一种基于语音信号的巡逻救援无人机及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于语音信号的巡逻救援无人机及其工作方法，属于无人机安防技术领域。该巡逻救援无人机的减噪罩安装在无人机壳体下方，无线数据传输模块、实时定位模块、飞行动力模块置于无人机壳体内部，求助声信号识别模块安装在减噪罩上，无线数据传输模块、实时定位模块、求助声信号识别模块、飞行动力模块分别与处理器电连接，无线数据传输模块用于与无人机和安全控制中心的PC端数据通信；通过人声识别模块分析处理微弱声信号，对求助声信号坐标进行计算。本发明专利技术可以在山地、林地等地形复杂区域及夜晚、雾霾、阴天等视觉有障碍的环境下进行工作，及时发现求救者位置，及时通知安全控制中心工作人员救援。

【技术实现步骤摘要】
一种基于语音信号的巡逻救援无人机及其工作方法
本专利技术属于无人机安防
，具体涉及一种基于语音信号的巡逻救援无人机、语音定位方法及工作方法。
技术介绍
我国许多景区由于占地面积大、地形复杂，工作人员无法将巡逻及救助工作做到全面巡检，遇到一些紧急事件无法及时实施救援。目前景区的安防措施大多是靠工作人员步行进行巡逻，工作效率低，发生紧急事件时，工作人员无法迅速了解情况并及时采取救援措施；且雇佣巡逻工作人员的费用也比较高。因此，由于无人机小型化、快速起降和无机载人员等特点，在野外搜索领域中得到了快速的发展和广泛的应用。现有的无人机搜索系统，多以机载高清摄像头航拍、红外成像、图像识别等设备作为搜索方式，其搜索效果受四周环境、仪器精度、公式的影响较大，但是无人机采用航拍或红外成像在巡逻搜救中存在视觉死角，搜救效率低。为了解决上述的技术问题，经检索，如中国专利申请号为201710001046.9，申请公布日为2017年3月29日的专利申请文件公开了一种救援系统，该救援系统包括：能够通过用户身体佩戴的佩戴装置，该佩戴装置具有体征探测单元和/或环境探测单元，体征探测单元用以获取用户生命体征信息，环境探测单元用以获取环境信息；设置在佩戴装置中或者与佩戴装置关联的服务器中的救援判定单元，用以根据体征探测单元和/或环境探测单元获取的信息，判定佩戴用户是否需要救援，并在判定需要的情况下发出救援信号；无人机救援装置，响应于前述救援信号，飞向佩戴用户进行救援。该救援系统需要配合佩戴装置才能达到救援功能，很多时候，事故发生是意外事件，无法预料，且在野外容易丢失，使用受到限制。再如中国专利申请号为201610047601.7，申请公布日为2016年6月29日的专利申请文件公开了一种无人机救援系统及其救援方法，系统包括无人机、用于采集现场视频的环境信息采集模块、救援执行模块、控制处理模块和救援方案存储模块；控制处理模块包括用于从采集的现场视频中通过二次级联模型进行图像场景识别以搜索伤员的场景识别单元、从救援方案存储模块中寻找与场景判断结果匹配的救援方案的匹配单元以及控制救援执行模块对伤员进行救助的控制单元。该无人机救援系统还是配合有图像识别技术来实现现场救援，一方面无法摆脱巡逻搜救中存在视觉死角，搜救效率低；另一方面这种救援是基于模块化的处理，无法达到人们救援想要的结果。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有无人机巡逻中存在视觉死角，无法进行快速救援，以及待救援人员无法随身携带救援附属设备的问题，本专利技术提供了一种结合语音信号，可定位求救者位置、可在视觉环境恶劣情况下巡逻、搭建交流平台的基于语音信号的巡逻救援无人机及其工作方法，。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术的基于语音信号的巡逻救援无人机包括处理器、无线数据传输模块和求助声信号识别模块，所述无线数据传输模块、求助声信号识别模块与处理器电连接，求助声信号识别模块通过拾取求救声，并反馈给处理器，处理器通过无线数据传输模块与安全控制中心的PC端数据通信。