CN116009529A - 一种石油勘探区巡逻机器人控制方法及系统、电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石油勘探区巡逻的机器人控制方法及系统、电子设备，本发明开创性的利用设置于机器人上的红外热成像仪采集目标区域的当前帧红外热成像图像，对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，解决了由于利益驱使石油盗窃日益猖獗、但由于油气安保机器人的研发空白使得油田需要投入大量的人力物力成本从而造成严重的资源浪费的问题，大大拓展了本发明的应用场景，节省了大量的人力物力成本，很大程度上节约了资源，推动了机器人在石油勘探领域的发展。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种石油勘探区巡逻的机器人控制方法及系统、电子设备。
背景技术
现阶段对石油机器人的研究多局限于钻杆连接、导管架安装、水下开阀关阀、钻井等，针对石油勘探开发领域的研究内容较为匮乏。在进行正式石油开采任务之前，石油勘探人员要亲身在野外进行实践，这就产生了很高的人力成本。同时，由于利益驱使石油盗窃日益猖獗，但由于油气安保机器人的研发空白，使得油田需要投入大量的人力物力成本，造成严重的资源浪费。因此，急需一种能够自主完成巡逻和安防任务的机器人。
因此，现有技术还有待进一步发展。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种应用于石油勘探区巡逻的机器人控制方法及系统、电子设备，以解决现有技术存在的问题。
为达到上述技术目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种石油勘探区巡逻机器人控制方法，包括：
机器人按照预设巡逻路径以及第一预设速度移动过程中，利用设置于机器人上的红外热成像仪采集目标区域的当前帧红外热成像图像；
对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像；
当存在定义为人的目标图像时，机器人跟踪目标并调用攻击行为识别命令；
当识别到攻击行为时，机器人进行躲避并输出报警信号。
具体地，所述判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像包括：
若当前帧红外热成像图像数据内存在灰度值大于或等于第一预设阈值的像素点，则将该像素点确定为目标点，根据目标点确定目标范围，所述目标范围需要包括当前帧红外热成像图像数据内的所有目标点，根据目标范围建立目标搜索框，机器人接近目标并实时测量机器人距离目标的实时距离，当机器人距离目标的距离小于或等于第一预设距离时，判断目标搜索框的面积是否大于或等于第二预设阈值并判断各目标点的总灰度值是否大于或等于第三预设阈值，若目标搜索框的面积大于或等于第二预设阈值或各目标点的总灰度值大于或等于第三预设阈值，则判断当前帧红外热成像图像中存在定义为人的目标图像，所述目标搜索框需要包括目标范围以及目标周围预设范围的背景，计算目标的质点并以目标的边界建立搜索框并以目标的质心为基点将搜索框扩大为以目标的边界建立搜索框的预设倍数。
具体地，所述跟踪目标并调用攻击行为识别命令包括：
实时计算机器人与目标之间的距离，当机器人与目标之间的距离小于第四预设阈值时，判断目标搜索框的面积的变化速率是否大于或等于第五预设阈值以及目标搜索框的面积是在增大还是减小，若目标搜索框的面积的变化速率大于或等于第五预设阈值且目标搜索框的面积在增大，机器人进行躲避并输出报警信号。
具体地，所述跟踪目标并调用攻击行为识别命令还包括：
若目标搜索框的面积的变化速率大于或等于第五预设阈值且目标搜索框的面积在减小，机器人按照第二预设速度向靠近目标的方向移动并输出报警信号，直到机器人与目标的距离小于或等于第一预设阈值，机器人停止移动。
具体地，所述跟踪目标并调用攻击行为识别命令还包括：
若目标搜索框的面积的变化速率小于第五预设阈值，机器人继续实时计算机器人与目标之间的距离。
具体地，所述机器人进行躲避包括：
机器人电机反转并按照第二预设速度向靠近目标的相反方向移动，并实时计算机器人与目标之间的距离，直到机器人与目标之间的距离大于或等于第四预设阈值，机器人停止移动并继续实时计算机器人与目标之间的距离，所述第二预设速度大于第一预设速度。
具体地，所述方法还包括：
当机器人调用攻击识别命令的同时，调用身份证号码语音识别命令，所述调用身份证号语音识别命令包括利用设置于机器人上的人机交互模块中的语音交互平台向目标播放“请陈述身份证号码”的语音，并在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，并向目标播放“请再次陈述身份证号码”的语音并再次在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，将两次获得的身份证号码数据进行比对，若两次获得的身份证号码数据进行比对一致，将身份证号码数据与机器人内置的员工信息数据库进行匹配，若匹配失败，输出报警信号。
具体地，所述方法还包括：
若调用身份证号语音识别命令获得的两次身份证号码数据进行比对不一致，则再次调用身份证号语音识别命令获得两次身份证号码数据并比对，若调用身份证号语音识别命令的次数大于或等于第一预设次数，输出报警信号。
根据本发明的第二方面，提供一种石油勘探区巡逻机器人控制系统，包括：
红外热成像仪，用于采集目标区域的当前帧红外热成像图像；
