一种全境搜索救援水面艇的制作方法

本发明涉及水面无人艇，具体涉及一种全境搜索救援水面艇。

背景技术：

1、随着水上旅游、水上作业和海洋经济的快速发展，水面活动日益频繁，与此同时，船舶碰撞、人员落水、自然灾害等水上意外事故也呈多发态势，水面救援需求持续增长。传统的水面救援主要依赖人工驾驶救援船只或直升机进行搜索，存在响应速度慢、搜索范围有限、恶劣环境下人员安全风险高等问题，难以满足大范围水域快速搜救的实际需求。

2、近年来，水面无人艇（unmanned surface vehicle, usv）因其机动灵活、成本较低、可替代人员进入危险区域等优势，逐渐成为水面搜索救援的重要装备。无人艇能够按照预设航线自主航行，并可通过远程控制中心进行遥控操作，在目标搜索、环境监测、应急救援等领域展现出广阔的应用前景。国内外已有大量研究围绕无人艇的环境感知、自主导航和远程控制展开，部分方案尝试通过搭载摄像头、雷达、导航传感器等设备实现无人艇对周围环境的感知与目标检测。然而，现有的水面救援艇在目标搜索与识别方面仍存在明显不足，具体表现在以下几个方面。

3、（一）单路或少量摄像头视场受限，难以实现全境覆盖。

4、多数现有水面救援艇仅搭载单路摄像头，视场范围有限，难以实现全方位无死角的近场目标搜索。虽然部分方案尝试通过安装全景摄像头或360°摄像头来扩大视场，但单个全景摄像头在分辨率、目标细节捕捉和远距离识别能力方面存在天然局限，无法兼顾大视场覆盖与高精度目标识别的双重需求。另有方案采用多摄像头分布式布局，如基于三维全景环视的无人艇自动锚泊视觉辅助系统，通过安装于无人艇四个方向上的摄像机采集周围视频信息并拼接形成全景视图。然而，这类方案主要面向避碰和锚泊辅助等应用场景，其多路视频的处理流程侧重于图像拼接和全景显示，缺乏对多路视频流中目标的同步检索与识别能力，难以适应主动式搜索救援场景下对目标快速发现与定位的需求。

5、（二）多路视频缺乏有效的同步采集与融合处理能力。

6、部分多摄像头方案虽然能够获取多路视频流，但缺乏有效的同步采集与融合处理机制。各摄像头采集的图像在时间上难以保持严格同步，导致同一目标在不同摄像头画面中的时空对应关系不明确，无法将多路视频流中的目标信息进行有效关联与融合处理，从而难以提升目标发现概率和定位精度。此外，多数现有方案将视频采集与目标识别处理分离——摄像头仅负责图像采集，图像识别工作由岸基端设备完成，这就导致目标识别结果无法实时反馈至艇载控制系统，难以形成“感知—决策—执行”的闭环控制链路。

7、（三）图像传输链路与控制链路相互独立，缺乏高效协同。

8、现有水面无人艇系统中，图像传输与遥控指令传输往往依赖相互独立的通信链路。图像数据通常通过专用的视频传输通道回传至岸基，而控制指令则通过另一条无线链路下行至无人艇。这种链路分离的设计不仅增加了系统的复杂性和成本，也使得图像传输与控制指令传输难以高效协同。操作人员虽然能够通过岸基监视平台看到无人艇回传的视频画面，但控制指令的下发与图像的回传在不同信道中独立进行，存在时延不同步的问题，影响了远程遥控的实时性和操作体验。

9、（四）自主识别与人工遥控之间缺乏灵活的模式切换机制。

10、现有水面救援艇要么完全依赖人工遥控操作，要么采用预设程序进行自主航行，缺乏在自主识别趋近与人工遥控干预之间灵活切换的机制。在自主模式下，系统往往只能按照预设路径巡航，无法根据实时感知到的目标动态调整航向；在遥控模式下，操作人员需要长时间保持高度注意力监视屏幕并操控手柄，容易产生疲劳导致反应延迟。两种模式之间的切换通常需要复杂的系统重启或模式重置操作，无法实现无缝、动态的切换，难以兼顾自动化搜索的高效性与人工干预的灵活性。

