CN110908394A - 一种海事水域污染监管无人机***及监管方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种海事水域污染监管无人机***及监管方法,包括:用于能够有效防水、在雨环境下正常作业飞行的无人机;用于对巡航水域进行拍摄的图像采集器;用于测量所述无人机距离水面垂直高度的高度感应器;用于对采集的巡航水域的图片或视频信息进行处理的地面数据处理终端和用于接收信息传输模块发出的无线信号的地面工作站;本发明采用防水无人机加载图像采集器和多光谱成像仪采集巡航水域进行图像采集,并在地面数据处理终端对采集的图像进行处理,最终快速准确的计算出巡航水域被污染的水体,且通过GPS模块迅速得到被污染水体的经纬度,便于快速锁定污染水体,快速得到有效治理。
Description
技术领域
本发明实施例涉及海事水域污染监管技术领域,具体涉及一种海事水域污染监管无人机***及监管方法。
背景技术
随着世界海运贸易量的不断增长,船舶数量也在不断增加,从而导致船舶常规污染船舶污水、船舶垃圾、船舶废气等也不断增加。其中船舶含油污水对水质的污染尤其严重,对此,国际海事组织也出台了各种法律、法规来制止船舶含油污水的肆意排放,但目前的排油监控设备和监督措施尚不完善,难以及时发现,进而快速清除含油污水,目前迫切需要一种灵活机动、迅速有效的方案以尽快发现船舶油污排放。
无人机航测遥感技术是继卫星遥感、大飞机遥感之后发展起来的一项新型航空遥感技术,具有广阔视角、高效快速、精细准确、作业成本低,成果直观,适用范围广、生产周期短等特点,能够实时获得所需监控区域的图像资料。然而,目前无人机无法快速准确的发现污染水域,也不能准确的计算污染面积。
发明内容
为此,本发明实施例提供一种海事水域污染监管无人机***及监管方法,以解决现有技术中由于不能快速发现并计算污染水域及其面积而导致的污染海域测量准确率低,执法取证效率低的问题。
为了实现上述目的,本发明实施例提供一种海事水域污染监管无人机***及方法,该***包括防水无人机、图像采集器、多光谱成像仪、高度传感器、GPS定位模块、地面工作站和地面数据处理终端,本发明提供的一种海事水域污染监管方法,包括控制无人机飞行速度、路线和高度、视频图像拍摄、光谱图像拍摄及垂直高度测量、无线信息传输与接收、视频图像、污染区域计算、位置标注和图文证据制作等。其具体技术方案如下:
根据本发明实施例的第一方面提供一种海事水域污染监管无人机***,其特征在于,包括:
用于能够有效防水、在雨环境下正常作业飞行的无人机;用于对巡航水域进行拍摄的图像采集器;用于测量所述无人机距离水面垂直高度的高度感应器;用于对采集的巡航水域的图片或视频信息进行处理的地面数据处理终端和用于接收信息传输模块发出的无线信号的地面工作站;
地面工作站通过数据信息传输模块实时发送指令至所述无人机,控制无人机的飞行速度、预设的飞行路线和飞行的高度;其中,所述高度感应器实时采集无人机的垂直高度并发送至地面工作站,地面工作站对所述垂直高度与预设的飞行阈值进行比较,根据比较结果实时调整无人机的飞行高度;
图像采集器实时对巡航水域进行拍摄,获得巡航水域的图像或视频信息;并通过数据信息传输模块传输地面数据处理终端;
地面数据处理终端对接收的所述图像或视频信息进行预处理后,对图片中水体颜色进行判断,若水体颜色为深色,则判断所述水体为受污染的水体。
进一步地,还包括用于对重点监测区域进行多光谱图像拍摄的多光谱成像仪;用于实时获取无人机经纬度的GPS模块;所述地面数据处理终端判断出受污染的水体,获取所述GPS模块采集的经纬度和所述高度感应器采集的高度信息并保存,无人机悬停在所述经纬度和高度位置,所述地面工作站控制所述多光谱成像仪拍摄所述受污染水体并传输至地面数据处理终端,所述地面处理终端采用预处理算法对所述光谱图像进行处理,并对预处理后的光谱图像中比预设像素阈值低的像素进行标注,得到所有标注完成的像素组成的面积换算成受污染水体的面积。
