【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于流場感知識別，具體涉及一種用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法及采集與終端設備。
技術介紹
1、兩棲車輛水下流場感知設備的重要性在水下交通是不可忽視的。兩棲車輛是能夠在陸地和水下兩個環(huán)境中自由移動的交通工具，而水下流場感知設備則是為了幫助兩棲車輛感知水下流場的情況。
2、首先，水下流場感知設備對于兩棲車輛的安全至關重要。在水下環(huán)境中，水流的速度和方向?qū)τ趦蓷囕v的穩(wěn)定性和操控性具有重要影響。通過感知水下流場，兩棲車輛可以及時調(diào)整航向、速度等參數(shù)，以確保安全航行和避免意外事故的發(fā)生。
3、其次，水下流場感知設備對于兩棲車輛的導航和路徑規(guī)劃也非常重要。通過了解水下流場的情況，兩棲車輛可以選擇最佳的航行路徑，規(guī)避水流強的區(qū)域或者利用水流的力量提高行駛效率。
4、綜上所述，兩棲車輛水下流場感知設備的重要性體現(xiàn)在安全、導航和科研應用等方面，因此需要在兩棲車輛水下感知探測設備的基礎上，研究提出一種用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法及采集與終端設備。
技術實現(xiàn)思路
1、(一)要解決的技術問題
2、本專利技術要解決的技術問題是：如何提供一種用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法及采集與終端設備，以滿足兩棲車輛在海上航行過程中，自主識別水下流速、流向等流場環(huán)境的需求。
3、(二)技術方案
4、為解決上述技術問題，本專利技術提供一種用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，所述方法包括：
5、步驟1：傳感器數(shù)據(jù)采集；
6、步驟2：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸；編譯多信道數(shù)據(jù)采集卡，輸入為多信道的壓力傳感器協(xié)議信號，輸出至總線的為多信道的數(shù)據(jù)，總線與車載的終端設備連接，多信道的數(shù)據(jù)存儲在終端設備的存儲器中；
7、步驟3：對多信道的數(shù)據(jù)進行整合與處理；
8、其中，所述周向均布的壓力傳感器按照順時針順序進行標號，多個壓力傳感器采集的多信道的數(shù)據(jù)按時序排成一列，即形成一個多列的流場感知矩陣；
9、對流場感知矩陣進行對數(shù)化處理、歸一化處理、插值處理，形成高維度樣本矩陣；
10、步驟4：對高維度樣本矩陣進行平面映射，映射為高像素的樣本圖像，對每一個樣本圖像粘貼標簽，最終形成不同流場環(huán)境的水下流場待感知數(shù)據(jù)，匯總成流場感知圖像數(shù)據(jù)庫；
11、步驟5：結(jié)合深度學習方法，對流場感知圖像數(shù)據(jù)庫進行分類訓練，進而對水下流場環(huán)境的流速、流向進行識別；
12、步驟6：多信道數(shù)據(jù)、流場感知矩陣、流場感知圖像在終端設備的顯示器上進行顯示。
13、其中，所述步驟1中，所述周向均布的壓力傳感器的數(shù)量為12個。
14、其中，所述步驟2中，編譯12信道數(shù)據(jù)采集卡，輸入為12信道的壓力傳感器協(xié)議信號，輸出至總線的為12信道的數(shù)據(jù)，總線與車載的終端設備連接，12信道的數(shù)據(jù)存儲在終端設備的存儲器中。
15、其中，所述步驟3中，所述周向均布的壓力傳感器按照順時針順序進行標號1～12，其中，5、6號傳感器與車頭方向保持一致，12個壓力傳感器采集的12信道的數(shù)據(jù)按時序排成一列，即形成一個12列的流場感知矩陣。
16、其中，所述步驟3中，對12信道的數(shù)據(jù)進行整合與處理，具體包括：
17、步驟31：形成流場感知矩陣；
18、將12信道的數(shù)據(jù)按時序排成一列，即形成一個12列的流場感知矩陣a，表示為：
19、
20、其中，流場感知矩陣a的列數(shù)為傳感器數(shù)量，行數(shù)n為傳感器采樣頻率f和采樣時間t的乘積：
21、n＝f·t
22、步驟32：對流場感知矩陣進行對數(shù)化處理，獲得對數(shù)化處理后的流場感知矩陣al，以壓縮應力數(shù)據(jù)至較小的范圍，歸納統(tǒng)一樣本的統(tǒng)計分布性：
23、al＝log(a)
24、步驟33：對進行了對數(shù)化處理后流場感知矩陣al進行歸一化處理，獲得歸一化處理后的流場感知矩陣an，以消除數(shù)據(jù)量綱的影響；
25、
26、其中，al(ij)為：流場感知矩陣al中處于第i行第j列的數(shù)據(jù)的數(shù)值；
27、almax為：流場感知矩陣al中數(shù)據(jù)的最大值；
28、almin為：流場感知矩陣al中數(shù)據(jù)的最小值；
29、步驟34：應用等距取樣的方式對歸一化處理后的流場感知矩陣an進行截取，形成狀態(tài)感知樣本矩陣；若等距取樣時序采樣為10個點，則狀態(tài)感知樣本矩陣a1的維度為10×12，表示為：
30、
31、步驟35：為提高流場感知矩陣的分辨率，應用三次插值對狀態(tài)感知樣本矩陣a1進行處理，進而形成維度為180×220的高緯度樣本矩陣a1*，表示為：
32、
33、其中，所述步驟4中，對180×220的高維度樣本矩陣a1*進行平面映射，映射為像素180×220的樣本圖像，實現(xiàn)對流場感知樣本圖像的像素進行擴充；
34、對每一個樣本圖像粘貼標簽，最終形成不同流場環(huán)境的流場感知樣本圖像數(shù)據(jù)庫，用于水下流場流速、流向識別。
35、其中，所述步驟5中，應用深度殘差網(wǎng)絡，對流場感知圖像數(shù)據(jù)庫進行分類訓練，進而實現(xiàn)對水下流場環(huán)境的流速、流向進行識別。