运算控制模块，用于获取当前帧红外热成像图像并对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像；
或用于当存在定义为人的目标图像时，机器人跟踪目标并调用攻击行为识别命令；
或用于当识别到攻击行为时，机器人进行躲避并控制报警模块输出报警信号；
报警模块，用于输出报警信号。
根据本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括：存储器；以及处理器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现根据权利要求1至8中任意一项所述的石油勘探区巡逻机器人控制方法。
有益效果：
1、本发明开创性的利用设置于机器人上的红外热成像仪采集目标区域的当前帧红外热成像图像，对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，解决了由于利益驱使石油盗窃日益猖獗、但由于油气安保机器人的研发空白使得油田需要投入大量的人力物力成本从而造成严重的资源浪费的问题，大大拓展了本发明的应用场景，节省了大量的人力物力成本，很大程度上节约了资源，推动了机器人在石油勘探领域的发展。
2、本发明的技术方案中，若当前帧红外热成像图像数据内存在灰度值大于或等于第一预设阈值的像素点，则将该像素点确定为目标点，根据目标点确定目标范围，所述目标范围需要包括当前帧红外热成像图像数据内的所有目标点，根据目标范围建立目标搜索框，机器人接近目标搜索框所指示的目标并利用机器人上的激光距离传感器实时测量机器人距离目标的实时距离，当机器人距离目标的距离小于或等于第一预设距离时，判断目标搜索框的面积是否大于或等于第二预设阈值并判断各目标点的总灰度值是否大于或等于第三预设阈值，若目标搜索框的面积大于或等于第二预设阈值或各目标点的总灰度值大于或等于第三预设阈值，则判断当前帧红外热成像图像中存在定义为人的目标图像，所述目标搜索框需要包括目标范围以及目标周围预设范围的背景，计算目标的质点并以目标的边界建立搜索框并以目标的质心为基点将搜索框扩大为以目标的边界建立搜索框的预设倍数。由于当机器人距离目标移动到一定距离时，目标搜索框内的目标点的灰度值的和根据目标种类的不同会有较大差异，当目标为不同的人时，目标搜索框内的目标点的灰度值的和应该相差有限且目标搜索框的面积也应该相差有限，本发明通过将机器人移动到距离目标一定距离处，然后通过对热成像仪的图像进行处理分析，通过判断目标搜索框的面积是否大于或等于第二预设阈值并判断各目标点的总灰度值是否大于或等于第三预设阈值，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，通过巧妙的设计将极其复杂问题简单化，无需复杂算法建模，大大提高了本发明的可用性和分析结果可靠性，在保证分析结果可靠性的同时，很大程度上简化了系统结果，大大降低了本发明的实施难度，进一步拓展了本发明的应用场景。
3、本发明可以实时计算机器人与目标之间的距离，当机器人与目标之间的距离小于第四预设阈值时，判断目标搜索框的面积的变化速率是否大于或等于第五预设阈值以及目标搜索框的面积是在增大还是减小，若目标搜索框的面积的变化速率大于或等于第五预设阈值且目标搜索框的面积在增大，机器人进行躲避并输出报警信号，本发明通过对目标搜索框的面积进行分析，因为如果当前帧红外热成像图像中存在定义为人的目标图像，当目标向机器人快送移动或者快速远离，反应在当前帧热成像的目标搜索框的面积会快速增大或减小，本发明通过判断目标搜索框的面积的变化速率是否大于或等于第五预设阈值以及目标搜索框的面积是在增大还是减小，判断目标是在快速接近机器人还是快速远离机器人，当目标快速接近机器人时，有可能目标存在攻击行为，机器人此时进行躲避并输出报警信号可有效避免对机器人的伤害，并可以向后台服务器发送报警信号，告知相关工作人员采取进一步安保措施，当目标快速远离机器人时，也有可能存在逃离情况，此时机器人跟踪目标并对目标身份进行识别并向后台服务器发送报警信号，可以有效防止盗窃人员逃跑，进一步提高了本发明的安全性、可靠性和可用性，通过巧妙的设计将极其复杂问题简单化，无需复杂算法建模，大大提高了本发明的可用性和分析结果可靠性，在保证分析结果可靠性的同时，很大程度上简化了系统结果，大大降低了本发明的实施难度，进一步拓展了本发明的应用场景。
4、本发明的技术方案中，当机器人进行躲避时，机器人电机反转并按照第二预设速度向靠近目标的相反方向移动，并实时计算机器人与目标之间的距离，直到机器人与目标之间的距离大于或等于第四预设阈值，机器人停止移动并继续实时计算机器人与目标之间的距离，所述第二预设速度大于第一预设速度，即当机器人进行躲避时，通过比巡逻时更快的速度躲避机器人可能受到的伤害并保持目标和机器人始终位于安全距离同时也并不会过度原理目标导致目标丢失，大大提高了本发明的可用性，设计巧妙，系统架构简洁高效。
5、本发明当机器人调用攻击识别命令的同时，调用身份证号码语音识别命令，所述调用身份证号语音识别命令包括利用设置于机器人上的人机交互模块中的语音交互平台向目标播放“请陈述身份证号码”的语音，并在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，并再次向目标播放“请陈述身份证号码”的语音并再次在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，将两次获得的身份证号码数据进行比对，若两次获得的身份证号码数据进行比对一致，将身份证号码数据与机器人内置的员工信息数据库进行匹配，若匹配失败，输出报警信号。在保证机器人安全的同时，识别目标人员的身份信息，进一步提高了巡逻过程的高效性，通过两次身份证号码信息比对，避免各种环境因素导致的语音数据波动导致的系统误判，进一步提高了本发明的分析结果可靠性，很大程度上提高了本发明的可用性。
