【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】2024年10月25日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所余道洋團隊研發(fā)的防溺水智能監(jiān)控與機器人自主救援系統(tǒng)在河南省漯河市沙澧河景區(qū)正式啟用。該系統(tǒng)將通過人防技防融合，實現(xiàn)24小時全天候的監(jiān)控預(yù)警與快速救援，借助人工智能、機器人、大數(shù)據(jù)和信息化技術(shù)加持，進一步推動防溺水救援的新技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用。
 

　　據(jù)中國青少年防溺水大數(shù)據(jù)報告統(tǒng)計，我國每年有約5.9萬人死于溺水，其中未成年人占比95%以上。防溺水的關(guān)鍵是預(yù)警和救援，雖然國內(nèi)部分水域已經(jīng)建設(shè)了溺水事故預(yù)警平臺，但是現(xiàn)有的方法和技術(shù)的預(yù)警時效性、準確性和覆蓋率不足，且應(yīng)急救援行動主要以人工為主，存在行動滯后、救援裝備缺乏等問題。因此很難達到溺水事件黃金救援時間3-5分鐘的要求。
 

　　固體所余道洋博士團隊是國內(nèi)最早開展無人船艇技術(shù)研究的團隊之一，近年來在無人船艇智能感知、決策和控制領(lǐng)域取得了多項關(guān)鍵技術(shù)。基于此，團隊進一步發(fā)展防溺水監(jiān)控、預(yù)警與救援技術(shù)，與漯河市沙澧河建設(shè)運行保障中心合作研發(fā)了防溺水智能監(jiān)控與機器人自主救援系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過在沙澧河核心景區(qū)布設(shè)100臺光學(xué)和熱成像攝像機，實現(xiàn)對禁區(qū)水域的全方位無死角全天候監(jiān)控；視頻圖像實時傳輸至視頻管理服務(wù)器和算法服務(wù)器，對闖入禁游水域的人員進行探測、識別、分析、定位、計算經(jīng)緯度坐標，并判別是否為疑似溺水人員，決策是否啟動溺水救援指令；水面自主救援機器人在自動充電泊船碼頭24小時全天候待命，接收到服務(wù)器的救援指令后自動啟航，根據(jù)服務(wù)器提供的疑似溺水人員經(jīng)緯度坐標自主規(guī)劃救援路線；救援初始階段，機器人通過服務(wù)器提供的經(jīng)緯度以遠程引導(dǎo)模式駛向疑似溺水人員，當(dāng)救援機器人利用船載雙光譜攝像機自動捕捉到人員后，將啟動自主捕捉模式，根據(jù)人員的實時位置自動控制運動軌跡，到達疑似溺水人員附近后，釋放救援臂和應(yīng)急裝備。
 

　　該防溺水智能監(jiān)控與機器人自主救援系統(tǒng)根據(jù)水域視頻圖像，構(gòu)建圖像坐標系的畸變特征模型，進一步研究世界坐標系到相機坐標系的剛體轉(zhuǎn)換、相機坐標系到圖像坐標系的透視投影變換以及圖像坐標系與像素坐標系之間的坐標轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對疑似溺水人員的準確定位和世界坐標系標定。當(dāng)機器人啟動自主追蹤溺水人員時，運用仿鷹眼視覺及焦距自適應(yīng)控制的目標跟蹤算法，兼顧了大場景搜索跟蹤與小場景細節(jié)特征提取的優(yōu)勢，同時通過自動變焦處理傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)在大視場與高分辨率之間的矛盾，從而較好的解決了視覺跟蹤的脫靶難題。針對機器人對疑似溺水人員的追蹤路徑控制問題，團隊研究了無人船舶欠驅(qū)動系統(tǒng)的非線性水力動力學(xué)控制預(yù)測控制模型，通過待跟蹤軌跡點隊列以及循環(huán)偏移變量的計算，獲得欠驅(qū)動系統(tǒng)的航向、直線及橫向距離偏差的逐點追蹤控制變量，并持續(xù)更新直至捕捉到疑似溺水人員。
 

　　該系統(tǒng)的人員識別、分析、定位、跟蹤、自主救援、自主追蹤和捕捉都在現(xiàn)場無人操控下完成，因此研究團隊還研發(fā)了自主泊船與充電碼頭，救援機器人完成任務(wù)后根據(jù)碼頭的精確位置自主返航、定位、歸位并自鎖，同時自動開啟充電裝置。
 

圖1. 防溺水智能監(jiān)控與機器人自主救援系統(tǒng)在河南省沙澧河景區(qū)正式啟用。