海洋浮标被动防御方法及系统与流程

本发明涉及海洋浮标安防，具体为海洋浮标被动防御方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、海洋浮标能够在海洋环境检测、海洋气候预测和海洋灾害监测中，通过搭载各类传感器或是仪器获取所需的数据，由于海洋浮标运行在远离陆地的海面上，在缺乏照明的夜晚容易受到船只的碰撞，影响监测数据的连续性，在恶劣的海啸、台风等极端气象条件下，影响的程度更加严重；与此同时，往来海面的部分人员由于不了解海洋浮标的重要性，使海洋浮标容易受到来自于人的破坏（例如渔民会将浮标当做捕鱼平台，在浮标的重要仪器设备上挂系绳索等物品，会损坏仪器设备上精密的传感器等部件），也会间接的影响海洋浮标监测数据的连续性。

3、针对上述问题，现有的海洋浮标搭载了预警系统，通过发出警示信号提醒并监测过往船只，或是对破坏者产生震慑作用。预警系统主要包括两类，一类为cctv（闭路电视）技术，通过视频或是图像获取可能对海洋浮标产生破坏的船只或人员，并将图像传输给位于陆地的基站中，但该技术无法应用在深远海，在深远海无法通过信号传输数据，需要通过卫星传输数据，而将每一帧图片传递到内陆基站的成本和功耗都很高，而海洋浮标仅通过太阳能和电池供电，其供电能力无法支持此技术所需的功耗。

4、另一类是通过搭载传感器感应靠近海洋浮标的目标，当船只靠近时启动浮标上搭载的相机或是摄像头获取目标图像，这类传感器只能检测到铁磁性物质，例如金属制的船舶等目标，渔民乘坐的木船无法被检测到，使得相机或摄像头无法启动。

5、综上所述，现有技术实现浮标预警的方式受限于浮标的供电能力和传感器的性质，无法在深远海域中进行。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供海洋浮标被动防御方法及系统，通过ais接收机获取船舶发出的ais信号，当有船舶靠近时，启动摄像头或相机获取浮标周围的画面，检测浮标周围的环境；同时摄像头或相机定时启动，应对没有安装ais系统的船舶或是非船舶类目标，从而解决功耗损耗较大的问题和常规传感器无法响应非铁磁性目标的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供海洋浮标被动防御方法，包括以下步骤：

4、接收船舶ais系统发出的信号，确定船舶的位置和航向，当船舶对浮标构成威胁时，基于训练完毕的目标检测网络获取对应方位的船舶图像信息并发出警报；

5、基于设定的周期获取浮标周围环境的图像信息，基于训练完毕的目标检测网络，确定浮标周围环境存在对浮标构成威胁的目标，获取该目标的图像信息并发出警报。

6、目标检测网络通过获取图像数据，经标注和预处理后作为训练数据集和测试数据集完成训练，其中，预处理包括旋转图片角度，模拟雨、雾天气的影响，模拟浮标晃动带来的运动模糊、失焦模糊，以及对图像进行增强。

7、模拟雨、雾天气的影响，具体为：通过对图像添加随机噪声来模拟雨雪天气情况，随机生成不同密度的随机噪声来模拟大小不同的雨雪量，将噪声进行拉长、放大、旋转方向，模拟不同情况的雨雪天气，将生成的噪声图像叠加到原始的图像数据中，完成雨雾天气的模拟。

8、对图像进行增强，具体为：基于生成对抗网络对模糊程度超过设定值的图像进行增强，模糊程度通过图片平均梯度进行判断。

9、浮标通过罗盘信息计算出图像采集模块的镜头方位，目标检测网络根据浮标周围环境的图像信息确定图像中的目标信息，通过目标在图片中的位置结合镜头方位计算出目标所在方位，通过检测到的边界框的尺寸来计算目标与图像采集模块之间的距离，当目标与图像采集模块之间的距离不大于设定值时，认为识别到的目标物体会对浮标构成威胁。

10、目标检测网络包括输入端、主干网络、特征融合层和一组检测头。

11、主干网络对原始图像尺寸进行下采样，并对图像通道进行上采样，并依次通过用于特征提取的dark2模块、dark3模块和dark4模块与特征融合层连接，dark2模块、dark3模块和dark4模块均包括基础卷积层和跨阶段层。

12、特征融合层包括与dark4模块连接的dark5模块，以及与其并列布置的两组基础卷积层、上采样层和拼接层；dark5模块接收来自dark4模块中的特征，送入第一组基础卷积层，经上采样层与来自dark4模块中的特征共同送入拼接层融合，融合后送入第二组基础卷积层，再次经上采样层后与来自dark3模块中的特征继续拼接并再次融合送入检测头。

13、检测头包括解耦合头和重构层；解耦合头包括基础卷积层，基础卷积层获取的特征发送给并列的至少两组卷积层baseconv*2，第一卷积层baseconv*2分别与两组conv2d层连接，第一conv2d层与函数层连接后，将特征送入拼接层，第二conv2d层与拼接层连接；第二卷积层baseconv*2与第三conv2d层连接后，通过函数层与拼接层连接。

14、本发明的第二个方面提供实现上述方法所需的系统，包括：

15、第一目标预警模块，被配置为：接收船舶ais系统发出的信号，确定船舶的位置和航向，基于训练完毕的目标检测网络确定该船舶对浮标构成威胁，获取船舶的图像信息并发出警报；

