一种基于北斗系统的智能化灭火无人机系统

1.本发明涉及无人机灭火技术领域，具体涉及一种基于北斗系统的智能化灭火无人机系统。


背景技术：

2.近年来随着无人机技术的发展与应用，除了普通的摄像无人机以外，救援无人机等功能性的无人机在社会的各个方面都得到广泛的应用，现在救援无人机的最大起飞重量已经达到了十吨以上，在火灾救援现场使用无人机进行灭火行动、人员救援、通信连接和物质输送等任务能够有效降低传统飞行员执行任务时的危险，同时救援无人机在城市内进行火灾救援时具有体积小、易操作、对起飞场地限制小，更适合现代发展趋势。并且近年来全球范围内，森林以及草地地区火灾频出，且火灾来势比较迅速，发展也较为迅速，对于大面积失火的地区损失较为严重。传统使用的灭火器对于近距离或者小火灾源的火灾的灭火作用比较显著，对于远距离的，火势较大的火灾一般无能为力。
3.针对这一问题，现有技术中有一种消防用灭火无人机，包括灭火无人机、热成像仪以及声波设备；热成像仪和声波设备分别设置在灭火无人机底部；灭火无人机内设置有控制装置和第一无线模块；热成像仪与控制装置连接，用于对目标区域进行拍摄以得到目标区域的热图像信息；控制装置用于将热图像信息通过第一无线模块发送给监控终端；控制装置还用于通过第一无线模块接收监控终端发送来的灭火控制信号；声波设备与控制装置连接；声波设备用于在灭火控制信号的控制下工作，以产生声波来消除火灾。上述消防用灭火无人机能够及时控制火灾险情且工作效率较高。
4.虽然该方案能够通过消防灭火无人机及时控制火灾险情，但是其对火灾现场的针对性灭火能力不强，基本都是由无人机搭载灭火器飞到火灾现场后进行无差别灭火，故不能完全发挥出灭火装置的作用。因此，现在对于能够针对火灾现场精准高效灭火的无人机灭火系统研究十分有必要。


技术实现要素：

5.本发明意在提供一种基于北斗系统的智能化灭火无人机系统，以解决针对火灾现场精准高效灭火的技术问题。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于北斗系统的智能化灭火无人机系统，包括中控模块，以及分别与中控模块连接的信息获取模块、温度探测模块、压力控制模块、无人机模块和高效消防模块；
7.信息获取模块，用于获取目标灭火点的相关信息形成第一数据集合，并将第一数据集合发送至中控模块；
8.温度探测模块，用于采集火灾现场的温度分布情况形成第二数据集合，并将第二数据集合发送至中控模块；
9.压力控制模块，用于监测高效灭火装置的压力状态并对高效灭火装置进行实时控
制；
10.无人机模块，包括远程控制器、飞行器电力控制装置和灭火无人机，远程控制器，用于控制灭火无人机执行中控模块下发的灭火任务；飞行器电力控制装置，用于为灭火无人机提供飞行动力；灭火无人机，用于执行灭火任务对目标火灾地点进行灭火；
11.高效消防模块，包括高效灭火装置和安全帽，高效灭火装置，用于装载灭火原料，对火灾现场进行灭火；安全帽，用于保护高效灭火器；
12.中控模块，包括数据存储单元、任务发布单元和分析处理单元，数据存储单元，用于存储第一数据集合和第二数据集合；任务发布单元，用于根据第一数据集合向无人机模块下发灭火任务；分析处理单元，用于对第二数据进行分析处理得到关于火灾源和火灾蔓延之前点的分析结果，然后根据预设的灭火策略进行灭火。
13.本方案的原理及优点是：实际应用时，通过信息获取模块获取目标灭火点的信息，然后通过中控模块向无人机下发灭火任务，在灭火时，通过温度探测模块采集火灾现场的温度分布情况，从而分析出火灾源和火灾蔓延之前点的位置信息，再由压力控制模块控制高效消防模块进行针对性灭火。本方案相比于现有技术，优点在于能够实时探测火灾现场的温度情况，及时了解到火灾动态，进行高效率、重点灭火，并且灭火装置能够得到有效保护，减少设备损耗。
14.优选的，作为一种改进，预设的灭火策略包括以下内容：