11、此外，现有技术中还公开了若干与水面救援相关的方案，但各自存在不同的技术局限性。例如，中国发明专利申请cn117799799a公开了“一种水面垃圾处理无人艇的救助方法”，通过在无人艇上设置声音采集识别系统和图像采集识别系统，利用摄像头对事故进行识别和定位。然而，该方案主要面向垃圾处理场景下的辅助救助功能，采用单路或少量摄像头进行事故点识别，未形成全境视场覆盖，且缺乏多路视频流的同步检索与核心算力融合处理能力，不适于大范围水面救援场景下的全境目标搜索。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种全境搜索救援水面艇，克服了现有技术的不足，实现了全境覆盖、快速目标识别与自主趋近，结合岸基实时监视与双模式遥控，有效提升了水面救援的效率和安全性。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种全境搜索救援水面艇，包括：

4、一个水面艇本体，

5、一个驱动机构，所述驱动机构设置于水面艇本体的尾部，所述驱动机构的受控端与核心算力控制板的控制输出端连接，用于接收来自核心算力控制板的驱动控制指令，并根据驱动控制指令执行推进动力输出与航行方向转向操作；

6、多个摄像机，围绕水面艇本体的周向分布式布置，各所述摄像机的视场角共同形成覆盖水面艇本体周围区域的视场，各所述摄像机用于对水面艇本体周围的水面区域进行同步图像采集，并将采集所得的多路视频流分别传输至核心算力控制板；

7、一个核心算力控制板，搭载于水面艇本体内部，所述核心算力控制板的输入端分别与各所述摄像机的输出端连接，所述核心算力控制板用于接收来自多个摄像机的多路视频流，所述核心算力控制板内搭载有自动检测识别驱动算法，所述自动检测识别驱动算法对多路视频流进行并行处理，以在全向区域内检测并识别救援目标，并根据识别出的救援目标相对于水面艇本体的方位信息生成驱动控制指令，并将驱动控制指令输出至驱动机构；

8、一个数据传输模块，搭载于水面艇本体上，与核心算力控制板电连接，用于建立核心算力控制板与岸基监视平台及远程遥控手柄之间的无线数据通信链路；

9、一个岸基监视平台，通过hdmi转wifi方式与数据传输模块建立无线通信链路，所述岸基监视平台用于实时接收经数据传输模块转发的来自多个摄像机的图像数据并进行显示；

10、一个远程遥控手柄，所述远程遥控手柄通过数据传输模块与核心算力控制板无线通信连接，用于向核心算力控制板发送遥控指令；并接收核心算力控制板反馈的执行状态信息；

11、所述核心算力控制板具有自主趋近模式和手动遥控模式；在所述自主趋近模式下，所述核心算力控制板根据所述自动检测识别驱动算法的识别结果自主生成驱动控制指令；在手动遥控模式下，所述核心算力控制板响应于所述遥控指令控制所述驱动机构。

12、优选地，多个摄像机采用分布式阵列布局，各摄像机的视场角配置为：相邻摄像机的视场之间至少部分重叠，且全部摄像机的视场共同拼接形成覆盖水面艇本体周围360°范围的全景视场；各摄像机的水平视场角不小于120°。

13、优选地，所述核心算力控制板设有硬件时钟同步单元，所述硬件时钟同步单元用于在各所述摄像机采集的视频流输入所述核心算力控制板时为各通道图像帧分别附加硬件时间戳；所述核心算力控制板根据各通道的硬件时间戳对多路视频流进行帧级同步对齐。

14、优选地，所述自动检测识别驱动算法内置有基于深度学习神经网络的目标检测模型，所述目标检测模型运行于核心算力控制板内置的神经网络处理单元上，对多通道视频流进行并行推理运算，所述目标检测模型以轻量化网络结构实现，对输入的每一帧图像输出目标的边界框坐标、类别置信度得分及类别标签；所述核心算力控制板设定有置信度阈值，仅当类别置信度得分不低于置信度阈值时，该目标被判定为有效救援目标。

15、优选地，所述自动检测识别驱动算法还包括方位解算功能，当所述目标检测模型在同一时刻的多路视频帧中检测到同一救援目标时，所述核心算力控制板提取各摄像机画面中该目标的边界框中心坐标，结合各摄像机的预先标定参数，通过三角测量或透视投影方法求解所述救援目标相对于水面艇本体的方位角φ与距离d；所述核心算力控制板根据当前艇首向与方位角φ之间的偏差δφ，计算偏转角δ与驱动机构转速n，并生成相应的pwm控制信号输出至驱动机构，以驱动水面艇本体朝向目标航行。

