較于傳統(tǒng)更加集中與方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)原理圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請見圖1，本發(fā)明提供的一種基于無人機(jī)平臺(tái)的港口實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)，包括無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)與地面指揮測控分系統(tǒng)；無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)對港口各區(qū)域進(jìn)行全方位、零死角、近距離、可跟蹤目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；地面指揮測控分系統(tǒng)用于控制無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)工作，并接收、分析無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)采集的信息。

無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)為四旋翼無人機(jī)，四旋翼無人機(jī)包括飛行控制模塊、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊、飛行導(dǎo)航模塊、電力供給模塊和監(jiān)控模塊；

動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊包括順序連接的信息處理單元、伺服作動(dòng)器、舵機(jī)和電機(jī)；飛行控制模塊與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊的信息處理單元連接，伺服作動(dòng)器通過飛行控制模塊發(fā)出的命令控制舵機(jī)，從而對連接各個(gè)旋翼的電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)不同姿態(tài)的飛行任務(wù)；

飛行導(dǎo)航模塊包括信息處理單元、gps導(dǎo)航儀、超聲波測距傳感器、三軸速率陀螺儀；飛行控制模塊與飛行導(dǎo)航模塊的信息處理單元連接，信息處理單元分別與gps導(dǎo)航儀、超聲波測距傳感器和三軸速率陀螺儀連接；gps導(dǎo)航儀實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的精準(zhǔn)定位；超聲波測距傳感器通過對無人機(jī)機(jī)身附近可能出現(xiàn)非預(yù)期性障礙物的位置進(jìn)行反饋，完成即時(shí)避障；三軸速率陀螺儀確保無人機(jī)按預(yù)期的飛行參數(shù)與姿態(tài)飛行；

監(jiān)控模塊包括高精度陀螺儀、高清攝像頭、紅外攝像頭和信號(hào)發(fā)生器；監(jiān)控模塊通過信號(hào)發(fā)生器與地面指揮測控分系統(tǒng)連接，在地面指揮測控分系統(tǒng)控制下工作；監(jiān)控模塊安裝于四旋翼無人機(jī)機(jī)身的下部，通過云臺(tái)上的高精度陀螺儀隔離機(jī)身運(yùn)行擾動(dòng)，防止產(chǎn)生抖動(dòng)或因視場角受限制而造成采集圖像的不清晰或不全面的問題；當(dāng)執(zhí)行巡檢監(jiān)控任務(wù)時(shí)，云臺(tái)能調(diào)整其傾斜與俯仰的姿態(tài)，使高清攝像頭與紅外攝像頭對準(zhǔn)需監(jiān)控區(qū)域或位置；

電力供給模塊為無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)提供電力。

地面指揮測控分系統(tǒng)包括地面中轉(zhuǎn)站、計(jì)算機(jī)與控制器；地面中轉(zhuǎn)站設(shè)置于港口若干個(gè)待監(jiān)控區(qū)域中，為無人機(jī)提供一個(gè)可起飛降落、充電、檢測維護(hù)的平臺(tái)，并將無人機(jī)的狀態(tài)信息發(fā)送給地面計(jì)算機(jī)；地面計(jì)算機(jī)根據(jù)無人機(jī)平臺(tái)機(jī)身的實(shí)際尺寸與目標(biāo)港口的實(shí)際區(qū)域設(shè)施布局分別在三維繪圖軟件（如ug、solidworks）中繪制各自相對應(yīng)的三維模型，并將兩種三維模型進(jìn)行裝配結(jié)合；地面計(jì)算機(jī)用于對傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控盲點(diǎn)、需近距離監(jiān)控的移動(dòng)物體或因天氣原因傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備無法看清的位置，以此對無人機(jī)的預(yù)期飛行參數(shù)、路線與任務(wù)載荷工作進(jìn)行規(guī)劃；地面控制器對無人機(jī)進(jìn)行起降操縱、飛行航路控制、任務(wù)載荷控制以及數(shù)據(jù)鏈控制。

本實(shí)施例的地面中轉(zhuǎn)站設(shè)置帶有色彩標(biāo)識(shí)的無人機(jī)?？奎c(diǎn)，操作人員通過無人機(jī)上的高清攝像頭觀察色彩標(biāo)識(shí)使無人機(jī)平穩(wěn)準(zhǔn)確安全的落在規(guī)定?？奎c(diǎn)，確保充電與維護(hù)工作的正常進(jìn)行。

本實(shí)施例的無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)安裝有數(shù)據(jù)傳輸無線電和飛行控制無線電電路，通過微波信號(hào)與地面控制器和地面計(jì)算機(jī)連接，進(jìn)行飛行路線規(guī)劃、控制和圖像傳輸。