进一步地,所述预处理包括如下步骤:
所述地面数据处理终端对拍摄的光谱图像进行对数运算;
将运算后得到的光谱图像的各像素值分别与所述预设阈值进行比较,将低于所述预设阈值的像素设置为暗像素,将高于所述阈值的像素设置为亮像素;
扩展所述光谱图像中的暗像素,增强图像中亮像素,将暗像素的水体像素进行标注。
进一步地,所述地面数据处理终端对受污染水体添加执法信息,并生成受污染水体与执法信息的图文证据数据,并与所述受污染水体的面积,受污染水体所在的经纬度、拍摄时间一起进行打包处理并保存。
进一步地,采用点生长算法对所述暗像素进行标注;依据所述受污染水体的面积与所述多光谱成像仪拍摄巡航水域时所述无人机的垂直高度之间的几何关系,计算得到受污染水体的面积。
进一步地,所述无人机机体使用高强度ABS材料一体成型,所述无线信息传输模块、高度感应器安装于无人机机体内。
进一步地,所述地面数据处理终端包括显示屏,用于实时显示处理后的受污染水体及其面积、所述受污染水体所在的经纬度和执法信息。
根据本发明实施例的第二方面提供一种海事水域污染监管方法,其特征在于,包括步骤:
实时发送指令至所述无人机,控制无人机的飞行速度、预设的飞行路线和飞行的高度;
实时采集无人机的垂直高度并发送至地面工作站,地面工作站对所述垂直高度与预设的飞行阈值进行比较,根据比较结果实时调整无人机的飞行高度;
实时对巡航水域进行拍摄,获得巡航水域的图像或视频信息;并通过数据信息传输模块传输地面数据处理终端;
对接收的所述图像或视频信息进行预处理后,对图片中水体颜色进行判断,若水体颜色为深色,则判断所述水体为受污染的水体。
进一步地,还包括判断出受污染的水体,获取所述GPS模块采集的经纬度和所述高度感应器采集的高度信息并保存;
在所述经纬度和高度位置,控制所述多光谱成像仪拍摄所述受污染水体并传输至地面数据处理终端;
采用预处理算法对所述光谱图像进行处理;
对预处理后的光谱图像中比预设像素阈值低的像素进行标注,得到所有标注完成的像素组成的面积换算成受污染水体的面积。
进一步地,所述预处理包括如下步骤:
对拍摄的光谱图像进行对数运算;
将运算后得到的光谱图像的各像素值分别与所述预设阈值进行比较,将低于所述预设阈值的像素设置为暗像素,将高于所述阈值的像素设置为亮像素;
扩展所述光谱图像中的暗像素,增强图像中亮像素,将暗像素的水体像素进行标注。
进一步地,还包括对受污染水体添加执法信息,并生成受污染水体与执法信息的图文证据数据,与所述受污染水体的面积,受污染水体所在的经纬度、拍摄时间一起进行打包处理并保存。
进一步地,还包括采用点生长算法对所述暗像素进行标注;依据所述受污染水体的面积与所述多光谱成像仪拍摄巡航水域时所述无人机的垂直高度之间的几何关系,计算得到受污染水体的面积。
本发明实施例具有如下优点:
本发明实施例提供的一种海事水域污染监管无人机***,采用防水无人机加载图像采集器和多光谱成像仪采集巡航水域进行图像采集,并在地面数据处理终端对采集的图像进行处理,最终快速准确的计算出巡航水域被污染的水体,且通过GPS模块迅速得到被污染水体的经纬度,最后根据高度感应器采集的无人机垂直高度与像素面积之间的几何关系,最终计算得到被污染水体的水体面积,便于工作者快速锁定污染水体,使得被污染水体能够得到快速、有效治理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对实施方式或现有技术描述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示例性的,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例1提供的一种海事水域污染监管无人机***的结构示意图;
图2为本发明实施例2提供的一种海事水域污染监管方法流程框图;
