馬興錄，唐亞男

(青島科技大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266061)

0 引言

一直以來(lái)，各國(guó)政府嚴(yán)厲打擊毒品犯罪活動(dòng)，但全球范圍內(nèi)的毒品犯罪活動(dòng)仍舊活躍，在某些特定區(qū)域尤為猖獗，甚至以先進(jìn)的科技技術(shù)作為犯罪武器，傳統(tǒng)的犯罪形式逐漸向技術(shù)化、智能化、集團(tuán)化轉(zhuǎn)變[1]。在這種嚴(yán)峻的形勢(shì)下，為有效打擊毒品犯罪，各國(guó)政府采取了多種新型稽查毒品的方式，其中不乏智能儀器，例如模擬動(dòng)物嗅覺(jué)與視覺(jué)器官開(kāi)發(fā)出的電子眼、電子鼻等[1]。但是，緝毒犬作為傳統(tǒng)緝毒方式之一，不但沒(méi)有因現(xiàn)代科技的高度發(fā)展而被社會(huì)所拋棄，而且越來(lái)越受到各國(guó)的重視[2]，并將其視為開(kāi)展緝毒工作中不可或缺的一環(huán)。

較早時(shí)期人們訓(xùn)練緝毒犬對(duì)傳送帶上行李進(jìn)行搜毒，并取得良好效果。國(guó)內(nèi)外對(duì)于緝毒犬的訓(xùn)練還沒(méi)有采用智能小車進(jìn)行定位跟蹤進(jìn)行輔助訓(xùn)練的先例。機(jī)場(chǎng)緝毒犬的工作場(chǎng)所多在行李箱轉(zhuǎn)盤，因此需要訓(xùn)練緝毒犬在行李箱轉(zhuǎn)盤上進(jìn)行毒物檢查[3-5]。日常訓(xùn)練中訓(xùn)導(dǎo)人員需要時(shí)刻陪伴在緝毒犬身邊，并手動(dòng)記錄緝毒犬每次的訓(xùn)練成果，人工投入成本大，訓(xùn)練效率低。在當(dāng)前的緝毒犬訓(xùn)練工作過(guò)程中，存在人力資源有限、任務(wù)完成時(shí)限緊迫和訓(xùn)練信息不完全等問(wèn)題，為有效提高訓(xùn)導(dǎo)人員訓(xùn)練緝毒犬的效率，實(shí)時(shí)記錄與保存緝毒犬的訓(xùn)練過(guò)程并自動(dòng)導(dǎo)出訓(xùn)練評(píng)測(cè)結(jié)果，目前亟需一套系統(tǒng)的緝毒犬訓(xùn)練智能化自動(dòng)解決方案。

這款輔助訓(xùn)練的系統(tǒng)，使用樹(shù)莓派為核心主板，結(jié)合UWB室內(nèi)定位模塊快速定位跟蹤緝毒犬的位置，搭載USB攝像頭實(shí)時(shí)向終端傳輸視頻。在提高緝毒犬效率與減少緝毒犬的訓(xùn)練時(shí)間成本方面有較好效果。

1 測(cè)距原理

現(xiàn)如今存在的室內(nèi)定位技術(shù)主要有紅外線定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍(lán)牙定位技術(shù)、WiFi定位技術(shù)、超寬帶(UWB)定位技術(shù)[6-7]、射頻識(shí)別定位技術(shù)以及地磁定位技術(shù)[8]。基于輔助設(shè)備的室內(nèi)定位技術(shù)主要是通過(guò)在室內(nèi)部署設(shè)備進(jìn)行測(cè)距，再由后臺(tái)進(jìn)行定位計(jì)算[8]。作為首部應(yīng)用了UWB技術(shù)的iPhone手機(jī)，iPhone11除了擁有基礎(chǔ)的定位跟蹤功能，還可以檢測(cè)物品在現(xiàn)實(shí)世界的位置信息。

