基於無人機的森林消防火災預警與救援指揮系統的製作方法

2023-05-10 01:35:32

本發明屬於森林消防設備技術領域，特別是涉及一種基於無人機的森林消防火災預警與救援指揮系統。

背景技術：

森林火災是林業最可怕的災害。一場森林大火不但會燒毀成片的森林，傷害森林內的動物，而且還會降低森林的繁殖能力，引起土壤的貧瘠和破壞森林涵養水源的作用，甚至會導致生態環境失去平衡。儘管當今世界的科學在日新月異地發展，但是，人類在預防與控制森林火災方面，仍未取得有效的進展。

由於森林火災危害大，撲滅困難，而且經常發生在人跡罕至的深山老林中，所以在火災發生的萌芽狀態立即撲滅顯得尤為重要。

現有的森林火災預防方式及優缺點如下：

(1)建立多個瞭望塔，由觀察員觀測火災的發生，確定火災地點，報告火情。此方法的優點是覆蓋面積大，但由於偏遠地區不宜建立瞭望塔，而且觀察效果受地形地勢的限制，對濃煙大的火場和餘火、暗火無法觀察，而且觀察員也可能受到有害天氣、野生動物和傳染病的威脅。

(2)傳統的視頻監控系統，將採集的視頻圖像通過視頻線路匯總，由人工完成集中監控。此方法的優點是技術成熟，缺點是人工監視會造成肉眼疲勞，監控中心的視頻線路較多，人工監視無法一一查看，導致漏報率非常高。

(3)利用智能圖像識別技術、面向對象的3dgis技術、大型網絡監控技術等高新技術，結合林業管理的專業知識和林業防火的經驗，建立林業防火智能監測預警及應急指揮系統，從而實現林區視頻的自動監控、煙火準確識別、火點精確定位、火情蔓延趨勢推演、撲救指揮的輔助決策等多項功能。該系統結合了森林防火的智能化、信息化，但由於林區面積廣大，而且火災經常發生在深山老林，所以現有的技術難以快速定位火災點。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是，提供一種火災預警和定位精準的基於無人機的森林消防火災預警與救援指揮系統。

為解決上述技術問題，採用的技術方案是，該基於無人機的森林消防火災預警與救援指揮系統，該系統包括若干架無人機，所述無人機上安裝有多波段微波輻射計和紅外熱成像儀；所述無人機上還安裝有超寬帶雷達基站，所述超寬帶雷達基站用於接收超寬帶雷達定位標籤發送的定位信號；所述無人機的數量至少為3架；該系統還具有可攜式控制平臺，所述多波段微波輻射計和紅外熱成像儀均通過無線傳輸信號與所述可攜式控制平臺相連接，所述可攜式控制平臺設置有顯示屏幕；所述超寬帶雷達定位標籤設置在消防員頭盔上。

採用上述技術方案，在無人機上安裝有多波段微波輻射計/紅外熱成像儀，微波輻射計採用被動方式接收來自火災現場的微波能量，紅外熱成像儀用於反映火災現場的物體表面溫度，兩種技術相互結合，可以對火災現場的明火/暗火進行預警和精確測量；將超寬帶雷達基站被安裝在多架旋翼無人機上，超寬帶雷達定位標籤安裝在消防員頭盔上，無人機部署在火災現場外圍的各個位置(本領域技術人員知曉其懸停高度要高於火災現場)，由於超寬帶信號具有較強的穿透能力(能夠穿透煙霧和不是太厚的植被)，所以本發明的系統能夠提供精確的定位能力；可攜式控制平臺，實現處理定位信息、提取火勢信息、視頻信號、tango技術提取的實時圖像、控制無人機姿態等多種功能，控制平臺可以安裝在消防車上，或由消防指揮員攜帶；根據三點定位的原理，系統中攜帶基站的無人機至少在3臺以上。

控制平臺同時接收來自超寬帶雷達基站的位置信息、溫度信息和視頻信號，並且能向超寬帶雷達基站發送控制無人機姿態的控制信號；另外，控制平臺還能向超寬帶雷達定位標籤發送語音信息。

超寬帶雷達定位標籤用於發送定位信號，設計尺寸小於10×6×0.8cm，工作頻段在c波段，根據不同標籤發送的脈衝到達不同位置基站的時間來計算標籤到基站的距離，最終得到標籤的位置。

上述技術方案測距精度可以達到2-10釐米，定位範圍大於500m。

進一步的改進在於，在所述無人機上還安裝有攝像頭，所述攝像頭通過無線傳輸信號與所述可攜式控制平臺相連接。

無人機上安裝有攝像頭，可以提取火災現場的視頻信號，通過無線傳輸技術發送到控制平臺顯示出來。

進一步的改進在於，該系統還包括有安裝在所述消防員頭盔上的實時現場圖像採集系統，所述實時現場圖像採集系統通過無線傳輸信號與後臺終端相連接。

消防員頭盔上安裝有基於tango技術的實時現場圖像採集系統，通過無線傳輸技術發送到控制平臺的後臺軟體，實現現場建模。

進一步的改進在於，所述無人機為旋翼無人機。

本發明的基於無人機的森林消防火災預警與救援指揮系統所產生的有益技術效果是：

(1)超寬帶雷達基站安裝在旋翼無人機上，可以在任何地形地貌、任何自然環境的周邊進行快速的部署，由於超寬帶信號具有較強的穿透能力，所以本系統對任何煙霧和不是太厚的植被條件都可以提供精確的定位能力；

(2)多波段微波輻射計/紅外熱成像儀可以對現場的明火/暗火進行預警和精確測量，將信息及時提供給消防員和消防指揮員，便於現場指揮；

(3)無人機可以提供視頻信息，讓消防指揮員及時了解現場信息；tango技術實時提取火災現場信息，實時呈現火場重現。

附圖說明

為了使本發明的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例並結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明：

圖1為本發明基於無人機的森林消防火災預警與救援指揮系統簡易結構示意圖；

圖2是本發明的火災現場的部署示意圖；

圖3是本發明的系統框圖；

圖4是本發明的控制平臺的功能框圖；

其中：1-無人機；2-多波段微波輻射計；3-紅外熱成像儀；4-超寬帶雷達基站；5-超寬帶雷達定位標籤；6-可攜式控制平臺；601-顯示屏幕；7-消防員頭盔；8-攝像頭；9-實時現場圖像採集系統；10-後臺終端。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例的基於無人機的森林消防火災預警與救援指揮系統包括至少3架無人機1，無人機1為旋翼無人機，圖3是框圖(省略了後臺終端10)，圖2中所示的有4架，所述無人機1上安裝有多波段微波輻射計2和紅外熱成像儀3；所述無人機1上還安裝有超寬帶雷達基站4，所述超寬帶雷達基站4用於接收超寬帶雷達定位標籤5發送的定位信號；所述無人機1的數量至少為3架；該系統還具有可攜式控制平臺6，所述多波段微波輻射計2和紅外熱成像儀3均通過無線傳輸信號與所述可攜式控制平臺6相連接(圖4是控制平臺的功能框圖)，所述可攜式控制平臺6設置有顯示屏幕；所述超寬帶雷達定位標籤5設置在消防員頭盔7上；在所述無人機1上還安裝有攝像頭8，所述攝像頭8通過無線傳輸信號與所述可攜式控制平臺6相連接。

該系統還包括有安裝在所述消防員頭盔7上的實時現場圖像採集系統9，所述實時現場圖像採集系統9通過無線傳輸信號與後臺終端10相連接。

以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內；例如本發明實施例中的無人機為旋翼無人機，還可以其他類型的無人機。