图3为本发明实施例3提供的一种海事水域污染监管方法优选实施方式流程框图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效,显然,所描述的实施例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。
参见图1为本发明实施例1提供的一种海事水域污染监管无人机***的结构示意图,包括:
用于能够有效防水、在雨环境下正常作业飞行的无人机;用于对巡航水域进行拍摄的图像采集器;用于测量所述无人机距离水面垂直高度的高度感应器;用于对采集的巡航水域的图片或视频信息进行处理的地面数据处理终端和用于接收信息传输模块发出的无线信号的地面工作站;
其中,上述无线信息传输模块分别与所述图像采集器、多光谱成像仪、高度感应器、GPS定位模块进行数据连接,并以无线信号向地面工作站定向传输图像采集器采集的视频图像信号、多光谱成像仪采集的光谱图像、高度感应器采集的无人机距离水面的垂直高度信息、GPS定位模块采集的图像拍摄位置的经纬度信息。上述无人机机体使用高强度ABS材料一体成型,所述无线信息传输模块、高度感应器安装于无人机机体内。
上述地面工作站通过数据信息传输模块实时发送指令至所述无人机,控制无人机的飞行速度、预设的飞行路线和飞行的高度;其中,所述高度感应器实时采集无人机的垂直高度并发送至地面工作站,地面工作站对所述垂直高度与预设的飞行阈值进行比较,根据比较结果实时调整无人机的飞行高度;
上述图像采集器实时对巡航水域进行拍摄,获得巡航水域的图像或视频信息;并通过数据信息传输模块传输地面数据处理终端;
上述地面数据处理终端对接收的所述图像或视频信息进行预处理后,对图片中水体颜色进行判断,若水体颜色为深色,则判断所述水体为受污染的水体。
本发明可选实施方式还包括用于对重点监测区域进行多光谱图像拍摄的多光谱成像仪;用于实时获取无人机经纬度的GPS模块。
上述地面数据处理终端判断出受污染的水体,获取所述GPS模块采集的经纬度和所述高度感应器采集的高度信息并保存,无人机悬停在所述经纬度和高度位置,所述地面工作站控制所述多光谱成像仪拍摄所述受污染水体并传输至地面数据处理终端,所述地面处理终端采用预处理算法对所述光谱图像进行处理,并对预处理后的光谱图像中比预设像素阈值低的像素进行标注,得到所有标注完成的像素组成的面积换算成受污染水体的面积。
上述预处理步骤包括:
所述地面数据处理终端对拍摄的光谱图像进行对数运算;
将运算后得到的光谱图像的各像素值分别与所述预设阈值进行比较,将低于所述预设阈值的像素设置为暗像素,将高于所述阈值的像素设置为亮像素;
扩展所述光谱图像中的暗像素,增强图像中亮像素,将暗像素的水体像素进行标注。
具体来说,在本发明实施例中,由于水体反射率的光谱反射率主要取决于水体颜色深浅的影响,受污染的水体一般颜色较深,呈现深蓝色、蓝黑色或者黑色,光谱反射率较低,未受污染的水体颜色较浅,光谱反射率相对较高。在巡航过程中,对于有明显大范围水体变色区域拍摄多光谱影像,拍摄照片传送至地面数据处理终端,对照片进行处理。处理过程首先对拍摄的图片进行对数运算处理,扩展被压缩的图像中的暗像素,增强图像中的亮像素,将暗像素的水域明显标注出来。
需要说明的是,上述暗像素的获得是通过将采集的图像的像素与预先设置的像素阈值进行比较,当采集的图像的像素值低于像素阈值时,将该图像的像素阈值设置为暗像素,当采集的图像的像素值高于像素阈值时,将该图像的像素阈值设置为亮像素。
然后采用点生长算法对所述暗像素进行标注;依据所述受污染水体的面积与所述多光谱成像仪拍摄巡航水域时所述无人机的垂直高度之间的几何关系,计算得到受污染水体的面积。具体来说,将上述明显标注出来的暗像素水域应用点生长算法,扫描初始标记像素,然后扫描标记相邻像素点,直至所有像素都标记完毕,输出被标记的像素的面积结果。
