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“鹰眼巡航”——基于无人机平台的智能识别系统

申报人：邢雅雯 申报日期：2025-01-08

基本情况

2025年批次
“鹰眼巡航”——基于无人机平台的智能识别系统 学生申报
创新训练项目
工学
电子信息类
学生来源于教师科研项目选题
一年期
随着交通公路发展，由于某些驾驶员的驾驶经验欠缺、防范风险意识不足引发的违章导致交通事故频发及交通严重拥堵等问题。本项目打造基于无人机平台的智能交通违章监测系统，运用YOLOv4等算法及自主循迹识别结合5G网络分级有效传输实时视频监控等实现高速及人烟稀少路段的交通监控。同时辅已自动停靠充电，躲避恶劣天气等功能，提高产品利用率，增强可实用性 。综此，此产品最终将以辅助交警维护交通安全为任，服务于社会。
桂林理工大学在校本科生，获得桂林理工大学校级三等奖学金，汇川杯全国智能自动化创新大赛省级一等奖，全国数学建模大赛优秀奖，电子设计大赛校赛二等奖，参与“互联网加”获校级铜奖。
博士，教授，硕士生导师。桂林理工大学屏风学者。现任桂林理工大学物电学院电子信息工程教研室主任。研究方向：无线网络通信、深度学习与智能交通。主持或参与完成国家自然科学基金项目4项，主持或参与完成广西自然科学基金项目4项，其他省部级项目3项，荣获广西科技进步奖三等奖（排名第三）。发表科研论文40多篇，其中SCI收录11篇，EI收录20篇。获授权国家发明专利4项。IEEE Transactions on Intelligent Vehicles、The Journal of Supercomputing、《计算机科学》和《南京理工大学学报》等期刊审稿人，美国德州农工大学（(Texas A&M University）访问学者。
指导教师将会全程为本项目提供技术支持，并视项目需求提供必要的实验仪器和实验场地。
区级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
邢雅雯 物理与电子信息工程学院 电子信息工程（应用） 2023 项目负责人，参与项目申请书的编写以及项目进度跟进及技术算法
赖美玲 物理与电子信息工程学院 通信工程 2023 主要负责项目整体综合，参与项目申请书的编写及项目实物制作
黄涛 物理与电子信息工程学院 电子信息工程（应用） 2023 主要负责项目整体综合，参与项目申请书的编写及硬件开发、视觉算法
吴遥 物理与电子信息工程学院 通信工程 2024 主要负责项目整体综合，参与项目申请书的编写
聂焮宜 物理与电子信息工程学院 通信工程 2023 主要负责项目整体综合，参与参与项目申请书的编写及项目技术算法软件开发