于本专利技术一种可能的实施方式中，所述求助声信号识别模块包括微弱声信号接收器、语音定位模块、人声识别模块及语义识别模块，这些模块集成一个整体，其中微弱声信号接收器接收无人机下方的微弱声信号，微弱声信号传输至人声识别模块，通过放大、过滤进行初步识别微弱声信号中的求救声，本专利技术可以采用现有的声音识别技术，求救声由语义识别模块识别确认后，语音定位模块通过实时语音定位，将确定的求救声方位传输至处理器。于本专利技术一种可能的实施方式中，该无人机还包括无人机壳体、减噪罩、实时定位模块和飞行动力模块；所述减噪罩安装在无人机壳体下方，无线数据传输模块、实时定位模块、飞行动力模块置于无人机壳体内部，求助声信号识别模块安装在减噪罩上，实时定位模块、飞行动力模块分别与处理器电连接，实时定位模块用于确定无人机实时位置并将无人机的相对位置进行定位并传输至处理器。于本专利技术一种可能的实施方式中，所述处理器采用Artik5，支持Wi-Fi、低功耗蓝牙，支持802.11b/g/n无线协议。于本专利技术一种可能的实施方式中，所述无线数据传输模块采用IEEE802.11b，使用2.4GHz的ISM频段，采用直接序列扩展DSSS技术进行调制解调；所述实时定位模块，采用北斗卫星导航系统，并与该系统建立通信关系。于本专利技术一种可能的实施方式中，所述语音定位模块采用MSP近场移动声源地位系统，包括两片MSP430F149处理芯片，构建语音电路和检测电路，语音电路采用两片NE555芯片自激振荡驱动蜂鸣器发射声音信号，检测电路由至少三个麦克风拾音器组成阵列接收和处理声音信号，电路间通过CC1101无线方式通信。该语音定位模块中用于接收和处理声音信号的麦克风拾音器阵列采用一种基于语音信号的时延估计思想的一个三阶段语音定位公式，即首先通过一个滤波器去除语音信号中的潜在噪音，得到尽可能纯净的语音；然后通过一个GCC-PHAT公式来做时延估计；最后再构建几何关系估算语音的空间位置。于本专利技术一种可能的实施方式中，所述人声识别模块是一种模式识别系统，包括特征提取、模式匹配、参考模式库三个基本单元。于本专利技术一种可能的实施方式中，所述飞行动力模块包括4108外转子无刷动力电机(KV480)、聚合物锂电池(15C20000mAh14.8V)和无刷电调无刷电调安装在聚合物锂电池、4108外转子无刷动力电机之间，无刷电调控制4108外转子无刷动力电机的工作，聚合物锂电池为4108外转子无刷动力电机提供电源。于本专利技术一种可能的实施方式中，还包括用于实时图像采集的摄影模块，摄影模块与处理器电连接。于本专利技术一种可能的实施方式中，还包括由扬声器和麦克风组成的通信模块，通信模块与处理器电连接。于本专利技术一种可能的实施方式中，还包括高亮灯源，高亮灯源与处理器电连接。在上述巡逻救援无人机的技术方案的基础上，一种基于语音信号的巡逻救援无人机的语音定位方法，包括具体步骤：首先通过一个处理器的滤波器去除语音信号中的潜在噪音，得到尽可能纯净的语音；然后通过一个GCC-PHAT公式来做时延估计；最后再构建几何关系估算语音的空间位置；具体的GCC-PHAT公式为：：语音到达麦克风拾音器i和麦克风拾音器j的距离差＝语音到达麦克风拾音器i的距离-语音到达麦克风拾音器j的距离，即：定义语音到达麦克风拾音器i与到达麦克风拾音器j的距离差为：di,j＝Di-Dj＝c@tij(1)其中ti，j表示语音信号到达麦克风拾音器i与麦克风拾音器j的时间差，c为声速；令0号麦克风拾音器为阵列的中心，则公式选取它作为参照，于是可将式(1)扩展为：将N-1个等式归并成矩阵形式：在上述巡逻救援无人机的技术方案的基础上，一种基于语