附图说明
图1是本发明具体实施例中提供的石油勘探区巡逻机器人控制方法的流程图；
图2是本发明具体实施例中提供的石油勘探区巡逻机器人控制方法的示意图；
图3是本发明具体实施例中提供的石油勘探区巡逻机器人控制系统的原理框图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
请参阅图1，本发明提供一种石油勘探区巡逻机器人控制方法，包括：
S100、机器人按照预设巡逻路径以及第一预设电机占空比移动过程中，利用设置于机器人上的红外热成像仪采集目标区域的当前帧红外热成像图像。
这里需要说明的是，本发明具体在机器人上设置红外热成像仪，用于采集目标区域的当前帧红外热成像图像，即采集目标区域的关于温度变化的图像。
S100之前包括，设置第一预设速度、第二预设速度、第一预设距离、第二预设阈值、第三预设阈值、第四预设阈值、第五预设阈值、第一预设时间和第一预设次数，并使第二预设速度大于第一预设速度，优选的，所述第一预设时间为30秒，所述第一预设次数为3次，所述第一预设距离为10米，第四预设阈值为5米，优选地，机器人按照第一预设速度或第二预设速度移动为通过调节机器人的电机占空比实现。
这里需要说明的是，本发明开创性的利用设置于机器人上的红外热成像仪采集目标区域的当前帧红外热成像图像，对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，解决了由于利益驱使石油盗窃日益猖獗、但由于油气安保机器人的研发空白使得油田需要投入大量的人力物力成本从而造成严重的资源浪费的问题，大大拓展了本发明的应用场景，节省了大量的人力物力成本，很大程度上节约了资源，推动了机器人在石油勘探领域的发展。
S200、对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像。
这里需要说明的是，本发明的技术方案中，若当前帧红外热成像图像数据内存在灰度值大于或等于第一预设阈值的像素点，则将该像素点确定为目标点，根据目标点确定目标范围，所述目标范围需要包括当前帧红外热成像图像数据内的所有目标点，根据目标范围建立目标搜索框，机器人接近目标搜索框所指示的目标并利用机器人上的激光距离传感器实时测量机器人距离目标的实时距离，当机器人距离目标的距离小于或等于第一预设距离时，判断目标搜索框的面积是否大于或等于第二预设阈值并判断各目标点的总灰度值是否大于或等于第三预设阈值，若目标搜索框的面积大于或等于第二预设阈值或各目标点的总灰度值大于或等于第三预设阈值，则判断当前帧红外热成像图像中存在定义为人的目标图像，所述目标搜索框需要包括目标范围以及目标周围预设范围的背景，计算目标的质点并以目标的边界建立搜索框并以目标的质心为基点将搜索框扩大为以目标的边界建立搜索框的预设倍数。由于当机器人距离目标移动到一定距离时，目标搜索框内的目标点的灰度值的和根据目标种类的不同会有较大差异，当目标为不同的人时，目标搜索框内的目标点的灰度值的和应该相差有限且目标搜索框的面积也应该相差有限，本发明通过将机器人移动到距离目标一定距离处，然后通过对热成像仪的图像进行处理分析，通过判断目标搜索框的面积是否大于或等于第二预设阈值并判断各目标点的总灰度值是否大于或等于第三预设阈值，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，通过巧妙的设计将极其复杂问题简单化，无需复杂算法建模，大大提高了本发明的可用性和分析结果可靠性，在保证分析结果可靠性的同时，很大程度上简化了系统结果，大大降低了本发明的实施难度，进一步拓展了本发明的应用场景。
具体地，所述计算目标质心坐标包括：
根据原始图像灰度值的均值和标准差对所述原始图像的灰度值做分段线性变化，得到当前帧图像的8比特单通道图像的各点的灰度值，根据当前帧图像的8比特单通道图像的各点的灰度值计算得到目标质心坐标。
所述分段线性变化的公式为：
其中，μ和σ分别为原始图像灰度值的均值和标准差，x为原始图像的各点的灰度值，y为线性变换后得到的8比特单通道图像各点的灰度值，为向下取整运算。
所述质心定位计算公式为：
其中，M和N分别表示目标搜索框的宽度和高度，(Mmin,Nmin)，和(Xmax,Ymax)分别表示目标搜索框的左上角坐标和右下角坐标,Iij为所述矩形区域内像素点的灰度值，i为像素点的行位置，j为像素点的列位置，(Xc,Yc)表示质心坐标。所述目标搜索框的面积为目标搜索框的高度和宽度的乘积。
S300、当存在定义为人的目标图像时，机器人跟踪目标并调用攻击行为识别命令。
