基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统的制作方法

1.本发明涉及特殊道路安全监测技术领域，特别涉及一种基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统。


背景技术：

2.在建设特殊道路的过程中，需要考虑多方因素，由于地理环境复杂，特殊道路需要穿过需要动物聚集地或保护区，有些野生动物，迁徙跨度较大，常常需要穿过特殊道路线，为了保证动物及特殊道路运输的安全需要在周边安装一些监测设备、栏杆或边网等阻拦，但是这些设施阻拦效果有限，往往是野生动物造成破坏后才发现，会直接影响特殊道路运输的安全性，不能起到预警的作用。
3.现有技术一，cn108316170a风沙地区道路风沙防护体系动物通道以及道路风沙防护体系，该道通包括第一通道，第一通道设置在阻沙栅栏组上，阻沙栅栏组包括第一阻沙栅栏组和第二阻沙栅栏组，第一阻沙栅栏组上设置有至少一个用于人畜通行的第一通道；第二阻沙栅栏组用于与第一通道配合，第二通道；第二通道设置在固沙格组内，固沙格组包括多个固沙方格，多个固沙方格连接成固沙格组，固沙格组具有第一边缘和第二边缘，第二通道从第一边缘贯通至第二边缘。虽然通过设置第一通道和第二通道能够极大地方便牧民和动物通行，也有效地避免了动物对风沙防护系统的破坏，风沙防护效果好，但是其监测手段单一，而且缺少对目标的智能分析，导致预警效率不高及预警目标不具体。
4.现有技术二，cn111739308a面向车路协同的道路异常移动物联监控系统及方法，系统包括基于窄带物联网的路面传感器、搭载多光谱摄像机的无人机，云端信息系统的服务器；路面传感器基于窄带蜂窝网络实现物物之间的信息交换；无人机搭载红外线摄像机以及可见光摄像机，对路面异常情况进行巡检；云端信息系统的服务器用于接收路面传感器、无人机巡检信息，同时也用于无人机的调度和维修人员的调度。虽然能够感知路面、环境异常；同时进行无人机异常监测与定时巡检；实时传输数据；完成图像异常的识别与分析；实现智能信号控制和道路异常报警与解除，实时反馈道路车辆的最新最可靠的信息，构建智慧城市中智能交通体系，但是监测手段单一，导致对野生动物的入侵预警效率不佳。
5.现有技术三，cn113366545a道路监视系统、道路监视设备、道路监视方法和非暂时性计算机可读介质，铺设在道路上的包含通信光纤的线缆；被配置为从包括在线缆中的至少一个通信光纤接收光学信号的接收单元；以及检测单元，检测单元被配置为基于光学信号，检测根据道路的状态的模式，并且基于检测到的根据道路的状态的模式来检测道路的异常状态。虽然能够以高精度检测道路的异常状态的有利效果，但是监测手段单一，不适用特殊道路上的入侵预警，使得预警不及时。
6.目前现有技术一、现有技术二及现有技术三存在监测手段单一，在特殊道路上监测野生动物侵入预警效果不佳的问题，因而，本发明提供基于热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，通过使用热成像球型摄像机(集成摄像机和热成像功能的一体机)和陀螺仪传感器等监测手段，通过集中核心处理器对采集到的信息进行智能处理分析，当识别到有
野生动物靠近防护网、破坏防护网、以及侵入到铁轨上时能够识别到，并把识别结果通过特殊道路专网或者4g网络上送到管理处的客户端控制软件进行告警，由管理人员根据危险的严重程度采取相应的紧急处置措施，避免事故的发生，防止或减轻因危险引发的损失，确保行车安全。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，包括：
8.监测设备，负责采用集成图像和热成像功能的双光谱中载云台和传感器实现对特殊道路实时监测，实现对野生动物接近和入侵的实时监测；
9.集中核心处理器，通过光纤与监测设备连接，负责对监测设备进行自动化管理、监控及数据分析处理，并上传监测到野生动物的告警信息至服务器；
10.服务器，通过4g/5g网络与集中核心处理器连接，搭载客户端控制模块，负责实现对所有监测设备进行管理、监测情况显示和野生动物报警；并实现远程查看摄像头的视频。
11.可选的，监测设备包括：
12.双光谱中载云台，负责采集特殊道路周边的视频及热成像数据并进行实时处理，双光谱中载云台集成可见光红外摄像头及热成像摄像头功能；
13.传感器，负责对防护网进行实时监测。
14.可选的，监测设备的双光谱中载云台安装到监控立杆或铁塔上，防护网上安装有陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器任意一种或三种的组合。
15.可选的，监控立杆上放置双光谱中载云台、第二光电收发器和第一电源模块，在监控立杆上安装一个第一箱体，第一箱体用于安装第二光电收发器和第一电源模块，双光谱中载云台挂到监控立杆上；
16.每个铁塔上至少要放置两台或者三台双光谱中载云台，分别照射不同的方向；每个铁塔顶部放置两台或者三台双光谱中载云台、一台第三光电收发器和第四电源模块；并在铁塔顶部安装一个第二箱体，用于安装第三光电收发器和第四电源模块。
17.可选的，陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器的安装方式，每隔50米放置一台传感器、第二光电收发器和第一电源模块，陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器安装到防护网的柱子上，并安装一个第一箱体，用于安装第二光电收发器和第一电源模块。
18.可选的，双光谱中载云台通过电源线与第一电源模块和第四电源模块连接，第一电源模块和第三电源模块与陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器连接，双光谱中载云台通过网线与第二光电收发器、第三光电收发器和第四光电收发器连接，第一电源模块、第三电源模块和第四电源模块通过电源线与第二电源模块连接，第二光电收发器、第三光电收发器和第四光电收发器通过光纤与第五光电收发器连接。