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
神显豪 物理与电子信息工程学院 否

立项依据

高速公路是现代城市交通的重要组成部分，是推动城市发展的坚实基础。但随着交通公路的发展，由于某些驾驶员的驾驶经验欠缺以及防范风险意识不足引发的违章导致交通事故频发、交通严重拥堵、环境污染等问题。传统的交通中的车辆违章识别技术基本依靠固定摄像头，且能够检测到的违规场景也不多，且通常依靠人工巡检画面的方式导致工作效率低，安全系数低的同时而这种方式覆盖区域小，存在着较大的监控盲区，并且仍需要人工观看视频录像来发现车辆的违章行为，容易导致违章事件发现不及时和漏判现象的发生。
近年来随着无人机(UnmannedAerialVehicle,UAV)技术的快速发展，无人机飞行的稳定性和续航能力得到大大提升，无人机也被广泛地应用于多个行业中。因此为了解决传统的交通系统存在的种种问题，为了解决传统的交通系统存在的种种问题，许多国家都逐渐建立起了智能交通系统(IntelligentTransportationSystem,ITS)。本项目基于无人机平台，结合视觉的智能交通监管系统具有像信息含量丰富、方便使用和维修、覆盖范围广等的优势，应用于道路监控中，主要用于巡视、检测道路的有序运行，存储筛选转发无人机所拍摄的违规车辆信息。实现对高速公路的实时监控，极大丰富和发展了交通信息采集方法。便于及时规避可能出现的交通事故以及车辆违规事件。尤其是拥堵路段警车难以到达的地方。辅助交警维护交通安全与秩序。将来，本项目无人机亦可投入使用在旅游季景区、事故高发路段等地，可结合各大网约车平台，协同警方监察、预警，同时也为存有侥幸心理的司机拉上警戒线。有极大的发展前景及社会效应。为我国交通安全保驾护航，贡献一份力量。
本项目的研究方向主要是基于无人机平台的智能违规行车车牌识别，无人机相当于一个移动式平台，具有体积小、灵活性强、成本低等特点，可搭载高清云台相机和各类传感器，通过航拍的方式采集高速公路上的交通信息，实现对高速公路的实时监控，极大丰富和发展了交通信息采集方法。便于及时规避可能出现的交通事故以及车辆违规事件，尤其是拥堵路段警车难以到达的地方。通过应用计算机视觉、大数据分析和人工智能技术，交通管理系统能够更精准地识别违章行为。同时，无人机平台结合前沿技术如计算机视觉和深度学习，为城市交通管理和高速公路监管提供实时的车辆违章监控和车牌识别服务。通过融合传感器、信息通信和计算机技术，创新性地构建了一个智能化交通管理系统。该系统能够智能识别违章行为并自主巡逻，适应恶劣天气条件，具备自动充电功能，以及高效的违章照片分级传输能力。技术关键点包括5G网络支持、YOLOv4算法优化、智能充电系统和视觉自主识别寻迹系统，这些创新显著提升了交通管理的效率和准确性，降低了人工操作需求，为智能交通领域的发展提供了新思路。项目致力于将解决方案标准化并扩展到更广泛的应用场景，以实现全国智能交通系统的升级和优化。
智能交通系统（ITS）将是未来交通领域的持续发展方向。近年来，国内外的学者对于无人机在交通领域的应用做了大量研究工作。如：俄亥俄州立大学首先使用搭载多种传感器的无人机来采集和处理道路信息，然后建立起一种交通分析平台，该平台可用于验证无人机检测与识别的正确率。莫德强设计了一种以无人机为平台的道路违章超速行为的检测算法，提高了对道路上违章超速行为的检测精度。
1999年，我国建立了国家智能交通系统工程技术研究中心，随后很多高校也开设了ITS研究中心。第十个五年计划（2001-2005年）首次将智能交通系统作为国家规划的内容。2001年，我国选择了十个城市作为ITS现场测试和评估的模范城市。在此期间，解决了ITS研究与开发过程中的许多重要问题。
2002年起，美国、瑞典、德国等国家先后开展了无人机在交通领域的研究，10年以后部分欧亚国家也参与了该领域的研究。
上海交通大学智能交通与无人机应用研究中心利用无人机挂载设备对道路交通进行车辆违章信息采集，这对交通监管有着重要的意义。
随着科技的不断发展，ITS在交通引导、交通信息采集和交通监管等多个方面发挥着越来越大的作用。利用先进科学技术来设计与开发更高效、更智能和监控范围更广的ITS逐渐成为人们的研究重点。近年来，无人机技术的发展更是给交通领域注入了新的活力。
目前，在智能交通领域，多个地方的交警部门陆续开始利用无人机结合视觉传感器对道路上车辆的违章行为进行识别。系统将无人机与机器学习、图像处理技术相结合，实现高速公路车辆违章行为的智能化和自动化检测识别。