这里需要说明的是，本发明可以实时计算机器人与目标之间的距离，当机器人与目标之间的距离小于第四预设阈值时，判断目标搜索框的面积的变化速率是否大于或等于第五预设阈值以及目标搜索框的面积是在增大还是减小，若目标搜索框的面积的变化速率大于或等于第五预设阈值且目标搜索框的面积在增大，机器人进行躲避并输出报警信号，若目标搜索框的面积的变化速率大于或等于第五预设阈值且目标搜索框的面积在减小，机器人按照第二预设速度向靠近目标的方向移动并输出报警信号，直到机器人与目标的距离小于或等于第一预设阈值，机器人停止移动。若目标搜索框的面积的变化速率小于第五预设阈值，机器人继续实时计算机器人与目标之间的距离。本发明通过对目标搜索框的面积进行分析，因为如果当前帧红外热成像图像中存在定义为人的目标图像，当目标向机器人快送移动或者快速远离，反应在当前帧热成像的目标搜索框的面积会快速增大或减小，本发明通过判断目标搜索框的面积的变化速率是否大于或等于第五预设阈值以及目标搜索框的面积是在增大还是减小，判断目标是在快速接近机器人还是快速远离机器人，当目标快速接近机器人时，有可能目标存在攻击行为，机器人此时进行躲避并输出报警信号可有效避免对机器人的伤害，并可以向后台服务器发送报警信号，告知相关工作人员采取进一步安保措施，当目标快速远离机器人时，也有可能存在逃离情况，此时机器人跟踪目标并对目标身份进行识别并向后台服务器发送报警信号，可以有效防止盗窃人员逃跑，进一步提高了本发明的安全性、可靠性和可用性，通过巧妙的设计将极其复杂问题简单化，无需复杂算法建模，大大提高了本发明的可用性和分析结果可靠性，其中，将所述第一预设距离为10米为本发明技术人员通过大量实验得出，能够很好的确定目标范围并根据目标范围建立目标搜索框，能够准确的分析并判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，将所述第五预设阈值设置为5米，为本发明技术人员通过大量实验得出，能够很好地保证机器人的安全以及需要追踪目标时，使目标处于容易追踪的距离，在保证分析结果可靠性的同时，很大程度上简化了系统结果，大大降低了本发明的实施难度，进一步拓展了本发明的应用场景。
S400、当识别到攻击行为时，机器人进行躲避并输出报警信号。
这里需要说明的是，本发明的技术方案中，当机器人进行躲避时，机器人电机反转并按照第二预设速度向靠近目标的相反方向移动，并实时计算机器人与目标之间的距离，直到机器人与目标之间的距离大于或等于第四预设阈值，机器人停止移动并继续实时计算机器人与目标之间的距离，所述第二预设速度大于第一预设速度，即当机器人进行躲避时，通过比巡逻时更快的速度躲避机器人可能受到的伤害并保持目标和机器人始终位于安全距离同时也并不会过度原理目标导致目标丢失，大大提高了本发明的可用性，设计巧妙，系统架构简洁高效。
具体地，本发明的机器人的系统组成为：本发明在树莓派嵌入式系统上安装Ubuntu系统，再移植ROS机器人操作系统(Robot Operating System)进行能够进行技术整合运用的普适化平台自主开发。将及时定位与地图构建(SLAM)算法移植到ROS中，实现自主避障导航、环境信息采集、未知环境地图构建等功能。同时对机器人电机转速进行控制，处理传感器测得的数据信息，实现对机器人的实际控制，最终构建特征地图。
对机器人自主运动控制的实现，需要获取和跟踪其当前的位姿，并决策出机器人预走路线的角度。采用传感器实时采集到机器人的当前位置、姿态以及运动等信息获取位姿。并以此计算出机器人相距预定义的规划路径位置偏差。本作品利用纯路径跟踪算法对机器人预走路线进行跟踪。利用北斗定位系统对机器人的路径进行定位，依据RTK可获得厘米级别的定位精度，可以满足机器人自动导航的需求。
通过点到直线间的距离公式可知机器人的横向偏差大小，利用北斗接收机测得机器人当前航向。
本发明的机器人具有环境感知系统，环境感知系统主要包括自主研发设计的全方位视觉传感器、惯性导航、里程计(光电编码器)。全方位视觉传感技术，仿“蝇眼”设计，能够获得外界360度不同深度的环境图像，并进行拼接建立三维立体场景。同时能够调整摄像头的俯仰角，建立不同高度层次的三维立体场景。惯性导航模块集成高精度的陀螺仪、加速度计、地磁场传感器，采用高性能的微处理器和先进的动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，能够快速求解出模块当前的实时运动姿态。采用先进的数字滤波技术，能有效降低测量噪声，提高测量精度。里程计(光电编码器)能测出电机的转速，从而能实时准确地测出机器人的运动状态和机器人的位置，为机器人的定位和路径跟踪提供必要的数据。
本发明的机器人还具有人机、机器-机器交互系统：人机交互装置主要为语音交互平台，主要包括基于麦克风阵列的语音定位模块、语音拾取模块、语音特征提取模块、语音识别模块、语音合成模块。语音定位模块将指定区域的声源信息放大，方便语音特征提取。语音拾取模块主要获取语音信号。语音特征提取模块包括语音滤波模块、背景噪声去除模块、语音放大模块，主要对语音信号进行去噪、放大。语音识别模块将捕获的语音转化为机器人语音，以便于机器人做出相应的反应。语音合成模块将机器语音合成为语音进行播放。
优选地，本发明当机器人调用攻击识别命令的同时，调用身份证号码语音识别命令，所述调用身份证号语音识别命令包括利用设置于机器人上的人机交互模块中的语音交互平台向目标播放“请陈述身份证号码”的语音，并在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，并向目标播放“请再次陈述身份证号码”的语音并再次在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，将两次获得的身份证号码数据进行比对，若两次获得的身份证号码数据进行比对一致，将身份证号码数据与机器人内置的员工信息数据库进行匹配，若匹配失败，输出报警信号。在保证机器人安全的同时，识别目标人员的身份信息，进一步提高了巡逻过程的高效性，通过两次身份证号码信息比对，避免各种环境因素导致的语音数据波动导致的系统误判，若调用身份证号语音识别命令获得的两次身份证号码数据进行比对不一致，则再次调用身份证号语音识别命令获得两次身份证号码数据并比对，若调用身份证号语音识别命令的次数大于或等于第一预设次数，输出报警信号。其中，将所述第一预设时间为30秒、将所述第一预设次数为3次为本发明技术人员通过大量实验得出，能够较好的防止由于盗窃人员恶意拖延时间的情况，进一步提高了本发明的分析结果可靠性，很大程度上提高了本发明的可用性。