15.利用温度探测模块采集目标灭火点的温度分布情况，并分析出火灾源和火灾蔓延之前点的具体位置信息；
16.利用压力控制模块控制高效消防模块进行针对性灭火，先对火灾蔓延之前点进行灭火，然后再对火灾源进行灭火。
17.通过采集火灾现场的温度分布情况，能够分析出火灾源和火灾蔓延之前点的位置，从而进行针对性的灭火，避免火势进一步扩大，造成更严重的损失。
18.优选的，作为一种改进，对第二数据集合进行分析处理得到关于火灾源和火灾蔓延之前点的分析结果为，根据温度探测情况得到温度变化图谱，结合北斗定位系统获得详细的现场温度分布情况，并找到火灾源和火灾蔓延之前点的具体位置。
19.通过温度探测情况结合北斗定位系统，确定火灾源和火灾蔓延之前点的具体位置，从而便于针对性灭火的顺利进行，能够尽快完成扑灭火情，减少火灾破坏面积和财产损失。
20.优选的，作为一种改进，灭火无人机包括承力面板、稳定支架、平衡稳定器和飞行器螺旋桨，承力面板，用于承载无人机飞行器；稳定支架，用于保护灭火器的安全性；平衡稳定器，用于维持无人机飞行器处于平衡稳定状态；飞行器螺旋桨，用于为无人机飞行器提供飞行上升力。
21.通过无人机承载灭火装置以及探测装置，实现对火灾现场的精准灭火，同时通过稳定支架、平衡稳定器和螺旋桨的配合，保证无人机的飞行状态，避免无人机发生不平衡导致意外坠毁，不仅浪费灭火资源，同时浪费了灭火时机，使火灾破坏面更大。
22.优选的，作为一种改进，飞行器螺旋桨采用高强度、低质量的碳纤维编织而成，且螺旋桨表面涂敷有耐高温的轻质涂层。
23.通过采用特殊材料制成的螺旋桨，能够承受1000摄氏度以上的高温超过10分钟，
不仅保证了灭火无人机的安全，同时提高了灭火无人机的使用范围，大幅提高了灭火无人机的可靠性。
24.优选的，作为一种改进，相关信息包括火灾发生时间、火灾地点、火灾类型和火灾预估等级。
25.将火灾的时间、地点、类型以及预估等级等信息获取到，再传送至中控模块，能够初步分析出火灾具体情况，并根据火灾情况分析结果向无人机模块下发灭火任务，使灭火无人机有一个清晰的灭火目标，从而提高灭火的效率和效果。
26.优选的，作为一种改进，灭火原料为高效压缩性泡沫灭火剂。
27.将灭火原料选择为高效压缩性泡沫灭火剂，不仅能够提高灭火装置的灭火剂储备量，从而提高灭火能力，同时泡沫灭火剂的应用范围广，能够适用于各种类型的火灾，提高了无人机灭火系统的应用面。
28.优选的，作为一种改进，高效压缩性泡沫灭火剂无毒、无害，且与燃烧物发生反应得到的反应物也为无毒、无害物质。
29.选择的高效压缩性泡沫灭火剂无毒、无害，能够保证灭火剂喷射出来后，少量被吹散的灭火剂不会威胁火灾附近人员的人身安全，同时泡沫灭火剂与燃烧物发生反应得到的反应物也是无毒、无害的，对于火灾现场的动物、撤离人员以及消防人员的安全保障具有重要意义。
30.优选的，作为一种改进，安全帽包括内层和外层；内层采用耐火、防爆型的高分子材料制成；外层采用耐冲蚀的材料。
31.安全帽采用耐火、防爆型以及耐冲蚀的材料制成，不仅能够有效保证高效灭火装置的安全，同时当高效灭火装置温度过高时，能够通过直接引爆安全帽，使其材料涂敷在其他装置上，对其他装置进行有效保护，减小设备损耗。
32.优选的，作为一种改进，还包括显示模块，用于实时显示灭火现场画面和灭火无人机的剩余电量。
33.通过显示模块，能够实时查看灭火现场的画面，以便工作人员清楚了解灭火进度以及灭火效果，若出现突发情况，也能够及时作出应对措施，同时能够查看灭火无人机的剩余电量，以便在电量即将用完时及时召回灭火无人机，避免无人机因失去动力而坠毁。
附图说明
34.图1为本发明一种基于北斗系统的智能化灭火无人机系统实施例一的系统示意图。
35.图2为本发明一种基于北斗系统的智能化灭火无人机系统实施例一的无人机模块示意图。
具体实施方式
36.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
