[发明专利]一种基于无人机的雾霾扩散监控系统

权利要求书

1.一种基于无人机的雾霾扩散监控系统，其特征在于，所述基于无人机的雾霾扩散监控系统包括：

视频采集模块，与单片机控制模块连接，用于通过摄像头采集雾霾视频图像；

所述视频采集模块对图像以当前视觉注意焦点为原点进行极坐标变换，在极坐标空间里进行搜索；

设P表示极坐标边界图中所有像素的集合，L＝{0,1}为极坐标边界图中每个像素可能标记的集合；

在概率边界图上寻求从集合P到集合L的标号函数，该标号函数满足如下能量方程：

式中，δ(l_p,l_q)为Kronecker符号，U_p(l_p)为能量函数数据项；

焦点的位置由Itti视觉注意模型获得，以该焦点为坐标原点，对概率边界图进行极坐标变换，得到极坐标概率边界图，根据上述公式得到最优边界，对最优边界进行逆极坐标变换，得到一封闭区域，即当前焦点区域；

焦点区域A_i,A_j，ρ(A_i,A_j)为焦点区域A_i,A_j之间基于Bhattacharyya系数的相似性度量，设H_i,H_j分别为A_i,A_j区域的规范化直方图，则二区域之间的Bhattacharyya系数为：

式中，p_u表示直方图H_i的第u维特征，q_u表示直方图H_j的第u维特征；

Bhattacharyya系数实际上等于计算单位向量与之间的余弦距离；

设焦点区域A_i,A_j相互交叉，且A_i∩A_j＝S，若则将A_i,A_j直接合并；若则不能合并，且将S从A_i,A_j中的任一方去除；

对于焦点区域A_i,A_j，A_i包含于A_j，首先从A_j中去掉与A_i相似的超像素，设为然后根据Bhattacharyya系数计算与A_i的相似性，若低于事先规定的阈值，则需将A_j中与A_i相似的超像素从A_j中去除，作为A_i的超像素；

经过调整后的焦点区域数目即为最终分割区域数目，焦点区域内部的超像素即为所属分割区域的种子点；

雾霾监测模块，与单片机控制模块连接，用于通过雾霾监测仪监测雾霾数据信息；

所述雾霾监测模块以待分割图像超像素为节点所构成的图为G，定义图G的Laplace矩阵：

为极点S_i的度，定义为所有与极点S_i相连的极点之间的权值之和；

最终的焦点区域数为K，区域标记变量为t，1≤t≤K；

对于某一分割区域来说，图中所有节点分为两类：标记点集合V_M和未标记点集合V_U，V_M∪V_U＝V且V_M∩V_U＝Φ，根据节点所属的不同集合，Laplace矩阵写为：

设节点到达标记为t的种子点的概率为对当前焦点区域种子点定义标记函数对所有V_M中的节点有：

对于未标记V_U中的节点对标记为t的种子点的概率，根据Direchlett边界条件，根据下式求解：

L_UX＝-B^TM

最后根据L_U中各未标记点到各超像素种子点概率大小决定其归属于哪一分割区域；

单片机控制模块，与视频采集模块、雾霾监测模块、无线通信模块、雾霾图像分析模块、扩散路径绘制模块、数据存储模块、报警模块连接，用于对视频采集模块、雾霾监测模块采集数据信息进行处理分析，并调度各个模块正常工作；

无线通信模块，与单片机控制模块连接，用于通过无线方式控制单片机控制模块；

雾霾图像分析模块，与单片机控制模块连接，用于对视频采集模块采集雾霾视频图像进行处理分析；

扩散路径绘制模块，与单片机控制模块连接，用于绘制雾霾扩散路径；

数据存储模块，与单片机控制模块连接，用于存储雾霾监测数据；

报警模块，与单片机控制模块连接，用于通过报警器对检测的异常数据进行报警；

所述雾霾监测模块设置有：壳体、PM2.5测量仪、测距仪、数据采集器、液晶显示屏，所述PM2.5测量仪嵌于壳体上，并通过导线与数据采集器和单片机控制模块相连；所述数据采集器通过导线与液晶显示屏相连；所述液晶显示屏嵌于壳体内部；所述测距仪连于数据采集器上，并通过导线与单片机控制模块相连；所述壳体通过固定卡固定于无人机上，PM2.5测量仪通过向测量区发射红外线，红外线返回后将测量数据传输到数据采集器中记录，测距仪将测量区的经纬度返回至数据采集器上并记录，经过数据采集器的信息处理，将收集到的数据传输至液晶显示屏上，实时显示所定坐标位置的PM2.5浓度大小；

所述报警模块设置有：外壳体、单片机、无线语音发射器、扬声器、转换器，所述外壳体通过卡钉固定于无人机上；单片机嵌于外壳体上；所述无线语音发射器通过无线接收器与单片机相连，用于收集数据进行传输；所述转换器与单片机相连，用于转换信号格式；所述扬声器与转换器相连，用于进行报警警示；无线语音发射器通过将收集到的信息汇总，并将信息数据进行压缩，然后通过无线传输，将数据传输到下方的单片机上；然后通过转换器的作用将信号转化为电信号；最后通过扬声器将报警信息传播出去。