请参阅图2，本发明提出了一种具体实施例，提供了一种石油勘探区巡逻机器人控制方法，所述方法包括：
P0、开始
P1、机器人按照预设巡逻路径以及第一预设速度移动过程中，利用设置于机器人上的红外热成像仪采集目标区域的当前帧红外热成像图像。
这里需要说明的是，本发明具体在机器人上设置红外热成像仪，用于采集目标区域的当前帧红外热成像图像，即采集目标区域的关于温度变化的图像。
步骤P1之前包括，设置第一预设速度、第二预设速度、第一预设阈值、第二预设阈值、第三预设阈值、第四预设阈值、第五预设阈值、第一预设时间和第一预设次数，并使第二预设速度大于第一预设速度，优选的，所述第一预设时间为30秒，所述第一预设次数为3次。
P2、对当前帧红外热成像图像进行处理并识别。
这里需要说明的是，本发明开创性的利用设置于机器人上的红外热成像仪采集目标区域的当前帧红外热成像图像，对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，解决了由于利益驱使石油盗窃日益猖獗、但由于油气安保机器人的研发空白使得油田需要投入大量的人力物力成本从而造成严重的资源浪费的问题，大大拓展了本发明的应用场景，节省了大量的人力物力成本，很大程度上节约了资源，推动了机器人在石油勘探领域的发展。
P3、判断当前帧红外热成像图像数据内是否存在灰度值大于或等于第一预设阈值的像素点？若是，执行步骤P4；若否，返回步骤P2。
具体地，若当前帧红外热成像图像数据内存在灰度值大于或等于第一预设阈值的像素点，则将该像素点确定为目标点，根据目标点确定目标范围，所述目标范围需要包括当前帧红外热成像图像数据内的所有目标点，根据目标范围建立目标搜索框，机器人接近目标搜索框所指示的目标并利用机器人上的激光距离传感器实时测量机器人距离目标的实时距离，当机器人距离目标的距离小于或等于第一预设距离时，判断目标搜索框的面积是否大于或等于第二预设阈值并判断各目标点的总灰度值是否大于或等于第三预设阈值，若目标搜索框的面积大于或等于第二预设阈值或各目标点的总灰度值大于或等于第三预设阈值，则判断当前帧红外热成像图像中存在定义为人的目标图像，所述目标搜索框需要包括目标范围以及目标周围预设范围的背景，计算目标的质点并以目标的边界建立搜索框并以目标的质心为基点将搜索框扩大为以目标的边界建立搜索框的预设倍数。由于当机器人距离目标移动到一定距离时，目标搜索框内的目标点的灰度值的和根据目标种类的不同会有较大差异，当目标为不同的人时，目标搜索框内的目标点的灰度值的和应该相差有限且目标搜索框的面积也应该相差有限，本发明通过将机器人移动到距离目标一定距离处，然后通过对热成像仪的图像进行处理分析，通过判断目标搜索框的面积是否大于或等于第二预设阈值并判断各目标点的总灰度值是否大于或等于第三预设阈值，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，通过巧妙的设计将极其复杂问题简单化，无需复杂算法建模，大大提高了本发明的可用性和分析结果可靠性，在保证分析结果可靠性的同时，很大程度上简化了系统结果，大大降低了本发明的实施难度，进一步拓展了本发明的应用场景。
P4、则将该像素点确定为目标点，根据目标点确定目标范围，所述目标范围需要包括当前帧红外热成像图像数据内的所有目标点，根据目标范围建立目标搜索框，机器人接近目标搜索框所指示的目标并利用机器人上的激光距离传感器实时测量机器人距离目标的实时距离。
P5、判断机器人距离目标的距离是否小于或等于第一预设距离？若是，执行步骤P6；若否，返回步骤P4。
P6、判断目标搜索框的面积是否大于或等于第二预设阈值？若是，执行步骤P7；若否，返回步骤P1。
P7、判断各目标点的总灰度值是否大于或等于第三预设阈值？若是，执行步骤P8；若否，返回步骤P1。
P8、判断当前帧红外热成像图像中存在定义为人的目标图像，实时计算机器人与目标之间的距离。并同时执行P9和P16。
这里需要说明的是，本发明当机器人调用攻击识别命令的同时，调用身份证号码语音识别命令，所述调用身份证号语音识别命令包括利用设置于机器人上的人机交互模块中的语音交互平台向目标播放“请陈述身份证号码”的语音，并在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，并再次向目标播放“请陈述身份证号码”的语音并再次在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，将两次获得的身份证号码数据进行比对，若两次获得的身份证号码数据进行比对一致，将身份证号码数据与机器人内置的员工信息数据库进行匹配，若匹配失败，输出报警信号。在保证机器人安全的同时，识别目标人员的身份信息，进一步提高了巡逻过程的高效性，通过两次身份证号码信息比对，避免各种环境因素导致的语音数据波动导致的系统误判，进一步提高了本发明的分析结果可靠性，很大程度上提高了本发明的可用性。
P9、判断机器人与目标之间的距离是否小于第四预设阈值？若是，执行步骤P10；若否，返回步骤P8。
P10、判断目标搜索框的面积的变化速率是否大于或等于第五预设阈值？若是，执行步骤P11；若否，返回步骤P9。
