本發(fā)明屬于水下機(jī)器人,特別涉及一種基于多模態(tài)溺水識(shí)別的救援水下機(jī)器人及救援方法。
背景技術(shù):
1、近年來(lái),水下救援需求迅速增加,涵蓋了海洋資源開(kāi)發(fā)、休閑潛水、科研探索等多個(gè)領(lǐng)域。隨著全球水下活動(dòng)的日益活躍,水下救援系統(tǒng)的應(yīng)用日趨廣泛,其重要性不言而喻。然而,水下環(huán)境復(fù)雜多變,光線不足、流速不穩(wěn)、信號(hào)衰減等因素對(duì)溺水識(shí)別和應(yīng)急響應(yīng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?,F(xiàn)有救援系統(tǒng)多依賴單一傳感器,識(shí)別精度有限,且常采用剛性結(jié)構(gòu),固定效果不佳,難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜水流中溺水者的動(dòng)態(tài)位置。信息傳輸技術(shù)的不足也導(dǎo)致救援人員難以及時(shí)獲取水下?tīng)顩r,從而影響救援的有效性和安全性。如何提升水下救援系統(tǒng)的智能化水平和反應(yīng)速度,已成為水下救援領(lǐng)域急需解決的問(wèn)題。
2、現(xiàn)有技術(shù)的不足及原因:1、現(xiàn)有水下救援系統(tǒng)通常獨(dú)立分析光學(xué)圖像和聲吶圖像,然后將結(jié)果進(jìn)行疊加。這種方法易導(dǎo)致誤差累積和虛假目標(biāo),未能充分利用兩種傳感器的信息,從而降低識(shí)別精度,增加誤判風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重影響溺水情況的準(zhǔn)確識(shí)別和救援效果。2、傳統(tǒng)救援裝置多采用剛性結(jié)構(gòu)或吸附力較弱的固定方式,無(wú)法在水流較強(qiáng)或環(huán)境不穩(wěn)定的情況下有效固定溺水者,增加了救援過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)。3、傳統(tǒng)救援裝置的充氣囊需依賴手動(dòng)觸發(fā),增加了在緊急情況下的操作復(fù)雜性和不確定性。此外,現(xiàn)有充氣囊缺乏智能的延遲啟動(dòng)機(jī)制,未能在關(guān)鍵時(shí)刻及時(shí)發(fā)揮作用,導(dǎo)致救援效率受到影響。4、現(xiàn)有的輔助救援裝置(如潛水鏡)缺乏智能監(jiān)測(cè)和自動(dòng)求救功能,且未能與救援水下機(jī)器人進(jìn)行有效協(xié)同,難以在緊急情況下實(shí)現(xiàn)及時(shí)、有效的信號(hào)傳遞,無(wú)法為水下救援提供足夠的信息支持。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供一種基于多模態(tài)溺水識(shí)別的救援水下機(jī)器人及救援方法,解決現(xiàn)有水下救援技術(shù)在識(shí)別精度、固定穩(wěn)定性、操作自動(dòng)化和信息傳遞等方面的不足。旨在提升水下救援的智能化水平和反應(yīng)速度,為溺水者提供更加安全和高效的救援保障。
2、為解決上述問(wèn)題,本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
3、本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于多模態(tài)溺水識(shí)別的救援水下機(jī)器人,所述救援水下機(jī)器人上設(shè)置有多模態(tài)識(shí)別模塊和救援發(fā)射裝置模塊;
4、其中,所述多模態(tài)識(shí)別模塊包括高清攝像頭、聲吶設(shè)備和led光源,所述高清攝像頭用于負(fù)責(zé)捕捉清晰的光學(xué)圖像,所述聲吶設(shè)備用于獲取水下的聲吶圖像和目標(biāo)位置,所述高清攝像頭和所述聲吶設(shè)備為后續(xù)的溺水目標(biāo)識(shí)別提供全面的數(shù)據(jù)基礎(chǔ);
5、所述救援發(fā)射裝置模塊包括發(fā)射筒、彈簧系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和救援裝置,所述救援裝置設(shè)置在所述發(fā)射筒上,所述彈簧系統(tǒng)壓縮鎖止在所述發(fā)射筒與所述救援水下機(jī)器人之間,所述電控系統(tǒng)用于解鎖所述彈簧系統(tǒng)的鎖止機(jī)構(gòu),以使所述發(fā)射筒朝向溺水者移動(dòng),所述救援裝置用于直接與溺水者接觸,并起到固定和救援作用的部分;所述發(fā)射筒端面設(shè)置有壓力傳感器。
