《基于人工智能的机器视觉导航与标志定位识别系统分析》3700字

基于人工智能的机器视觉导航与标志定位识别系统分析目录TOC\o"1-2"\h\u31075一、引言 123732二、系统设计 215057（一）系统框架设计 216507（二）移动端 226351（三）服务器端 218154（四）用户端 332739三、主要技术与原理介绍 34462（一）GPS定位技术 34566（二）GSM网络 329238（三）MQTT协议 427202（四）阿里云物联网平台 415562（五）物联网数据分析 517052四、系统功能 628824（一）系统功能介绍 616703（二）系统硬件介绍 613478（三）供电模式选择 82762（四）Sim卡的设计与使用 85637参考文献 9摘要：随着全球的导航定位技术不断发展，导航定位技术在实际场景中应用更加广泛。本系统主要由移动端、服务器端和用户端组成。移动端使用Air800M4开发板作为中央处理模块，实现采集GPS的定位数据并进行定位数据的解析、转换和打包。再通过GSM网络将打包好的定位信息通过MQTT协议将其发送至服务端。服务器端主要使用阿里云平台，阿里云平台接收到移动端传输的定位信息将其存储，然后通过数据分析中的实验室功能将定位信息通过二维数据可视化界面将定位位置展示出来，并使用地理栅栏功能，如果定位信息不在地理栅栏范围，就会通过短信告知用户。关键词：人工智能；机器视觉；标志定位一、引言随着高速率、低时间延迟、成本低廉的第五代移动通信技术(5thgenerationmobilenetworks,简称5G)的问世，导航定位技术更是适用于多个场景。互联网、大数据、云计算和物联网的发展使导航定位技术的应用场景更加广泛。比如智慧交通、智能穿戴、智能景区等。智慧交通系统主要是使用导航定位技术将车辆正在行驶的道路信息进行反馈，让小车在行使过程中避免交通堵塞道路。缓解道路交通拥堵，增强公路网络贯通能力，减少交通事件，避免能源损失，减少环境污染。可适用于火车站和机场的人流量的疏导，城市交通的智能化调度，运营区车辆的自动管理等一系列场景。二、系统设计（一）系统框架设计系统包括移动终端，服务器终端和用户终端。移动端使用Air800M4开发板。服务器使用阿里云平台。用户端使用手机app（阿里云）或PC端登陆阿里云平台。系统框架如图1：图1系统框架设计图（二）移动端本系统的移动终端采用的是Air800M4开发板，其工作内容是使用sim卡连接GSM网络和使用陶瓷天线获取卫星报文。首先利用Air800M4开发板上搭载的无源陶瓷天线获取卫星报文，解析后得到经纬度等信息，最后利用GSM网络和MQTT协议将解析的位置信息传输至服务器端。移动终端主要使用了GPS定位技术、三球交汇原理、GPS报文分析、GSM网络、MQTT协议、Lua开源结构等技术和原理。（三）服务器端本系统的服务器端主要使用的是阿里云提供的物联网平台，物联网平台创建的产品收到Air800M4开发板传输的定位信息后，将其储存并通过数据可视化在地图上显示出来。在服务器端主要使用阿里云物联网平台和物联网数据分析等技术。（四）用户端本系统的用户端可以使用手机app（阿里云）和PC，用户使用自己的账号密码进行登录，登陆以后在常用中找到物联网平台，找到物联网数据分析中的实验室就可以观察到实时的定位数据和历史轨迹。三、主要技术与原理介绍（一）GPS定位技术卫星定位系统即全球定位系统（GlobalPositioningSystem，简称GPS）。全球定位系统是20世纪70年代由美国研制的新一代空间卫星导航定位系统。起初其主要目的是为海、陆、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并应用于应急通讯等军事目的。直至1994年3月，GPS定位系统共由24颗工作卫星布设而成，全球覆盖率高达98%，24个工作卫星的6个倾斜角以55˚均等分布，它的数量是子午卫星数目的四倍。高达20,000公里的GPS卫星会在一天时间内上升和下降，并会暴露在用户的视野中运行5个小时左右。因此，卫星可以实时地收集测量位置的经纬度和高度，并实现导航、定位、定时等功能。其定位原理为：GPS工作卫星不断地向地球表面发送连续的无线电信号。这些信号包括卫星信号的准确发射时间和卫星的空间精确位置。卫星导航接收机接收卫星的无线信号，测量信号到达时间。然后采用导航算法（最小二乘法或滤波估计法）计算用户位置。（二）GSM网络全球移动通讯系统（GlobalSystemforMobileCommunications，简称GSM），又称“全球通”，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是全世界共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。中国于20世纪90年代初引进了这项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术，即第一代GSM技术。目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，是世界最大的移动通信网络。GSM系统包括若干频带，例如GSM900:900MHz、GSM180:180MHz和GSM900:190MHz。