这里需要说明的是，本发明可以实时计算机器人与目标之间的距离，当机器人与目标之间的距离小于第四预设阈值时，判断目标搜索框的面积的变化速率是否大于或等于第五预设阈值以及目标搜索框的面积是在增大还是减小，若目标搜索框的面积的变化速率大于或等于第五预设阈值且目标搜索框的面积在增大，机器人进行躲避并输出报警信号，本发明通过对目标搜索框的面积进行分析，因为如果当前帧红外热成像图像中存在定义为人的目标图像，当目标向机器人快送移动或者快速远离，反应在当前帧热成像的目标搜索框的面积会快速增大或减小，本发明通过判断目标搜索框的面积的变化速率是否大于或等于第五预设阈值以及目标搜索框的面积是在增大还是减小，判断目标是在快速接近机器人还是快速远离机器人，当目标快速接近机器人时，有可能目标存在攻击行为，机器人此时进行躲避并输出报警信号可有效避免对机器人的伤害，并可以向后台服务器发送报警信号，告知相关工作人员采取进一步安保措施，当目标快速远离机器人时，也有可能存在逃离情况，此时机器人跟踪目标并对目标身份进行识别并向后台服务器发送报警信号，可以有效防止盗窃人员逃跑，其中，将所述第一预设距离为10米为本发明技术人员通过大量实验得出，能够很好的确定目标范围并根据目标范围建立目标搜索框，能够准确的分析并判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像，将所述第五预设阈值设置为5米，为本发明技术人员通过大量实验得出，能够很好地保证机器人的安全以及需要追踪目标时，使目标处于容易追踪的距离，进一步提高了本发明的安全性、可靠性和可用性，通过巧妙的设计将极其复杂问题简单化，无需复杂算法建模，大大提高了本发明的可用性和分析结果可靠性，在保证分析结果可靠性的同时，很大程度上简化了系统结果，大大降低了本发明的实施难度，进一步拓展了本发明的应用场景。
P11、判断目标搜索框的面积是否在增大？若是，执行步骤P12；若否，执行步骤P13。
P12、机器人电机反转并按照第二预设速度向靠近目标的相反方向移动，并实时计算机器人与目标之间的距离，直到机器人与目标之间的距离大于或等于第四预设阈值，机器人停止移动并继续实时计算机器人与目标之间的距离，所述第二预设速度大于第一预设速度，并返回步骤P9。
这里需要说明的是，本发明的技术方案中，当机器人进行躲避时，机器人电机反转并按照第二预设速度向靠近目标的相反方向移动，并实时计算机器人与目标之间的距离，直到机器人与目标之间的距离大于或等于第四预设阈值，机器人停止移动并继续实时计算机器人与目标之间的距离，所述第二预设速度大于第一预设速度，即当机器人进行躲避时，通过比巡逻时更快的速度躲避机器人可能受到的伤害并保持目标和机器人始终位于安全距离同时也并不会过度原理目标导致目标丢失，大大提高了本发明的可用性，设计巧妙，系统架构简洁高效。
P13、判断目标搜索框的面积是否在减小？若是，执行步骤P14；若否，执行步骤P15。
这里需要说明的是，当目标搜索框的面积在减小时，证明目标可能在逃跑，此时需要对目标进行跟踪，大大提高了本发明的智能化程度和可用性。
P14、机器人按照第二预设速度向靠近目标的方向移动并输出报警信号，直到机器人与目标的距离小于或等于第一预设阈值，机器人停止移动，并返回步骤P9。
P15、返回步骤P8。
P16、向目标播放“请陈述身份证号码”的语音，获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，并再次向目标播放“请再次陈述身份证号码”的语音并再次获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，将两次获得的身份证号码数据进行比对。
P17、判断两次获得的身份证号码数据是否比对一致？若是，执行步骤P18；若否，执行步骤P20。
P18、将身份证号码数据与机器人内置的员工信息数据库进行匹配并判断是否匹配成功？若是，执行步骤P19；若否，执行步骤P21。
这里需要说明的是，本发明当机器人调用攻击识别命令的同时，调用身份证号码语音识别命令，所述调用身份证号语音识别命令包括利用设置于机器人上的人机交互模块中的语音交互平台向目标播放“请陈述身份证号码”的语音，并在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，并再次向目标播放“请陈述身份证号码”的语音并再次在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，将两次获得的身份证号码数据进行比对，若两次获得的身份证号码数据进行比对一致，将身份证号码数据与机器人内置的员工信息数据库进行匹配，若匹配失败，输出报警信号。在保证机器人安全的同时，识别目标人员的身份信息，进一步提高了巡逻过程的高效性，通过两次身份证号码信息比对，以及设置第一预设次数和第一预设时间，避免各种环境因素导致的语音数据波动导致的系统误判，其中，将所述第一预设时间为30秒、将所述第一预设次数为3次为本发明技术人员通过大量实验得出，能够较好的防止由于盗窃人员恶意拖延时间的情况，进一步提高了本发明的分析结果可靠性，很大程度上提高了本发明的可用性。
P19、返回步骤P1。
P20、判断调用身份证号语音识别命令的次数大于或等于第一预设次数？若是，执行步骤P21；若否，返回步骤P16。
P21、输出报警信号。
P22、结束。
请参阅图3，本发明提供了另一实施例，本实施例提供了一种石油勘探区巡逻机器人控制系统，所述石油勘探区巡逻机器人控制系统包括：
红外热成像仪1，用于采集目标区域的当前帧红外热成像图像；
