【儀表網 研發快訊】2024年10月25日，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所余道洋團隊研發的防溺水智能監控與機器人自主救援系統在河南省漯河市沙澧河景區正式啟用。該系統將通過人防技防融合，實現24小時全天候的監控預警與快速救援，借助人工智能、機器人、大數據和信息化技術加持，進一步推動防溺水救援的新技術發展和應用。
 

　　據中國青少年防溺水大數據報告統計，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。防溺水的關鍵是預警和救援，雖然國內部分水域已經建設了溺水事故預警平臺，但是現有的方法和技術的預警時效性、準確性和覆蓋率不足，且應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最早開展無人船艇技術研究的團隊之一，近年來在無人船艇智能感知、決策和控制領域取得了多項關鍵技術。基于此，團隊進一步發展防溺水監控、預警與救援技術，與漯河市沙澧河建設運行保障中心合作研發了防溺水智能監控與機器人自主救援系統。該系統通過在沙澧河核心景區布設100臺光學和熱成像攝像機，實現對禁區水域的全方位無死角全天候監控；視頻圖像實時傳輸至視頻管理服務器和算法服務器，對闖入禁游水域的人員進行探測、識別、分析、定位、計算經緯度坐標，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，接收到服務器的救援指令后自動啟航，根據服務器提供的疑似溺水人員經緯度坐標自主規劃救援路線；救援初始階段，機器人通過服務器提供的經緯度以遠程引導模式駛向疑似溺水人員，當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，釋放救援臂和應急裝備。
 

　　該防溺水智能監控與機器人自主救援系統根據水域視頻圖像，構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換，實現對疑似溺水人員的準確定位和世界坐標系標定。當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特征提取的優勢，同時通過自動變焦處理傳統光學系統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動系統的非線性水力動力學控制預測控制模型，通過待跟蹤軌跡點隊列以及循環偏移變量的計算，獲得欠驅動系統的航向、直線及橫向距離偏差的逐點追蹤控制變量，并持續更新直至捕捉到疑似溺水人員。
 

　　該系統的人員識別、分析、定位、跟蹤、自主救援、自主追蹤和捕捉都在現場無人操控下完成，因此研究團隊還研發了自主泊船與充電碼頭，救援機器人完成任務后根據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. 防溺水智能監控與機器人自主救援系統在河南省沙澧河景區正式啟用。