基于无人机的船舶净空高度检测方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及航标技术领域，具体涉及一种基于无人机的船舶净空高度检测方法、系统、设备及介质。

背景技术

随着水运交通的迅速发展，船舶拥有量在不断增长，船舶大型化趋势也日益明显。并且，随着交通基础设施建设的不断发展，桥梁等设施越建越多。超高船舶在航行过程中存在很多安全隐患，譬如超高船舶可造成跨河桥梁和辅助设施的损坏及意外事故的发生，严重影响航运事业经济效益和运输效率的发挥，甚至威胁生命安全。

目前船舶超高多使用激光测试，检测距离有限，且检测精度不高，且无法快速移动进行机动巡查。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于无人机的船舶净空高度检测方法、系统、设备及存储介质，以实现快速移动机动巡查船舶净空高度情况、提高航道运行的安全性。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于无人机的船舶净空高度检测方法，包括：

控制无人机拍摄包含目标船舶的原始图像，并记录无人机拍摄时的拍摄参数；

对所述原始图像进行目标边缘检测，得到所述目标船舶对应的船舶图像；

对所述船舶图像进行最高点检测，找到所述船舶图像距离水平面的最高点；

根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度。

可选的，所述拍摄参数包括：相机拍摄时的俯仰角、视场角、无人机高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离。

可选的，所述控制无人机拍摄包含目标船舶的原始图像，并记录无人机拍摄时的拍摄参数，包括：

控制无人机的相机拍摄包含目标船舶的原始图像；同步记录无人机的相机拍摄时的俯仰角、视场角、无人机高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离。

可选的，所述根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度，包括：

根据所述船舶图像距离水平面的最高点，找出与最高点对应的相机拍摄时的俯仰角、视场角、无人机高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离；

根据最高点对应的相机拍摄时的俯仰角、视场角、无人机高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离采用单目视觉定位测距方法得到最高点对应的所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度。

可选的，所述根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度之后，还包括：

将所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度与所述原始图像对应叠加并显示。

可选的，所述根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度之后，还包括：

根据所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度和前方跨河建筑物通航限高信息，判断所述目标船舶是否超高。

可选的，在所述无人机上设置有声光报警设备和/或无线电通信报警设备；所述根据所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度和前方跨河建筑物通航限高信息，判断所述目标船舶是否超高，还包括：

若所述目标船舶距离超高，通过无人机的声光报警设备和/或无线电通信报警设备向所述目标船舶进行喊话告警。

本发明第二方面提供一种基于无人机的船舶净空高度检测系统，包括：

船舶拍摄模块，用于控制无人机拍摄包含目标船舶的原始图像，并记录无人机拍摄时的拍摄参数；

边缘检测模块，用于对所述原始图像进行目标边缘检测，得到所述目标船舶对应的船舶图像；

最高点检测模块，用于对所述船舶图像进行最高点检测，找到所述船舶图像距离水平面的最高点；

船舶净空高度检测模块，用于根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度。

本发明第三方面提供一种计算机设备,包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于无人机的船舶净空高度检测方法的步骤。

本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于无人机的船舶净空高度检测方法的步骤。

上述技术方案，通过控制无人机拍摄包含目标船舶的原始图像，并记录无人机拍摄时的拍摄参数；对所述原始图像进行目标边缘检测，得到所述目标船舶对应的船舶图像；对所述船舶图像进行最高点检测，找到所述船舶图像距离水平面的最高点；根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度；利用无人机开展船舶净空高度检测，实现快速移动机动巡查船舶净空高度情况、提高了航道运行的安全性；提高了船舶超高检查效率，降低了作业劳动强度，运用无人机检查更快捷，检测范围大，检测精度高，成本更低更安全。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1示意性示出了根据本发明实施例的基于无人机的船舶净空高度检测方法的流程示意图；

图2示意性示出了根据本发明实施例的基于无人机的船舶净空高度检测系统的结构框图；

图3示意性示出了根据本发明实施例的船舶净空高度计算方法示意图；

图4示意性示出了根据本发明实施例的计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1示意性示出了根据本发明实施例的基于无人机的船舶净空高度检测方法的流程示意图。如图1所示，在本发明一实施例中，提供了一种基于无人机的船舶净空高度检测方法，包括以下步骤：