目前，在智能交通领域，多个地方的交警部门陆续开始利用无人机结合视觉传感器对道路上车辆的违章行为进行识别。但是交警部门对于无人机的使用还处于一种非智能阶段，不仅需要有人全程操作无人机，还需要时刻盯紧无人机传回的图像来观察车辆违章现象，记录违章行为。该方式需要一定的操作技术，同时降低了工作效率。由于传统的车辆违章轧线识别技术大。
1.我们的产品采用智能自动识别违章现象的同时，拥有自主寻迹能力，可在终端控制下进行一定范围内的自主巡逻。大大减少了交警拦截所费时间，以及因此可能造成的拥堵现象，降低道路事故发生的可能性
2.拥有雨天、大风天气吸附高速护栏的能力。大大提高了无人机的可利用性。
3.但是一般无人机存在电池续航的问题，不能够自动化巡逻检查 我们同时加入自动充电系统，无人机可以在没电时自动停靠负责通信设备充电，增强了可实用性，节省能源利用。
4.系统自带了分级功能，实现违章照片分级有效化，传入警察手机终端，实现高效化监察。
1.技术路线：
（1）需求分析与系统设计
明确系统的主要功能，包括自动识别违章行为、自主巡逻、适应恶劣天气条件、自动充电和分级管理。
系统架构设计:
确定无人机平台、传感器配置（如高清摄像头、激光雷达等）、通信模块、数据处理单元和控制软件的整体架构。
（2） 硬件选择与集成
①　无人机平台选型:
选择适合的无人机型号，确保其具备足够的载重能力和续航时间。
②　传感器集成:
集成高分辨率视觉传感器用于图像采集，以及必要的环境感知传感器（如气压计、湿度计等）以应对不同天气条件。
自主寻迹与导航系统:
开发或选用成熟的自主飞行控制系统，实现无人机在指定区域内的自主巡逻。
（3） 软件开发与算法优化
①　开发基于深度学习的图像识别算法，用于自动检测车辆违章行为，并进行车牌识别。
②　设计路径规划算法，使无人机能够避开障碍物并在复杂环境中稳定飞行。
开发特定算法以增强无人机在雨天和大风天气中的稳定性和吸附能力。
（4） 系统集成与测试
①　系统集成:
将硬件组件和软件系统整合到一起，进行初步的功能验证。
②　实地测试:
在模拟和实际道路环境中进行测试，评估系统的识别准确率、稳定性和可靠性。
（5） 自动充电与能源管理
①　自动充电站建设:
设计和部署自动充电站，确保无人机在电量低时能够自动返回充电。
②　能源管理系统:
开发能源管理系统，监控无人机的电量使用情况，并优化飞行计划以节省能源。
（6） 数据管理与分级处理
①　数据传输与存储:
确保从无人机到警察手机终端的数据实时传输，并设计安全的数据存储方案。
违章照片分级处理:
实现违章照片的自动分级功能，根据违章的严重程度对照片进行分类和优先级排序。
②　系统部署:
在实际交通环境中部署系统，并进行持续的监控和维护。
2.拟解决问题：
(1)速度与灵活性平衡：无人机需具备足够的速度以快速响应违章行为，同时保持高度机动性以避障。
(2)稳定性与控制：在各种飞行状态下保持稳定，特别是在恶劣天气或高速移动中。
轻量化设计：在保证结构强度和功能的前提下减轻无人机重量，以提高续航能力和机动性。
(3)载荷优化：合理分配传感器和电池等关键组件的重量，确保飞行平衡。
(4)抗风干扰：在强风等恶劣气象条件下保持飞行姿态的稳定。
(5)精准悬停与降落：在复杂环境中实现精准悬停和安全降落。
(6)全天候工作能力：确保无人机在雨天、大风等恶劣天气下正常工作。
(7)温度与湿度影响：应对极端温度和湿度对电子设备的影响。
(8)能源效率：提高无人机的能源使用效率，延长单次充电的飞行时间。
(9)自动充电机制：实现无人机在电量低时的自动返回充电站充电
(10)长期可靠性：确保无人机在长时间运行后仍能保持高性能。
(11)维护成本：降低长期运维成本，提高系统的经济性。
3.预期成果：
（一）
(1)提高违规行为识别能力：通过高精度的视觉传感器和先进的AI识别算法，无人机能够准确识别高速路段和人烟稀少路段上的超速、压线等违规行为，提高违规行为的识别率。
(2)城市违停管理：未来可推广至城市区域，利用无人机进行违停车辆的检测和管理，提高城市交通管理效率。
(3)交通流量监测：无人机可以在空中进行大范围的交通流量监测，为交通管理部门提供实时的交通数据，帮助优化交通流和缓解拥堵。
(4)超速车辆检查：在高速公路和城市快速路上，无人机可以自动识别超速车辆，并记录相关信息，为后续的执法提供依据。
(5)违法嫌疑人追捕：在紧急情况下，无人机可以协助警方追捕违法嫌疑人，通过空中视角提供实时的位置信息，提高追捕效率
(6)技术成熟度提升：随着AI和识别技术的不断进步，无人机AI识别算法将更加精准和可靠，为交通管理提供更强大的技术支持。
