一种潜水设备群控制系统的制作方法

本发明涉及智能控制领域，尤其涉及一种潜水设备群控制系统。

背景技术：

人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”。人工智能可以对人的意识、思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能，但能像人那样思考、也可能超过人的智能。

随着人工智能的发展，其具体的应用领域也越来越有针对性，然而，具体地在潜水设备领域，还没有一种较好的控制系统可以实现对潜水设备集群的控制。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种潜水设备群控制系统。

本发明是以如下技术方案实现的：

一种潜水设备群控制系统，所述系统包括：

包括不止一个潜水设备构成的潜水设备群和与所述潜水设备群中每个潜水设备通信的服务器；每个潜水设备具备唯一的标识，并基于某个通信密钥与所述服务器通信；

每个潜水设备均为轴对称结构，在所述潜水设备的头部的两侧各设置有摄像头，以便于所述潜水设备的可视区域可以达到除正后方以外的大部分方向。

进一步地，所述潜水设备的头部与对称轴交叉的位置设置有三轴加速度计和三轴陀螺仪，用于实时监测所述潜水设备的沿自身坐标系的加速度和相应的角速度。所述潜水设备的尾部还设置有驱动部件、运动部件和转向部件，所述驱动部件与所述运动部件和所述转向部件均连接。

进一步地，所述潜水设备还包括中央控制器，所述中央控制器与所述驱动部件、摄像头、三轴加速度计和三轴陀螺仪均连接。

进一步地，所述中央控制器包括：

计算模块，用于根据所述三轴加速度计和所述三轴陀螺仪计算所述潜水设备的有效姿态角，并将所述有效姿态角传输至加密模块；

视觉模块，用于对摄像头的拍摄结果进行编码，并将编码结果传输至数据包生成模块；

数据包生成模块，用于根据编码结果、有效姿态角和潜水设备标识生成数据包并将所述数据包发送至加密模块；

加密模块，用于对数据包进行加密，生成加密数据包并将其传输至通信模块；

通信模块，用于与服务器通信；

解密模块，用于对服务器发来的数据进行解密，得到其中的控制信息；

避让模块，用于判断所述潜水设备是否将会撞上障碍物，并将判断结果发送至控制模块；

控制模块，用于根据所述控制信息或者判断结果控制所述驱动部件。

进一步地，所述服务器根据各个潜水设备反馈的加密数据包进行解密，还原水中场景，并对水中场景和各个潜水设备进行分析。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

本发明的有益效果是：

本发明中提供了一种潜水设备群控制系统，通过对潜水设备群采集视频图像可以对水中场景和潜水设备群的行为特征进行具体的分析，并且数据传输过程全程加密，本发明中独创的加密算法的运算复杂度较低但是能够取得较好的保密效果。

附图说明

图1是本实施例提供的中央控制器框图；

图2是本实施例提供的一种障碍物视角对各个潜水设备运动情况的分析方法流程图；

图3是本实施例提供的判断每个组合中的两个潜水设备之间的视线是否被所述障碍物遮挡的具体方法流程图；

图4是本实施例提供的一种以潜水设备视角进行潜水设备视觉分析的方法流程图；

图5是本实施例提供的加密方法流程图；

图6是本实施例提供的解密方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种潜水设备群控制系统，所述系统包括不止一个潜水设备构成的潜水设备群和与所述潜水设备群中每个潜水设备通信的服务器；每个潜水设备具备唯一的标识，并基于某个通信密钥与所述服务器通信。

每个潜水设备均为轴对称结构，在所述潜水设备的头部的两侧各设置有摄像头，以便于所述潜水设备的可视区域可以达到除正后方以外的大部分方向。所述潜水设备的头部与对称轴交叉的位置设置有三轴加速度计和三轴陀螺仪，用于实时监测所述潜水设备的沿自身坐标系的加速度和相应的角速度。所述潜水设备的尾部还设置有驱动部件、运动部件和转向部件，所述驱动部件与所述运动部件和所述转向部件均连接。