最后地面数据处理终端对受污染水体添加执法信息,并生成受污染水体与执法信息的图文证据数据,并与所述受污染水体的面积,受污染水体所在的经纬度、拍摄时间一起进行打包处理并保存。
上述地面数据处理终端包括显示屏,用于实时显示处理后的受污染水体及其面积、所述受污染水体所在的经纬度和执法信息。
本发明实施例提供的一种海事水域污染监管无人机***,采用防水无人机加载图像采集器和多光谱成像仪采集巡航水域进行图像采集,并在地面数据处理终端对采集的图像进行处理,最终快速准确的计算出巡航水域被污染的水体,且通过GPS模块迅速得到被污染水体的经纬度,最后根据高度感应器采集的无人机垂直高度与像素面积之间的几何关系,最终计算得到被污染水体的水体面积,便于工作者快速锁定污染水体,使得被污染水体能够得到快速、有效治理。
参见图2为本发明实施例2提供的一种海事水域污染监管方法流程框图,包括步骤:
实时发送指令至所述无人机,控制无人机的飞行速度、预设的飞行路线和飞行的高度;
实时采集无人机的垂直高度并发送至地面工作站,地面工作站对所述垂直高度与预设的飞行阈值进行比较,根据比较结果实时调整无人机的飞行高度;
实时对巡航水域进行拍摄,获得巡航水域的图像或视频信息;并通过数据信息传输模块传输地面数据处理终端;
对接收的所述图像或视频信息进行预处理后,对图片中水体颜色进行判断,若水体颜色为深色,则判断所述水体为受污染的水体。
进一步地,还包括判断出受污染的水体,获取所述GPS模块采集的经纬度和所述高度感应器采集的高度信息并保存;
在所述经纬度和高度位置,控制所述多光谱成像仪拍摄所述受污染水体并传输至地面数据处理终端;
采用预处理算法对所述光谱图像进行处理;
对预处理后的光谱图像中比预设像素阈值低的像素进行标注,得到所有标注完成的像素组成的面积换算成受污染水体的面积。
进一步地,所述预处理包括如下步骤:
对拍摄的光谱图像进行对数运算;
将运算后得到的光谱图像的各像素值分别与所述预设阈值进行比较,将低于所述预设阈值的像素设置为暗像素,将高于所述阈值的像素设置为亮像素;
扩展所述光谱图像中的暗像素,增强图像中亮像素,将暗像素的水体像素进行标注。
进一步地,还包括对受污染水体添加执法信息,并生成受污染水体与执法信息的图文证据数据,与所述受污染水体的面积,受污染水体所在的经纬度、拍摄时间一起进行打包处理并保存。
进一步地,还包括采用点生长算法对所述暗像素进行标注;依据所述受污染水体的面积与所述多光谱成像仪拍摄巡航水域时所述无人机的垂直高度之间的几何关系,计算得到受污染水体的面积。
参见图3为本发明实施例3提供的一种海事水域污染监管方法流程框图,在本发明实施例2的基础上,无人机按照既定的路线巡航并实时传回巡航视频或图片后,对巡航的视频或图片调用算法进行处理判断所巡航水域是否存在被污染的水域,即异常水域,如果存在异常水域,则控制无人机悬停拍摄并将地面数据处理终端传输数据并进行数据分析,最终计算并标注出异常水域。如果,没有发现异常,无人机持续巡航至结束。
需要说明的是,上述所涉及到的算法和数据分析,像素标注及面积计算方法均与本申请实施例1和实施例2相同。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种海事水域污染监管无人机***,其特征在于,包括:
用于能够有效防水、在雨环境下正常作业飞行的无人机;用于对巡航水域进行拍摄的图像采集器;用于测量所述无人机距离水面垂直高度的高度感应器;用于对采集的巡航水域的图片或视频信息进行处理的地面数据处理终端和用于接收信息传输模块发出的无线信号的地面工作站;
地面工作站通过数据信息传输模块实时发送指令至所述无人机,控制无人机的飞行速度、预设的飞行路线和飞行的高度;其中,所述高度感应器实时采集无人机的垂直高度并发送至地面工作站,地面工作站对所述垂直高度与预设的飞行阈值进行比较,根据比较结果实时调整无人机的飞行高度;