36、其中，所述步驟5中，應用resnet18深度殘差網(wǎng)絡對流場感知圖像數(shù)據(jù)庫進行分類訓練。
37、其中，所述步驟2中，輸入為多信道的壓力傳感器iic協(xié)議信號，輸出至總線的為多信道的flexray總線數(shù)據(jù)。
38、此外，本專利技術還提供一種采集與終端設備，所述采集與終端設備包括：
39、傳感器，用于采集結(jié)構(gòu)體在水下流場中的表面壓力數(shù)據(jù)；
40、采集卡，用于采集多信道傳感器數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換，編譯為總線信號上傳至終端設備；
41、存儲器，用于存儲一個或多個應用程序，以及采集卡上傳的多信道傳感器數(shù)據(jù)；
42、處理器，用于運行一個或多個應用程序，對水下流場的流速、流向進行分類識別；
43、顯示器，用于將顯示多信道傳感器數(shù)據(jù)、流場感知矩陣以及流場感知圖像；
44、當所述的一個或多個程序被一個或多個處理器執(zhí)行，使得所述一個或多個處理器實現(xiàn)所述的水下流場感知識別方法。
45、(三)有益效果
46、與現(xiàn)有技術相比較，本專利技術提供一種用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法及系統(tǒng)，當兩棲車輛下水后，根據(jù)水下流場探測需要，將水下流場感知探測設備伸出車體，應用水下流場感知探測設備的12個周向均布壓力傳感器，采集流場作用在結(jié)構(gòu)體表面的應力數(shù)據(jù)；編譯數(shù)據(jù)采集卡，輸入為傳感器協(xié)議信號，輸出為總線數(shù)據(jù)，總線與車載終端設備連接，數(shù)據(jù)存儲在存儲器中；周向傳感器按照順時針順序進行標號1～12，其中5、6號傳感器與車頭方向保持一致，多信道列傳感器組成感知矩陣，并對感知矩陣進行對數(shù)化、歸一化處本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟1中，所述周向均布的壓力傳感器的數(shù)量為12個。
3.如權(quán)利要求2所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟2中，編譯12信道數(shù)據(jù)采集卡，輸入為12信道的壓力傳感器協(xié)議信號，輸出至總線的為12信道的數(shù)據(jù)，總線與車載的終端設備連接，12信道的數(shù)據(jù)存儲在終端設備的存儲器中。
4.如權(quán)利要求3所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟3中，所述周向均布的壓力傳感器按照順時針順序進行標號1～12，其中，5、6號傳感器與車頭方向保持一致，12個壓力傳感器采集的12信道的數(shù)據(jù)按時序排成一列，即形成一個12列的流場感知矩陣。
5.如權(quán)利要求4所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟3中，對12信道的數(shù)據(jù)進行整合與處理，具體包括：
6.如權(quán)利要求5所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟4中，對180×220
7.如權(quán)利要求6所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟5中，應用深度殘差網(wǎng)絡，對流場感知圖像數(shù)據(jù)庫進行分類訓練，進而實現(xiàn)對水下流場環(huán)境的流速、流向進行識別。
8.如權(quán)利要求7所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟5中，應用ResNet18深度殘差網(wǎng)絡對流場感知圖像數(shù)據(jù)庫進行分類訓練。
9.如權(quán)利要求1所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟2中，輸入為多信道的壓力傳感器IIC協(xié)議信號，輸出至總線的為多信道的FlexRay總線數(shù)據(jù)。
10.一種采集與終端設備，其特征在于，所述采集與終端設備包括：
...【技術特征摘要】
1.一種用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟1中，所述周向均布的壓力傳感器的數(shù)量為12個。
3.如權(quán)利要求2所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟2中，編譯12信道數(shù)據(jù)采集卡，輸入為12信道的壓力傳感器協(xié)議信號，輸出至總線的為12信道的數(shù)據(jù)，總線與車載的終端設備連接，12信道的數(shù)據(jù)存儲在終端設備的存儲器中。
4.如權(quán)利要求3所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟3中，所述周向均布的壓力傳感器按照順時針順序進行標號1～12，其中，5、6號傳感器與車頭方向保持一致，12個壓力傳感器采集的12信道的數(shù)據(jù)按時序排成一列，即形成一個12列的流場感知矩陣。
5.如權(quán)利要求4所述的用于兩棲車輛的水下流場感知識別方法，其特征在于，所述步驟3中，對12信道的數(shù)據(jù)進行整合...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：吳家雄，鮑珂，孫旭光，葉輝，孫曉策，李釗，邱思聰，褚艷濤，韓震，
申請(專利權(quán))人：中國北方車輛研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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