作為無(wú)線載波通信技術(shù)之一的超寬帶(UWB)定位技術(shù)[9],利用極高的射頻頻率達(dá)到高帶寬的效果。超寬帶定位技術(shù)在傳輸信號(hào)使產(chǎn)生極短脈沖的信號(hào)源，在短時(shí)間內(nèi)以極低的功率實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳播。

在 UWB定位技術(shù)中，基于距離的定位算法[10]是最常用的，其中包括飛行時(shí)間定位算法(TOF)[11]、到達(dá)時(shí)間差定位算法(TDOA)以及到達(dá)角定位算法(AOA)。

TOF定位算法利用信號(hào)收發(fā)及終端收發(fā)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，基于一定的計(jì)算得到收發(fā)設(shè)備之間的距離[12]。TDOA定位算法利用記錄接收同一個(gè)發(fā)送設(shè)備的不同信號(hào)時(shí)間差，計(jì)算得到設(shè)備之間的距離。AOA定位算法利用計(jì)算同一組發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間的相對(duì)方位，得到設(shè)備之間的距離。

該系統(tǒng)使用的UWB定位部分采用單邊雙向測(cè)距原理，其測(cè)距原理如圖1所示。在此基礎(chǔ)上再增加一次通訊，兩次通訊的時(shí)間因時(shí)鐘偏移引入的誤差可相互彌補(bǔ)[13-14]，得到更高的測(cè)距精度，如圖2所示。

圖1 單邊雙向測(cè)距原理示意圖

圖2 改進(jìn)單邊雙向測(cè)距原理示意圖

假設(shè)設(shè)備A和設(shè)備B的時(shí)鐘精度是20 ppm，ka和kb分別是設(shè)備A、B時(shí)鐘的實(shí)際頻率和預(yù)期頻率的比值，那么ka和kb分別是0.999 98或者1.000 02。設(shè)備A和B相距100 m，電磁波的飛行時(shí)間是333 ns[15]。

(1)

(2)

根據(jù)公式(1)和公式(2)計(jì)算，因時(shí)鐘引入的誤差為20*333*10-9s，則測(cè)距誤差為2.2 mm，在實(shí)際情況下，由于誤差過(guò)小，可以對(duì)誤差忽略不計(jì)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 總體設(shè)計(jì)

緝毒犬訓(xùn)練監(jiān)督輔助系統(tǒng)采用樹(shù)莓派4 B電腦為核心，以UWB定位模塊為主要定位部件，結(jié)合可見(jiàn)光攝像頭，編寫相關(guān)軟件及算法，實(shí)現(xiàn)了攝像機(jī)定位、智能車跟隨、實(shí)時(shí)視頻回傳、自動(dòng)警報(bào)提醒以及監(jiān)控界面可視化等功能。如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

其中定位部分采用的是UWB定位模塊，由三個(gè)基站模塊與一個(gè)標(biāo)簽?zāi)K組成，實(shí)現(xiàn)二維平面內(nèi)定位功能[16]。其中一個(gè)主基站通過(guò)USB線連接到樹(shù)莓派4 B上，負(fù)責(zé)定位數(shù)據(jù)的粗處理及傳輸功能。其余兩個(gè)基站分別布置在空曠的位置，緝毒犬?dāng)y帶標(biāo)簽活動(dòng)在基站范圍[17](即以基站為圓心，直徑15 m內(nèi))，如果標(biāo)簽不在基站范圍內(nèi)或者距離基站過(guò)近，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒工作人員檢查緝毒犬狀態(tài)。實(shí)時(shí)視頻傳輸部分采用通訊協(xié)議，由樹(shù)莓派將視頻實(shí)時(shí)傳回到客戶終端。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，包括樹(shù)莓派4 B、四個(gè)D-DWM-PG1.7型UWB定位模塊、三個(gè)移動(dòng)電源、CSI端口攝像頭、115 200 bps串行通訊接口和音箱。

