一種無人機救援系統(tǒng)及其救援方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無人機技術領域，尤其涉及一種應用于受傷急救場景下的無人機救援系統(tǒng)及其救援方法。
【背景技術】
[0002]無人機經(jīng)過了幾十年的發(fā)展歷程，從技術角度看已經(jīng)比較成熟。其優(yōu)點是成本低，具有高度靈活性，能夠攜帶一些重要的設備從空中完成特殊任務，比如空中檢測，空中監(jiān)視，空中傳信，空中喊話，緊急救援等;在執(zhí)行特殊任務時，一般不會造成人員傷亡，生存能力強，機動性能好，實用方便，在處理自然災害、事故災難以及社會安全事件等方面能發(fā)揮出重要作用。
[0003]然而，為了讓無人機更加智能，減少其使用難度，提高其工作效率，越來越多的傳感器和處理芯片被搭載在無人機上面，以使其功能更加完善，更加智能地完成特殊任務。其中，無人機搭載攝像頭傳感器，由于計算機視覺理論和工程應用方面的發(fā)展，為無人機的智能化，提供一條十分寬廣的發(fā)展道路，并且在更多特殊任務中發(fā)揮越來越大的作用。
[0004]特別地，在受傷場景，緊急醫(yī)療救助在醫(yī)學認為傷后I小時是挽救生命、減少致殘的“黃金時間”。在我國大部分地區(qū)，由于通訊和運輸工具落后，同時因為受傷事故導致交通擁擠，嚴重影響醫(yī)生到現(xiàn)場救助的時間，尤其在山區(qū)和交通擁擠市區(qū)，使得現(xiàn)場人力救治需要2小時以上的反應時間，即使救護車出車也會因為交通擁擠或者其他因素無法讓醫(yī)生在第一時間趕到第一現(xiàn)場提供醫(yī)學救助，從而錯失救治良機，因此快速的急救反應可以提高搶救成功率。
[0005]無人機救援系統(tǒng)能夠克服交通不便、通訊落后的不利因素，在救援黃金時間內到達受傷急救現(xiàn)場，提供一定的緊急救援，提高搶救成功率。目前存在一些無人機救援系統(tǒng)，需要處于指揮中心的工作人員遠程控制來執(zhí)行，實現(xiàn)過程大致是:工作人員控制無人機進入受傷現(xiàn)場，并控制無人機飛行拍攝現(xiàn)場畫面，然后在指揮中心實時跟蹤觀看無人機傳回的拍攝畫面，從中尋找受傷人員，找到受傷人員后再遠程給予醫(yī)療幫助。目前的這種無人機救援存在以下一些缺陷:I)無人機的整個工作需要工作人員參與和控制，當受傷現(xiàn)場較大需要多臺無人機參與救援時，則相應地需要多個工作人員來參與，不方便統(tǒng)籌管理，浪費人力；2)通過工作人員實時跟蹤觀看現(xiàn)場畫面來尋找受傷人員，效率低下，且找到受傷人員之后無法立即定位以使無人機迅速飛到受傷人員附近，使得受傷人員得到救助的時間大大延長。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種無人機救援系統(tǒng)，其能夠自主、快速、準確地進行目標場景識別以搜索傷員并給予醫(yī)療救助，整個過程中無需過多的人為干預，當有多臺無人機參與救援時也無需增加工作人員，尤其突顯其高效性，能夠達到高效、及時救援的目的。
[0007]本發(fā)明提供的無人機救援系統(tǒng)如下:
[0008]一種無人機救援系統(tǒng)，包括:無人機，搭載于無人機上的環(huán)境信息采集模塊、救援執(zhí)行模塊，以及搭載于無人機上或處于遠程控制中心的控制處理模塊和救援方案存儲模塊；
[0009]所述環(huán)境信息采集模塊用于實時采集受傷現(xiàn)場的視頻流；
[0010]所述控制處理模塊包括場景識別單元、匹配單元和控制單元；
[0011 ]所述場景識別單元連接至所述環(huán)境信息采集模塊，用于接收所述視頻流并采用二次級聯(lián)模型對當前接收到的視頻流進行目標場景識別以從該視頻流中搜索傷員；其中所述二次級聯(lián)模型分為第一級單視角場景識別階段和第二級多視角場景識別階段，在所述單視角場景識別階段獲取疑似目標場景，在所述多視角場景識別階段對所述疑似目標場景進行多視角投票判決，以判斷是否為所述目標場景，并將場景判斷結果發(fā)送至所述匹配單元；
[0012]所述匹配單元連接至所述救援方案存儲模塊以及所述控制單元，用于根據(jù)所述場景判斷結果從所述救援方案存儲模塊中匹配與所述場景判斷結果相對應的救援方案，并將匹配結果反饋至所述控制單元；
[0013]所述控制單元連接至所述救援執(zhí)行模塊，根據(jù)所述匹配結果控制所述救援執(zhí)行模塊給予傷員醫(yī)療救助，其中，若匹配結果為:存在與所述場景判斷結果相對應的救援方案，則所述醫(yī)療救助為通過播放視頻來向傷員展示相對應的救援方案并投遞急救物資;若匹配結果為:不存在與所述場景判斷結果相對應的救援方案，則所述醫(yī)療救助為通過救護人員遠程指導傷員進行自救。
