一种无人艇水面目标跟踪方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及目标跟踪技术领域，尤其涉及一种无人艇水面目标跟踪方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

无人艇是一种可以在没有人工操作的情况下，按预定程序独立完成航行和作业的中小型船舶，相比于传统的水面舰船，具有体积小、机动性高、成本低、智能化水平高等特点。无人艇可以根据实际任务需求，安装不同的功能模块，进而实现巡航、测绘、监测等多种不同功能，满足多种任务的要求。水面目标动态跟踪是无人艇最基本也是最重要的能力，用以保障其他部分功能的实现。通常的目标动态跟踪方法主要是利用目标的检测信息，通过前后帧的数据关联判断当前帧的目标是否为新目标或者前一帧目标是否已丢失，从而更新每个目标的跟踪状态，实现水面目标的动态跟踪。这种方法需考虑前面时刻的输入输出，保留状态值，使得实际应用较为不便。

因此，发明人提供了一种无人艇水面目标跟踪方法、装置、设备及存储介质。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本申请实施例提供了一种无人艇水面目标跟踪方法、装置、设备及存储介质，要解决的技术问题是：通常的目标动态跟踪方法实际应用较为不便。

(2)技术方案

第一方面，本申请实施例提供了一种无人艇水面目标跟踪方法，包括：

若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息，其中，所述输出信息包括本艇的航向和方位角；

根据所述输出信息对所述本艇的航行状态进行调整，使所述本艇与所述目标艇保持在稳定的距离范围内；

基于预设频率对所述本艇的航行状态进行实时重规划，以应对所述目标艇的航行状态不断变化。

在其中一个实施例中，所述若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息之前，还包括：

若不存在目标艇，保持本艇的当前航向，输出所述本艇的航速为预设航速。

在其中一个实施例中，所述若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息，包括：

若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息，判断目标艇和本艇是否满足预设条件；

若所述目标艇和所述本艇满足所述预设条件，根据所述目标艇信息和所述本艇信息确定输出信息。

在其中一个实施例中，所述若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息，判断目标艇和本艇是否满足预设条件之后，还包括：

若所述目标艇和所述本艇不满足所述预设条件，保持本艇的当前航向，根据所述目标艇信息和所述本艇信息确定所述本艇的航速。

在其中一个实施例中，所述预设条件为所述目标艇的航向接近所述本艇的航向或已跨越所述本艇的航向的延长线。

在其中一个实施例中，所述若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息，还包括：

若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定目标距离和目标方位；

根据所述目标艇信息、所述本艇信息、所述目标距离和所述目标方位确定输出信息，其中，所述输出信息还包括本艇的航速。

在其中一个实施例中，所述根据所述目标艇信息、所述本艇信息、所述目标距离和所述目标方位确定输出信息，包括：

根据所述目标艇信息、所述本艇信息、所述目标距离和所述目标方位，通过比例引导非线性控制模型确定输出信息。

第二方面，本申请实施例提供了一种无人艇水面目标跟踪装置，包括：

信息确定模块，用于若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息，其中，所述输出信息包括本艇的航向和方位角；

航行调整模块，用于根据所述输出信息对所述本艇的航行状态进行调整，使所述本艇与所述目标艇保持在稳定的距离范围内；

实时规划模块，用于基于预设频率对所述本艇的航行状态进行实时重规划，以应对所述目标艇的航行状态不断变化。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上所述的无人艇水面目标跟踪方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上所述的无人艇水面目标跟踪方法。

(3)有益效果

本申请的上述技术方案具有如下优点：

本申请实施例第一方面提供的无人艇水面目标跟踪方法，通过若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息，根据输出信息对本艇的航行状态进行调整，使本艇与目标艇保持在稳定的距离范围内，基于预设频率对本艇的航行状态进行实时重规划，以应对目标艇的航行状态不断变化，能够不需考虑前面时刻的输入输出，只通过当前输入就能给出相应的输出，即用重规划便于应对目标艇状态不断变化，还能够保证无论目标的航向如何变换，使本艇保持稳定的跟踪方位角并与目标保持在稳定的距离范围内。

可以理解的是，上述第二方面、第三方面和第四方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的无人艇水面目标跟踪方法的流程示意图；

图2为本申请提供的无人艇水面目标跟踪装置的结构示意图；

图3为本申请提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、设备、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。“多个”表示“两个或两个以上”。

无人艇是一种可以在没有人工操作的情况下，按预定程序独立完成航行和作业的中小型船舶，相比于传统的水面舰船，具有体积小、机动性高、成本低、智能化水平高等特点。无人艇可以根据实际任务需求，安装不同的功能模块，进而实现巡航、测绘、监测等多种不同功能，满足多种任务的要求。水面目标动态跟踪是无人艇最基本也是最重要的能力，用以保障其他部分功能的实现。通常的目标动态跟踪方法主要是基于检测算法的结果以获取到目标的类别及位置信息，利用目标的检测信息，通过前后帧的数据关联判断当前帧的目标是否为新目标或者前一帧目标是否已丢失，从而更新每个目标的跟踪状态，实现水面目标的动态跟踪。

