基于高通量卫星物联网的高速公路无人机执法方法及装置

本发明涉及卫星通信与物联网，尤其涉及基于高通量卫星物联网的高速公路无人机执法方法及装置。

背景技术：

1、随着科技的不断发展,自动智能化技术、人工智能技术给人们的生活带来了很多的便利。高速公路作为覆盖范围大、安全系数低、周边环境复杂的应用场景，存在着很多安全隐患以及不确定性。传统高速公路执法系统多采用人工巡检，需要在公路上进行长时间的单向巡视，巡检效率较低，且安全风险较大，无法有效的及时发现安全隐患，已不适用与当前复杂的高速公路环境。

2、随着移动通信技术和航天器通信技术的发展，卫星通信具有不受地理因素影响、通信频带宽、容量大的特点，可支持面向特殊场景的实时通信需求。其中高通量卫星(highthroughput satellite,hts)近些年来发展迅速，hts具有更高的带宽，能够提供更快、更强大的数据传输速度，支持更多用户同时使用，通信覆盖范围较大，支持室外大范围无人物联网应用场景。采用基于高通量卫星通信系统与卫星物联网的高速公路无人执法系统可实现高效、便携、实时的无人巡检执法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供基于高通量卫星物联网的高速公路无人机执法方法及装置。采用无人机替代传统高速公路汽车巡线巡检方式，无人机装有高清摄像头以及hts双端通信终端，可在一定范围内进行自由往复巡查，避免了高速公路上的单一方向巡查的弊端，可自定义巡检路线与巡检周期。无人机通过机载高清摄像头实时获取道路异常情况，以配备的图像分析算法进行智能识别与处理，并借由hts终端通过星地链路将图像与视频数据发送给高通量卫星，高通量卫星可接收一定范围内多个无人机乃至无人机群的上传数据，并统一经由星地链路将数据统一下传至地面数控中心。

2、数控中心在接收到来自高通量卫星的数据后进行统一清洗、提取、整合处理，将实时视频数据统一映射在中央屏幕中，道路管理人员可实时观测道路情况，确保道路通畅。同时针对图像数据可进行安全隐患的智能识别，利用人工智能技术捕捉潜在道路隐患，实现面向高速公路的高效、实时路况监控。

3、同时地面数控中心还可根据路况信息进行巡检路线的重新规划或根据情况集中监控某些特殊区域，并通过高通量卫星向无人机下发管控指令，灵活动态调整无人机飞行轨迹与分布以应对部分突发情况。

4、为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面公开了基于高通量卫星物联网的高速公路无人执法方法，所述方法包括：

5、s1，利用无人机巡检模块采集高速公路数据信息；

6、s2，对所述高速公路数据信息进行处理，得到高速公路数据状态信息；

7、s3，将所述高速公路数据状态信息通过星地链路传输至高通量卫星；

8、s4，利用高通量卫星，对所述高速公路数据状态信息进行处理，得到整合数据信息，并将所述整合数据信息发送至地面数控中心模块；

9、s5，利用所述地面数控中心模块，对所述整合数据信息进行处理，得到无人机控制信息，并将所述无人机控制信息发送至所述无人机巡检模块；

10、s6，利用所述无人机巡检模块，根据所述无人机控制信息，动态调整无人机移动轨迹与分布，实现基于高通量卫星物联网的高速公路无人执法。

11、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述对所述高速公路数据信息进行处理，得到高速公路数据状态信息，包括：

12、s21，对所述高速公路数据信息进行预处理，得到预处理数据信息；

13、s22，对所述预处理数据信息进行异常检测，得到高速公路数据状态信息。

14、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述对所述高速公路数据信息进行预处理，得到预处理数据信息，包括：

15、s211，利用显著性检测模型，对所述高速公路数据信息进行处理，得到显著性数据信息；

16、s212，利用相似度显示性模型，对所述显著性数据信息进行处理，得到相似度显示性信息；

17、所述相似度显示性模型为：

18、

19、式中，fi为第i个显著性数据信息，i＝1,2,l,n，n为高速公路数据信息中的信息片段数量，si为第i个相似度显示性信息，高速公路数据信息表示为v＝{c1,c2,l,cn}，ci为信息片段，d(fi,fj)为fi,fj之间的余弦相似度，s＝{s1,s2,l,sn}为相似度显示性信息；

20、s213，利用标准化处理模型，对所述相似度显示性信息进行标准化，得到预处理数据信息；

21、所述标准化处理模型为：

22、

23、式中，si'为对si标准化处理后，得到的预处理数据信息，mins表示求s的最小值，maxs表示求s的最大值。

24、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述对所述预处理数据信息进行异常检测，得到高速公路数据状态信息，包括：