音信号的巡逻救援无人机的工作方法，包括以下具体步骤：步骤S101：巡逻救援无人机的微弱声信号接收器接收微弱声信号；步骤S102：人声识别模块判断接收的信号是否为人声；步骤S103：若人声识别模块判断信号为人声，则语义识别模块开始工作，判断信号是否为求救信号；步骤S104：若信号为求救信号，则语音定位模块对信号与无人机的相对位置进行定位并此传输至处理器；步骤S105：定位模块定位无人机的实时位置，将无人机的实时位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于语音信号的巡逻救援无人机，其特征在于，包括处理器(3)、无线数据传输模块(5)和求助声信号识别模块(8)，所述无线数据传输模块(5)、求助声信号识别模块(8)与所述处理器(3)电连接，求助声信号识别模块(8)通过拾取求救声，并反馈给处理器(3)，处理器(3)通过无线数据传输模块(5)与安全控制中心的PC端数据通信。

【技术特征摘要】
1.一种基于语音信号的巡逻救援无人机，其特征在于，包括处理器(3)、无线数据传输模块(5)和求助声信号识别模块(8)，所述无线数据传输模块(5)、求助声信号识别模块(8)与所述处理器(3)电连接，求助声信号识别模块(8)通过拾取求救声，并反馈给处理器(3)，处理器(3)通过无线数据传输模块(5)与安全控制中心的PC端数据通信。2.根据权利要求1所述的基于语音信号的巡逻救援无人机，其特征在于，所述求助声信号识别模块(8)包括微弱声信号接收器(9)、语音定位模块(12)、人声识别模块(10)及语义识别模块(11)，微弱声信号接收器(9)接收微弱声信号，其中微弱声信号接收器(9)接收无人机下方的微弱声信号，微弱声信号传输至人声识别模块(10)，通过放大、过滤进行初步识别微弱声信号中的求救声，求救声由语义识别模块(11)识别确认后，语音定位模块(12)通过实时语音定位，将确定的求救声方位传输至处理器(3)。3.根据权利要求1或2所述的基于语音信号的巡逻救援无人机，其特征在于，还包括无人机壳体、减噪罩(13)、实时定位模块(1)和飞行动力模块(2)；减噪罩(13)安装在无人机壳体下方，无线数据传输模块(5)、实时定位模块(1)、飞行动力模块(2)置于无人机壳体内部，求助声信号识别模块(8)安装在减噪罩(13)上，实时定位模块(1)、飞行动力模块(2)分别与处理器(3)电连接，实时定位模块(1)用于确定无人机实时位置并将无人机的相对位置进行定位并传输至处理器(3)。4.根据权利要求3所述的基于语音信号的巡逻救援无人机，其特征在于，所述语音定位模块(12)采用MSP近场移动声源地位系统，包括两片MSP430F149处理芯片，构建语音电路和检测电路，语音电路采用两片NE555芯片自激振荡驱动蜂鸣器发射声音信号，检测电路由至少三个麦克风拾音器组成阵列接收和处理声音信号，电路间通过CC1101无线方式通信。5.根据权利要求4所述的基于语音信号的巡逻救援无人机，其特征在于，所述飞行动力模块(2)包括4108外转子无刷动力电机、聚合物锂电池和无刷电调，无刷电调安装在聚合物锂电池、4108外转子无刷动力电机之间，无刷电调控制4108外转子无刷动力电机的工作，聚合物锂电池为4108外转子无刷动力电机提供电源。6.根据权利要求5所述的基于语音信号的巡逻救援无人机，其特征在于，还包括用于实时图像采集的摄影模块(4)，所述摄影模块(4)与处理器(3)电连接。7.根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泓博，朱昌平，汪先成贤，缪立波，邱俊，刘志远，吕雪芬，王飞，
申请(专利权)人：河海大学文天学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34