以下对通常的目标动态跟踪方法的各个核心模块进行说明。跟踪模块，包括：跟踪目标数据关联，用于判断当前帧是否存在新出现的目标以及前一帧跟踪目标是否有丢失；KCF跟踪器初始化模块，用于跟踪器更新目标位置；扩展卡尔曼预测跟踪，用于目标曲线运动的位置预测；跟踪状态更新模块，用于为新出现的目标分配跟踪号。运动轨迹检测，包括：建立相机坐标系，用于基于相机本身为原点建立二维相机坐标系，其中x轴为目标相对相机的横向偏移，y轴为目标相对相机的纵向距离，两个维度的长度单位均为m(米)；单目相机定位模块，用于完成目标相对相机的横向和纵向的距离计算，从而完成误差在10m以内的定位效果；opencv绘制轨迹图，用于通过opencv的绘制图形接口绘出目标每一次的运动轨迹，同时根据跟踪目标的跟踪编号保存相应的目标运动轨迹图；霍夫变换检测轨迹形状，用于当本方法判定当前编号的跟踪目标已经丢失时，将该目标保存的轨迹图送入本模块中利用霍夫变换进行目标运动轨迹的形状判断。这种方法需考虑前面时刻的输入输出，保留状态值，使得实际应用较为不便。

针对上述问题，本申请实施例提供了一种无人艇水面目标跟踪方法，该方法通过若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息，其中，所述输出信息包括本艇的航向和方位角，根据所述输出信息对所述本艇的航行状态进行调整，使所述本艇与所述目标艇保持在稳定的距离范围内，基于预设频率对所述本艇的航行状态进行实时重规划，以应对所述目标艇的航行状态不断变化，能够不需考虑前面时刻的输入输出，只通过当前输入就能给出相应的输出，即用重规划便于应对目标艇状态不断变化。

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

如图1所示，本实施例提供的无人艇水面目标跟踪方法，包括：

S100、若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息。其中，所述输出信息包括本艇的航向和方位角。

在一个实施例中，所述若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息之前，还包括：若不存在目标艇，保持本艇的当前航向，输出所述本艇的航速为预设航速。

在一个实施例中，所述若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息，包括：若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息，判断目标艇和本艇是否满足预设条件；若所述目标艇和所述本艇满足所述预设条件，根据所述目标艇信息和所述本艇信息确定输出信息。

在一个实施例中，所述若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息，判断目标艇和本艇是否满足预设条件之后，还包括：若所述目标艇和所述本艇不满足所述预设条件，保持本艇的当前航向，根据所述目标艇信息和所述本艇信息确定所述本艇的航速。

在一个实施例中，所述预设条件为所述目标艇的航向接近所述本艇的航向或已跨越所述本艇的航向的延长线。

在一个实施例中，所述若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息，还包括：若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定目标距离和目标方位；根据所述目标艇信息、所述本艇信息、所述目标距离和所述目标方位确定输出信息，其中，所述输出信息还包括本艇的航速。

在一个实施例中，所述根据所述目标艇信息、所述本艇信息、所述目标距离和所述目标方位确定输出信息，包括：根据所述目标艇信息、所述本艇信息、所述目标距离和所述目标方位，通过比例引导非线性控制模型确定输出信息。

在应用中，可通过运动目标跟踪算法完成本申请的无人艇水面目标跟踪方法。用RPC方式输入本艇信息和目标艇信息，包括目标位置、航速、航向信息，通过解析信息获取以下参数：最终跟踪角度angle，跟踪距离distance，最大跟踪速度信息，本艇惯导信息ins，目标艇多源融合信息target。判断是否存在目标艇，若否，保持本艇的当前航向，输出本艇的航速为预设航速如5kn；若是，计算目标艇航向和相对本艇的位置，判断目标艇航向是否接近本艇航向或已跨越本艇航向延长线，若否，保持本艇当前航向，根据目标艇平行于本艇的距离计算输出本艇的航速，若是，根据输入的本艇信息和目标艇信息计算输出信息：无人艇跟踪路径规划结果即本艇的航向及方位角。

在应用中，还可通过比例引导算法完成本申请的无人艇水面目标跟踪方法。用RPC方式获取并解析本艇与待跟踪的目标艇信息，包括伴随保持距离t-dist、本艇经纬度、本艇航向direct、目标经纬度、目标航速v-spd、目标方位角angle等信息。若确认输入信息无误，根据本艇经纬度与目标经纬度计算目标距离v-dist、目标方位v-direct，并通过比例引导非线性控制模型：

-spd＝k*v-spd+1*tan((v-dist-t-dist)*m)

输入速度-spd，航向-angle计算并输出本艇期望速度、期望航向信息，通过加减速控制消除本艇与目标距离跟踪误差。调用单艇速度艏向控制接口，完成目标跟踪过程中对无人艇的运动控制。