19.可选的，第二电源模块通过电源线与集中核心处理器连接，集中核心处理器通过网线与第五光电收发器连接，集中核心处理器与报警模块连接，集中核心处理器通过4g或5g网络与服务器连接；
20.第二光电收发器、第三光电收发器和第四光电收发器，选用4电1光的光电收发器，负责把双光谱中载云台的电口转换成光口，使用光纤与集中管理位置的设备室外柜中的第
五光电收发器连接，进行数据的传输；
21.第五光电收发器，负责汇总各个传感器及双光谱中载云台的数据；每台第五光电收发器为集成16个1光1电的设备，即对外出16路光口，每个光口与每个监控立杆和防护网处的光口使用光纤对接，再通过网线与集中核心处理器连接；
22.报警模块，负责进行有野生动物侵入时的告警。
23.可选的，第一电源模块、第三电源模块和第四电源模块，选用小型的工业级电源模块，负责把220v转成dc24v，给监控立杆处的各设备供电；
24.第二电源模块采用光伏供电和220v两种供电方式，与不间断电源ups连接；
25.第二电源模块，负责把220v转成dc48v，给集中管理位置的设备室外柜的设备供电。
26.可选的，集中核心处理器上集成有工控机、ai智能算法处理卡、交换机、硬盘、无线模块和时间同步模块；
27.工控机，负责运行linux ubantu视窗操作系统，管理与集中核心处理器连接的所有设备；
28.ai智能算法处理卡，集成ai智能算法，负责识别双光谱中载云台采集到的图像，通过ai智能算法识别野生动物；同时也处理双光谱中载云台的热成像数据；
29.交换机，负责完成数据的路由交换，对与集中核心处理器连接的所有设备进行数据交换；
30.硬盘，负责支持本地存储监测到的野生动物的视频和图片，在网络异常时，保存本地，当网络恢复后，启动重传到客户端控制模块上；
31.无线模块，包含4g/5g卡和wifi模块，内部集成2个4g/5g卡，进行远程数据传输，并支持wifi组网；
32.时间同步模块，负责可控的高可靠性低延时信号传输。
33.可选的，ai智能算法处理卡，包括：
34.数据处理模块，负责采集双光谱中载云台实时图像和热成像信息，并上传至算法识别模块进行处理；
35.算法识别模块，负责当ai智能算法识别到野生动物后，进行标定；
36.上送和报警模块，负责将识别到野生动物的结果上送给工控机，并通过无线模块上送到客户端控制模块，在客户端控制模块上进行显示和报警；
37.数据存储模块，负责把识别到的野生动物结果的照片和视频存储到本地硬盘，搭载客户端控制模块的服务器也进行存储；
38.确认模块，负责当需要人工确认现场野生动物是否侵入时，通过客户端控制模块直接点击相应的双光谱中载云台，查看现场的实时视频信息。
39.本发明的监测设备采用双光谱中载云台和传感器实现对特殊道路实时监测，实现对野生动物接近和入侵的实时监测；集中核心处理器对监测设备进行自动化管理、监控及数据分析处理，并上传监测到野生动物的告警信息至服务器；服务器搭载客户端控制模块，实现对所有监测设备进行管理、监测情况显示和野生动物报警等；并实现远程查看摄像头的视频；本实施例的监测设备采用摄像头、热成像和传感器的多方式对特殊道路进行监测，通过双光谱中载云台的图像采集特殊道路周边进行视频图像的监控，双光谱中载云台的热
成像采集特殊道路周边进行热红外监控，传感器实现对防护网的监测，同时实现了图像、热成像和传感器的多重监测，解决了现有技术监测手段单一的问题，提升了特殊道路野生动物侵入预警的精度，极大地保护了特殊道路的安全，也保护了野生动物的安全；另外根据在现场工勘，监测设备的安装有两种方案可供选择，第一种为：设备安装到监控立杆处；第二种为：设备安装到监控区域附近的铁塔上，针对这两种方案，制定合理、可靠、可行性技术方案，实现对野生动物入侵的提前识别报警和已经入侵特殊封闭道路的识别报警；集中核心处理器接收监测设备上传的数据，包含摄像头采集的视频图像、热红外采集的热成像及传感器数据，对视频图像、热红外热成像和传感器数据进行分析，得到野生动物的相关告警信息，并上传至服务器，实现了视频图像、热红外热成像及传感器数据的预处理，及时的得到监测设备数据的结果，有效的缩短了野生动物发现的时间，提高了系统的运行效率；对所有设备进行自动化管理、监控、数据分析处理，以及监测到野生动物的告警信息上送等。服务器对所有监测设备及数据进行统一管理、报警和保存等，提高管理效率、准确度、可靠性和自动化程度，并能够通过服务器搭载的客户端控制模块远程查看视频；本发明可以对特殊封闭道路野生动物入侵进行全天24小时实时监控，有效降低人员现场排查频度，节省人力物力，提升效率；监测到野生动物入侵后能够及时准确发出预警提醒，对预防事故发生及保证特殊封闭道路安全运行提供有力保障；把识别结果通过4g或5g网络上送到客户端控制模块进行告警，由管理人员根据危险的严重程度采取相应的紧急处置措施，避免事故的发生，防止或减轻因危险引发的损失，确保安全。
40.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
41.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
42.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
43.图1为本发明实施例1中基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统框图；
44.图2为本发明实施例2中双光谱中载云台安装到监控立杆的示意图；
45.图3为本发明实施例7中双光谱中载云台安装在铁塔上的示意图；
46.图4为本发明实施例9中集中核心处理器的框图。
具体实施方式
47.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
