馮雅清

摘要：目前無人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，取得了不錯(cuò)的效果。利用無人機(jī)結(jié)合圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)城市水系垃圾進(jìn)行偵測(cè)、識(shí)別、清理和日常維護(hù)可以有效提高城市水系垃圾清理的效率，具有一定創(chuàng)新性和可行性。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；圖像識(shí)別技術(shù)；垃圾清理

前言

無人機(jī)（UVA）是一種機(jī)上無人駕駛的航空飛行器。其主要包括了動(dòng)力系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)，通過人為遙控或自主導(dǎo)航進(jìn)行飛行[1]。目前無人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，目前已有50多個(gè)國(guó)家裝備300余種無人機(jī)。不論是軍用或是民用，無人機(jī)承擔(dān)的任務(wù)更加復(fù)雜多樣，深入各個(gè)領(lǐng)域并取得了不錯(cuò)的效果。單純的無人機(jī)技術(shù)需要同其他遙感或控制技術(shù)相結(jié)合才容易發(fā)揮預(yù)先需求的功能，目前無人機(jī)技術(shù)與圖像識(shí)別技術(shù)相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主著陸，無人機(jī)識(shí)別目標(biāo)，無人機(jī)對(duì)特定目標(biāo)作業(yè)等功能，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，識(shí)別精度高，低成本，風(fēng)險(xiǎn)小，效率高等特點(diǎn)[2，3]?，F(xiàn)階段，圖像識(shí)別技術(shù)主要依靠圖像識(shí)別處理模塊，GPS導(dǎo)航模塊、通訊，遙感測(cè)量等模塊[4]。其主要可實(shí)現(xiàn)對(duì)偵測(cè)到的目標(biāo)通過一定的算法進(jìn)行識(shí)別，并加以分類，同時(shí)提取偵測(cè)到的符合預(yù)先設(shè)定要求的目標(biāo)物[5]。

隨著城市發(fā)展，生活垃圾的處理成為城市維護(hù)和環(huán)境治理的重要內(nèi)容[6]。其中城市水系中由于人為和自然因素不可避免會(huì)產(chǎn)生漂浮垃圾，有的甚至覆蓋整個(gè)河面湖面，成為城市臟亂差的典型代表，因此城市水系垃圾清理對(duì)于一個(gè)城市的城市形象，為城市居民提供良好的生活環(huán)境，城市防汛等方面至關(guān)重要?，F(xiàn)今城市水系清理的主要方法主要依靠人工或駕駛船舶清理[7]，主要存在的問題為效率低，耗費(fèi)人力，同時(shí)存在翻船事故的風(fēng)險(xiǎn)，此外當(dāng)城市水系復(fù)雜，需要清理點(diǎn)過多時(shí)又會(huì)增加投資與消耗。將無人機(jī)結(jié)合圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于城市水系垃圾清理，利用無人機(jī)靈活性強(qiáng)，成本低可以有效提升城市水系垃圾清理效率，在城市垃圾清理和水系環(huán)境維護(hù)上具有可行性和創(chuàng)新性。

1無人機(jī)和圖像識(shí)別系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

無人機(jī)（UAV）是一種機(jī)上無人駕駛的航空器，具有動(dòng)力裝置和導(dǎo)航模塊，在一定范圍內(nèi)靠無線電遙控設(shè)備或計(jì)算機(jī)預(yù)編程序自主控制飛行。無人機(jī)系統(tǒng)是一套綜合的技術(shù)支撐系統(tǒng)，它是對(duì) UAV 概念的擴(kuò)展，它由機(jī)體、機(jī)上載荷和地面設(shè)備等組成，實(shí)現(xiàn)其飛行、操控、數(shù)據(jù)處理和信息傳導(dǎo)等功能[1]。微小型無人駕駛飛機(jī)主要有旋翼直升飛機(jī)和固定翼飛機(jī)2 種。無人駕駛的微小型固定翼飛機(jī)具有成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、安全性好、抗風(fēng)能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

無人機(jī)開展航拍，持久性強(qiáng)，還可采用遠(yuǎn)紅外夜拍等模式，實(shí)現(xiàn)全天候航監(jiān)測(cè)，無人機(jī)飛行又不受空間與地形限制，時(shí)效性強(qiáng)，機(jī)動(dòng)性好，巡查范圍廣。無人機(jī)搭載高清攝像機(jī)，可實(shí)現(xiàn)高清實(shí)時(shí)傳輸，其距離可達(dá)5km，而標(biāo)清傳輸距離可達(dá)10km。目前無人機(jī)最大載重可達(dá)60kg，滿足約一個(gè)成人的重量，可以輕松實(shí)現(xiàn)城市水系垃圾的清理收集工作。