环境保护效益：减少传统巡逻车辆的使用，降低油耗和碳排放，有助于实现碳达峰和碳中和的目标.
（二）
(1)申请发明或实用新型专利1项：
针对本产品的关键技术和创新点，申请至少一项发明或新型专利，保护本设备的技术成果。
(2)实物一项
(3)投稿科技论文1篇：
将本系统的研究成果撰写成科技论文，投稿至相关学术期刊或会议，分享本系统的创新成果和技术经验。
1.项目启动与准备阶段（2025年1月-2025年2月）
①　项目启动会议：
明确项目目标、任务分配、时间节点等关键信息。
②　需求调研与分析：
对科技（无人机方面）在交通方向运用进行调研，分析现有技术的优缺点，明确设备需求。
③　技术预研：
对无人机循迹识别算法，硬件设计及5G无线传输视频等相关技术进行预研，确定技术路线和解决方案。
④　制定详细的计划：
根据调研和分析结果，制定详细的项目研究进度计划。
2.硬件选型与模型设计阶段（2025年2月-2025年4月）
(1) 模型设计:
选择合适的开发板和框架材料，设计相应的硬件模块和框架结构，完成模型原理图的设计。
(2)模型制作与测试:
根据设计图纸制作出模型，并进行初步的功能测试。
(3)模型优化:
根据测试结果对模型进行优化与改进，确保满足系统各项要求。
3.软件开发与系统集成阶段（2025年4月-2025年7月）
(1)软件开发:
开发飞控软件，地面控制站软件，任务规划软件，视觉导航寻迹及5G传输算法的设计，完成自适应算法的编写。
(2)系统集成:
将硬件和软件模块进行集成，构成完整的无人机智能违规行车车牌识别系统。
(3)系统测试:
对系统进行全面的功能测试和性能测试，确保系统的稳定可靠。
4.系统优化与专利申请阶段（2025年8月-2026年11月）
(1)系统优化:
根据测试结果和实际应用情况，对系统进行优化和改进，提高系统的性能和实用性。
(2)专利申请:
项目中的创新点和关键技术，撰写发明或实用新型专利申请材料，并提交申请。
5.论文撰写阶段(2026年12月-2026年2月）
论文撰写:
将项目的研究成果撰写成科技论文，并进行修改和完善。
6.准备阶段(2026年2月-2026年3月）
参赛准备:
根据科技创新竞赛的要求，准备参赛材料，包括项目报告、演示视频及PPT等。
7.项目总结及成果展示阶段（2026年3月-2026年5月）
(1)项目总结:
对整个项目的研究过程进行总结，分析项目的成功经验和不足之处。
(2)成果展示:
展示项目的研究成果，包括产品实物、专利证书、软件著作权证书、科技论文等。
(3)项目验收:
邀请专家对项目进行验收，评估项目的成果和水平。
研究积累：
(1)拥有相关专利一项。
(2)阅读了解查阅相关文献，大体了解相关构架。
(3)团队成员参与过电子设计大赛、RoboMaster机甲大师等多项竞赛，拥有一定的技术支持。
(4)获得老师的大力支持以及相关科研经费的支持。
已取得的成绩：
(1)已有大致设计思路，有初步方向规划，有基本成型实物，控制代码以及一些实验数据。

已具备的条件：
(1)有初步的设计规划
(2)有一定软硬件实力
(3)有基本完善的产品设计方案
尚缺少的条件：
(1)一些后期产品材料
(2)实地测试大环境
解决方法：
(1)完善解决方案出现的未知方面。
(2)寻找搭建测试平台

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 7000.00 项目进行 1900.00 5100.00
1. 业务费 4000.00 项目设计一般性业务 400.00 3600.00
（1）计算、分析、测试费 200.00 计算、分析、测试费 0.00 200.00
（2）能源动力费 0.00 能源动力 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 800.00 用于会议、差旅 400.00 400.00
（4）文献检索费 0.00 文献检索 0.00 0.00
（5）论文出版费 3000.00 论文出版 0.00 3000.00
2. 仪器设备购置费 0.00 项目实体制作 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 实验装置的使用 0.00 0.00
4. 材料费 3000.00 项目实体材料 1500.00 1500.00
结束

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