圖4 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

使用樹(shù)莓派4 B為核心控制板，其操作系統(tǒng)基于linux，安裝Python運(yùn)行環(huán)境。運(yùn)用樹(shù)莓派網(wǎng)絡(luò)探針可以測(cè)量吞吐量、延遲以及丟包率[18]，通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、可靠性來(lái)保障網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。且樹(shù)莓派的HDMI高清視頻輸出接口提供1 080 p全高清影像輸出功能。

D-DWM-PG1.7型UWB定位模塊基于 DW1000定位芯片開(kāi)發(fā)，搭載CP2102方案的USB串口，硬件串口更加穩(wěn)定。主基站和樹(shù)莓派連接，兩個(gè)次基站與主基站呈等邊三角模式，標(biāo)簽活動(dòng)在等邊三角范圍內(nèi)，分布如圖5所示。該設(shè)計(jì)測(cè)距精度為10 cm，定位精度[19]為30 cm。

圖5 定位模塊放置模擬示意圖

模塊與模塊之間采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU通訊協(xié)議，通訊步驟如表1所示，且配有電源指示燈與信號(hào)指示燈。

表1 定位模塊之間通訊步驟圖

D-DWM-PG1.7型UWB定位模塊與樹(shù)莓派之間通過(guò)TTL串口進(jìn)行通信。本設(shè)計(jì)中定位模塊連接樹(shù)莓派需要使用TTL串口轉(zhuǎn)USB的模塊，串口波特率為115 200 bps。四個(gè)定位模塊分為三個(gè)基站模塊和一個(gè)標(biāo)簽?zāi)K，三個(gè)基站中以其中一個(gè)基站作為主基站[20]，與樹(shù)莓派通過(guò)TTL串口轉(zhuǎn)USB的模塊連接，進(jìn)行模塊之間的數(shù)據(jù)粗處理以及將粗處理的數(shù)據(jù)傳給樹(shù)莓派。另外兩個(gè)基站由移動(dòng)電源供電，分別放置在應(yīng)用場(chǎng)景的邊緣，為減少定位誤差需保證周圍30 cm內(nèi)沒(méi)有物體遮擋。

視頻傳輸部分?jǐn)z像部分采用MIPI CSI-3協(xié)議，它是一種高速雙向協(xié)議，主要用于多層對(duì)等基于UniPro的M-PHY設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中攝像機(jī)和主機(jī)之間的圖像和視頻傳輸。攝像頭與樹(shù)莓派連接使用常見(jiàn)的USB接口。報(bào)警部分選擇的是適配樹(shù)莓派4B的基礎(chǔ)音箱，音箱與樹(shù)莓派之間使用3.5 mm耳機(jī)接口連接。

采用該方案的最終設(shè)計(jì)成品在成品功耗控制方面表現(xiàn)優(yōu)異，在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了組織架構(gòu)成本的最小化并且具備體積小、易集成、便于攜帶組裝等優(yōu)點(diǎn)，能夠應(yīng)用于多種場(chǎng)景。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能概述

緝毒犬訓(xùn)練監(jiān)督輔助系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)如圖6所示，系統(tǒng)的功能包括實(shí)時(shí)定位、自動(dòng)跟隨、語(yǔ)音報(bào)警、實(shí)時(shí)傳輸以及同步顯示五個(gè)功能。其中服務(wù)端實(shí)現(xiàn)對(duì)UWB模塊主基站數(shù)據(jù)解析與處理功能，通過(guò)穩(wěn)定的TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不間斷獲取主基站發(fā)來(lái)的粗?jǐn)?shù)據(jù)，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精處理，分析數(shù)據(jù)變化，將其轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)指令，控制智能車運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟隨功能。

