一种水下航行器涡旋识别方法、装置及水下航行器

摘要

本申请提供了一种水下航行器涡旋识别方法、装置及水下航行器。所述水下航行器涡旋识别方法包括：获取涡流判断信息；根据涡流判断信息获取涡流特征；将所述涡流特征输入至经过训练的海洋涡旋分类器，从而识别周侧是否具有海洋涡旋。本申请的水下航行器涡旋识别方法通过易于实时采集的海表高度、温度、流速等信息进行判断，而这些信息也是绝大多数水下航行器进行作业时需要记录的，大大减小了数据的存储压力也避免了增加额外的传感器，相对的节省了AUV宝贵的功耗。

说明书

技术领域

本申请属于水下航行器技术领域，特别涉及一种水下航行器涡旋识别方法、装置及水下航行器。

背景技术

海洋涡旋广泛存在于世界大洋与边缘海中，以非规则三维螺旋状结构持续高速自转和水平运动数天到数百天，在空间尺度上，次中尺度涡旋半径在0.1～10km,而中尺度涡旋半径可达10～100km。海洋涡旋携带极大的动能，其海水运动速度比洋流平均流速快几倍甚至一个量级，涡旋的垂向深度会影响到几十米到几百米，甚至上千米。

由于海况经常变化，AUV航行经常会受到海流的影响，特别是海洋涡旋的影响，如果遭遇到动能很大的海洋涡旋，极易对AUV造成破坏，即使逃逸出海洋涡旋的影响范围也需要浪费大量的宝贵的电能。目前AUV对规避海洋涡旋的方法仍存在欠缺。

而现有技术对海洋涡旋的识别方法大部分使用大量的高分辨率遥感数据，利用深度神经网络的方法对海洋涡旋进行识别。但是AUV来说因其体积较小，动能有限，没有足够的条件能够获取实时的遥感数据，该方法难以应用。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种水下航行器涡旋识别方法，以解决上述至少一方面的问题。

在本申请的第一方面，本申请提供了一种水下航行器涡旋识别方法，所述水下航行器涡旋识别方法包括：获取涡流判断信息；根据涡流判断信息获取涡流特征；将所述涡流特征输入至经过训练的海洋涡旋分类器，从而识别周侧是否具有海洋涡旋。

可选地，所述水下航行器涡旋识别方法进一步包括：在所述识别周侧是否具有海洋涡旋结果为是后，判断所述海洋涡旋的影响半径。

可选地，可选地，所述获取涡流判断信息包括：获取海表高度信息、温度信息以及水流速度信息。

可选地，所述根据涡流判断信息获取涡流特征包括：根据所述海表高度信息获取海表高度特征；根据所述温度信息获取温度特征；根据所述水流速度信息获取水流速度特征。

可选地，所述经过训练的海洋涡旋分类器包括：根据海表高度信息、温度信息以及水流速度信息训练所述海洋涡旋分类器。

本申请还提供了一种水下航行器涡旋识别装置，所述水下航行器涡旋识别装置包括：

涡流判断信息获取模块，所述涡流判断信息获取模块用于获取涡流判断信息；

涡流特征获取模块，所述涡流特征获取模块用于根据涡流判断信息获取涡流特征；

识别模块，所述识别模块用于将所述涡流特征输入至经过训练的海洋涡旋分类器，从而识别周侧是否具有海洋涡旋。

可选地，所述涡流判断信息获取模块包括：

海表高度获取模块，所述海表高度获取模块用于获取海表高度信息；

温度获取模块，所述温度获取模块用于获取温度信息；

水流速度获取模块，所述水流速度获取模块用于获取水流速度信息。

本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的水下航行器涡旋识别方法。

本申请还提供了了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，，所述计算机程序被处理器执行时能够实现如上所述的水下航行器涡旋判断方法。