16、优选地，所述岸基监视平台包括显示终端和wifi接收模块；所述核心算力控制板将多个摄像机采集的多路视频流合成为一路多画面合成视频，经所述核心算力控制板的hdmi接口输出至数据传输模块，由所述数据传输模块中的hdmi转wifi编码单元将多画面合成视频编码后通过wifi协议无线传输至所述岸基监视平台；所述岸基监视平台在显示终端上以多画面分割形式实时呈现各摄像机视角的图像，供操作人员掌握救援现场全境态势；同时，所述核心算力控制板在检测到救援目标后，将目标位置信息叠加显示于所述岸基监视平台对应通道的画面中，并在画面中标注目标距离和方位角参数。

17、优选地，所述远程遥控手柄上设有模式切换开关，所述模式切换开关被操作时，所述远程遥控手柄通过所述数据传输模块向所述核心算力控制板发送模式切换指令；在自主趋近模式下，所述远程遥控手柄的摇杆操作被屏蔽或仅作为辅助输入，所述核心算力控制板根据自动检测识别驱动算法的识别结果自主规划航迹并控制所述驱动机构执行；在手动遥控模式下，所述远程遥控手柄的摇杆位移量被直接映射为驱动机构的推进速度指令和转向角度指令，操作人员根据岸基监视平台显示的实时图像作出遥控决策并通过所述远程遥控手柄下发驱动控制指令。

18、优选地，所述核心算力控制板被配置为在自主趋近模式下运行时，若连续预设帧数内未检测到任何有效救援目标，则控制驱动机构带动水面艇本体沿预设搜索航迹巡航；若在巡航过程中检测到有效救援目标，则自动切换至目标追踪状态，控制所述水面艇本体向目标方向航行；当所述水面艇本体与目标之间的距离减小至预设救援距离阈值以内时，所述核心算力控制板控制驱动机构停止推进，并等待人工确认或触发救援设备释放。

19、优选地，所述数据传输模块用于在所述核心算力控制板、所述岸基监视平台和所述远程遥控手柄之间建立双向无线数据通信链路，所述数据传输模块的工作频率为2.4ghz或5.8ghz，通信距离不低于500米；所述数据传输模块同时承载图像数据下行传输链路和控制指令上行传输链路，使图像回传与遥控指令传输在同一无线信道中通过时分复用和/或频分复用方式承载。

20、优选地，所述水面艇本体具有多个密封舱体，所述密封舱体包括设备舱、浮力舱和电池舱；所述设备舱为水密密封舱体，所述核心算力控制板和数据传输模块容置于设备舱内；各所述摄像机分别安装在水面艇本体的艏部和两侧舷墙顶部，各摄像机具有独立防水外壳。

21、本发明提供了一种全境搜索救援水面艇，具备以下有益效果：采用三个或更多摄像机围绕水面艇本体周向分布式布局，形成覆盖艇体周围360°范围的全景视场，且相邻摄像机的视场之间具有重叠区域，从根本上克服了单路摄像机视场受限、存在盲区的固有缺陷。在此基础上，通过核心算力控制板的硬件时钟同步单元生成同步触发信号，控制各摄像机同时曝光，并在图像采集时为每帧图像附加硬件时间戳，实现多路视频流的帧级严格同步。使得同一目标在不同摄像机画面中的时空对应关系清晰可溯，为目标的多视角融合定位提供了精确的数据基础。当同一目标同时出现在多个摄像机视场中时，采用三角测量或透视投影方法，根据目标在各通道图像中的像素坐标及摄像机的标定参数，求解目标相对于水面艇本体的方位角与距离，实现了从“图像检测”到“空间定位”的精准映射，相比现有单路摄像头方案或简单图像拼接方案，目标定位精度和可靠性得到显著提升。

22、通过将自动检测识别驱动算法直接部署于艇载核心算力控制板中，利用内置的神经网络处理单元（kpu）对多路视频流进行并行推理运算，目标检测和识别均在艇端实时完成，无需将图像上传至云端或岸基服务器进行处理，从根本上消除了网络传输延迟对实时性的影响。使得水面艇在检测到救援目标后能够立即自动转向目标航行，无需等待人工遥控指令，大幅缩短了从目标发现到抵近救援的响应时间。

23、通过单个数据传输模块同时承载视频图像下行传输链路和控制指令上行传输链路，利用时分复用或频分复用方式在同一无线信道中实现视频流与控制指令的双向传输。相比现有技术中图像传输链路与控制链路相互独立的设计，本发明简化了系统架构，降低了硬件成本和通信冲突概率。更重要的是，视频数据和控制指令在同一信道中传输，天然保证了图像回传与驱动控制指令下发之间的时间关联性。