37.说明书附图中的标记包括：信息获取模块1、温度探测模块2、中控模块3、压力控制模块4、无人机模块5、高效消防模块6、数据存储单元7、任务发布单元8、分析处理单元9。
38.实施例一：
39.本实施例基本如附图1所示：一种基于北斗系统的智能化灭火无人机系统，包括中控模块3，以及分别与中控模块3连接的信息获取模块1、温度探测模块2、压力控制模块4、无人机模块5和高效消防模块6；
40.信息获取模块1，用于获取目标灭火点的相关信息，包括火灾发生时间、火灾地点、火灾类型和火灾预估等级，然后形成第一数据集合，并将第一数据集合发送至中控模块3；
41.温度探测模块2，用于采集火灾现场的温度分布情况形成第二数据集合，并将第二数据集合发送至中控模块3；
42.压力控制模块4，用于监测高效灭火装置的压力状态并对高效灭火装置进行实时控制；
43.如附图2所示，无人机模块5，包括远程控制器、飞行器电力控制装置和灭火无人机，远程控制器，用于控制灭火无人机执行中控模块3下发的灭火任务；飞行器电力控制装置，用于为灭火无人机提供飞行动力；灭火无人机，用于执行灭火任务对目标火灾地点进行灭火；
44.高效消防模块6，包括高效灭火装置和安全帽，高效灭火装置，用于装载高效压缩性泡沫灭火剂作为灭火原料对火灾现场进行灭火，并且高效压缩性泡沫灭火剂无毒、无害，且与燃烧物发生反应得到的反应物也为无毒、无害物质；安全帽，用于保护高效灭火器，包括内层和外层，内层采用耐火、防爆型的高分子材料制成，外层采用耐冲蚀的材料；
45.中控模块3，包括数据存储单元7、任务发布单元8和分析处理单元9，数据存储单元7，用于存储第一数据集合和第二数据集合；任务发布单元8，用于根据第一数据集合向无人机模块5下发灭火任务；分析处理单元9，用于对第二数据进行分析处理，根据温度探测情况得到温度变化图谱，结合北斗定位系统获得详细的现场温度分布情况，并找到火灾源和火灾蔓延之前点的具体位置，然后根据预设的灭火策略进行灭火，先利用温度探测模块2实时采集目标灭火点的温度分布情况，并分析出火灾源和火灾蔓延之前点的具体位置信息；然后利用压力控制模块4控制高效消防模块6进行针对性灭火，先对火灾蔓延之前点进行灭火控制住火灾的蔓延趋势，然后再根据温度分布情况对火灾源进行精准灭火，同时在对火灾源进行灭火的过程中，温度探测模块2实时反馈温度监控情况，从而不断对新发展的火灾蔓延之前点进行灭火。
46.通过温度探测模块2能够对火灾现场的温度变化情况进行实时监测，从而分析判断出火灾蔓延之前点以及火灾源的具体位置，进行精准、针对性地灭火，同时在灭火过程中还能检测出新出现的火灾蔓延点，从而快速调整灭火策略，快速消灭新的蔓延之前点，从而将火势稳定控制在安全范围内，避免火势不断向外扩大，造成更严重的损失，在保证火势得到稳定控制的基础上，再对火灾源进行精准灭火，从而使整个灭火过程更高效，灭火效果更好。
47.灭火无人机包括承力面板、稳定支架、平衡稳定器和飞行器螺旋桨，承力面板用于承载无人机飞行器；稳定支架用于保护灭火器的安全性；平衡稳定器用于维持无人机飞行器处于平衡稳定状态；飞行器螺旋桨用于为无人机飞行器提供飞行上升力。并且飞行器螺旋桨采用高强度、低质量的碳纤维编织而成，且螺旋桨表面涂敷有耐高温的轻质涂层。
48.本实施例的具体实施过程如下：
49.第一步，信息获取模块1获取目标灭火点的火灾发生时间、火灾地点、火灾类型和
火灾预估等级等信息，并形成第一数据集合后将第一数据集合发送至中控模块3；
50.第二步，中控模块3的数据存储单元7接收并存储第一数据集合，然后由任务发布单元8根据第一数据集合的所有信息，向无人机模块5下发灭火任务。
51.第三步，无人机模块5的远程控制器接收到灭火任务后，控制灭火无人机开始执行灭火任务；首先由飞行器电力控制装置为灭火无人机提供飞行动力，然后远程控制器对灭火无人机进行飞行距离和飞行姿态的控制，控制灭火无人机从消防中心飞往目标灭火点。