25、s221，获取高速公路数据信息数据集；

26、s222，利用所述高速公路数据信息数据集，对预设的异常检测模型进行训练，得到优化异常检测模型；

27、s223，利用所述优化异常检测模型对所述预处理数据信息进行异常检测，得到高速公路数据状态信息。

28、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述利用所述地面数控中心模块，对所述整合数据信息进行处理，得到无人机控制信息，包括：

29、s51，利用所述数据分析处理单元，对所述整合数据信息进行数据清洗，得到清洗数据信息；

30、s52，对所述清洗数据信息过滤，得到过滤信息；所述过滤信息包括视频数据信息和图像数据信息；

31、s53，利用所述数据显示单元，对所述视频数据信息进行实时显示；

32、s54，对所述图像数据信息进行处理，得到道路安全信息；

33、s55，对所述道路安全信息进行处理，得到无人机控制信息。

34、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述利用所述无人机巡检模块，根据所述无人机控制信息，动态调整无人机移动轨迹与分布，包括：

35、s61，所述地面数控中心模块，根据所述道路安全信息，对无人机飞行轨迹和飞行区域进行设置，得到无人机控制信息；

36、s62，将所述无人机控制信息发送至所述高通量卫星；

37、s63，所述高通量卫星，将所述无人机控制信息转发至所述无人机巡检模块；

38、s64，利用所述无人机巡检模块，动态调整无人机移动轨迹与分布。

39、本发明实施例第二方面公开了基于高通量卫星物联网的高速公路无人执法装置，所述装置包括无人机巡检模块、高通量卫星和地面数控中心模块；

40、所述无人机巡检模块，用于采集和处理高速公路数据信息，并将处理后的结果发送至所述高通量卫星；

41、所述高通量卫星，用于对接收到的高速公路数据信息进行数据整合，并将数据整合结果发送至所述地面数控中心模块；

42、所述地面数控中心模块，用于对接收到的数据整合结果进行处理，并根据实际情况形成无人机控制信息，将所述无人机控制信息发送至所述无人机巡检模块，动态调整无人机移动轨迹与分布。

43、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述无人机巡检模块包括n架无人机，n为正整数；

44、每一架无人机包括信息采集单元、数据处理单元和高通量卫星通信单元；

45、所述信息采集单元，用于采集高速公路数据信息，并将所述高速公路数据信息发送至所述数据处理单元；

46、所述数据处理单元，用于对所述高速公路数据信息进行处理，得到高速公路数据状态信息，并将所述高速公路数据状态信息发送至所述高通量卫星通信单元；

47、所述高通量卫星通信单元，用于将所述高速公路数据状态信息发送至高通量卫星。

48、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述高通量卫星通信单元采用双工机制，可上传图像数据信息和视频数据信息；

49、发射频率为29.46-30ghz，接收频率为18.7-20.2ghz，采用圆极化方式，最大上传频率为18.7-20.2ghz，最大下载速率为44mbps，工作环境温度为-40℃～70℃，采用gps/北斗导航方式。

50、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述地面数控中心模块包括数据接收单元、数据分析处理单元、数据显示单元和通信单元；

51、所述数据接收单元，用于接收所述高通量卫星发送的数据，并将所述数据发送至所述数据分析处理单元；

52、所述数据分析处理单元，用于对接收的数据进行处理，得到数据处理结果，并将所述数据处理结果发送至所述数据显示单元和所述通信单元；

53、所述数据显示单元，用于对所述数据处理结果进行显示；

54、所述通信单元，用于将所述数据处理结果发送至所述高通量卫星。

55、与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

56、本发明通过基于高通量卫星物联网的高速公路无人机执法方法及装置，在高速公路这一特殊场景下实现高效精准无人执法。通过无人机动态实时采集图像、视频数据，经由高通量卫星通信单元上传至高通量卫星，并在星上将来自多个无人机系统的数据进行统一整合与下发，地面数控中心在接收到数据后进行视频的可视化以及面向图像的智能识别与分析，实现地面数控中心对路网路况的实时视频检测，同时采用智能化安全隐患排查算法，高效及时识别潜在安全隐患，确保道路通畅。本方法可有效提升路管人员巡检效率，提升巡检安全系数，同时构建面向桥梁、隧道等特殊场景的全方位立体巡检模式，提升巡检覆盖范围，节省相关运营成本，确保路网路况信息的实时上传与精准检测，构建高效便捷的高速公路无人执法体系。