圖6 軟件功能架構(gòu)圖

如圖7所示，硬件設(shè)備上電并自動(dòng)開(kāi)機(jī)后，用戶可使用電腦或者移動(dòng)設(shè)備搜索智能車的熱點(diǎn)。連接該熱點(diǎn)后，進(jìn)入系統(tǒng)界面，開(kāi)啟攝像，即可看到訓(xùn)練場(chǎng)的畫(huà)面。一旦緝毒犬?dāng)y帶標(biāo)簽越出基站覆蓋范圍，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)起語(yǔ)音警報(bào)。

圖7 總體功能流程圖

3.2 定位追蹤功能模塊設(shè)計(jì)

3.2.1 定位追蹤流程

系統(tǒng)以定位模塊為輸入點(diǎn)，其軟件功能流程圖如圖8所示。當(dāng)攜帶標(biāo)簽的緝毒犬首次出現(xiàn)在基站覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，三個(gè)基站將采用不間斷測(cè)量模式，首先計(jì)算各自距離標(biāo)簽的距離，主基站在此基礎(chǔ)之上匯總其他兩個(gè)基站的數(shù)據(jù)一并發(fā)送給樹(shù)莓派，通過(guò)樹(shù)莓派的數(shù)據(jù)處理驅(qū)動(dòng)調(diào)整智能車的初始位置，保證緝毒犬時(shí)刻處在可攝像范圍內(nèi)；隨后主基站不間斷將緝毒犬的位置更新發(fā)送至樹(shù)莓派，如果當(dāng)前位置數(shù)據(jù)較前位置數(shù)據(jù)呈增大趨勢(shì)，則智能車向左移動(dòng)相應(yīng)的距離，反之智能車向右移動(dòng)相應(yīng)的距離，保證緝毒犬時(shí)刻處在可攝像范圍內(nèi)。一旦位置數(shù)據(jù)異常，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)提醒緝毒犬運(yùn)動(dòng)軌跡偏離工作范圍。

圖8 基于UWB的智能車定位追蹤流程圖

3.2.2 基于移動(dòng)目標(biāo)的定位追蹤算法

3.2.2.1 定位數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)定位模塊的通訊協(xié)議，主機(jī)先向模塊發(fā)送一段定位指令數(shù)據(jù)，主基站返回一串8位字符數(shù)據(jù)串表示接收到指令并開(kāi)始測(cè)距定位，然后主機(jī)每隔一段時(shí)間發(fā)送一次查詢指令數(shù)據(jù)，主基站返回一串31位字符數(shù)據(jù)串表示當(dāng)前測(cè)量的數(shù)據(jù)。然后將其中表示三個(gè)基站各自與標(biāo)簽的距離相關(guān)的數(shù)據(jù)切分出來(lái)，每四個(gè)為基站到標(biāo)簽的距離數(shù)據(jù)(每個(gè)基站的距離值是由兩個(gè)字節(jié)組成，高8位在左，低8位在右)，然后將距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成距離。距離的計(jì)算公式(3)如下：

L=hex2D(Lh)×256+hex2D(Ll)

(3)

其中:Lh是模塊返回的距離數(shù)據(jù)的高八位，Ll為模塊返回的距離數(shù)據(jù)的低八位，均以16進(jìn)制的形式呈現(xiàn)。使用hex2D函數(shù)(Hex To Decimal)將Lh和Ll轉(zhuǎn)換之后進(jìn)行計(jì)算獲得距離值L。三個(gè)基站的距離都通過(guò)解析運(yùn)算得到，然后存到變量參數(shù)中用于后面的數(shù)據(jù)比較。

3.2.2.2 移動(dòng)目標(biāo)追蹤校準(zhǔn)算法

該設(shè)計(jì)考慮到緝毒犬工作時(shí)趨于集中在小范圍活動(dòng)的特點(diǎn)，根據(jù)時(shí)間差模型[21]，定位模組不間斷測(cè)量距離，智能車頻繁的移動(dòng)嚴(yán)重影響視頻畫(huà)面的穩(wěn)定性，因此提出了在此背景環(huán)境下基于移動(dòng)目標(biāo)的定位追蹤算法。