16、第二目标预警模块，被配置为：基于设定的周期获取浮标周围环境的图像信息，基于训练完毕的目标检测网络，确定浮标周围环境存在对浮标构成威胁的目标，获取该目标的图像信息并发出警报。

17、与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

18、1、当有船舶靠近时，根据ais信号中提取的船舶位置和航向，确定船舶可能对浮标构成威胁时，发出警报并保存该船舶的图像；同时根据设定的周期，定期获取浮标周围的环境图像信息，应对没有安装ais系统的船舶或是非船舶类目标；通过在获取ais信号后再获取图像和定期获取图像相配合方式，不采用常规传感器的方式来检测可能产生威胁的目标，还降低了预警系统的功耗，从而使该方式能够应用在深远海域中。

19、2、目标检测网络将三组检测头的网络结构更改为一组检测头的结构，三组检测头的涉及考虑在检测多尺寸目标，主要是为检测出更小尺寸目标，而针对浮标被动预警，仅需要在距离较近的位置检测出图像中是否包含船舶或人体即可，对检测距离的需求较近，并且不需要过小尺寸目标的检测，从而使网络得到轻量化处理，能够部署在算力资源和供电能力均受到限制的浮标上进行边缘计算，使浮标获得更快的预警响应能力，不再依赖通信系统传输图像，仅在浮标本体上即可完成目标检测和拍照取证，有利于浮标部署在深远海域中。

20、3、目标检测网络在训练时通过旋转图片角度，模拟雨、雾天气的影响，模拟浮标晃动带来的运动模糊、失焦模糊，以及对图像进行增强，能够模拟深远海域场景下，对图像的干扰，提升目标检测的精度。

技术特征：

1.海洋浮标被动防御方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的海洋浮标被动防御方法，其特征在于，目标检测网络通过获取图像数据，经标注和预处理后作为训练数据集和测试数据集完成训练；其中，预处理包括旋转图片角度，模拟雨、雾天气的影响，模拟浮标晃动带来的运动模糊、失焦模糊，以及对图像进行增强。

3.如权利要求2所述的海洋浮标被动防御方法，其特征在于，模拟雨、雾天气的影响，具体为：通过对图像添加随机噪声来模拟雨雪天气情况，随机生成不同密度的随机噪声来模拟大小不同的雨雪量，将噪声进行拉长、放大、旋转方向，模拟不同情况的雨雪天气，将生成的噪声图像叠加到原始的图像数据中，完成雨雾天气的模拟。

4.如权利要求2所述的海洋浮标被动防御方法，其特征在于，对图像进行增强，具体为：基于生成对抗网络对模糊程度超过设定值的图像进行增强，模糊程度通过图片平均梯度进行判断。

5.如权利要求1所述的海洋浮标被动防御方法，其特征在于，浮标通过罗盘信息计算出图像的镜头方位，目标检测网络根据浮标周围环境的图像信息确定图像中的目标信息，通过目标在图片中的位置结合镜头方位计算出目标所在方位，通过检测到的边界框的尺寸来计算目标与图像采集模块之间的距离，当目标与图像采集模块之间的距离不大于设定值时，认为识别到的目标物体会对浮标构成威胁。

6.如权利要求1所述的海洋浮标被动防御方法，其特征在于，目标检测网络包括输入端、主干网络、特征融合层和一组检测头。

7.如权利要求6所述的海洋浮标被动防御方法，其特征在于，所述主干网络对原始图像尺寸进行下采样，并对图像通道进行上采样，并依次通过用于特征提取的dark2模块、dark3模块和dark4模块与特征融合层连接，dark2模块、dark3模块和dark4模块均包括基础卷积层和跨阶段层。

8.如权利要求6所述的海洋浮标被动防御方法，其特征在于，所述特征融合层包括与dark4模块连接的dark5模块，以及与其并列布置的两组基础卷积层、上采样层和拼接层；dark5模块接收来自dark4模块中的特征，送入第一组基础卷积层，经上采样层与来自dark4模块中的特征共同送入拼接层融合，融合后送入第二组基础卷积层，再次经上采样层后与来自dark3模块中的特征继续拼接并再次融合送入检测头。

9.如权利要求6所述的海洋浮标被动防御方法，其特征在于，所述检测头包括解耦合头和重构层；解耦合头包括基础卷积层，基础卷积层获取的特征发送给并列的至少两组卷积层baseconv*2，第一卷积层baseconv*2分别与两组conv2d层连接，第一conv2d层与函数层连接后，将特征送入拼接层，第二conv2d层与拼接层连接；第二卷积层baseconv*2与第三conv2d层连接后，通过函数层与拼接层连接。

10.海洋浮标被动防御系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及海洋浮标安防技术领域，具体为海洋浮标被动防御方法及系统，包括以下步骤：接收船舶AIS系统发出的信号，确定船舶的位置和航向，当船舶对浮标构成威胁时，基于训练完毕的目标检测网络获取对应方位的船舶图像信息并发出警报；基于设定的周期获取浮标周围环境的图像信息，基于训练完毕的目标检测网络，确定浮标周围环境存在对浮标构成威胁的目标，获取该目标的图像信息并发出警报。通过AIS系统确定船舶的位置和航向可能构成威胁后，获取图像信息取证并预警；同时根据设定的周期定期获取浮标周围的环境图像信息，应对没有安装AIS系统的船舶或是非船舶类目标。

技术研发人员：宁春林,袁国正,李超,刘志豪,王肖闯,苏清磊,李安山
受保护的技术使用者：自然资源部第一海洋研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15