S200、根据所述输出信息对所述本艇的航行状态进行调整，使所述本艇与所述目标艇保持在稳定的距离范围内。

S300、基于预设频率对所述本艇的航行状态进行实时重规划，以应对所述目标艇的航行状态不断变化。

在应用中，无人艇对水面运动目标进行跟踪时候，由于目标的航速和航向随时都可能变化，为了保证跟踪效果，提出运动目标跟踪算法和比例引导算法，运动目标跟踪算法的功能是根据目标航速及航向对本艇的航向和航速进行调整，比例引导算法的功能是根据本艇与目标的距离及目标速度对本艇的航向和航速进行调整，保证无论目标的航向如何变换，使本艇保持稳定的跟踪方位角并与目标保持在稳定的距离范围内。本申请的无人艇水面目标跟踪方法采用重规划的思想进行研究，只通过当前输入给出相应的输出，每次计算不考虑前一时刻的输入以及输出，方法本身不保留状态值，通过预设频率如每秒10Hz的频率进行实时重规划，用以应对目标艇状态不断变化。

无人艇完成对水面运动目标的跟踪动作需要调用多个算法，通过多个算法、载荷、任务模块和任务系统信息交互，完成无人艇对水面运动目标跟踪动作的自主控制。运动目标跟踪算法调用过程为，多源融合算法整合目标信息，并将所需的信息(包括：允许区域、禁止区域、目标批号、目标经纬度、目标预测航路)传递到任务系统；惯性导航设备将本艇经纬度信息、本艇艏向和本艇速度传递到任务系统；任务系统向跟踪任务调度模块下达开启指令，并下发收集到的所有信息；跟踪任务调度模块调用运动目标跟踪算法，并将这些信息作为运动目标跟踪算法的输入信息；运动目标跟踪算法计算出实时跟踪航路并回传至跟踪任务调度模块；跟踪任务调度模块上报单艇跟踪航路至任务系统；由任务系统根据跟踪航路信息，将单艇航控信息下发至单艇航行控制完成单艇对水面动态目标的初始跟踪动作。

比例引导算法调用过程为，多源融合算法整合目标信息，并将所需的信息(包括：允许区域、禁止区域、目标批号、目标经纬度、目标预测航路)传递到任务系统；惯性导航设备将本艇经纬度信息、本艇艏向和本艇速度传递到任务系统；任务系统向跟踪任务调度模块下达开启指令，并下发收集到的所有信息；跟踪任务调度模块调用比例引导算法，并将这些信息作为比例引导算法的输入信息；比例引导算法计算出实时跟踪航路并回传至跟踪任务调度模块；跟踪任务调度模块上报单艇跟踪航路至任务系统；由任务系统根据跟踪航路信息，将单艇航控信息下发至单艇航行控制完成单艇抵近水面动态目标后的跟踪动作。

本申请实施例提供的无人艇水面目标跟踪方法，通过若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息，根据输出信息对本艇的航行状态进行调整，使本艇与目标艇保持在稳定的距离范围内，基于预设频率对本艇的航行状态进行实时重规划，以应对目标艇的航行状态不断变化，能够不需考虑前面时刻的输入输出，只通过当前输入就能给出相应的输出，即用重规划便于应对目标艇状态不断变化，还能够保证无论目标的航向如何变换，使本艇保持稳定的跟踪方位角并与目标保持在稳定的距离范围内。

对应于上文实施例所述的无人艇水面目标跟踪方法，如图2所示，本实施例提供了一种无人艇水面目标跟踪装置，该无人艇水面目标跟踪装置200包括：

信息确定模块201，用于若存在目标艇，根据获取的目标艇信息和本艇信息确定输出信息，其中，所述输出信息包括本艇的航向和方位角；

航行调整模块202，用于根据所述输出信息对所述本艇的航行状态进行调整，使所述本艇与所述目标艇保持在稳定的距离范围内；

实时规划模块203，用于基于预设频率对所述本艇的航行状态进行实时重规划，以应对所述目标艇的航行状态不断变化。

需要说明的是，上述模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请实施例还提供了一种电子设备300，如图3所示，包括存储器301、处理器302以及存储在存储器301中并可在处理器302上运行的计算机程序303，处理器302执行计算机程序303时实现第一方面提供的无人艇水面目标跟踪方法的步骤。

在应用中，电子设备可包括，但不仅限于，处理器以及存储器，图3仅仅是电子设备的举例，并不构成对电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如，输入输出设备、网络接入设备等。输入输出设备可以包括摄像头、音频采集/播放器件、显示屏等。网络接入设备可以包括网络模块，用于与外部设备进行无线网络。

在应用中，处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

在应用中，存储器在一些实施例中可以是电子设备的内部存储单元，例如电子设备的硬盘或内存。存储器在另一些实施例中也可以是电子设备的外部存储设备，例如，电子设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。存储器还可以既包括电子设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(BootLoader)、数据以及其他程序等，例如计算机程序的程序代码等。存储器还可以用于暂时存储已经输出或者将要输出的数据。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时可实现上述各个方法实施例中的步骤。

本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到电子设备的任何实体或设备、记录介质、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的设备及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，设备间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。