本發(fā)明屬于無人機(jī)監(jiān)控，具體是指一種基于計(jì)算機(jī)視覺的無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用場景不斷拓展，從城市的日常安全保障到工業(yè)設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)，從生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測到應(yīng)急救援行動(dòng)的指揮調(diào)度，都對監(jiān)控系統(tǒng)的性能提出了更高要求。傳統(tǒng)的固定監(jiān)控設(shè)備，如常見的攝像頭，雖在一定程度上發(fā)揮了監(jiān)控作用，但存在諸多固有缺陷。其監(jiān)控范圍受限于安裝位置，對于大面積區(qū)域或地形復(fù)雜的場所，如山區(qū)、森林、大型建筑工地等，難以實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，存在大量監(jiān)控死角。同時(shí)，面對移動(dòng)目標(biāo)，固定監(jiān)控設(shè)備無法靈活調(diào)整視角與跟蹤策略，難以滿足動(dòng)態(tài)監(jiān)控的需求。

2、無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展為監(jiān)控領(lǐng)域帶來了新的契機(jī)。無人機(jī)憑借其卓越的機(jī)動(dòng)性、靈活的部署能力以及能夠獲取高空俯瞰視角的優(yōu)勢，能夠迅速抵達(dá)指定區(qū)域執(zhí)行監(jiān)控任務(wù)。然而，現(xiàn)有的無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，無人機(jī)采集的圖像質(zhì)量易受環(huán)境因素的顯著影響，如光照強(qiáng)度的劇烈變化、惡劣天氣條件(如雨、雪、霧等)，這些因素會(huì)導(dǎo)致圖像出現(xiàn)過曝、欠曝、模糊、噪點(diǎn)增多等問題，嚴(yán)重影響目標(biāo)識別的準(zhǔn)確性。另一方面，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)視覺算法在處理無人機(jī)采集的海量圖像數(shù)據(jù)時(shí)，效率與精度難以滿足實(shí)時(shí)性與精準(zhǔn)性的要求。在復(fù)雜場景下，難以快速、準(zhǔn)確地識別和跟蹤目標(biāo)，對于目標(biāo)行為的分析也較為有限，無法為決策提供充分的支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明致力于構(gòu)建一種基于計(jì)算機(jī)視覺的無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的全方位、實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)監(jiān)控。該系統(tǒng)能夠在復(fù)雜多變的環(huán)境中準(zhǔn)確識別、跟蹤各類目標(biāo)，并對其行為進(jìn)行深入分析與及時(shí)預(yù)警，為各行業(yè)的監(jiān)控需求提供堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)支撐，有效提升監(jiān)控效率與管理水平。

2、一種基于計(jì)算機(jī)視覺的無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由以下部分組成：

3、s1、無人機(jī)平臺(tái)搭建；

4、s2、計(jì)算機(jī)視覺硬件組成；

5、s3、圖像采集與傳輸；

6、s4、計(jì)算機(jī)視覺算法組成；

7、s5、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)；

8、s6、用戶交互界面。

9、優(yōu)選地，所述s1、無人機(jī)平臺(tái)搭建中具體方法如下：

10、s1-1、選用專為工業(yè)級監(jiān)控應(yīng)用設(shè)計(jì)的高性能、長續(xù)航無人機(jī)。

11、s1-2、配備集成高精度的gps/北斗雙模定位模塊，結(jié)合慣性測量單元(imu)、氣壓高度計(jì)以及地磁傳感器等多種傳感器，利用先進(jìn)的傳感器融合算法，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)姿態(tài)、位置、速度等參數(shù)的精確感知與控制。

12、s1-3、配備搭載的360度環(huán)繞激光雷達(dá)與超聲波傳感器，實(shí)時(shí)感知周圍環(huán)境，提前規(guī)劃安全飛行路徑，有效避免碰撞事故。