步骤101、控制无人机拍摄包含目标船舶的原始图像，并记录无人机拍摄时的拍摄参数；

步骤102、对所述原始图像进行目标边缘检测，得到所述目标船舶对应的船舶图像；

步骤103、对所述船舶图像进行最高点检测，找到所述船舶图像距离水平面的最高点；

步骤104、根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度。

具体来说，控制无人机在需要检查船舶净空高度的区域进行巡查，无人机可选用多旋翼悬挂相机的无人机，该无人机还具有激光测距功能。无人机拍摄这些区域的图像信息，譬如视频数据，若视频数据中存在船舶，则控制无人机拍摄包含目标船舶的原始图像；在采集原始图像的同时，同步记录无人机拍摄时的拍摄参数，例如相机拍摄时的俯仰角及视场角等角度信息，还通过激光测距模块获取无人机所在的高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离并同步记录。再对所述原始图像进行目标边缘检测，得到所述目标船舶对应的船舶图像，也就是得到目标船舶的船舶图像，在具体应用时，可先对原始图像进行边缘检测，检测出轮廓，再进一步可通过预先设置的深度学习模型或船舶模型参数条件判断该轮廓是否为船舶，若为船舶，则得到目标船舶的船舶图像。然后，据船舶图像进行最高点检测，譬如通过曲率最大等方式来检测出最高点等方法，该最高点就是所述船舶图像距离水平面的最高点。最后，根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点便可计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度；船舶净空高度就是船舶最高点距离水平面的距离；从而实现了无人机对船舶净空高度进行检测，实现快速移动机动巡查船舶净空高度情况、提高了航道运行的安全性。

在一个实施例中，在无人机上设置有可见光设备、不可见光设备和/或雷达设备。具体来说，在白天或可见度良好的天气情况之下，无人机上的可见光设备可拍摄包含目标船舶的原始图像。而在夜间、雾天、雨天等各种情况之下，无人机上可通过不可见光设备或雷达设备拍摄包含目标船舶的原始图像。

请参阅图3、图3示意性示出了根据本发明实施例的船舶净空高度计算方法示意图；在一个实施例中，所述拍摄参数包括：相机拍摄时的俯仰角A、视场角C、无人机高度h及无人机与目标船舶各边沿点的距离B。

在一个实施例中，所述控制无人机拍摄包含目标船舶的原始图像，并记录无人机拍摄时的拍摄参数，包括：控制无人机的相机拍摄包含目标船舶的原始图像；同步记录无人机的相机拍摄时的俯仰角、视场角、无人机高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离。

在实际应用时，无人机可对船舶的轮廓进行检测，通过对船舶的轮廓进行检测，从而可以检测目标船舶的通航宽度及长度信息等发送给监控中心。无人机或监控中心可根据这些数据得到目标船舶三维图像信息，进行进一步的数据分析，对通航安全进行进一步分析，也可对船舶进行管理。

在一个实施例中，所述根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度，包括：

根据所述船舶图像距离水平面的最高点，找出与最高点对应的相机拍摄时的俯仰角、视场角、无人机高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离；

根据最高点对应的相机拍摄时的俯仰角、视场角、无人机高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离采用单目视觉定位测距方法得到最高点对应的所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度。

具体来说，无人机可测量多种参数，包括但不限于飞行到船舶侧面进行监控拍摄，采集船舶的参数，还可以测量无人机自身拍摄时的参数，例如无人机所处高度、相机的拍摄角度、无人机所处的经纬度信息等，还可以对船舶进行定位。在实际应用时，无人机可将拍摄到的视频传回岸边监控中心，若监控中心发现有船舶，则可通过人工控制，也就是人工发送指令给无人机控制无人机靠近该船舶进行抵近侦察；监控中心或无人机也可以人工智能对视频进行分析，也就是根据预先设置的深度学习模型或船舶模型参数条件判断无人机拍摄的视频中是否有船舶，若有，则控制无人机对目标船舶的抵近侦察。

本发明可采用多种方式来计算船舶净空高度，例如可采用单目视觉定位测距方法得到最高点对应的所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度。在实际应用时，结合图3对本发明的一种船舶净空高度实时监测方法说明如下：无人机301拍摄目标船舶302的多个参数，例如相机拍摄时的俯仰角A、视场角C、无人机高度h及无人机与目标船舶各边沿点的距离B；根据这些参数通过三角形余弦定理等方法便可实时处理计算出船舶净空高度Y。

优选地，为了提高船舶净空高度的准确度，本发明可进一步的控制无人机沿着船舶侧面进行监控拍摄，无人机拍摄不同方向及不同角度的多次对应的拍摄参数，根据多次拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到多次所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度；本发明进一步根据计算得到的多次船舶净空高度选择平均值、最高值或最低值作为最终的船舶净空高度。为了降低船舶碰撞风险，优选选择最高值为最终的船舶净空高度，进一步保障安全。

在一个实施例中，所述根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度之后，还包括：将所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度与所述原始图像对应叠加并显示。具体来说，无人机可将拍摄到的视频传回岸边监控中心，通过将所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度与所述原始图像对应叠加并在监控中心对应叠加显示，可对船舶情况一目了然，更方便了解情况。

在一个实施例中，所述根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度之后，还包括：根据所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度和前方跨河建筑物通航限高信息，判断所述目标船舶是否超高。