該算法的思路是：設(shè)備開(kāi)機(jī)后，首先定位緝毒犬的初始位置，智能車移動(dòng)到視頻畫(huà)面里能看到緝毒犬的位置；然后緝毒犬開(kāi)始工作，定位模組不斷更新緝毒犬的位置，智能車實(shí)時(shí)跟隨拍攝，如檢測(cè)到定位數(shù)據(jù)異常，則發(fā)起警報(bào)，提醒工作人員檢查緝毒犬的工作狀態(tài)及當(dāng)前位置。

算法具體實(shí)現(xiàn)：

關(guān)于魯迅的短篇小說(shuō)《藥》，已經(jīng)有不少學(xué)者從影響研究的層面探討了俄蘇作家，如果戈理、契訶夫、屠格涅夫、安特萊夫等對(duì)魯迅的影響。老師可以選取一二篇有代表性的學(xué)術(shù)論文，讓學(xué)生閱讀，并體會(huì)影響研究的方法和步驟。

設(shè)備在開(kāi)機(jī)后定位緝毒犬的初始位置，初始化時(shí)間內(nèi)將每次的獲取到的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行緩慢平均，一次獲取存儲(chǔ)10組距離數(shù)據(jù)點(diǎn)，分別進(jìn)行相加之后，除以10獲取到的平均值即作為緝毒犬的初始位置。

初始位置穩(wěn)定后，定位模組不間斷工作，主機(jī)首先間隔0.1 s獲取一組距離數(shù)據(jù)，連續(xù)獲得幾次，分別相加，求取平均值作為當(dāng)前的距離數(shù)據(jù)組a，如公式(4)，之后每獲取三次距離數(shù)據(jù)，加入距離數(shù)據(jù)組a，形成新的求平均組值，得到新的平均值作為新的距離數(shù)據(jù)組a1，如公式(5)，如此無(wú)限循環(huán)求取am，如公式(6)：

(4)

am(LA,LB,LC)=

(5)

am(LA,LB,LC)=

(6)

m=1,m∈∞

其中:LA、LB、LC分別代表不斷更新的三個(gè)基站相對(duì)標(biāo)簽的距離值，距離單位為cm，a(LA,LB,LC)為初始化之后第一次求取的距離數(shù)據(jù)組。O(LA,LB,LC)為每間隔0.1 s獲取到的距離數(shù)據(jù)。n表示每間隔0.1 s的當(dāng)前獲取次數(shù)，m表示當(dāng)前求取的平均距離組值的次數(shù)。計(jì)算a與a1的各部分距離值的差值，獲得位置突變組(突變組指在限定一個(gè)距離差值閾值后，每超出了這個(gè)閾值的距離差值的當(dāng)前距離組即判定為突變組)。獲得突變組之后，就可以判斷緝毒犬的移動(dòng)軌跡，并且經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，每次連續(xù)間隔0.1 s取4次距離數(shù)據(jù)，得到的距離數(shù)據(jù)組計(jì)算差值判斷出來(lái)的緝毒犬移動(dòng)軌跡與實(shí)際緝毒犬移動(dòng)軌跡重合率最高。獲得平均距離組值之后，根據(jù)目標(biāo)追蹤校準(zhǔn)算法公式(7)計(jì)算位置突變組lisc：

lisc(l,r,s)=am(LA,LB,LC)-am-1(LA,LB,LC)

(7)

得到的位置突變組lisc，里面的l，r，s用來(lái)判定智能車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

3.2.3 核心算法偽代碼

Input：當(dāng)前時(shí)刻緝毒犬定位數(shù)據(jù)Pist，包含三個(gè)基站相對(duì)于標(biāo)簽的距離數(shù)據(jù)LA、LB、LC。