13、優(yōu)選地，所述s1無人機(jī)平臺(tái)搭建中的無人機(jī)機(jī)體采用高強(qiáng)度、輕量化的碳纖維復(fù)合材料。

14、優(yōu)選的，所述s2、計(jì)算機(jī)視覺硬件組成中具體方法如下：

15、s2-1、在無人機(jī)上安裝定制的高分辨率、低照度、寬動(dòng)態(tài)范圍攝像頭。

16、s2-2、搭載專門的圖像處理器，采用英偉達(dá)最新的高性能gpu芯片。

17、優(yōu)選地，所述s2計(jì)算機(jī)視覺硬件組成中的攝像頭分辨率為超高清12k，圖像處理器具有數(shù)千個(gè)cuda核心。

18、優(yōu)選地，所述s3、圖像采集與傳輸中具體方法如下：

19、s3-1、無人機(jī)在飛行過程中，根據(jù)預(yù)設(shè)的多種策略進(jìn)行圖像采集。

20、s3-2、圖像數(shù)據(jù)在無人機(jī)上首先進(jìn)行基于深度學(xué)習(xí)的壓縮處理。

21、優(yōu)選地，所述s3圖像采集與傳輸中還引入基于事件觸發(fā)的智能采集機(jī)制，壓縮處理方法為基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)(gan)的壓縮算法。

22、優(yōu)選地，所述s4、計(jì)算機(jī)視覺算法組成中具體方法如下：

23、s4-1、目標(biāo)檢測：運(yùn)用改進(jìn)后的基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測算法，并結(jié)合注意力機(jī)制模塊。通過注意力機(jī)制模型能夠更加聚焦于圖像中的目標(biāo)區(qū)域，增強(qiáng)對小目標(biāo)和復(fù)雜背景下目標(biāo)的檢測能力。同時(shí)，采用多尺度特征融合技術(shù)，將不同尺度的特征圖進(jìn)行融合，充分利用圖像的上下文信息，提高對各種大小、形狀目標(biāo)的檢測精度。在訓(xùn)練過程中，使用大規(guī)模、多樣化的無人機(jī)圖像數(shù)據(jù)集，涵蓋不同季節(jié)、天氣、場景以及各類目標(biāo)的圖像，增強(qiáng)模型的泛化能力，目標(biāo)檢測算法采用yolov8目標(biāo)檢測模型，注意力機(jī)制模型為cbam-convolutional?block?attention?module。

24、s4-2、目標(biāo)跟蹤：采用一種基于多特征融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的多目標(biāo)跟蹤算法。融合目標(biāo)的外觀特征，運(yùn)動(dòng)特征以及空間位置關(guān)系特征，構(gòu)建全面且準(zhǔn)確的目標(biāo)描述子。利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，基于深度q網(wǎng)絡(luò)(dqn)和近端策略優(yōu)化算法(ppo)，根據(jù)目標(biāo)的歷史運(yùn)動(dòng)信息與當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整跟蹤策略。在訓(xùn)練過程中，模擬各種復(fù)雜場景，如目標(biāo)的遮擋、交叉運(yùn)動(dòng)、快速運(yùn)動(dòng)等，使算法能夠?qū)W習(xí)到不同情況下的最優(yōu)跟蹤策略，外觀特征為顏色直方圖、紋理特征、深度學(xué)習(xí)提取的特征向量，運(yùn)動(dòng)特征為速度、加速度、運(yùn)動(dòng)軌跡的曲率。

25、s4-3、行為分析：構(gòu)建基于時(shí)空圖卷積網(wǎng)絡(luò)st-gcn與長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)lstm相結(jié)合的行為分析模型。st-gcn用于學(xué)習(xí)目標(biāo)在空間維度上的運(yùn)動(dòng)模式與關(guān)系，通過對目標(biāo)之間的相對位置、速度和方向等信息進(jìn)行建模，挖掘目標(biāo)群體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。lstm則專注于捕捉目標(biāo)在時(shí)間序列上的行為變化趨勢，能夠處理長期依賴問題，對目標(biāo)的歷史行為進(jìn)行記憶和分析。

26、優(yōu)選地，所述s5、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)中具體方法如下：

27、s5-1、地面控制中心采用分布式集群計(jì)算架構(gòu)，由多臺(tái)高性能服務(wù)器組成，高性能服務(wù)器配備多核高性能cpu、大容量內(nèi)存和高速固態(tài)硬盤，通過高速網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)集群內(nèi)部的高速數(shù)據(jù)傳輸。

28、s5-2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用分布式文件系統(tǒng)ceph與分布式數(shù)據(jù)庫tidb相結(jié)合的方案，ceph用于存儲(chǔ)海量的原始圖像數(shù)據(jù)，具備高可靠性、高可擴(kuò)展性和高性能。通過糾刪碼技術(shù)和多副本策略，確保數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)過程中的安全性和容錯(cuò)性。tidb則用于存儲(chǔ)經(jīng)過分析后的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如目標(biāo)的位置、行為信息、事件記錄。