52.第四步，温度探测模块2开始工作，采集火灾现场的温度分布情况并形成第二数据集合，然后将第二数据集合发送至中控模块3，中控模块3的分析处理单元9对第二数据集合进行分析处理，根据温度探测情况得到温度变化图谱，结合北斗定位系统获得详细的现场温度分布情况，并找到火灾源和火灾蔓延之前点的具体位置。
53.第五步，压力控制模块4控制高效消防模块6的高效灭火装置喷射高效压缩性泡沫灭火剂进行针对性灭火，先对火灾蔓延之前点进行灭火，然后再对火灾源进行灭火，灭火过程中实时监测温度变化情况，调整灭火策略，遏制火灾蔓延趋势；灭火任务完成后，中控模块3下发返回控制命令，由远程控制器控制灭火无人机飞回消防中心，本次灭火任务结束。
54.近年来救援无人机相关技术的研究得到了深入和推广，救援无人机在社会的各个方面都得到了广泛的应用，特别是在消防领域，无人机的应用越来越多。近几年全球范围内，森林及草地地区火灾频出，火灾来势比较迅速，发展也较为迅速，对于大面积失火的地区经济损失较大，更为严重的是火灾破坏了当地生态平衡，对于维持地球可持续发展很不利。传统使用的灭火器对于近距离或者小火灾源的火灾的灭火作用比较显著，对于远距离的，火势较大的火灾一般无能为力，现有技术中的消防无人机，一般由无人机搭载灭火器快去飞往火灾地点，无差别地进行喷射灭火剂先行灭火，起到及时遏制火情的作用，相比于消防队，优点仅在于灭火响应速度快，能够快速到达火灾现场进行灭火，避免火势进一步扩大，而正是由于其进行无差别灭火的方式，导致灭火无人机的灭火能力精准度不够，灭火效果不好，整个灭火过程不够智能高效。
55.目前的消防无人机，均是与消防队配合使用，在消防队出发前往火灾现场的过程中，控制消防无人机先行飞到火灾现场对火势进行控制，起到阻止火灾进一步扩大的作用，因此对于消防无人机的灭火要求没有那么高，仅是要求其能快速到达火灾现场，喷射灭火剂对火势进行初步控制，后续的灭火工作还是得靠消防人员来完成。因此现在的消防无人机技术主要是在研究其飞行的稳定性，以及到达火灾现场后能够通过温度情况识别出火源，并对火源喷射灭火剂进行火势控制，正是这种传统思想上对于消防队员的依赖性，使现在的消防无人机完全没有想到要进行利用无人机就能够独立完成灭火任务的研究，其次对于消防无人机的高效灭火策略，也没有进行深入研究。
56.而本方案中，不仅能够根据收集到的目标灭火点的火灾发生时间、火灾地点、火灾类型和火灾预估等级等信息，智能下发灭火任务，同时灭火无人机在到达火灾现场后，并不是直接无计划地以无差别灭火方式开展灭火工作，而是先由温度探测模块2探测火灾现场的温度分布情况，得到温度变化图谱，结合北斗定位系统获得详细的现场温度分布情况，能够精准找到火灾源和火灾蔓延之前点的具体位置，然后根据设置的灭火策略，先对火灾蔓延之前点精准喷射灭火剂进行精准灭火，起到精准控制火情的作用，避免火势进一步扩大，其次再对火灾源进行精准灭火，根据温度分布情况调整灭火器的喷射方向，使其精准向火
灾源喷射灭火剂进行火灾源的精准灭火，结合对蔓延之前点的精准控制，能够高效地完成灭火工作；同时在整个灭火过程中，还能够精准识别新发展起来的火灾蔓延之前点，再实时调整灭火策略，对新发展起来的火灾蔓延之前点进行严格控制，能够有效避免火势扩大。灭火所使用的高效压缩性泡沫灭火剂无毒、无害，与燃烧物发生反应得到的反应物也为无毒、无害物质，能够有效保证火灾现场的动物、撤离人员以及消防人员的生命安全。灭火无人机的组成结构均采用耐高温的材质，能够使灭火无人机在高温环境中持续工作，灭火无人机不会发生变形或者烧毁，进一步保障了灭火效果。
57.实施例二：
58.本实施例基本与实施例一相同，区别在于：在火势较大，远距离灭火效果不显著的时候，温度探测模块2探测出火灾源的精准位置，并由远程控制器控制无人机模块5飞向火灾源，由压力控制模块4控制高效灭火装置进行爆破，对火灾源进行定时定点爆破精准灭火，从而快速控制火情。
59.本实施例的具体实施过程与实施例一相同，区别在于：