本申请还提供了一种水下航行器，所述水下航行器包括：航行器本体；

流速传感器，所述流速传感器包括两组，一组设置在所述航行器本体的一侧，另一组设置在所述航行器本体的另一侧；

海表高度传感器，所述海表高度传感器设置在所述航行器本体上；

温度传感器，所述温度传感器设置在所述航行器本体上；

水下航行器涡旋识别装置，所述水下航行器涡旋识别装置为如上所述的水下航行器涡旋识别装置，用于执行如上所述的水下航行器涡旋判断方法。

本申请至少存在以下有益技术效果：

1、本申请使用深度学习的方法对传统的海洋涡旋数据集进行多特征的融合识别，相对于使用高分辨率的遥感数据、合成孔径雷达数据等，具有更快的运行速度和更低的功耗。

2、识别方案要求的海表高度、温度、流速等信息易于实时采集，而这些信息也是绝大多数AUV进行作业时需要记录的，大大减小了数据的存储压力也避免了增加额外的传感器，相对的节省了AUV宝贵的功耗。

3、一旦与训练好的模型对比成功，即发现海洋涡旋，可根据采集的各项数据，绘制海表的高度、温度、流速图，由传统的经验法、流函数等可以估算涡旋的影响半径，方便AUV进行避障。

4、布置两组超声波多普勒流速传感器，通过检测AUV两侧的流速大小及流速差为海洋涡旋的避障提供更多的参考依据，即一般朝向流速减小、流速差减小的方向进行避障。

附图说明

图1是本申请一个实施例中的水下航行器涡旋识别方法的流程示意图。

图2是本申请一个实施例中的水下航行器的结构示意图。

图3是本申请一个实施例中的涡流示意图。

1-航行器本体；2-流速传感器；4-海表高度传感器；5-温度传感器；6-GPS模块。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1是本申请一个水下无线信息通信方法的流程示意图。

如图1所示的水下航行器涡旋识别方法包括：

步骤1：获取涡流判断信息；

步骤2：根据涡流判断信息获取涡流特征；

步骤3：将涡流特征输入至经过训练的海洋涡旋分类器，从而识别周侧是否具有海洋涡旋。

本申请至少存在以下有益技术效果：

1、本申请使用深度学习的方法对传统的海洋涡旋数据集进行多特征的融合识别，相对于使用高分辨率的遥感数据、合成孔径雷达数据等，具有更快的运行速度和更低的功耗。

2、识别方案要求的海表高度、温度、流速等信息易于实时采集，而这些信息也是绝大多数AUV进行作业时需要记录的，大大减小了数据的存储压力也避免了增加额外的传感器，相对的节省了AUV宝贵的功耗。

3、一旦与训练好的模型对比成功，即发现海洋涡旋，可根据采集的各项数据，绘制海表的高度、温度、流速图，由传统的经验法、流函数等可以估算涡旋的影响半径，方便AUV进行避障。

4、布置两组超声波多普勒流速传感器，通过检测AUV两侧的流速大小及流速差为海洋涡旋的避障提供更多的参考依据，即一般朝向流速减小、流速差减小的方向进行避障。

在本实施例中，水下航行器涡旋识别方法进一步包括：

在识别周侧是否具有海洋涡旋结果为是后，判断海洋涡旋的影响半径。

参见图3，举例来说，图3的涡旋沿中心向四周扩散，其水流速度先增加后减小，速度开始衰减区不计为涡旋区。而相对的对AUV(水下航行器)来说，速度开始增加，且海平面开始降低，温度变化时系统已作出预判临近涡旋，但此时的AUV并未进入严格意义的涡旋区(速度衰减区)。由于AUV在行进途中一直记录着水流速度便可计算大致等流速线图。由相应的等流速线(圆弧可计算影响半径L＝nπr/180,n为圆心角度数，可由延长线得出)图中弧形线90为轨迹，直角线91为延长线。

可以理解的是，在获取影响半径后，AUV便沿着流速减小，流速差减小的方向进行规避。

在本实施例中，获取涡流判断信息包括：获取海表高度信息、温度信息以及水流速度信息。

在本实施例中，涡流判断信息包括海表高度信息、温度信息以及水流速度信息，根据涡流判断信息获取涡流特征包括：根据海表高度信息获取海表高度特征；根据温度信息获取温度特征；根据水流速度信息获取水流速度特征。