Process2：將獲得的初始位置保存，收集三次位置數(shù)據(jù)組，將這三組和初始位置相加求平均值即當(dāng)前校準(zhǔn)后的位置數(shù)據(jù)組，再次保存當(dāng)前校準(zhǔn)后的位置數(shù)據(jù)組，再收集三次位置數(shù)據(jù)組，與上一個(gè)校準(zhǔn)后的位置數(shù)據(jù)組相加求平均，無(wú)限循環(huán)。

Process3：通過(guò)Process2過(guò)程中獲得的校準(zhǔn)后的當(dāng)前時(shí)刻位置數(shù)據(jù)組。將當(dāng)前的位置數(shù)據(jù)組與前一組校準(zhǔn)的位置數(shù)據(jù)組各部分相減，得到相對(duì)距離差值la，lb，lc:

if(LA==0):break；

elif(LA>p):

if(lb*lc==0):Carstop()

elif(lb*lc>0):Carturnleft()

elif(lb*lc<0):Carturnright()

得到一個(gè)控制智能車運(yùn)動(dòng)的指令。

Final Output：智能車運(yùn)動(dòng)CarRun系列指令。

3.3 實(shí)時(shí)視頻傳輸功能及自動(dòng)報(bào)警

設(shè)備開(kāi)機(jī)之后，開(kāi)啟攝像功能。攝像頭將捕捉到的圖像信息傳回到主機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)視頻傳輸流程圖如圖9所示。主機(jī)運(yùn)行socket服務(wù)端程序，向終端電腦傳送視頻幀信號(hào)；雙方約定好傳輸分辨率，傳輸幀率，傳輸圖片編碼格式，傳輸端口，向服務(wù)器端建立連接，并實(shí)時(shí)傳輸圖像編碼。終端運(yùn)行socket客戶端程序接收視頻幀，解碼實(shí)時(shí)展示并保存，然后將圖像由二進(jìn)制數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成圖像矩陣，并利用openCV庫(kù)函數(shù)，進(jìn)行展示和保存，方便工作人員查看記錄。

圖9 實(shí)時(shí)視頻傳輸及保存流程圖

自動(dòng)報(bào)警功能基于定位追蹤算法，主機(jī)處理基站發(fā)送過(guò)來(lái)的位置數(shù)據(jù)組，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，則蜂鳴報(bào)警，工作人員查看緝毒犬是否遠(yuǎn)離工作范圍，若數(shù)據(jù)再次正常，則報(bào)警停止。

4 測(cè)試與分析

在完成對(duì)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)后需要進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)該設(shè)備系統(tǒng)能否完成預(yù)期的功能，以及測(cè)試設(shè)備在連續(xù)不間斷的工作狀態(tài)下運(yùn)行的穩(wěn)定性。如圖10所示首先確定兩個(gè)次基站的位置，并將其布置在平穩(wěn)的地面，且保證周圍30 cm內(nèi)無(wú)障礙物遮擋，兩個(gè)基站分別由移動(dòng)電源供電。然后把主基站插在帶有攝像頭的智能車上，將智能車放置在固定滑軌上，將攜帶標(biāo)簽的緝毒犬牽入場(chǎng)內(nèi)待定。