6、本發(fā)明一可選實(shí)施例,所述救援裝置包括充氣囊模塊、彈性條和仿生吸盤結(jié)構(gòu),所述仿生吸盤結(jié)構(gòu)固定在所述發(fā)射筒的端面上,所述充氣囊模塊設(shè)置在所述發(fā)射筒的內(nèi)部,所述彈性條設(shè)置在所述發(fā)射筒的開(kāi)口側(cè)面上,且與所述彈性條通過(guò)狹縫與所述充氣囊模塊連接;當(dāng)所述仿生吸盤結(jié)構(gòu)與溺水者的手臂接觸后,所述充氣囊模塊延遲1秒自動(dòng)充氣并在所述發(fā)射筒開(kāi)口兩側(cè)形成環(huán)形結(jié)構(gòu),該環(huán)形結(jié)構(gòu)固定于溺水者的腰上。
7、本發(fā)明一可選實(shí)施例,所述充氣囊模塊通過(guò)閥門連接有氣瓶,所述充氣囊模塊用于在所述救援裝置固定后為溺水者提供浮力保障。
8、本發(fā)明一可選實(shí)施例,所述彈簧系統(tǒng)為螺旋彈簧,該螺旋彈簧卡持在所述救援水下機(jī)器人的固定軸上,所述彈簧系統(tǒng)是所述發(fā)射筒發(fā)射動(dòng)力的來(lái)源。
9、本發(fā)明一可選實(shí)施例,所述救援水下機(jī)器人還包括潛水鏡輔助救援模塊,所述救援裝置和潛水鏡輔助救援模塊相互配合工作,所述潛水鏡輔助救援模塊上設(shè)置有心率傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、緊急求救按鈕和黑匣子模塊,所述潛水鏡輔助救援模塊的雙層防壓鏡片為潛水者提供視覺(jué)保障,所述心率傳感器和所述運(yùn)動(dòng)傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)潛水者的身體狀態(tài),所述緊急求救按鈕作為觸發(fā)求救機(jī)制的關(guān)鍵部件,所述黑匣子模塊用于在觸發(fā)后負(fù)責(zé)快速上浮至水面并傳輸救援信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)潛水者狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和在緊急情況下的有效求救及信息傳輸。
10、本發(fā)明一可選實(shí)施例,所述潛水鏡輔助救援模塊上還設(shè)置有防沖擊泡沫護(hù)具,所述防沖擊泡沫護(hù)具為透明玻璃。
11、本發(fā)明實(shí)施例還提供一種基于多模態(tài)溺水識(shí)別的救援方法,通過(guò)上述實(shí)施例的一種基于多模態(tài)溺水識(shí)別的救援水下機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的,其特征在于,包括以下步驟:
12、步驟1,多模態(tài)識(shí)別模塊工作流程:當(dāng)救援水下機(jī)器人在水下作業(yè)時(shí),水下機(jī)器人上的高清攝像頭與聲吶設(shè)備同步啟動(dòng),分別以特定幀率和頻率獲取光學(xué)圖像和聲吶圖像;接著利用基于方向角的聯(lián)合標(biāo)定方法,通過(guò)安裝在救援水下機(jī)器人上的角度傳感器及微控制器的處理,使兩種圖像視場(chǎng)和坐標(biāo)系準(zhǔn)確對(duì)應(yīng);然后采用resnet模型針對(duì)不同圖像特性進(jìn)行特征提取,再經(jīng)多尺度特征融合層將光學(xué)與聲吶特征有效結(jié)合,最后通過(guò)分類器利用融合特征識(shí)別溺水目標(biāo),將相關(guān)信息傳輸給其他功能模塊;
13、步驟2,救援發(fā)射裝置模塊工作流程:救援發(fā)射裝置模塊在接收到多模態(tài)識(shí)別模塊傳來(lái)的溺水者位置等信息后進(jìn)入發(fā)射準(zhǔn)備狀態(tài),此時(shí)電控系統(tǒng)檢查彈簧系統(tǒng)及救援裝置各部件,確保彈簧參數(shù)正常、救援裝置的壓力傳感器、彈性條、充氣囊模塊等能正常工作;發(fā)射時(shí),電控系統(tǒng)觸發(fā),電控系統(tǒng)解鎖彈簧系統(tǒng),彈簧釋放勢(shì)能推動(dòng)救援裝置從發(fā)射筒彈射而出;彈出過(guò)程中,頭部壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)與溺水者接觸壓力,一旦超到壓力閾值,彈性條便迅速?gòu)椘鸩澢纬森h(huán)形結(jié)構(gòu)牢固吸附,仿生吸盤增強(qiáng)吸附力,確認(rèn)穩(wěn)固接觸后,氣瓶閥門打開(kāi)帶動(dòng)充氣囊模塊充氣,為溺水者提供浮力;