圖像處理，是利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析和理解，以識(shí)別各種不同模式的目標(biāo)和對(duì)象的技術(shù)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：再現(xiàn)性好，處理精度高.適用面廣，靈活性高.圖像識(shí)別中的模式識(shí)別（Pattern Recognition），是一種從大量信息和數(shù)據(jù)出發(fā)，在專家經(jīng)驗(yàn)和已有認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)推理的方法對(duì)形狀、模式、曲線、數(shù)字、字符格式和圖形自動(dòng)完成識(shí)別、評(píng)價(jià)的過程。模式識(shí)別包括兩個(gè)階段，即學(xué)習(xí)階段和實(shí)現(xiàn)階段，前者是對(duì)樣本進(jìn)行特征選擇，尋找分類的規(guī)律，后者是根據(jù)分類規(guī)律對(duì)未知樣本集進(jìn)行分類和識(shí)別。這個(gè)模式識(shí)別的模板匹配模型簡(jiǎn)單明了，也容易得到實(shí)際應(yīng)用。

2無人機(jī)和圖像識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用于城市水系垃圾清理的可行性

基于圖像識(shí)別技術(shù)的無人機(jī)河道水系清理系統(tǒng)采用無線電遙控和預(yù)編程自主控制型UAV，通過綁定的高清分辨率相機(jī)進(jìn)行水面情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。并通過圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理、特征選擇。通過模塊識(shí)別對(duì)偵測(cè)到的目標(biāo)通過一定算法進(jìn)行識(shí)別，并加以分類，同時(shí)提取偵測(cè)到的符合預(yù)先設(shè)定要求的雜草、水瓶、垃圾袋等目標(biāo)物。無人機(jī)在識(shí)別目標(biāo)后通過預(yù)編程自主控制靠近目標(biāo)，利用安裝的特質(zhì)機(jī)械手與收集機(jī)構(gòu)進(jìn)行垃圾回收。其中，機(jī)械手可進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，方便進(jìn)行打撈工作。收集裝置后端底部設(shè)有漏孔，可排除多余水分。在回收機(jī)構(gòu)內(nèi)部裝有自動(dòng)壓縮排水裝置以最大限度利用空間及有效載重，并裝有壓力傳感裝置，當(dāng)收集機(jī)構(gòu)內(nèi)部承載重量接近預(yù)先設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)或電量不足時(shí)，無人機(jī)則向地面控制系統(tǒng)傳達(dá)信息或自主進(jìn)行返航。當(dāng)目標(biāo)未被系統(tǒng)識(shí)別時(shí)，地面工作人員可通過無人機(jī)返還畫面對(duì)其進(jìn)行無線電遙控，人工操作無人機(jī)進(jìn)行清理。當(dāng)機(jī)械手承受拉力過大時(shí)系統(tǒng)則判斷垃圾超出載重范圍，無人機(jī)自動(dòng)放棄垃圾清理，并對(duì)垃圾所在地理信息進(jìn)行標(biāo)記，返還地面控制中心，可由地面控制中心進(jìn)行人工清理。

在這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工作中時(shí)，可采用劃分不同區(qū)域，在某一區(qū)域內(nèi)由特定無人機(jī)進(jìn)行工作的方式。劃定區(qū)域范圍應(yīng)由區(qū)域內(nèi)水系垃圾量以及工作面積等決定，使無人機(jī)在其垃圾收集能力范圍以及電池續(xù)航能力內(nèi)達(dá)到作業(yè)最優(yōu)效果。并在作業(yè)中多次訓(xùn)練無人機(jī)目標(biāo)甄別能力，使無人機(jī)在特定水域區(qū)域，根據(jù)特定水域垃圾特點(diǎn)加強(qiáng)特征識(shí)別能力。

3結(jié)論

綜上，相比傳統(tǒng)的人工清理方式，無人機(jī)和圖像識(shí)別技術(shù)的自動(dòng)清理化模式可以更好的增加城市環(huán)境優(yōu)化效率，并相對(duì)傳統(tǒng)方法具有節(jié)省人力物力財(cái)力、高效、精準(zhǔn)的特點(diǎn)。這項(xiàng)技術(shù)結(jié)合了無人機(jī)技術(shù)與目前發(fā)展迅速的圖像識(shí)別技術(shù)，旨在創(chuàng)造一種更新、更便捷的城市水系清理方法，助力營(yíng)造更好的城市環(huán)境。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以減少城市清潔工作的負(fù)擔(dān)，還能減輕政府經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

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