48.在本技术实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术实施例。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
49.下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
50.实施例1
51.如图1所示，本发明实施例提供了一种基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，包括：监测设备、集中核心处理器及服务器；
52.监测设备，负责采用集成图像和热成像功能的双光谱中载云台和传感器实现对特殊道路实时监测，实现对野生动物接近和入侵的实时监测；
53.集中核心处理器，通过光纤与监测设备连接，负责对监测设备进行自动化管理、监控及数据分析处理，并上传监测到野生动物的告警信息至服务器；
54.服务器，通过4g/5g网络与集中核心处理器连接，搭载客户端控制模块，负责实现对所有监测设备进行管理、监测情况显示和野生动物报警；并实现远程查看摄像头的视频。
55.上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述方案监测设备采用集成图像和热成像功能的双光谱中载云台和传感器实现对特殊道路实时监测，实现对野生动物接近和入侵的实时监测；集中核心处理器对监测设备进行自动化管理、监控及数据分析处理，并上传监测到野生动物的告警信息至服务器；服务器搭载客户端控制模块，实现对所有监测设备进行管理、监测情况显示和野生动物报警等；并实现远程查看摄像头的视频，服务器上安装有显卡，显卡通过显示数据线连接显示器，显示器实现检测情况显示，并实现远程查看摄像头的视频；本实施例的监测设备采用摄像头、热成像和传感器的多方式对特殊道路进行监测，通过双光谱中载云台的图像采集特殊道路周边进行视频图像的监控，双光谱中载云台的热成像采集特殊道路周边进行热红外监控，传感器实现对防护网的监测，同时实现了图像、热成像和传感器的多重监测，解决了现有技术监测手段单一的问题，提升了特殊道路野生动物侵入预警的精度，极大地保护了特殊道路的安全，也保护了野生动物的安全；另外根据在现场工勘，监测设备的安装有两种方案可供选择，第一种为：设备安装到监控立杆处；第二种为：设备安装到监控区域附近的铁塔上，针对这两种方案，制定合理、可靠、可行性技术方案，实现对野生动物入侵的提前识别报警和已经入侵特殊封闭道路的识别报警；集中核心处理器接收监测设备上传的数据，包含摄像头采集的视频图像、热红外采集的热成像及传感器数据，对视频图像、热红外热成像和传感器数据进行分析，得到野生动物的相关告警信息，并上传至服务器，实现了视频图像、热红外热成像及传感器数据的预处理，及时的得到监测设备数据的结果，有效的缩短了野生动物发现的时间，提高了系统的运行效率；对所有设备进行自动化管理、监控、数据分析处理，以及监测到野生动物的告警信息上送等。服务器对所有监测设备及数据进行统一管理、报警和保存等，提高管理效率、准确度、可靠性和自动化程度，并能够通过服务器搭载的客户端控制模块远程查看视频；本发明可以对特殊封闭道路野生动物入侵进行全天24小时实时监控，有效降低人员现场排查频度，节省人力物力，提升效率；监测到野生动物入侵后能够及时准确发出预警提醒，对预防事故发生及保证特殊封闭道路安全运行提供有力保障；把识别结果通过4g或5g网络上送到客户端控制模
块进行告警，由管理人员根据危险的严重程度采取相应的紧急处置措施，避免事故的发生，防止或减轻因危险引发的损失，确保安全。
56.实施例2
57.在实施例1的基础上，本发明实施例提供的监测设备包括：负责采集特殊道路周边的视频及热成像数据并进行实时处理的双光谱中载云台，双光谱中载云台集成可见光红外摄像头及热成像摄像头功能；负责对防护网进行实时监测的陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器任意一种或三种的组合。
58.上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述方案监测设备包括负责采集特殊道路周边的视频及热成像数据并进行实时处理的双光谱中载云台，双光谱中载云台集成可见光红外摄像头及热成像摄像头功能；还包括负责对防护网进行实时监测的陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器任意一种或三种的组合；采用双光谱中载云台通过可见光红外和热成像对特殊道路周边的移动物体进行探测，能够及时获取移动物体的移动速度及个体大小等特征，便于第一时间获取移动物体的信息，通过探测能够大概得出移动物体是什么？便于操作人员及时判断，并采取相应的措施，此方法简单且实用，判断快速，缩短了获取第一数据的时间；通过多种传感器的单一使用或组合使用在防护网监测，弥补了双光谱中载云台存在盲视角度的问题，通过各种传感器能够及时确认防护网是否被触碰，通过传感器反馈的信号强度来确认物体的大小；采用视频、热成像及传感器的多重监测手段，实现了特殊道路周边的全方位监测，有效的保证了特殊道路运输的安全。
59.实施例3
60.如图2所示，在实施例2的基础上，本发明实施例提供的监测设备的双光谱中载云台安装到监控立杆上，防护网上安装有陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器任意一种或三种的组合。集中管理位置为特殊道路周边需要重点观察的位置，此位置出现野生动物的几率较高。
61.双光谱中载云台通过电源线与第一电源模块连接，第一电源模块与陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器连接，双光谱中载云台通过网线与第二光电收发器连接，第一电源模块(24v)通过电源线与第二电源模块(48v)连接，第二光电收发器通过光纤与第四光电收发器连接。相邻的双光谱中载云台之间的距离为250米；
