作者 顾禹1 申家齐2 徐家晨1 王单纯1 1. 上海海事大学 物流工程学院(上海201306) 2.上海海事大学 信息工程学院(上海201306)
摘要：介绍了一种依据四旋翼飞翔器简略、快速地查找海上落水者的体系。该体系由三部分组成：海事救援无人机、智能可穿戴设备和监控中心。海事救援无人机和智能可穿戴设备均选用Cortex-M4内核的XMC4700处理器。当人员落水时，智能可穿戴设备会不断向外界发送佩带者的方位信息和生命体征。海事救援无人机能依照预订轨道飞翔，一起运用机载摄像头实时查找落水者并将图画传送至监控中心。无人机还能在飞翔的进程中不断查找邻近是否有智能可穿戴设备的信号，若有，则将所得信息发送至监控中心一起飞向该方位并在人的指挥下抛掷下救生物品。监控中心会集显现已知落水者和无人机的一切信息，并供给方便的按钮指令供救援人员完成会集操控。
关键词：四旋翼;飞翔器;海上搜救;处理器
*2017-2018年度“英飞凌杯”全国高校无人机立异规划运用大赛“三等奖’’
0导言
四旋翼飞翔器具有体积小、分量轻、灵敏度高、本钱低一级特色，适用多种空间场所，能够在任何小渠道上灵敏起降。它方便带着，低空飞翔性好，可在杂乱环境下快速履行查找、投递使命。依据四旋翼飞翔器的海上搜救体系能有用快速地对大片海域进行查找，因此能有用削减搜救时刻，进步搜救功率，进步落水者的生还几率，有着宽广的运用远景。该技能得到许多专家们的高度重视，成为当时该范畴下最活泼的研讨方向之一。
1体系全体计划
体系全体功用框图如图1所示。该体系由三部分组成：海事救援无人机、智能可穿戴设备(以智能监测手环为例)和监控中心。智能监测手环上配有GPS模块、心率监测模块、体温监测模块和通讯模块，完成不断向外界发送方位坐标和生命体征的功用。四旋翼飞翔器凭借DJIN3飞翔操控器完成无人机的平稳飞翔;无人机以Infineon(英飞凌)公司XMC4700单片机为中心，由图画辨认模块、通讯模块、抛掷模块等几部分构成。飞翔进程中，图画辨认模块不断判别图画中是否有落水人员，并将成果发送给XMC4700单片机，XMC4700依据所得图画信息、手环信息和接收到的监控中心指令操控DJIN3完成自主飞翔。当无人机发现落水者时，监控中心大屏幕上会用红框将落水者框出，救援人员承认后向无人机宣布抛掷救援物品的指令，无人机飞翔到落水者上空抛掷下救生物品。一起，监控中心还会依据无人机发回的落水者生命体征等信息，主动与医疗中心联络。
2无人机硬件体系规划
四旋翼飞翔器以XMC4700为主操控器，该芯片是一款依据ARMCortex-M4内核的工业微操控器，主频可达120MHz，为四旋翼对指令呼应的即时性供给了确保。为进步在较大分量负载时四旋翼的稳定性与抗风性，电子调速器运用了Infineon的iMOTIONIRMCF183，运用其MCE电机操控引擎，能够为电机设定具体的参数和输出曲线，确保电机在环境恶劣时能够快速反应。依据对四旋翼体积、续航时刻的考量，气压计选用了InfineonDSP310，特色是精度高、耗电量低、体积细巧、易用设备。障碍物的间隔丈量选用了InfineonDistance2GO，这是一款24GHz雷达传感器，比较超声波、红外等测距计划，雷达丈量更精准，还能够捕获方针的移动速度、视点和方向，优化无人机的运动决议计划。
3无人机搜救进程
四旋翼飞翔器操控体系框图如图2所示。
3.1总体计划
四旋翼机载处理器XMC4700经过UART从DJIN3飞翔操控器获取飞翔数据，XMC4700经过UART与雷达Distance2go模块通讯获取障碍物信息，经过I2C与气压计DPS310通讯获取气压信息并转换为高度信息，经过UART与图画处理单元通讯获取落水者方位信息经过无线串口获取监控中心指令和智能手环宣布的落水者信息。XMC4700在进行数据交融后，经过UART向DJIN3发送飞翔指令，DJIN3经过iMotion电调操控电机使飞机依照指令飞翔。当无人机接收到监控中心的开释救援物品指令时经过PWM操控抛掷器上的舵机，然后翻开插销使救援物品落下。
3.2像数据处理部分
硬件部分能够运用机载核算渠道进行核算，也能够将图画经过5.8GHz图传模块传输至地面站上位机进行剖析，起到冗余备份的功用。两种办法剖析进程总体上共同。
在搜救的第一阶段，无人机在较高高度飞翔，对海面进行大面积大略查找。在这一阶段，咱们运用OpenCV自带的人上半身Haar特征分类器关于图画进行剖析，该分类器运用Haar-like特征进行检测，运用积分图(IntegralImage)对Haarlike特征求值进行加快，运用AdaBoost算法对分类作用进行进步，运用挑选时级联把分类器级联到一起以进步准确率。该分类器可协助咱们查找图画源中契合人上半身头肩的图画特征，并标示其方位，结合无人机当时GPS坐标可核算出经过视觉办法辨认出的落水者坐标。该坐标用于与落水者手环发回的坐标进行比对，当两者匹配，即可进入搜救第二阶段。
在搜救的第二阶段，无人机下降飞翔高度，在第一阶段承认的坐标邻近区域进行低空搜救。此刻关于摄像头收集到的图画运用OpenCV自带的人脸Haar特征分类器关于图画进行剖析，并将图画中的人脸分离出来。再将人脸图画与PCA办法练习的人脸库中的模型比较，输出数据库中匹配度最高的人员编号。该成果随后会与溺水人员手环发回的设备id进行比对以承认溺水者身份。其间，本体系首要运用了特征脸办法(Eigenface)关于人脸进行辨认，特征脸办法是从图5智能监测手环体系框图图6上位机界面PCA导出的一种人脸辨认和描绘技能。便是将包括人脸的图画区域看作是一种随机向量，运用PCA算法经过求数据集的协方差矩阵最大的特征值对应的特征向量，然后找到数据方差最大的几个方向，到达对数据降维的作用，并找到数据中最显着的特征，即主成分。PCA算法的流程如图3所示。经过多重的承认之后，救援体系基本上能够承认溺水人员的身份，并会将信息比对交融成果回传至监控中心主操控终端，经过人工审阅之后无人机便会飞向溺水人员坐标抛掷救援物品。
4智能监测手环的制造
在该体系中智能监测手环用以XMC4700开发板为中心的简易设备来替代，其体系框图如图3所示。u-blox公司的6MGPS模块经过UART将数据包发送到XMC4700开发板上，XMC4700对数据包解包之后得到落水者的经纬度数据，再结合心率数据和体温数据一起经过无线串口向外发送，直至无人机接收到。
5监控中心上位机的制造
VisualStudio是一个功用强大的开发工具集，能够快速开发各种运用。该项目经过在VisualStudio中新建一个Windows窗体运用(.NETFramework)项目并运用其工具箱便可快速开宣布如图4所示的上位机。上位机中内置落水者查找功用。经过调用EmguCV库或AForge库能够完成依据哈尔模型的人脸检测和依据PCA的人脸辨认功用。
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本文来源于我国科技期刊《电子产品世界》2019年第1期第79页，欢迎您写论文时引证，并注明出处