圖10 系統(tǒng)測(cè)試模擬圖

樹(shù)莓派創(chuàng)建軟連接，編寫腳本實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)自啟動(dòng)中間件和wifi，進(jìn)入樹(shù)莓派系統(tǒng)并自啟動(dòng)中間件后，會(huì)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)初始化，通過(guò)函數(shù)open_server_socket()實(shí)現(xiàn)，打開(kāi)服務(wù)器的socket并且返回新的文件描述符，小車作為客戶端，樹(shù)莓派上的中間件為服務(wù)端，中間件通過(guò)函數(shù)listen_and_-connect_to_client()實(shí)現(xiàn)了對(duì)客戶端、端口號(hào)的監(jiān)聽(tīng)。接收到新的連接并且與新連接相連，返回新客戶端連接的socket文件描述符。中間件為實(shí)現(xiàn)與小車進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，設(shè)置了兩個(gè)線程：接收數(shù)據(jù)線程與發(fā)送數(shù)據(jù)線程。service_client()函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建并啟動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)線程，以及向客戶端發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)，創(chuàng)建和啟動(dòng)接收數(shù)據(jù)線程來(lái)接收來(lái)自客戶端的控制小車的命令，當(dāng)線程結(jié)束后再斷開(kāi)與客戶端的連接，實(shí)現(xiàn)樹(shù)莓派對(duì)智能車的指令控制。

設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中緝毒犬的運(yùn)動(dòng)頻率很快，且活動(dòng)范圍長(zhǎng)時(shí)間處在較小的一個(gè)變化區(qū)間內(nèi)，UWB定位模組的定位精度為30 cm，數(shù)據(jù)變化過(guò)于頻繁，導(dǎo)致攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面不穩(wěn)。為了使視頻畫(huà)面更加穩(wěn)定可以將原本的取值求平均周期延長(zhǎng)至8組，并且后期對(duì)核心算法進(jìn)行了調(diào)整，提高了智能車運(yùn)動(dòng)的靈敏度：參照移動(dòng)目標(biāo)定位追蹤算法，將原本的突變點(diǎn)閾值M、N調(diào)整為M1、N1，確保緝毒犬運(yùn)動(dòng)軌跡判斷準(zhǔn)確的同時(shí)提高了拍攝畫(huà)面的穩(wěn)定性。

算法調(diào)整前后所得到的距離數(shù)據(jù)組變化曲線圖如圖11所示，圖11(a)中為修改平均周期之前，圖11(b)為修改平均周期之后的曲線，可以看出圖11(b)中的曲線較圖11(a)更加能篩選出有效的突變點(diǎn)。

圖11 定位追蹤數(shù)據(jù)穩(wěn)定度分析

對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際場(chǎng)地布置測(cè)試，通過(guò)替換移動(dòng)電源保證設(shè)備正常供電并運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行一周后，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，沒(méi)有出現(xiàn)卡機(jī)或崩潰現(xiàn)象，硬件可靠性得到驗(yàn)證，測(cè)試反饋總體效果良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)計(jì)的緝毒犬訓(xùn)練監(jiān)督輔助系統(tǒng)利用樹(shù)莓派D-DWM-PG1.7型UWB定位模組，基于移動(dòng)目標(biāo)的定位追蹤算法實(shí)現(xiàn)了在多種應(yīng)用環(huán)境中定位追蹤錄像緝毒犬工作。在設(shè)備開(kāi)始工作后，緝毒犬?dāng)y帶標(biāo)簽進(jìn)入基站覆蓋范圍內(nèi)可對(duì)緝毒犬進(jìn)行自動(dòng)追蹤錄像并且能夠在緝毒犬遠(yuǎn)離工作區(qū)域時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，準(zhǔn)確率達(dá)99%以上。

后期選擇性能更好，定位精度更高的UWB定位模組，可以實(shí)現(xiàn)更精確的定位追蹤。系統(tǒng)后續(xù)可添加更多的功能，通過(guò)目標(biāo)檢測(cè)算法檢測(cè)視頻里緝毒犬和行李的位置，輔助顏色識(shí)別技術(shù)，系統(tǒng)智能判斷緝毒犬是否識(shí)別出攜帶毒品的行李物品，提高訓(xùn)練效率，節(jié)省人力，培訓(xùn)出更多優(yōu)秀的緝毒犬，提高緝毒工作的效率。

綜上該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)有效定位跟蹤錄像緝毒犬訓(xùn)練過(guò)程，提高訓(xùn)練效率，在緝毒工作領(lǐng)域具有較大應(yīng)用前景。