可以理解的是，在一个备选实施例中，上述涡流判断信息是从数据库中获取，不需要提取。

在本实施例中，经过训练的海洋涡旋分类器包括根据海表高度信息、温度信息以及水流速度信息训练所述海洋涡旋分类器。

可以理解的是，训练海洋涡旋分类器所使用的海表高度信息、温度信息以及水流速度信息为已知的信息，例如，可以通过多次航行获取，也可以通过各种涡流数据库获取。

本申请还提供了一种水下航行器涡旋识别装置，所述水下航行器涡旋识别装置包括涡流判断信息获取模块、涡流特征获取模块以及识别模块，涡流判断信息获取模块用于获取涡流判断信息；涡流特征获取模块用于根据涡流判断信息获取涡流特征；识别模块用于将涡流特征输入至经过训练的海洋涡旋分类器，从而识别周侧是否具有海洋涡旋。

在本实施例中，涡流判断信息获取模块包括海表高度获取模块、温度获取模块以及水流速度获取模块，海表高度获取模块用于获取海表高度信息；温度获取模块用于获取温度信息；水流速度获取模块用于获取水流速度信息。

本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的水下航行器涡旋识别方法。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现如上所述的水下航行器涡旋判断方法。

本申请还提供了一种水下航行器，所述水下航行器包括航行器本体1；流速传感器2、海表高度传感器4、水下航行器涡旋识别装置以及温度传感器5。

参见图3，在本实施例中，流速传感器2包括两组，一组设置在航行器本体1的一侧(参见图3，在本实施例中，流速传感器所设置的两侧为水下航行器航行时前行方向的两侧)，另一组设置在航行器本体的另一侧；海表高度传感器设置在航行器本体上；温度传感器设置在航行器本体上；水下航行器涡旋识别装置为如上所述的水下航行器涡旋识别装置，用于执行如上所述的水下航行器涡旋判断方法。

水下航行器涡旋识别装置与温度传感器、流速传感器以及海表高度传感器连接，接收他们的信息，并根据他们的信息进行判断，从而判断是否具有涡旋。

本申请的流速传感器用于为本申请的水下航行器涡旋识别装置提供流速、海表高度传感器用于为本申请的水下航行器涡旋识别装置提供海表高度、温度传感器用于为为本申请的水下航行器涡旋识别装置提供温度。

需要说明的是，前述对方法实施例的解释说明也适用于本实施例的装置，此处不再赘述。

本申请还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能够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的水下无线信息通信方法。

举例来说，电子设备包括输入设备、输入接口、中央处理器、存储器、输出接口以及输出设备。其中，输入接口、中央处理器、存储器以及输出接口通过总线相互连接，输入设备和输出设备分别通过输入接口和输出接口与总线连接，进而与计算设备的其他组件连接。具体地，输入设备接收来自外部的输入信息，并通过输入接口将输入信息传送到中央处理器；中央处理器基于存储器中存储的计算机可执行指令对输入信息进行处理以生成输出信息，将输出信息临时或者永久地存储在存储器中，然后通过输出接口将输出信息传送到输出设备；输出设备将输出信息输出到计算设备的外部供用户使用。

本申请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能够实现如上的水下无线信息通信方法。

本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其实并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

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。

内存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)。内存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)、数据多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带、磁带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。

本领域技术人员应明白，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。

此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤。装置权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由一个单元或总装置通过软件或硬件来实现。第一、第二等词语用来标识名称，而不标识任何特定的顺序。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，模块、程序段、或代码的一部分包括一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地标识的方框实际上可以基本并行地执行，他们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或总流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本实施例中所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，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)、现成可编程门阵列(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。

存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现装置/终端设备的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

在本实施例中，装置/终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的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，计算机程序包括计算机程序代码，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。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、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等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。