运算控制模块2，用于获取红外热成像仪采集1的当前帧红外热成像图像并对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像；
或用于当存在定义为人的目标图像时，机器人跟踪目标并调用攻击行为识别命令；
或用于当识别到攻击行为时，机器人进行躲避并控制报警模块3输出报警信号；
报警模块3，用于输出报警信号。
具体地，本发明的机器人的系统组成为：本发明在树莓派嵌入式系统上安装Ubuntu系统，再移植ROS机器人操作系统(Robot Operating System)进行能够进行技术整合运用的普适化平台自主开发。将及时定位与地图构建(SLAM)算法移植到ROS中，实现自主避障导航、环境信息采集、未知环境地图构建等功能。同时对机器人电机转速进行控制，处理传感器测得的数据信息，实现对机器人的实际控制，最终构建特征地图。
对机器人自主运动控制的实现，需要获取和跟踪其当前的位姿，并决策出机器人预走路线的角度。采用传感器实时采集到机器人的当前位置、姿态以及运动等信息获取位姿。并以此计算出机器人相距预定义的规划路径位置偏差。本作品利用纯路径跟踪算法对机器人预走路线进行跟踪。利用北斗定位系统对机器人的路径进行定位，依据RTK可获得厘米级别的定位精度，可以满足机器人自动导航的需求。
通过点到直线间的距离公式可知机器人的横向偏差大小，利用北斗接收机测得机器人当前航向。
本发明的机器人具有环境感知系统，环境感知系统主要包括自主研发设计的全方位视觉传感器、惯性导航、里程计(光电编码器)。全方位视觉传感技术，仿“蝇眼”设计，能够获得外界360度不同深度的环境图像，并进行拼接建立三维立体场景。同时能够调整摄像头的俯仰角，建立不同高度层次的三维立体场景。惯性导航模块集成高精度的陀螺仪、加速度计、地磁场传感器，采用高性能的微处理器和先进的动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，能够快速求解出模块当前的实时运动姿态。采用先进的数字滤波技术，能有效降低测量噪声，提高测量精度。里程计(光电编码器)能测出电机的转速，从而能实时准确地测出机器人的运动状态和机器人的位置，为机器人的定位和路径跟踪提供必要的数据。
本发明的机器人还具有人机、机器-机器交互系统：人机交互装置主要为语音交互平台，主要包括基于麦克风阵列的语音定位模块、语音拾取模块、语音特征提取模块、语音识别模块、语音合成模块。语音定位模块将指定区域的声源信息放大，方便语音特征提取。语音拾取模块主要获取语音信号。语音特征提取模块包括语音滤波模块、背景噪声去除模块、语音放大模块，主要对语音信号进行去噪、放大。语音识别模块将捕获的语音转化为机器人语音，以便于机器人做出相应的反应。语音合成模块将机器语音合成为语音进行播放。
在优选实施例中，本申请还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
存储器；以及处理器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现所述的石油勘探区巡逻机器人控制方法。该计算机设备可以广义地为服务器、终端，或任何其他具有必要的计算和/或处理能力的电子设备。在一个实施例中，该计算机设备可包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、通信接口等。该计算机设备的处理器可用于提供必要的计算、处理和/或控制能力。该计算机设备的存储器可包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质中或上可存储有操作系统、计算机程序等。该内存储器可为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口和通信接口可用于与外部的设备通过网络连接和通信。该计算机程序被处理器执行时执行本发明的方法的步骤。
本发明可以实现为一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时导致本发明实施例的方法的步骤被执行。在一个实施例中，所述计算机程序被分布在网络耦合的多个计算机设备或处理器上，以使得所述计算机程序由一个或多个计算机设备或处理器以分布式方式存储、访问和执行。单个方法步骤/操作，或者两个或更多个方法步骤/操作，可以由单个计算机设备或处理器或由两个或更多个计算机设备或处理器执行。一个或多个方法步骤/操作可以由一个或多个计算机设备或处理器执行，并且一个或多个其他方法步骤/操作可以由一个或多个其他计算机设备或处理器执行。一个或多个计算机设备或处理器可以执行单个方法步骤/操作，或执行两个或更多个方法步骤/操作。
本领域普通技术人员可以理解，本发明的方法步骤可以通过计算机程序来指示相关的硬件如计算机设备或处理器完成，所述的计算机程序可存储于非暂时性计算机可读存储介质中，该计算机程序被执行时导致本发明的步骤被执行。根据情况，本文中对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器的示例包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘等。易失性存储器的示例包括随机存取存储器(RAM)、外部高速缓冲存储器等。
以上描述的各技术特征可以任意地组合。尽管未对这些技术特征的所有可能组合进行描述，但这些技术特征的任何组合都应当被认为由本说明书涵盖，只要这样的组合不存在矛盾。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种石油勘探区巡逻机器人控制方法，其特征在于，