[0014]本發(fā)明提供的上述無人機救援系統(tǒng)，通過控制處理模塊對實時采集的受傷現(xiàn)場視頻進行處理，尤其是通過所述二次級聯(lián)模型對當前采集的視頻流進行目標場景識別，自主搜索傷員，無需通過人工觀看視頻來尋找，能夠高效、準確地搜索到傷員，尤其是當有多臺無人機進入現(xiàn)場參與救援時，本發(fā)明的上述搜索傷員的方法更加能夠突顯其高效的優(yōu)勢；同時，通過匹配單元可以從救援方案數(shù)據(jù)庫中搜尋是否存在與當前場景判斷結果相對應的救援方案，如果找到適配的救援方案，則會將救援方案發(fā)送至控制單元，以控制救援執(zhí)行模塊按照該適配的救援方案來執(zhí)行對傷員的救助，反之，則會告知控制單元不存在與當前場景判斷結果相適配的救援方案，此種情況則會連接到遠程請求醫(yī)護人員的遠程指導。整個過程無需通過無人機操作人員進行太多干預，不但節(jié)省了人力，更重要的是提高了效率，很大程度上避免了耽擱救援時間的情況發(fā)生。
[0015]所述場景識別單元包括用于實現(xiàn)所述二次級聯(lián)模型的以下子模塊:
[0016]第一特征提取子模塊:對視頻流每幀圖像進行去噪和外觀特征的提取；
[0017]第一識別子模塊:作為一級分類識別器，以第一特征提取子模塊提取到的外觀特征為輸入，計算當前所拍攝的圖片場景為所述目標場景的置信度；
[0018]置信度判斷子模塊:判斷所述置信度是否大于第一閾值，若否，則控制無人機進行受傷現(xiàn)場其他區(qū)域的視頻流采集;若是，則將置信度大于所述第一閾值的圖像場景記為所述疑似目標場景；
[0019]視角控制子模塊:控制無人機對所述疑似目標場景進行多視角拍攝，以獲取所述疑似目標場景的多個視角圖像；
[0020]第二特征提取子模塊:對所述疑似目標場景的多個視角圖像分別進行外觀特征的提??；
[0021]第二識別子模塊:包括多個二級分類識別器，以第二特征提取子模塊從所述疑似目標場景的多個視角圖像中分別提取到的多個外觀特征作為各二級分類識別器的輸入，得到多個不同視角的分類器場景識別結果；
[0022]投票判斷子模塊:將第二識別子模塊得到的多個分類器場景識別結果進行統(tǒng)計，若判斷為目標場景的個數(shù)比判斷為非目標場景的個數(shù)多，則將所述疑似目標場景確定為目標場景;若判斷為目標場景的個數(shù)比判斷為非目標場景的個數(shù)少，則將所述疑似目標場景判斷為非目標場景；
[0023]其中，第一特征提取子模塊、第一識別子模塊以及置信度判斷子模塊用于所述單視角圖像場景識別階段，第二特征提取子模塊、第二識別子模塊以及投票判斷子模塊用于所述多視角圖像場景識別階段。
[0024]上述技術方案提供的二次級聯(lián)模型，在單視角場景識別階段通過第一特征提取子模塊、第一識別子模塊以及置信度判斷子模塊高效過濾掉肯定不是人的區(qū)域(即場景)，獲得所述疑似目標場景;然后再在多視角場景識別階段通過第二特征提取子模塊、第二識別子模塊以及投票判決子模塊，對所述疑似目標場景的多視角圖像進行處理，投票統(tǒng)計而產生場景識別結果來最終判定是否為目標場景，從而確定是否為傷員。從接收到視頻流到確定傷員的過程完全通過計算機視覺和圖像處理，無需人為干預，能夠快速、準確地搜索到傷員。
[0025]更進一步地，所述救援執(zhí)行模塊包括醫(yī)療救助播放單元以及物資運輸機構，所述醫(yī)療救助播放單元用于向傷員播放視頻，所述物資運輸機構用于向傷員投遞急救物資。
[0026]另，本發(fā)明還提供了前述無人機救援系統(tǒng)的救援方法，包括以下控制步驟:
[0027]S1、控制所述環(huán)境信息采集模塊實時采集受傷現(xiàn)場的視頻流并發(fā)送至所述場景識別單元；
[0028]S2、控制所述場景識別單元采用所述二次級聯(lián)模型對當前接收到的視頻流進行目標場景識別以從該視頻流中搜索傷員；其中所述二次級聯(lián)模型分為第一級單視角場景識別階段和第二級多視角場景識別階段，在所述單視角場景識別階段獲取疑似目標場景，在所述多視角場景識別階段對所述疑似目標場景進行多視角投票判決，以判斷是否為所述目標場景，并將場景判斷結果發(fā)送至所述匹配單元；
[0029]S3、控制所述場景識別單元將所述場景判斷結果反饋給所述匹配單元；
[0030]S4、控制所述匹配單元從所述救援方案存儲模塊中匹配與所述場景判斷結果相對應的救援方案，并將匹配結果反饋至所述控制單元；
[0031