62.第二电源模块通过电源线与集中核心处理器连接，集中核心处理器通过网线与第五光电收发器连接，集中核心处理器与报警模块连接，集中核心处理器通过4g或5g网络与服务器连接；
63.第四光电收发器，负责汇总各个传感器及双光谱中载云台的数据；
64.报警模块，负责进行有野生动物侵入时的告警。
65.上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述方案由第二电源模块、集中核心处理器、报警模块及第五光电收发器组成集中管理位置的设备室外柜，负责提供电源，对监测设备进行自动化管理、监控及数据分析处理，并上传监测到野生动物的告警信息至服务器等功能；在防护网上安装有陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器任意一种或三种的组合，实现了特殊道路周边的多种手段的监测；服务器上搭载客户端控制模块可以管理所有监测点的监测设备，主要功能如下：集中化管理：能够集中管理多个监测点，且每个监测点可以独立管理；能够显示各个监测点集中集中核心处理器上报的告警信息，包括设备故障、监测
到野生动物接近和已经侵入等情况；能够远程管理每个监测点的监测设备，包括远程查看双光谱中载云台的摄像头现场视频等；各监测点系统运行数据、视频数据、监控数据保存时间不少于30天。
66.实施例4
67.在实施例3的基础上，本发明实施例以监测设备安装在监控立杆上进行说明，每隔250米在监控立杆上放置一台双光谱中载云台、光电收发器和第一电源模块，在监控立杆上安装一个第一箱体，大小：30cm*30cm，用于安装第二光电收发器和第一电源模块，双光谱中载云台挂到监控立杆上。
68.双光谱中载云台使用摄像机视频分析技术和热成像技术，实现对野生动物的监测，能够实现24小时的实时监测，选用了一款国产化的摄像机和热成像一体的双光谱中载云台能够满足使用要求，并且双光谱中载云台照射距离能够达到1500米，也能够满足放置在铁塔上使用的要求，实时采集视频和热成像数据，并把采集到的视频和热成像数据上送到集中核心处理器进行处理，可以通过集中管理处服务器的客户端控制模块远程查看现场视频。
69.第二光电收发器，选用4电1光的光电收发器，负责把双光谱中载云台的电口转换成光口，使用光纤与集中管理位置的设备室外柜中的第五光电收发器连接，进行数据的传输。
70.第一电源模块，选用小型的工业级电源模块，负责把220v转成dc24v，给监控立杆处的各设备供电。
71.上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述方案双光谱中载云台使用摄像机视频分析技术和热成像技术，实现对野生动物的监测，能够实现24小时的实时监测热成像的视场角的限制；如果在控制成本的情况下，存在一些风险较低点的盲区，可以在监控立杆上增加普通摄像头，通过集中核心处理器集成的ai智能视频算法进行补充，成本能够很好的控制，对野生动物识别的功能和性能也有很好的补充；第二光电收发器选用4电1光的光电收发器，把双光谱中载云台的电口转换成光口，使用光纤与集中管理位置的设备室外柜中的第五光电收发器连接，进行数据的传输，实现了多个监测设备的连接，便于数据的稳定传输；第一电源模块把220v转成dc24v，给监控立杆处的各设备供电，省去了各个监测设备需要单独安装电源的繁琐，一定程度上降低了安装的成本。
72.实施例5
73.在实施例3的基础上，本发明实施例提供的陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器的安装方式，每隔50米放置一台传感器、第二光电收发器和第一电源模块，陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器安装到防护网的柱子上，并安装一个第一箱体，大小30cm*30cm，用于安装第二光电收发器和第一电源模块，第二箱体和陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器临近放置。
74.陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器能够根据防护网的倾斜或振动来判断防护网是否被破坏，设置陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器识别倾斜的门限，根据野生动物破坏防护网的特性，当达到一定程度的倾斜时，识别为野生动物破坏防护网，并把数据上送到集中核心处理器处理。
75.上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述方案在防护网上安装陀螺传感器、
振动传感器或拉线传感器，根据防护网的倾斜或振动来判断防护网是否被破坏，实现野生动物是否破坏防护网的判断，采用传感器实现防护放倾斜或振动的判断，增加了野生动物侵入特殊道路的识别准确性，再结合双光谱中载云台，进一步提高了识别的精度；防护网作为野生动物进入特殊封闭道路的必经之路，实现对防护网的监测就有很大的价值；防护网处使用陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器实现对防护网的监测，传感器的数据上送到集中核心处理器进行实时处理，对预防事故发生及保证特殊封闭道路安全运行提供有力保障。
76.实施例6
77.在实施例3的基础上，本发明实施例提供的第二电源模块(48v)采用两种供电方式；
78.第一种为光伏供电：如果现场无法提供220v供电，则提供光伏供电设备，不间断电源ups按照支撑设备运行8小时设计。
79.第二种为现场提供220v供电：现场配置不间断电源ups，防止供电异常后影响设备正常工作，不间断电源ups供电能够支撑设备运行8小时设计。
80.由第二电源模块、集中核心处理器、报警模块及第五光电收发器组成集中管理位置的设备室外柜；
81.第四光电收发器，每台第四光电收发器为集成16个1光1电的设备，即对外出16路光口，每个光口与每个监控立杆和防护网处的光口使用光纤对接，再通过网线与集中核心处理器连接。