对于Air800支持GSM850：32.5dBm±1.5dB～5dBm±5dB，GSM900：32.5dBm±1.5dB～5dBm±5dBGSM使用时分多址的变体。GSM对数据进行数字化、压缩数据、与其他两个用户数据流一起从信道发送，而其他两个用户数据流具有各自的时隙。由于不同的GSM网络之间有漫游协议，用户到其他国家后也可以继续使用他们的移动电话。（三）MQTT协议MQTT(MessageQueuingTelemetryTransport，消息队列遥测传输协议）是基于ISO标准下一个客户端－服务器的消息发布/订阅（publish/subscribe）式的消息协议。它以TCP/IP协议族运行。这是为改善硬件性能差的远程设备和网络状况不好而设计的发布/订阅消息的协议。因此，它需要一个消息中间件。MQTT协议的最大优点是可以提供实时可靠的消息服务，以便以极小的代码和有限的带宽连接到远程设备。MQTT协议由于其轻便、简单、开放、易于实现的优点和特征，适用范围非常宽。在很多情况下，包括有限的环境也依然适用，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。MQTT协议在智能火灾报警与远程监控、智能家居及一些小型化设备中早已广泛使用。消息队列的MQTT是用于阿里云设备的连接服务，用于定位、实现应用层快速、实时、可靠地获取设备信息的物联网服务构成要素。其服务模式如图2所示。图2MQTT服务模型（四）阿里云物联网平台阿里云物联网平台为设备提供安全可靠的连接通信能力，向下连接海量设备，支撑设备数据采集上云；向上提供云API，服务端通过调用云API将指令下发至设备端，实现远程控制。图3阿里云物联网数据链路本系统主要使用的是物联网平台的上行数据链路--设备通过MQTT协议与物联网平台建立长连接，上报数据（通过Publish发布Topic和Payload）到物联网平台。（五）物联网数据分析物联网数据分析LA（LinkAnalytics）是阿里云为物联网开发者提供的设备智能分析服务，全链路覆盖了设备数据采集、管理（存储）、清洗、分析等环节，有效降低了数据分析门槛，实现了设备数据与业务数据的融合分析透视。物联网数据分析可结合应用开发（IoTStudio）使用，配置数据可视化的大型屏幕，进行设备状态监测、小区环境监测、完成大型屏幕运营等业务场景的开发，帮助物联网开发者在数据基础上实现业务创新，创造更多的业务价值。物联网数据分析与应用开发的架构图如下：图4物联网数据分析结构物联网数据分析具有实验室功能，提供具有IoT数据特征的空间数据可视化，支持二维、三维空间数据的可视化，用数据连接真实世界。因此，本系统使用物体网络数据分析中的实验室功能，使用地图表示位置。四、系统功能（一）系统功能介绍本系统设计由Air800通信系统和阿里云平台以及阿里云app来显示定位数据和行动轨迹三部分组成。其中，Air800通信系统具有定位和传输定位信息的作用。首先通过Air800通信系统的定位功能得到定位的各个信息，时间、经纬度等。然后通过Air800通信系统的GSM网络和MQTT协议将定位信息传送到阿里云物联网平台，运用数据分析中的实验室功能将定位信息通过二维数据可视化在地图上进行显示。并使用地理栅栏功能，一旦定位信息不在地理栅栏范围，就会通过短信告知。此时用户使用手机登录阿里云app，即可查到当时的被监测人的位置信息以及历史活动轨迹。二维数据可视化可以在地图上实时展示设备的运行状态，方便进行观察。（二）系统硬件介绍Air800是一款GPRS+GPS二合一模块，支持上海合宙通信模块特有的Luat开源平台，极大地方便了客户的二次开发和成本的节省。其体积具有65.50mm×53.50mm×2.4mm的超小特点，Air800的周边接口丰富，支持UART、SPI、I2C等各种接口，支持22个GPIO（如图5），支持ADC、音频输入输出等一系列功能，可以满足各种应用场景的使用要求。Air800模块采用低耗电技术，在睡眠模式DRX=5下，实现了低于1.14mA的电流消耗量。Air800在TCP、UDP、PPP、HTTP和SSSL中嵌入，用户可以使用这些网络协议来满足用户的需求。本设计通过MQTT协议将Air800获取的GPS坐标发送给阿里云平台进行展示。图5Air800-IO端口图Air800M4开发板的正面由SMA座子、无源陶瓷天线、串口跳线、开关键、板载麦克风、指示灯（网络、开关机状态、充电）、MicroUSB插口、重启键、SIM卡槽、板载PCBGSM天线组成（如图6所示）。图6Air800M4开发板正面图Air800M4开发板的反面由看门狗芯片、串口转USB芯片、GSMSMA天线座组成（如图7所示）。图7Air800M4开发板的背面图（三）供电模式选择Air800M4开发板共有三种供电方式，分别是使用USB接口5V供电、使用5V串口线供电和锂电池或外接直流电源供电（3.4V-4.2V）。本次设计选用可移动直流便携式电源进行5V供电，将USB插口擦入电脑，另一端插入Air800M4开发板的MircoUSB插口，将Air800M4开发板的拨杆开关拨到上方，长按开机键两秒后Air800M4左下角中间的红灯亮起时表示供电成功。（四）Sim卡的设计与使用Sim卡接口不仅支持GSMPhase1规格的功能，还支持GSMPhase2+规格的功能.和FAST64kbpsSIM卡（SIM应用工具包）。SIM卡通过模块内部的电源供给，支持1.8V和3.0V的电力供给。因为是要与Air800M4开发板配套的Si