图像采集器实时对巡航水域进行拍摄,获得巡航水域的图像或视频信息;并通过数据信息传输模块传输地面数据处理终端;
地面数据处理终端对接收的所述图像或视频信息进行预处理后,对图片中水体颜色进行判断,若水体颜色为深色,则判断所述水体为受污染的水体。
2.根据权利要求1所述的***,其特征在于,还包括用于对重点监测区域进行多光谱图像拍摄的多光谱成像仪;用于实时获取无人机经纬度的GPS模块;所述地面数据处理终端判断出受污染的水体,获取所述GPS模块采集的经纬度和所述高度感应器采集的高度信息并保存,无人机悬停在所述经纬度和高度位置,所述地面工作站控制所述多光谱成像仪拍摄所述受污染水体并传输至地面数据处理终端,所述地面处理终端采用预处理算法对所述光谱图像进行处理,并对预处理后的光谱图像中比预设像素阈值低的像素进行标注,得到所有标注完成的像素组成的面积换算成受污染水体的面积。
3.根据权利要求2所述的***,其特征在于,所述预处理包括如下步骤:
所述地面数据处理终端对拍摄的光谱图像进行对数运算;
将运算后得到的光谱图像的各像素值分别与所述预设阈值进行比较,将低于所述预设阈值的像素设置为暗像素,将高于所述阈值的像素设置为亮像素;
扩展所述光谱图像中的暗像素,增强图像中亮像素,将暗像素的水体像素进行标注。
4.根据权利要求2所述的***,其特征在于,所述地面数据处理终端对受污染水体添加执法信息,并生成受污染水体与执法信息的图文证据数据,并与所述受污染水体的面积,受污染水体所在的经纬度、拍摄时间一起进行打包处理并保存。
5.根据权利要求3所述的***,其特征在于,采用点生长算法对所述暗像素进行标注;依据所述受污染水体的面积与所述多光谱成像仪拍摄巡航水域时所述无人机的垂直高度之间的几何关系,计算得到受污染水体的面积。
6.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述无人机机体使用高强度ABS材料一体成型,所述无线信息传输模块、高度感应器安装于无人机机体内。
7.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述地面数据处理终端包括显示屏,用于实时显示处理后的受污染水体及其面积、所述受污染水体所在的经纬度和执法信息。
8.一种海事水域污染智能监管方法,其特征在于,包括步骤:
实时发送指令至无人机,控制无人机的飞行速度、预设的飞行路线和飞行的高度;
实时采集无人机的垂直高度并发送至地面工作站,地面工作站对所述垂直高度与预设的飞行阈值进行比较,根据比较结果实时调整无人机的飞行高度;
实时对巡航水域进行拍摄,获得巡航水域的图像或视频信息;并通过数据信息传输模块传输地面数据处理终端;
对接收的所述图像或视频信息进行预处理后,对图片中水体颜色进行判断,若水体颜色为深色,则判断所述水体为受污染的水体。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,还包括判断出受污染的水体,获取GPS模块采集的经纬度和所述高度感应器采集的高度信息并保存;
在所述经纬度和高度位置,控制多光谱成像仪拍摄所述受污染水体并传输至地面数据处理终端;
采用预处理算法对所述光谱图像进行处理;
对预处理后的光谱图像中比预设像素阈值低的像素进行标注,得到所有标注完成的像素组成的面积换算成受污染水体的面积。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述预处理包括如下步骤:
对拍摄的光谱图像进行对数运算;
将运算后得到的光谱图像的各像素值分别与所述预设阈值进行比较,将低于所述预设阈值的像素设置为暗像素,将高于所述阈值的像素设置为亮像素;
扩展所述光谱图像中的暗像素,增强图像中亮像素,将暗像素的水体像素进行标注。
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