82.第二电源模块，负责把220v转成dc48v，给集中管理位置的设备室外柜的设备供电。
83.上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述方案第二电源模块(48v)采用两种供电方式，一种是光伏供电设备，另一种是220v供电，实现了第二电源模块的灵活供电方式，既可以自我发电也可以依靠外部电源，提高了该系统的应用灵活性，不再受限于电源因素影响野生动物侵入预警系统的安装；两种供电方式均安装有不间断电源，当供电方式出现问题时，系统还能正常工作一段时间，确保所有的数据能够保存，避免了数据的丢失；第四光电收发器对外出16路光口，丰富的结构，实现了监测设备的连接，保证了尽可能多的安装监测设备，减少系统布设的成本；第二电源模块实现了220v电压的变换，一部分供给集中核心处理器使用，另一部分供给第一电源模块使用，省去了多余电源的设置，节省了设备的安装。
84.实施例7
85.如图3所示，在实施例1的基础上，本发明实施例提供的双光谱中载云台安装在铁塔上，防护网上安装有陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器任意一种或三种的组合；
86.双光谱中载云台通过网线与第三光电收发器连接，双光谱中载云台通过电源线与第四电源模块连接；陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器通过电源线与第三电源模块连接，陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器通过网线与第五光电收发器连接；
87.第三电源模块和第四电源模块通过电源线与第二电源模块连接，第三光电收发器和第四光电收发器通过光纤与第四光电收发器连接，第二电源模块通过电源线与集中核心处理器连接，集中核心处理器通过网线与第五光电收发器连接，集中核心处理器与报警模
块连接，集中核心处理器通过4g或5g网络与服务器连接；
88.第四光电收发器，负责汇总各个传感器及双光谱中载云台的数据；
89.报警模块，负责进行有野生动物侵入时的告警。
90.上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述方案双光谱中载云台安装在铁塔上，防护网上安装有陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器任意一种或三种的组合，将双光谱中载云台的安装位置设置在铁塔上，分别拍摄不同的角度方向，有助于实现监测区域的全覆盖；在防护网上安装陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器，根据防护网的倾斜或振动来判断防护网是否被破坏，实现野生动物是否破坏防护网的判断，采用传感器实现防护放倾斜或振动的判断，增加了野生动物侵入特殊道路的识别准确性，再结合双光谱中载云台，进一步提高了识别的精度。
91.实施例8
92.在实施例7的基础上，本发明实施例提供的第二电源模块直接与铁塔的供电系统连接，由于两个铁塔的距离大概500米左右，每个铁塔上至少要放置两台或者三台双光谱中载云台，分别照射不同的方向，达到监控区域全覆盖；每个铁塔顶部放置两台或者三台双光谱中载云台、一台第三光电收发器和第四电源模块；并在铁塔顶部安装一个第二箱体，大小30cm*30cm，用于安装第三光电收发器和第四电源模块。陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器安装到防护网的柱子上，并安装一个第一箱体，大小30cm*30cm，用于安装第四光电收发器和第三电源模块，小箱体和陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器临近放置。陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器能够根据防护网的倾斜或振动来判断防护网是否被破坏，设置陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器识别倾斜的门限，根据野生动物破坏防护网的特性，当达到一定程度的倾斜时，识别为野生动物破坏防护网，并把数据上送到集中核心处理器处理。
93.第五光电收发器，每台第五光电收发器为集成16个1光1电的设备，即对外出16路光口，每个光口与每个监控立杆和防护网处的光口使用光纤对接，再通过网线与集中核心处理器连接。
94.第二电源模块，负责把220v转成dc48v，给集中管理位置的设备室外柜的设备供电；
95.第三光电收发器和第四光电收发器，选用4电1光的光电收发器，负责把双光谱中载云台的电口转换成光口，使用光纤与集中管理位置的设备室外柜中的第一第四光电收发器连接，进行数据的传输。
96.第三电源模块和第四电源模块，选用小型的工业级电源模块，负责把220v转成dc24v，给铁塔处的各设备供电。
97.上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述方案每个铁塔上至少要放置两台或者三台双光谱中载云台，分别照射不同的方向，达到监控区域全覆盖；第二电源模块实现了220v电压的变换，一部分供给集中核心处理器使用，另一部分供给第三电源模块和第四电源模块使用，省去了多余电源的设置，节省了设备的安装；采用传感器实现防护放倾斜或振动的判断，增加了野生动物侵入特殊道路的识别准确性，再结合双光谱中载云台，进一步提高了识别的精度；防护网作为野生动物进入特殊封闭道路的必经之路，实现对防护网的监测就有很大的价值；防护网处使用陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器实现对防护网的
监测，传感器的数据上送到集中核心处理器进行实时处理，对预防事故发生及保证特殊封闭道路安全运行提供有力保障。