本實(shí)施例的監(jiān)控模塊采用可見光高清攝像頭與紅外攝像頭相結(jié)合的監(jiān)控模式。當(dāng)監(jiān)控環(huán)境在能見度低或夜晚的情況下，高清攝像頭采集的圖像畫質(zhì)達(dá)不到監(jiān)控需求時(shí)，結(jié)合紅外攝像頭可以采集港口各區(qū)域的紅外圖像。根據(jù)紅外圖像可判斷是否存在行跡可疑者，以及若有火災(zāi)隱患也可由紅外圖像觀察到異常發(fā)熱點(diǎn)，達(dá)到港口的防火防盜規(guī)范要求。

本發(fā)明以四旋翼無人機(jī)平臺(tái)為載體，利用其結(jié)構(gòu)簡單、可懸停避障、可攜帶任務(wù)載荷的特點(diǎn)，對傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控產(chǎn)品設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控設(shè)備由于因視覺盲區(qū)、天氣環(huán)境、維護(hù)更新等因素造成的缺陷，對港口各區(qū)域進(jìn)行全方位、零死角、近距離、可跟蹤目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控任務(wù)。

請見圖2，本發(fā)明提供的一種基于無人機(jī)平臺(tái)的港口實(shí)景監(jiān)控方法，包括以下步驟：

步驟1：以目標(biāo)港口的面積大小、區(qū)域復(fù)雜程度為前提，對該港口的監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行劃分并在各區(qū)域設(shè)置地面中轉(zhuǎn)站，以供無人機(jī)進(jìn)行起飛降落、充電和檢測維護(hù)；

步驟2：地面計(jì)算機(jī)根據(jù)無人機(jī)平臺(tái)機(jī)身的實(shí)際尺寸與目標(biāo)港口的實(shí)際區(qū)域設(shè)施布局分別在三維繪圖軟件（如ug、solidworks）中繪制各自相對應(yīng)的三維模型，并將兩種三維模型進(jìn)行裝配結(jié)合；在結(jié)合后的三維模型中根據(jù)監(jiān)控要求對無人機(jī)的預(yù)期飛行參數(shù)、航行路線與任務(wù)載荷的工作內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃；

步驟3：地面中轉(zhuǎn)站將無人機(jī)的狀態(tài)信息發(fā)送給地面計(jì)算機(jī)，地面計(jì)算機(jī)判斷無人機(jī)是否滿足執(zhí)行飛行任務(wù)的條件；當(dāng)確認(rèn)無人機(jī)分系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒后，地面控制器對無人機(jī)的飛行控制模塊發(fā)出命令，開始執(zhí)行飛行監(jiān)控任務(wù)；

步驟4：無人機(jī)按規(guī)劃的航線飛行，通過各個(gè)螺旋槳的速度控制與步進(jìn)電機(jī)控制云臺(tái)的俯仰與旋轉(zhuǎn)相互協(xié)同配合，采集需監(jiān)控區(qū)域或物體的圖像信息并傳送至地面計(jì)算機(jī)；

步驟5：地面計(jì)算機(jī)將接收到的圖像文件傳送至港口的安保、技術(shù)與管理等部門進(jìn)行使用；

步驟6：完成監(jiān)控飛行任務(wù)后，無人機(jī)降落在各自監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的地面中轉(zhuǎn)站，進(jìn)行充電和檢測維護(hù)，保障下次飛行任務(wù)。

本實(shí)施例的無人機(jī)平臺(tái)分系統(tǒng)中飛行導(dǎo)航模塊的gps導(dǎo)航儀通過衛(wèi)星定位，將無人機(jī)所處三維空間的具體位置反饋回飛行控制模塊與地面指揮測控分系統(tǒng)中；地面計(jì)算機(jī)將此信息上傳至港口三維模型中，與無人機(jī)航行預(yù)期位置進(jìn)行對比判斷，保證無人機(jī)在預(yù)定航線上運(yùn)行，或判斷無人機(jī)是否降落在所屬地面中轉(zhuǎn)站的特定位置，以保證無人機(jī)進(jìn)行正常的充電與檢測維護(hù)。

本發(fā)明借鑒無人機(jī)電力巡線與橋梁巡檢技術(shù)，該技術(shù)不受空間限制，可以對傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備無法到達(dá)監(jiān)控到的死角盲點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，還可以對移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行近距離跟蹤監(jiān)控，改善惡劣天氣導(dǎo)致能見度低的問題，且具有維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。從而達(dá)到對港口各區(qū)域進(jìn)行全方位、多角度、近距離的實(shí)時(shí)監(jiān)控任務(wù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。