机器人按照预设巡逻路径以及第一预设速度移动过程中，利用设置于机器人上的红外热成像仪采集目标区域的当前帧红外热成像图像；
对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像；
当存在定义为人的目标图像时，机器人跟踪目标并调用攻击行为识别命令；
当识别到攻击行为时，机器人进行躲避并输出报警信号。
2.根据权利要求1所述的石油勘探区巡逻机器人控制方法，其特征在于，所述判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像包括：
若当前帧红外热成像图像数据内存在灰度值大于或等于第一预设阈值的像素点，则将该像素点确定为目标点，根据目标点确定目标范围，所述目标范围需要包括当前帧红外热成像图像数据内的所有目标点，根据目标范围建立目标搜索框，机器人接近目标搜索框所指示的目标并实时测量机器人距离目标的实时距离，当机器人距离目标的距离小于或等于第一预设距离时，判断目标搜索框的面积是否大于或等于第二预设阈值并判断各目标点的总灰度值是否大于或等于第三预设阈值，若目标搜索框的面积大于或等于第二预设阈值或各目标点的总灰度值大于或等于第三预设阈值，则判断当前帧红外热成像图像中存在定义为人的目标图像，所述目标搜索框需要包括目标范围以及目标周围预设范围的背景，计算目标的质点并以目标的边界建立搜索框并以目标的质心为基点将搜索框扩大为以目标的边界建立搜索框的预设倍数。
3.根据权利要求2所述的石油勘探区巡逻机器人控制方法，其特征在于，所述跟踪目标并调用攻击行为识别命令包括：
实时计算机器人与目标之间的距离，当机器人与目标之间的距离小于第四预设阈值时，判断目标搜索框的面积的变化速率是否大于或等于第五预设阈值以及目标搜索框的面积是在增大还是减小，若目标搜索框的面积的变化速率大于或等于第五预设阈值且目标搜索框的面积在增大，机器人进行躲避并输出报警信号。
4.根据权利要求3所述的石油勘探区巡逻机器人控制方法，其特征在于，所述跟踪目标并调用攻击行为识别命令还包括：
若目标搜索框的面积的变化速率大于或等于第五预设阈值且目标搜索框的面积在减小，机器人按照第二预设速度向靠近目标的方向移动并输出报警信号，直到机器人与目标的距离小于或等于第一预设阈值，机器人停止移动。
5.根据权利要求4所述的石油勘探区巡逻机器人控制方法，其特征在于，所述跟踪目标并调用攻击行为识别命令还包括：
若目标搜索框的面积的变化速率小于第五预设阈值，机器人继续实时计算机器人与目标之间的距离。
6.根据权利要求3所述的石油勘探区巡逻机器人控制方法，其特征在于，所述机器人进行躲避包括：
机器人电机反转并按照第二预设速度向靠近目标的相反方向移动，并实时计算机器人与目标之间的距离，直到机器人与目标之间的距离大于或等于第四预设阈值，机器人停止移动并继续实时计算机器人与目标之间的距离，所述第二预设速度大于第一预设速度。
7.根据权利要求1所述的石油勘探区巡逻机器人控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当机器人调用攻击识别命令的同时，调用身份证号码语音识别命令，所述调用身份证号语音识别命令包括利用设置于机器人上的人机交互模块中的语音交互平台向目标播放“请陈述身份证号码”的语音，并在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，并向目标播放“请再次陈述身份证号码”的语音并再次在不超过第一预设时间内获取目标的身份证号码语音信号并解析得到目标的身份证号码数据，将两次获得的身份证号码数据进行比对，若两次获得的身份证号码数据进行比对一致，将身份证号码数据与机器人内置的员工信息数据库进行匹配，若匹配失败，输出报警信号。
8.根据权利要求7所述的石油勘探区巡逻机器人控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
若调用身份证号语音识别命令获得的两次身份证号码数据进行比对不一致，则再次调用身份证号语音识别命令获得两次身份证号码数据并比对，若调用身份证号语音识别命令的次数大于或等于第一预设次数，输出报警信号。
9.一种石油勘探区巡逻机器人控制系统，其特征在于，包括：
红外热成像仪，用于采集目标区域的当前帧红外热成像图像；
运算控制模块，用于获取当前帧红外热成像图像并对当前帧红外热成像图像进行处理并识别，判断当前帧红外热成像图像中是否存在定义为人的目标图像；
或用于当存在定义为人的目标图像时，机器人跟踪目标并调用攻击行为识别命令；
或用于当识别到攻击行为时，机器人进行躲避并控制报警模块输出报警信号；
报警模块，用于输出报警信号。
10.一种电子设备，其特征在于,存储器；以及处理器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现根据权利要求1至8中任意一项所述的石油勘探区巡逻机器人控制方法。
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| CN202211414021.9A CN116009529A (zh) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | 一种石油勘探区巡逻机器人控制方法及系统、电子设备 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20230425 |