所述潜水设备还包括中央控制器，所述中央控制器与所述驱动部件、摄像头、三轴加速度计和三轴陀螺仪均连接，所述中央控制器如图1所示，包括：

计算模块，用于根据所述三轴加速度计和所述三轴陀螺仪计算所述潜水设备的有效姿态角，并将所述有效姿态角传输至加密模块；

视觉模块，用于对摄像头的拍摄结果进行编码，并将编码结果传输至数据包生成模块；

数据包生成模块，用于根据编码结果、有效姿态角和潜水设备标识生成数据包并将所述数据包发送至加密模块；

加密模块，用于对数据包进行加密，生成加密数据包并将其传输至通信模块；

通信模块，用于与服务器通信；

解密模块，用于对服务器发来的数据进行解密，得到其中的控制信息；

避让模块，用于判断所述潜水设备是否将会撞上障碍物，并将判断结果发送至控制模块；

控制模块，用于根据所述控制信息或者判断结果控制所述驱动部件。

所述服务器根据各个潜水设备反馈的加密数据包进行解密，还原水中场景，并对水中场景和各个潜水设备进行分析，以便于综合掌控潜水设备群的运动情况，便于向其发布控制指令。

本发明实施例具体提供一种障碍物视角对各个潜水设备运动情况的分析方法，如图2所示，包括：

s101.获取障碍物的最小外包矩形；

s102.以竖直方向为y轴，以所述最小外包矩形的几何中心为原点构建三维直角坐标系；

s103.获取所述障碍物周围的潜水设备，构成目标潜水设备集合；

s104.得到所述目标潜水设备集合中以两个元素为目标的各个组合；

s105.判断每个组合中的两个潜水设备之间的视线是否被所述障碍物遮挡。

具体地，所述判断每个组合中的两个潜水设备之间的视线是否被所述障碍物遮挡的具体方法如图3所示，包括：

s1051.获取所述最小外包矩形的三个垂直平分面，其法向量为

s1052.获取组合中两个潜水设备之间的连线的方向向量

s1053.获取目标值其中p0是两个潜水设备其中一个的位置坐标；

s1054.若有两个目标值均处于(0,1)的区间内，则判定所述组合中两个潜水设备之间的视线被遮挡。

本发明实施例具体提供一种以潜水设备视角进行潜水设备视觉分析的方法，如图4所示，包括：

s201.获取潜水设备周围的障碍物，构成障碍物集合；

s202.判断所述障碍物集合中的每个障碍物是否处于所述潜水设备的可视区域之中。

具体地，所述判断所述障碍物集合中的每个障碍物是否处于所述潜水设备的可视区域之中包括：

s2021.获取所述障碍物的坐标(x1，y1，z1)。

s2022.获取所述潜水设备的坐标(x1，y1，z1)和潜水设备的有效方向角(α，β，γ)。

s2023.判断所述障碍物是否位于所述潜水设备的可视区域的有效角度范围内。

具体地，首先获取障碍物与所述潜水设备的连线在三维坐标系中的三个方向角

若且且则所述障碍物位于所述潜水设备的可视区域的有效角度范围内，其中是所述潜水设备的最大视角。

s2024.若是，则判断所述障碍物是否位于所述潜水设备的可视区域的有效距离内。

具体地，若则所述障碍物位于可是区域的有效区域内。

s2025.若是，则所述障碍物位于所述潜水设备的可视区域之中。

进一步地，为了提升潜水设备群与与服务器的通信安全性，本发明实施例中对于服务器与每个潜水设备的通信过程进行全程加密。本发明实施例具体公开了一种潜水设备端的加密方法，所述加密方法由加密模块执行，所述加密方法如图5所示，包括：

s301.获取待加密数据。

s302.查询密码字典并从所述密码字典获取待抽取密钥集，所述待抽取密钥集与所述待加密数据没有相同字符；所述密码字典每个密钥长度相同，所述服务器与潜水设备共享相同的密码字典。

s303.从所述待抽取密钥集中随机抽取一个密钥作为当前密钥。

s304.记录所述设备的标识与当前密钥的对应关系。

s305.统计所述待加密数据中出现频率最高的字符，并得到其出现的具体次数。

s305.生成预设长度的干扰字符串，所述干扰字符串具有下述特点：所述干扰字符串包括所述当前密钥中的全部字符，并且只包括所述当前密钥中的字符，并且所述干扰字符串中出现频率最低的字符的出现次数高于待加密数据中出现频率最高的字符的出现次数；

s306.拼接m个当前密钥得到密钥串，并将所述密钥串中的各个字符随机插入所述待加密数据之中得到第一数据串；

s307.所述第一数据串和所述干扰字符串拼接得到加密数据。

相应的，服务器端解密方法如图6所示，包括：

s401.对收到的数据中各个字符的出现频率进行统计；

s402.提取出现频率最大的n个目标字符；

s403.在密码字典中查询包括n个目标字符的密钥，得到目标密钥；

s404.根据所述目标密钥从收到的数据中提取出目标数据。

进一步地，潜水设备可以使用当前密钥进行下一次的加密，也可以在任意一次通信之前通过执行步骤s301-s307变更当前密钥。

在服务器端还记录潜水设备的标识与目标密钥的对应关系，在之后的通信过程中首先使用目标密钥进行解密，若成功解密，则获取到目标数据；若解密不成功，则判定潜水设备更换了密钥，从新执行步骤s401-s404。

相应的，服务器也使用目标密钥对控制信息进行加密，并将加密结果传输至潜水设备，以便于潜水设备根据其自身记录的当前密钥解密。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元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。

需要说明的是：上述本发明实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。