98.实施例9
99.如图4所示，在实施例1的基础上，本发明实施例提供的集中核心处理器上集成有工控机、ai智能算法处理卡、交换机、硬盘、无线模块和时间同步模块；
100.工控机，负责运行linux ubantu视窗操作系统，具有强大的处理能力，管理与集中核心处理器连接的所有设备；
101.ai智能算法处理卡：使用国产化芯片rk3399pro，集成ai智能算法，负责识别双光谱中载云台采集到的图像，通过ai智能算法识别野生动物；同时也处理热成像球型摄像机的热成像数据；
102.交换机，为三层交换机，负责完成数据的路由交换，对与集中核心处理器连接的所有设备进行数据交换；
103.硬盘，相当于集成一台硬盘录像机，支持2t/4t/6t/8t硬盘，负责支持本地存储监测到的野生动物的视频和图片，在网络异常时，保存本地，当网络恢复后，启动重传到客户端控制模块上；
104.无线模块，包含4g/5g卡和wifi模块，内部集成2个4g/5g卡，进行远程数据传输，并支持wifi组网；
105.时间同步模块，负责可控的高可靠性低延时信号传输，延时低至10ms(非tsn设备一般延时100ms)，为高性能设备设计打造；
106.表1集中核心处理器规格参数
107.108.[0109][0110]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述方案工控机管理与集中核心处理器连接的所有设备；ai智能算法处理卡识别双光谱中载云台采集到的图像，通过ai智能算法识别野生动物；交换机完成数据的路由交换，对与集中核心处理器连接的所有设备；硬盘，支持本地存储监测到的野生动物的视频和图片；无线模块进行远程数据传输，并支持wifi组网；时间同步模块可控的高可靠性低延时信号传输；集中核心处理器为高集成度、低功耗及高可靠的工业级设备，负责所有设备的管理、监控、数据交换和处理、报警信息的上送和保存等功能，并做了功能、性能和对外接口上的预留，为后续系统的功能拓展、性能提升、应用场景的增加打好基础；另外集中核心处理器的可拓展性好，设备出多种类型接口，对外出千兆网口、hdmi、usb、485、232、can、音频等接口，对系统所挂设备的管理功能，比如：激光光栅、球型摄像头、环境变量监测设备、报警设备、显示器、鼠标、键盘，以及其他各种监测传感器等；集成管理多种类型设备，比如：摄像头、毫米波雷达、激光雷达、激光对射、报警设备、环境变量监测设备、喇叭(具有喊话、通话和监听功能)、其他各种监测传感器等。
[0111]
集中核心处理器通过双光谱中载云台的摄像头视频分析、双光谱中载云台的热成像数据分析和防护网监测分析，通过ai智能算法处理卡的算法和使用相关传感器对防护网监测，实现对野生动物的监测，摄像头视频分析：ai智能图像深度学习算法；热成像数据监测分析：热成像结果分析；防护网监测分析：陀螺传感器数据分析。集中核心处理器对双光谱中载云台的摄像头、热成像和对防护网监测的传感器监测到的数据进行实时分析，统一逻辑管理；当监测到野生动物接近或者入侵后，通过集中核心处理器集成的网卡，把识别结果上送到客户端控制模块上显示、报警和存储等；集中核心处理器集成硬盘，相当于集成一台硬盘录像机，能够实现数据的本地存储，数据至少能够存储30天。
[0112]
实施例10
[0113]
在实施例9的基础上，本发明实施例提供的ai智能算法处理卡，包括：
[0114]
数据处理模块，负责采集双光谱中载云台实时图像和热成像信息，并上传至算法识别模块进行处理；
[0115]
算法识别模块，负责当ai智能算法识别到野生动物后，进行标定；
[0116]
上送和报警模块，负责将识别到野生动物的结果上送给工控机，并通过无线模块上送到客户端控制模块，在客户端控制模块上进行显示和报警；
[0117]
数据存储模块，负责把识别到的野生动物结果的照片和视频存储到本地硬盘，搭载客户端控制模块的服务器也进行存储；
[0118]
确认模块，负责当需要人工确认现场野生动物是否侵入时，通过客户端控制模块直接点击相应的双光谱中载云台，查看现场的实时视频信息。
[0119]
表2ai智能图像深度学习算法的架构方案介绍
[0120][0121]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述方案的ai智能算法处理卡基于国产瑞芯微高端芯片rk3399pro开发的，单芯片算力高达3tops；ai智能算法处理卡集成ai智能图像深度学习算法，对集中核心处理器中所有双光谱中载云台的摄像头采集到的图像信息，进行实时分析处理，达到识别野生动物的目的；ai智能图像深度学习算法通过采集各种场景下的数据，进行大量的数据学习，初步形成识别精度高、漏识别率低的算法；ai智能图像深度学习算法学习的数据集背景越多，就越精确；支持通过客户端控制模块对所有设备的算法进行远程一键式升级，ai智能图像深度学习算法功能和性能会有逐步的提高。
[0122]
实施例11
[0123]
在实施例1-实施例10的基础上，本发明实施例提供的第四光电收发器集成16个1光1电的设备，光电收发器是4电1光设备，符合ieee802.3标准的光纤收发器，可以将网络信
号转化为光信号在单模或多模光纤上传输，突破了电缆传输距离的限制，使得以太网在保证高带宽传输的前提下，利用光纤介质实现几公里甚至上百公里的远距离传输；rj45网口支持10/100/1000m速率，全/半双工、平行/交叉自适应。光模块和核心电路均采用业界主流元器件，稳定性高，光、电接口均符合国际标准。可在环境温度-30℃～+75℃、工作湿度0～95％(无冷凝)的状态下正常工作，具有防尘、防盐雾等性能，完全适用于工作条件更苛刻的野外环境。
[0124]
光电收发器的产品特性：
[0125]
1、符合ieee 802.3、ieee802.3u等标准；
[0126]
2、带apc电路，输出光功率恒定，动态范围大；
[0127]
3、smt表面贴装工艺；
[0128]
4、电源和其它参数状态指示led可监视系统运行状况；