具体来说，在实时计算得到船舶净空高度之后，便可根据附近水域的限高数据，也就是前方跨河建筑物限高信息，从而进行判断该船舶是否超高。譬如船舶的净空高度为20米，而前方跨河建筑物限高值为18米，则判断该船舶超高。在实际应用时，判断所述目标船舶是否超高可加入富裕净空高度值，这是由于风浪潮等因素会导致船舶上下晃动，为了进一步保障安全，若船舶净空高度值与富裕净空高度值之和小于前方跨河建筑物限高值，则认为目标船舶不超高；否则，认为船舶超高，从而避免了因风浪潮等因素的差值导致的误差而发生船舶与跨河建筑物碰撞事件。例如，船舶的净空高度为15米、前方跨河建筑物限高值为18米、富裕净空高度值为1米，则判断该船舶不超高；若船舶的净空高度为15米、前方跨河建筑物限高值为18米、富裕净空高度值为5米，则判断该船舶超高。

在一个实施例中，在所述无人机上设置有声光报警设备和/或无线电通信报警设备；所述根据所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度和前方跨河建筑物通航限高信息，判断所述目标船舶是否超高，还包括：

若所述目标船舶距离超高，通过无人机的声光报警设备和/或无线电通信报警设备向所述目标船舶进行喊话告警。

具体来说，无人机上还可设置有喊话设备和/或照明设备及无线电通信报警设备等，若目标船舶超高，则可对应向该船舶进行喊话、无线电告警、采用照明等多种方式进行告警，从而有效保障船舶航行安全。在实际应用时，还可通过无人机或监控中心通知附近的巡检船对应的船舶超高信息，从而进一步限制，及时制止超高船的航行。

综上所述，本发明提供的基于无人机的船舶净空高度检测方法，采用无人机进行船舶超高检测，应用于监控中心和无人机所组成的硬件系统中；本发明利用现代化检测手段通过无人机挂载的检测设备对船舶净空高度进行检测，无人机能方便地进行快速移动，随时随地进行机动巡查；通过无人机挂载的喊话设备及时对超高船只进行喊话等管制处置，及时制止超高船的航行，提高了航道运行的安全性；检测距离远，且检测精度高；检查更快捷。

如图2所示，本发明还提供了一种基于无人机的船舶净空高度检测系统，包括：

船舶拍摄模块201，用于控制无人机拍摄包含目标船舶的原始图像，并记录无人机拍摄时的拍摄参数；

边缘检测模块202，用于对所述原始图像进行目标边缘检测，得到所述目标船舶对应的船舶图像；

最高点检测模块203，用于对所述船舶图像进行最高点检测，找到所述船舶图像距离水平面的最高点；

船舶净空高度检测模块204，用于根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度。

关于基于无人机的船舶净空高度检测系统的具体限定可以参见上文中对于基于无人机的船舶净空高度检测方法的限定，在此不再赘述。上述基于无人机的船舶净空高度检测系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器A01、网络接口A02、存储器(图中未示出)和数据库(图中未示出)。其中，该计算机设备的处理器A01用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括内存储器A03和非易失性存储介质A04。该非易失性存储介质A04存储有操作系统B01、计算机程序B02和数据库(图中未示出)。该内存储器A03为非易失性存储介质A04中的操作系统B01和计算机程序B02的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储广告图片和广告图片的参数等数据。该计算机设备的网络接口A02用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序B02被处理器A01执行时以实现一种基于无人机的船舶净空高度检测方法。

本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：控制无人机拍摄包含目标船舶的原始图像，并记录无人机拍摄时的拍摄参数；对所述原始图像进行目标边缘检测，得到所述目标船舶对应的船舶图像；对所述船舶图像进行最高点检测，找到所述船舶图像距离水平面的最高点；根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度。

在一个实施例中，所述拍摄参数包括：相机拍摄时的俯仰角、视场角、无人机高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离。

在一个实施例中，所述控制无人机拍摄包含目标船舶的原始图像，并记录无人机拍摄时的拍摄参数，包括：

控制无人机的相机拍摄包含目标船舶的原始图像；同步记录无人机的相机拍摄时的俯仰角、视场角、无人机高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离。

在一个实施例中，所述根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度，包括：

根据所述船舶图像距离水平面的最高点，找出与最高点对应的相机拍摄时的俯仰角、视场角、无人机高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离；

根据最高点对应的相机拍摄时的俯仰角、视场角、无人机高度及无人机与目标船舶各边沿点的距离采用单目视觉定位测距方法得到最高点对应的所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度。

在一个实施例中，所述根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度之后，还包括：

将所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度与所述原始图像对应叠加并显示。

在一个实施例中，所述根据所述拍摄参数和所述船舶图像的最高点计算得到所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度之后，还包括：

根据所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度和前方跨河建筑物通航限高信息，判断所述目标船舶是否超高。

在一个实施例中，在所述无人机上设置有声光报警设备和/或无线电通信报警设备；所述根据所述目标船舶距离水平面最高处的船舶净空高度和前方跨河建筑物通航限高信息，判断所述目标船舶是否超高，还包括：

若所述目标船舶距离超高，通过无人机的声光报警设备和/或无线电通信报警设备向所述目标船舶进行喊话告警。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于无人机的船舶净空高度检测方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。