14、步驟3,救援裝置工作流程:救援裝置在接觸溺水者后,其內(nèi)部的仿生吸盤結(jié)構(gòu)和彈性條會(huì)迅速展開(kāi),并通過(guò)防滑紋理增加與溺水者的附著力,穩(wěn)固固定在溺水者身上;壓力傳感器感知壓力變化,觸發(fā)充氣囊模塊,將氣體快速充入充氣囊,提供額外浮力,確保溺水者能夠順利浮出水面;
15、步驟4,潛水鏡輔助救援模塊工作流程:在潛水者下水后,心率傳感器和運(yùn)動(dòng)傳感器以1次/秒的頻率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)潛水者的身體狀態(tài);心率傳感器按一定頻率檢測(cè)心率變化,運(yùn)動(dòng)傳感器則更新潛水者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù);當(dāng)出現(xiàn)心率或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)異常,或潛水者手動(dòng)觸發(fā)時(shí),位于潛水鏡側(cè)面的黑匣子借助彈簧結(jié)構(gòu)迅速?gòu)棾觯雷陨砀×ι细≈了?,同時(shí)通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)向岸上安全員和救援水下機(jī)器人發(fā)送包含潛水者心率、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、水深、定位等信息的救援信號(hào),其內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊還會(huì)記錄相關(guān)數(shù)據(jù),助力確定潛水者位置;各功能模塊緊密配合,共同實(shí)現(xiàn)高效的水下救援功能。
16、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于多模態(tài)溺水識(shí)別的救援水下機(jī)器人及救援方法,具有以下有益效果:
17、(1)、本發(fā)明具有溺水預(yù)警精準(zhǔn)且響應(yīng)快,與傳統(tǒng)單一傳感器系統(tǒng)相比,本發(fā)明融合傳感器數(shù)據(jù)使得溺水風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)精度大大提高,通過(guò)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的綜合分析,智能潛水鏡能夠在潛水員出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)(如長(zhǎng)時(shí)間靜止或心率變化異常)及時(shí)發(fā)出預(yù)警,顯著減少了因溺水導(dǎo)致的反應(yīng)延遲。
18、(2)、本發(fā)明增強(qiáng)水下固定能力和抗沖擊能力,本發(fā)明的救援裝置具有仿生吸盤結(jié)構(gòu)與彈性條設(shè)計(jì),能夠顯著提升設(shè)備在復(fù)雜水流環(huán)境下的附著能力。與傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)相比,本發(fā)明的救援裝置與溺水者接觸時(shí)能夠迅速增加摩擦力,確保即使在高速水流中也能保持穩(wěn)定固定。
19、(3)、本發(fā)明具有高效救援與安全上浮特性,本發(fā)明的救援裝置采用智能延遲啟動(dòng)自動(dòng)觸發(fā)充氣囊,確認(rèn)與溺水者接觸穩(wěn)定后延遲1秒自動(dòng)充氣,避免手動(dòng)延遲,提高了救援響應(yīng)速度。充氣囊設(shè)計(jì)為緊湊型,確保在短時(shí)間內(nèi)迅速展開(kāi),減少傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中因體積過(guò)大導(dǎo)致的展開(kāi)延遲問(wèn)題。
20、(3)、本發(fā)明提高整體救援效能,潛水鏡的黑匣子輔助救援技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。雙層防壓鏡片視野清晰且抗壓強(qiáng),傳感器監(jiān)測(cè)異??捎|發(fā)求救按鈕,黑匣子彈出上浮并傳輸救援信息,還能記錄數(shù)據(jù)助力確定潛水者位置,全面提升水下救援整體效能,使救援更及時(shí)、精準(zhǔn)、高效。