[0129]
5、电源、光纤链路、数据状态指示，方便用户的现场操作；
[0130]
6、完备的leds灯诊断功能；
[0131]
7、rj45网口支持10/100m速率，全/半双工，mdi-mdix；
[0132]
8、用户可选1x9或sfp光模块；
[0133]
9、低功耗设计；
[0134]
10、超小体积结构设计，壁挂安装，节省空间；
[0135]
11、支持1552bytes超长数据包传输。
[0136]
表3光电收发器的技术规格
[0137][0138]
双光谱中载云台集成可见光摄像头和热成像于一体的球机，同时能够满足远距离摄像头和远距离热成像功能，简化了设备的使用，并且两者能够联动，从而实现实时的24小
时日夜监测功能。
[0139]
热成像球型摄像机的品特性：
[0140]
1、双光谱中载云台
[0141]
2、热成像：分辨率：384
×
288；焦距：50mm；视场角：7.47
°×
5.61
°
[0142]
3、可见光：分辨率：2688
×
1520，400万；焦距：6-240mm；视场角：66.02
°
x40.34
°
～1.86
°
x1.05
°
[0143]
4、人员最远报警距离(以1.8米*0.5米为准)：500m
[0144]
5、车辆最远报警距离(以4米*1.4米为准)：1500m
[0145]
6、船只最远报警距离(以10米*5米为准)：1500m
[0146]
7、火点最远报警距离(以2米*2米为准)：3000m
[0147]
8、烟雾最远报警距离(以5米*5米为准)：4km
[0148]
9、支持800米激光补光
[0149]
10、支持光学透雾
[0150]
11、水平方向360
°
连续旋转，垂直方向-90
°
～40
°
[0151]
12、电源：ac24v；dc36v；dc48v
[0152]
13、工作温度：-40℃-65℃，湿度小于90％
[0153]
14、防护等级：ip66
[0154]
陀螺传感器内置高精度a/d差分转换器，通过五阶滤波算法，从而可以测量传感器输出相对于水平面的倾斜和俯仰角度，输出接口rs485、rs232、can、modbus可选，内置高精度数字温度传感器，根据内置温度传感器的变化修正传感器温度漂移，保证产品在低温与高温环境下的高重复性。输出响应频率标准可达18hz；产品属于真正工业级产品，性能可靠稳定，扩展性好，多种输出可供选择，适合应用于各种恶劣工业控制环境。
[0155]
陀螺传感器的品特性：
[0156]
1、双轴倾角测量；
[0157]
2、高抗振性能》2000g；
[0158]
3、高分辨率、高精度。
[0159]
表4陀螺传感器产品参数
[0160][0161]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：第四光电收发器将网络信号转化为光信号在单模或多模光纤上传输，突破了电缆传输距离的限制，完全适用于工作条件更苛刻的野外环境；双光谱中载云台集成可见光摄像头和热成像于一体的云台，同时能够满足远距离摄像头和远距离热成像功能，简化了设备的使用，并且两者能够联动，从而实现实时的24小时日夜监测功能；陀螺传感器内置高精度a/d差分转换器，根据内置温度传感器的变化修正传感器温度漂移，保证产品在低温与高温环境下的高重复性。
[0162]
实施例12
[0163]
在实施例10的基础上，本发明实施例提供的ai智能算法处理卡通过算法识别到野生动物，包括双光谱中载云台实时图像信息的关键点方向分配过程，具体包括：
[0164]
统计表示野生动物图像关键点邻域k内局部特性，计算野生动物图像关键点及其k邻域点(xi,yi,zi)到邻域中心点(xc,yc,zc)的向量幅值m(x,y,z)、双光谱中载云台的方位角角度θ(x，y，z)和双光谱中载云台的俯仰角角度,i＝1,2,
…
,k,k+1；
[0165][0166]
利用直方图统计关键点邻域内的双光谱中载云台的方位角角度θ(x，y，z)和双光谱中载云台的俯仰角角度将幅值m(x,y,z)作为权值，将直方图进行高斯加权，利用高斯滤波器对直方图进行平滑滤波，直方图的峰值代表了关键点邻域的方向，作为关键点主方向。
[0167]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述方案的ai智能算法处理卡通过算法识别到野生动物，对双光谱中载云台实时图像信息的关键点方向分配，将直方图进行高斯加权，利用高斯滤波器对直方图进行平滑滤波，直方图的峰值代表了关键点邻域的方向，作为关键点主方向；实现了野生动物图像的关键点的方向分配，为关键点的是被提供了参考依据，能够准确的识别野生动物图像，提高识别到野生动物的精度。
[0168]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，其特征在于，包括：监测设备，负责采用集成图像和热成像功能的双光谱中载云台和传感器实现对特殊道路实时监测，实现对野生动物接近和入侵的实时监测；集中核心处理器，通过光纤与监测设备连接，负责对监测设备进行自动化管理、监控及数据分析处理，并上传监测到野生动物的告警信息至服务器；服务器，通过4g/5g网络与集中核心处理器连接，搭载客户端控制模块，负责实现对所有监测设备进行管理、监测情况显示和野生动物报警；并实现远程查看摄像头的视频。2.如权利要求1所述的基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，其特征在于，监测设备包括：双光谱中载云台，负责采集特殊道路周边的视频及热成像数据并进行实时处理，双光谱中载云台集成可见光红外摄像头及热成像摄像头功能；传感器，负责对防护网进行实时监测。3.如权利要求2所述的基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，其特征在于，监测设备的双光谱中载云台安装到监控立杆或铁塔上，防护网上安装有陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器任意一种或三种的组合。