科学岛团队研发的防溺水智能监控与机器人自主救援系统在河南沙澧河景区启用

10月25日，中国科学院合肥物质院固体所余道洋团队研发的防溺水智能监控与机器人自主救援系统在河南省漯河市沙澧河景区正式启用。该系统将通过人防技防融合，实现24小时全天候的监控预警与快速救援，借助人工智能、机器人、大数据和信息化技术加持，进一步推动防溺水救援的新技术发展和应用。

据中国青少年防溺水大数据报告统计，我国每年有约5.9万人死于溺水，其中未成年人占比95%以上。防溺水的关键是预警和救援，虽然国内部分水域已经建设了溺水事故预警平台，但是现有的方法和技术的预警时效性、准确性和覆盖率不足，且应急救援行动主要以人工为主，存在行动滞后、救援装备缺乏等问题。因此很难达到溺水事件黄金救援时间3-5分钟的要求。

固体所余道洋博士团队是国内最早开展无人船艇技术研究的团队之一，近年来在无人船艇智能感知、决策和控制领域取得了多项关键技术。基于此，团队进一步发展防溺水监控、预警与救援技术，与漯河市沙澧河建设运行保障中心合作研发了防溺水智能监控与机器人自主救援系统。该系统通过在沙澧河核心景区布设100台光学和热成像摄像机，实现对禁区水域的全方位无死角全天候监控；视频图像实时传输至视频管理服务器和算法服务器，对闯入禁游水域的人员进行探测、识别、分析、定位、计算经纬度坐标，并判别是否为疑似溺水人员，决策是否启动溺水救援指令；水面自主救援机器人在自动充电泊船码头24小时全天候待命，接收到服务器的救援指令后自动启航，根据服务器提供的疑似溺水人员经纬度坐标自主规划救援路线；救援初始阶段，机器人通过服务器提供的经纬度以远程引导模式驶向疑似溺水人员，当救援机器人利用船载双光谱摄像机自动捕捉到人员后，将启动自主捕捉模式，根据人员的实时位置自动控制运动轨迹，到达疑似溺水人员附近后，释放救援臂和应急装备。

该防溺水智能监控与机器人自主救援系统根据水域视频图像，构建图像坐标系的畸变特征模型，进一步研究世界坐标系到相机坐标系的刚体转换、相机坐标系到图像坐标系的透视投影变换以及图像坐标系与像素坐标系之间的坐标转换，实现对疑似溺水人员的准确定位和世界坐标系标定。当机器人启动自主追踪溺水人员时，运用仿鹰眼视觉及焦距自适应控制的目标跟踪算法，兼顾了大场景搜索跟踪与小场景细节特征提取的优势，同时通过自动变焦处理传统光学系统在大视场与高分辨率之间的矛盾，从而较好的解决了视觉跟踪的脱靶难题。针对机器人对疑似溺水人员的追踪路径控制问题，团队研究了无人船舶欠驱动系统的非线性水力动力学控制预测控制模型，通过待跟踪轨迹点队列以及循环偏移变量的计算，获得欠驱动系统的航向、直线及横向距离偏差的逐点追踪控制变量，并持续更新直至捕捉到疑似溺水人员。

该系统的人员识别、分析、定位、跟踪、自主救援、自主追踪和捕捉都在现场无人操控下完成，因此研究团队还研发了自主泊船与充电码头，救援机器人完成任务后根据码头的精确位置自主返航、定位、归位并自锁，同时自动开启充电装置。

图1. 防溺水智能监控与机器人自主救援系统在河南省沙澧河景区正式启用。

图2. 水面自主救援机器人进行溺水救援演习。