60.第五步，压力控制模块4控制高效消防模块6的高效灭火装置喷射高效压缩性泡沫灭火剂进行针对性灭火，先对火灾蔓延之前点进行灭火，然后再对火灾源进行灭火，灭火过程中实时监测温度变化情况，调整灭火策略，遏制火灾蔓延趋势，若远距离灭火效果不显著，火势仍然逐渐增大，温度探测模块2探测出火灾源的精准位置，然后远程控制器控制无人机模块5飞向火灾源，压力控制模块4控制高效灭火装置进行爆破，对火灾源进行定时定点爆破灭火，从而快速控制火情，再出动替补灭火无人机继续进行余火的灭火工作，直至全部明火扑灭，本次灭火任务结束。
61.在由灭火无人机进行远距离灭火的时候，如果出现突发情况，例如风量突然增大导致火势逐渐增大，远距离灭火控制不住火情的时候，则直接采用爆破灭火的方式对火灾源进行快速高效精准灭火，避免火势继续扩张造成更严重的损失，虽然进行爆破灭火会损失灭火无人机，但是能够及时控制住失控的火情，减小火灾的影响，保证了撤离人员和消防人员的安全性，其价值还是大于一架灭火无人机本身的经济价值的。
62.实施例三：
63.本实施例基本与实施例一相同，区别在于：在灭火无人机完成灭火任务，扑灭火灾现场全部明火后，由温度探测模块2实时采集现场的温度分布情况，对火灾现场的温度进行实时监控，将温度大于60摄氏度的点判断为可能发生火势复燃的复燃点，再由灭火无人机对这些复燃点逐个进行针对性灭火，直至其温度降低至40摄氏度以下。
64.本实施例的具体实施过程与实施例一相同，区别在于：
65.第五步，压力控制模块4控制高效消防模块6的高效灭火装置喷射高效压缩性泡沫灭火剂进行针对性灭火，先对火灾蔓延之前点进行灭火，然后再对火灾源进行灭火，灭火过程中实时监测温度变化情况，调整灭火策略，遏制火灾蔓延趋势，灭火任务完成后，温度探测模块2实时采集现场的温度分布情况，对火灾现场的温度进行实时监控，将温度大于60摄氏度的点判断为可能发生火势复燃的复燃点，无人机模块5的远程控制器控制灭火无人机逐个飞到这些复燃点的正上方2米处，再次进行针对性灭火，直至所有复燃点的温度降低至40摄氏度以下为止，最后中控模块3下发返回控制命令，由远程控制器控制灭火无人机飞回消防中心，本次灭火任务结束。
66.结合实际情况，很多情况下的山火或者森林火灾，在其扑灭明火后，由于火灾现场遗留的有大量高温的可燃性物体造成堆积，如果长时间遇到充分的氧气，再经过山风的吹动又会导致出现复燃的现象，因此在灭火无人机扑灭所有明火后，由温度探测模块2实时探测所有温度高于60摄氏度的点，将这些点判断为复燃点进行二次灭火，直至其温度降低到安全的40摄氏度以下，能够有效避免发生复燃现象，造成更严重的损失，同时也能够有效提高灭火无人机的灭火效果。
67.实施例四：
68.本实施例基本与实施例一相同，区别在于：智能化灭火无人机系统，还包括显示模块，用于实时显示灭火现场画面和灭火无人机的剩余电量。
69.本实施例的具体实施过程与实施例一相同，区别在于：
70.第五步，压力控制模块4控制高效消防模块6的高效灭火装置喷射高效压缩性泡沫灭火剂进行针对性灭火，先对火灾蔓延之前点进行灭火，然后再对火灾源进行灭火，灭火过程中实时监测温度变化情况，调整灭火策略，遏制火灾蔓延趋势；同时整个过程中，显示模块能够实时显示灭火现场画面和灭火无人机的剩余电量；灭火任务完成后，中控模块3下发返回控制命令，由远程控制器控制灭火无人机飞回消防中心，本次灭火任务结束。
71.通过显示模块，能够实时查看灭火现场的画面，以便工作人员清楚了解灭火进度以及灭火效果，并且还能够通过实时画面，结合人的主观性经验判断灭火效果，避免出现灭火点遗漏的情况，若出现突发情况，也能够由人及时作出应对措施，同时能够查看灭火无人机的剩余电量，以便在电量即将用完时及时召回灭火无人机，避免无人机因失去动力而坠毁。
72.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。