4.如权利要求3所述的基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，其特征在于，监控立杆上放置双光谱中载云台、第二光电收发器和第一电源模块，在监控立杆上安装一个第一箱体，第一箱体用于安装第二光电收发器和第一电源模块，双光谱中载云台挂到监控立杆上；每个铁塔上至少要放置两台或者三台双光谱中载云台，分别照射不同的方向；每个铁塔顶部放置两台或者三台双光谱中载云台、一台第三光电收发器和第四电源模块；并在铁塔顶部安装一个第二箱体，用于安装第三光电收发器和第四电源模块。5.如权利要求3所述的基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，其特征在于，陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器的安装方式，每隔50米放置一台传感器、第二光电收发器和第一电源模块，陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器安装到防护网的柱子上，并安装一个第一箱体，用于安装第二光电收发器和第一电源模块。6.如权利要求3所述的基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，其特征在于，双光谱中载云台通过电源线与第一电源模块和第四电源模块连接，第一电源模块和第三电源模块与陀螺传感器、振动传感器或拉线传感器连接，双光谱中载云台通过网线与第二光电收发器、第三光电收发器和第四光电收发器连接，第一电源模块、第三电源模块和第四电源模块通过电源线与第二电源模块连接，第二光电收发器、第三光电收发器和第四光电收发器通过光纤与第五光电收发器连接。7.如权利要求6所述的基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，其特征在于，第二电源模块通过电源线与集中核心处理器连接，集中核心处理器通过网线与第五光电收发器连接，集中核心处理器与报警模块连接，集中核心处理器通过4g或5g网络与服务器连接；第二光电收发器、第三光电收发器和第四光电收发器，选用4电1光的光电收发器，负责把双光谱中载云台的电口转换成光口，使用光纤与集中管理位置的设备室外柜中的第五光电收发器连接，进行数据的传输；
第五光电收发器，负责汇总各个传感器及双光谱中载云台的数据；每台第五光电收发器为集成16个1光1电的设备，即对外出16路光口，每个光口与每个监控立杆和防护网处的光口使用光纤对接，再通过网线与集中核心处理器连接；报警模块，负责进行有野生动物侵入时的告警。8.如权利要求6所述的基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，其特征在于，第一电源模块、第三电源模块和第四电源模块，选用小型的工业级电源模块，负责把220v转成dc24v，给监控立杆处的各设备供电；第二电源模块采用光伏供电和220v两种供电方式，与不间断电源ups连接；第二电源模块，负责把220v转成dc48v，给集中管理位置的设备室外柜的设备供电。9.如权利要求1所述的基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，其特征在于，集中核心处理器上集成有工控机、ai智能算法处理卡、交换机、硬盘、无线模块和时间同步模块；工控机，负责运行linux ubantu视窗操作系统，管理与集中核心处理器连接的所有设备；ai智能算法处理卡，集成ai智能算法，负责识别双光谱中载云台采集到的图像，通过ai智能算法识别野生动物；同时也处理双光谱中载云台的热成像数据；交换机，负责完成数据的路由交换，对与集中核心处理器连接的所有设备进行数据交换；硬盘，负责支持本地存储监测到的野生动物的视频和图片，在网络异常时，保存本地，当网络恢复后，启动重传到客户端控制模块上；无线模块，包含4g/5g卡和wifi模块，内部集成2个4g/5g卡，进行远程数据传输，并支持wifi组网；时间同步模块，负责可控的高可靠性低延时信号传输。10.如权利要求9所述的基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，其特征在于，ai智能算法处理卡，包括：数据处理模块，负责采集双光谱中载云台实时图像和热成像信息，并上传至算法识别模块进行处理；算法识别模块，负责当ai智能算法识别到野生动物后，进行标定；上送和报警模块，负责将识别到野生动物的结果上送给工控机，并通过无线模块上送到客户端控制模块，在客户端控制模块上进行显示和报警；数据存储模块，负责把识别到的野生动物结果的照片和视频存储到本地硬盘，搭载客户端控制模块的服务器也进行存储；确认模块，负责当需要人工确认现场野生动物是否侵入时，通过客户端控制模块直接点击相应的双光谱中载云台，查看现场的实时视频信息。

技术总结
本发明提供了一种基于图像和热成像的特殊道路野生动物侵入预警系统，系统包括：监测设备、集中核心处理器及服务器；采用双光谱中载云台和传感器等多方式对特殊道路进行监测，通过双光谱中载云台的图像采集特殊道路周边进行视频图像的监控，双光谱中载云台的热成像采集特殊道路周边进行热红外监控，传感器实现对防护网的监测，同时实现图像、热成像和传感器的多重监测，解决了监测手段单一的问题，提升特殊道路野生动物侵入预警的精度，保护了特殊道路及野生动物的安全；针对监测设备安装到监控立杆处或监控区域附近的铁塔上两种方案，制定合理、可靠及可行性技术方案，实现对野生动物入侵的提前识别报警和已经入侵特殊封闭道路的识别报警。道路的识别报警。道路的识别报警。


技术研发人员：杨历润 李庆 姜韬 陈湘才 郭修杰 陆晓 冯春柏 张志永 张家新 陈定兵 孙凯
受保护的技术使用者：昆明卓润科技有限公司
技术研发日：2022.12.21
技术公布日：2023/6/7