29、優(yōu)選地，所述s6、用戶交互界面中具體方法如下：

30、s6-1、采用支持桌面端windows、macos、linux和移動(dòng)端ios、android設(shè)備訪問的用戶交互界面，實(shí)時(shí)展示無人機(jī)的飛行狀態(tài)(包括位置、高度、電量、飛行速度、姿態(tài)等)、實(shí)時(shí)視頻圖像、目標(biāo)檢測與跟蹤結(jié)果以及行為分析預(yù)警信息。通過高清地圖集成，直觀顯示無人機(jī)的飛行軌跡和目標(biāo)的地理位置信息。

31、s6-2、用戶通過界面進(jìn)行多種操作，如遠(yuǎn)程控制無人機(jī)的起飛、降落、懸停、航線規(guī)劃與調(diào)整。航線規(guī)劃功能支持手動(dòng)繪制、導(dǎo)入gpx文件以及基于目標(biāo)區(qū)域自動(dòng)生成航線。對目標(biāo)進(jìn)行手動(dòng)標(biāo)注與分類，方便對特定目標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注和管理。設(shè)置預(yù)警規(guī)則與閾值，可根據(jù)不同的目標(biāo)類型、行為模式和場景需求，自定義預(yù)警條件。查詢歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并以圖表(柱狀圖、折線圖、餅圖等)、報(bào)表等形式進(jìn)行可視化展示，便于用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和趨勢研判。此外，還支持多用戶協(xié)同操作，通過權(quán)限管理系統(tǒng)，不同部門、不同權(quán)限的人員能夠共同參與監(jiān)控管理工作，實(shí)現(xiàn)信息共享和協(xié)同決策。

32、采用上述結(jié)構(gòu)本發(fā)明取得的有益效果如下：

33、1、高度靈活性與廣泛覆蓋：無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性使其能夠迅速抵達(dá)任何指定區(qū)域，無論是偏遠(yuǎn)山區(qū)的資源監(jiān)測點(diǎn)、大型建筑工地的各個(gè)角落，還是海岸線的生態(tài)保護(hù)區(qū)域，都能實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)控，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)固定監(jiān)控設(shè)備的覆蓋盲區(qū)，滿足各種復(fù)雜環(huán)境下的監(jiān)控需求。

34、2、卓越精準(zhǔn)度與可靠性：先進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺算法與高性能硬件設(shè)備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)的高精度識別、穩(wěn)定跟蹤與準(zhǔn)確行為分析。即使在復(fù)雜環(huán)境中，如強(qiáng)光直射、低光照、雨雪天氣，以及目標(biāo)頻繁遮擋、快速運(yùn)動(dòng)等場景下，仍能保持極高的準(zhǔn)確率，為決策提供可靠的數(shù)據(jù)支持，顯著提升監(jiān)控系統(tǒng)的可信度和應(yīng)用價(jià)值。

35、3、超強(qiáng)實(shí)時(shí)性與快速響應(yīng)：5g通信技術(shù)與高效的數(shù)據(jù)處理流程確保監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳輸與分析。從圖像采集到預(yù)警信息發(fā)布的時(shí)間延遲控制在1秒以內(nèi)，極大提高了應(yīng)急響應(yīng)速度，使相關(guān)人員能夠在第一時(shí)間獲取關(guān)鍵信息，采取有效措施應(yīng)對突發(fā)事件，保障人員生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)穩(wěn)定。

36、4、高效數(shù)據(jù)管理與決策支持：分布式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理架構(gòu)，結(jié)合先進(jìn)的大數(shù)據(jù)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對海量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的高效管理與深度挖掘。通過對歷史數(shù)據(jù)的分析和趨勢預(yù)測，能夠提前發(fā)現(xiàn)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)和問題，為管理者提供具有前瞻性的決策支持，助力實(shí)現(xiàn)智能化、精細(xì)化管理，提升管理效率和決策的科學(xué)性。

37、5、良好用戶體驗(yàn)與協(xié)同性：跨平臺(tái)的用戶交互界面設(shè)計(jì)簡潔直觀，操作方便快捷，支持多用戶協(xié)同操作和權(quán)限管理。不同部門、不同權(quán)限的人員能夠通過該界面實(shí)時(shí)共享監(jiān)控信息，共同參與監(jiān)控管理工作，實(shí)現(xiàn)高效的信息流通和協(xié)同決策，提高工作效率和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和推廣奠定良好基礎(chǔ)。