[发明专利]基于数据通信的船舶水下暗礁避让系统

说明书

技术领域

本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种基于数据通信的船舶水下暗礁避让系统。

背景技术

船舶在行驶时，如果处于浅水区或者水下暗礁过高，则船底容易与暗礁碰撞，从而导致船舶受损，严重情况下可能船舶底部进水，导致船上财产损失和人员损伤。

为了避免出现船舶与水下暗礁碰撞情况发生，需要在船舶底部安置水下暗礁检测系统，然而，现有技术中并没有这样的系统。

为此，本发明提出了一种基于数据通信的船舶水下暗礁避让系统，能够根据船舶底部暗礁的具体情况，确定船舶的处理策略，或挖掘或躲避，从而避免暗礁与船舶底部碰撞，保持船舶行驶的安全性。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于数据通信的船舶水下暗礁避让系统，首先去除水下图像的散射光成份，随后采用高精度的水下暗礁识别技术对暗礁面积进行确定，并基于水下暗礁横向面积与暗礁面积阈值的比较结果，确定船舶的暗礁处理策略，同时还引入了水下暗礁定位技术，为船舶的行驶提供安全保障。

根据本发明的一方面，提供了一种基于数据通信的船舶水下暗礁避让系统，所述避让系统包括船底固定架、清晰化处理设备和暗礁识别设备，所述清晰化处理设备和所述暗礁识别设备都位于所述船底固定架上，所述清晰化处理设备用于对船底正前方的图像执行清晰化处理，所述暗礁识别设备用于对清晰化处理后的图像进行暗礁识别。

更具体地，在所述基于数据通信的船舶水下暗礁避让系统中，还包括：挖掘设备，设置在所述船底固定架上，包括挖掘电机和挖掘驱动器，所述挖掘驱动器与所述挖掘电机连接，用于对前方暗礁进行挖掘；伽利略定位设备，设置在船舶上，用于接收伽利略卫星发送的伽利略定位数据；供电设备，设置在船舶上，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池的剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；FLASH存储设备，设置在船舶上，预先存储了黑白阈值和像素数阈值，所述黑白阈值用于对图像执行二值化处理，所述FLASH存储设备还预先存储了灰度化暗礁模版，所述灰度化暗礁模版为对基准暗礁进行拍摄所得到的暗礁图像执行灰度化处理而获得；所述FLASH存储设备还预先存储了暗礁面积阈值、暗礁高度阈值和暗礁宽度阈值，所述暗礁面积阈值与船舶挖掘输出功率成正比，所述暗礁高度阈值与船舶瞬时爬升输出功率成正比，所述暗礁宽度阈值与所述船舶瞬时绕行输出功率成正比；水下拍摄设备，位于所述船底固定架上，包括半球形防水透明罩、辅助照明子设备和CMOS摄像头，所述半球形防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CMOS摄像头，所述辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的水下拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头对船底正前方的目标进行拍摄以获得包含船底目标的水下图像；超声波测距设备，设置在所述船底固定架上，用于测量所述船底固定架距离下方暗礁的距离，并作为暗礁相对距离输出；所述清晰化处理设备与所述CMOS摄像头、所述超声波测距设备和所述辅助照明子设备分别连接，以获得所述暗礁相对距离和所述辅助照明亮度，并基于所述暗礁相对距离和所述辅助照明亮度去除所述水下图像中因为辅助照明子设备照射而在船底目标上形成的散射光成份，以获得清晰化水下图像；所述暗礁识别设备与所述清晰化处理设备和所述FLASH存储设备分别连接，包括图像预处理子设备、二值化处理子设备、列边缘检测子设备、行边缘检测子设备、目标分割子设备和目标识别子设备，所述图像预处理子设备与所述清晰化处理设备连接，以对所述清晰化水下图像依次执行自适应边缘增强和小波滤波处理，以获得预处理水下图像；所述二值化处理子设备与所述图像预处理子设备和所述FLASH存储设备分别连接，将所述预处理水下图像的每一个像素的亮度与所述黑白阈值分别比较，当像素的亮度大于所述黑白阈值时，将像素记为白色像素，当像素的亮度小于所述黑白阈值时，将像素记为黑色像素，从而获得二值化水下图像；所述列边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述FLASH存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的列记为边缘列；所述行边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述FLASH存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的行记为边缘行；所述目标分割子设备与所述列边缘检测子设备和所述行边缘检测子设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为目标存在区域，并从所述二值化水下图像中分割出所述目标存在区域以作为目标子图像输出；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述FLASH存储设备分别连接，将所述目标子图像与所述灰度化暗礁模版匹配，匹配成功，则输出存在暗礁信号，匹配失败，则输出不存在暗礁信号；暗礁状态分析设备，与所述暗礁识别设备和所述超声波测距设备分别连接，当接收到所述存在暗礁信号时，基于所述暗礁相对距离和所述目标子图像占据所述二值化水下图像的面积百分比计算水下暗礁横向面积，基于所述暗礁相对距离和所述目标子图像纵向高度占据所述二值化水下图像纵向高度的高度百分比计算水下暗礁高度，基于所述暗礁相对距离和所述目标子图像横向宽度占据所述二值化水下图像横向宽度的宽度百分比计算水下暗礁宽度；AT89C51单片机，设置在船舶控制室内，通过电缆与所述暗礁识别设备连接，还与所述伽利略定位设备连接，当接收到所述存在暗礁信号时，将所述清晰化水下图像和所述目标子图像分别进行压缩编码以获得水下压缩图像和目标压缩图像；无线通信接口，与所述AT89C51单片机连接，用于在接收到所述存在暗礁信号时，将所述水下压缩图像、所述目标压缩图像和所述存在暗礁信号通过无线通信网络发送到水上搜救平台；显示设备，与所述AT89C51单片机连接，用于在接收到所述存在暗礁信号时，显示所述清晰化水下图像和所述目标子图像，还用于显示与所述存在暗礁信号对应的文字信号；其中，所述AT89C51单片机还与所述暗礁状态分析设备、所述暗礁识别设备和所述FLASH存储设备分别连接，当接收到所述存在暗礁信号时，将所述水下暗礁横向面积与所述暗礁面积阈值比较，所述水下暗礁横向面积小于等于所述暗礁面积阈值则发出挖掘驱动信号，所述水下暗礁横向面积大于所述暗礁面积阈值则进入躲避工作模式；所述AT89C51单片机在所述躲避工作模式中执行以下操作：当所述水下暗礁高度小于等于所述暗礁高度阈值时则发出上升驱动信号，当所述水下暗礁高度大于所述暗礁高度阈值时，进一步判断所述水下暗礁宽度和所述暗礁宽度阈值的比较结果：当所述水下暗礁宽度小于等于所述暗礁宽度阈值时则发出左右绕行驱动信号，否则，发出后退驱动信号；所述AT89C51单片机还与船舶驱动设备连接，以将所述上升驱动信号、所述左右绕行驱动信号或后退驱动信号发送到所述船舶驱动设备；所述AT89C51单片机还与所述挖掘驱动器连接，以将所述挖掘驱动信号发送到所述挖掘驱动器。