本发明属于自动化技术领域，尤其是涉及一种无人机地下矿巡检及气味追踪装置。
背景技术：
矿山生产中，受现场诸多因素的影响，很容易产生有毒有害气体，这些气体有可能对生产维护人员造成极大的人身伤害。正是由于地下矿生产事故频发，重大恶性事故率上升，为了避免或减少事故的发生和人员伤亡，以及发生事故后及时地开展科学救援工作，有必要研究一种能够代替人来获取现场场景信息，且可以自主移动、智能控制的巷道环境作业机器人来进行地下矿巡检及有害气体检测。当检测到有害气体泄露时，可自主搜寻气味并确定泄漏源。
地下矿巷道内部环境复杂，辅设的电缆、水管、轨道、设备等以及地面不平坦等因素，对地面移动机器人的运动形成了阻碍，限制了地面机器人运动的速度。采用小型无人机在地下矿巷道中进行巡检，受环境因素影响较小，运动更加灵活，获取的气味信息更加丰富。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种能够通过气味信息来判断是否有泄漏并确定泄漏点，通过视觉可检查地下矿巷道中的轨道、电缆、水管和设备的状况的无人机地下矿巡检及气味追踪装置。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的无人机地下矿巡检及气味追踪装置，其特征在于包括无人机本体、分别与此无人机本体相连接的系统硬件和系统软件，所述的系统硬件包括电源，分别与此电源相连接的控制器、超声传感器阵列测距系统、红外摄像头、气味传感器和网络传输装置，所述的超声传感器阵列测距系统、红外摄像头、气味传感器和网络传输装置分别与所述的控制器相连接，
所述的系统软件包括气味信息采集模块、无人机导航参数模块和图像采集显示模块，
所述的系统硬件与所述的系统软件相连接。
所述的红外摄像头为微型广角摄像头。
所述的气味传感器包括气体传感器阵列部、信息预处理部和模式识别部。
本发明的优点：
本发明的无人机地下矿巡检及气味追踪装置可用于地下矿巡检及有害气体的检测，对巷道中环境进行实时监测与事故预警，自主搜寻气味并确定有害气体气味源；利用无人机代替工作人员来获取现场场景信息与有害气体检测工作，可极大程度地减少事故发生率和人员伤亡。
附图说明
图1为本发明系统硬件的连接关系示意图。
图2为本发明检测装置的软件流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
本发明的无人机地下矿巡检及气味追踪装置，其特征在于包括无人机本体、分别与此无人机本体相连接的系统硬件和系统软件，所述的系统硬件包括电源，分别与此电源相连接的控制器、超声传感器阵列测距系统、红外摄像头、气味传感器和网络传输装置，所述的超声传感器阵列测距系统、红外摄像头、气味传感器和网络传输装置分别与所述的控制器相连接，
所述的系统软件包括气味信息采集模块、无人机导航参数模块和图像采集显示模块，
所述的系统硬件与所述的系统软件相连接。
所述的红外摄像头为微型广角摄像头。
所述的气味传感器包括气体传感器阵列部、信息预处理部和模式识别部。
本发明是用于地下矿巡检及有害气体检测的小型无人机，能够对巷道中环境进行监测与事故预警，自主搜寻气味并确定有害气体气味源。利用无人机代替工作人员来获取现场场景信息与有害气体检测工作，可极大程度地减少事故发生率和人员伤亡。该检测装置有两种使用方式，一种是巡检式，按照规划路线，周期巡检；另一种方式是应急式，在发生突发状况时，搜索危险源，查看现场环境。
该装置由无人机本体、系统硬件、系统软件三大部分组成，其中系统硬件包括红外摄像头、控制器、超声传感器阵列测距系统、气味传感器、电源、网络传输装置等部分组成。
系统硬件组成如图1所示。
红外摄像头具有红外夜视功能，适用于井下巷道飞行，以及溜井下探飞行。可以通过摄像头观察溜井内部情况。由于井下无法使用gps定位导航，无人机采用实时图像匹配辅助导航，在巷道中绘制标识图案，引导无人机飞行及定位。视觉信息采集方面，由于巷道中光线较昏暗，因此采用红外摄像头来获取视觉信息，以适应巷道昏暗的采光条件。另外，由于无人机对于搭载设备的重量有限制，因此选用微型且轻量的广角摄像头。图像可以通过无线网络实时传送到控制室，便于操作人员了解现场情况。同时，图像信息存储到视频服务器中。
控制器采用采用arm（advancedriscmachine）处理器作为控制器，主要用于飞行控制，数据处理。气味传感器检测到的信号送到控制器中进行处理和运算，追踪气味源。
超声传感器阵列测距系统用于无人机的安全避障。
气味传感器是受生物嗅觉原理启发，在结构和功能上模仿哺乳动物的嗅觉系统的现代检测仪器，具有快速、便携等特点，已经在许多领域引起了广泛重视。气味传感器按功能可划分成气体传感器阵列部、信息预处理部和模式识别部三部分。应用气味传感器系统可实现巷道中多种气味的采集与识别。
无人机溜井料位检测装置电源配有电池，溜井料位检测完毕之后自动返回起飞平台，通过超声导引无人机对正位置，进行自动充电。
网络传输装置可以支持无线以太网通信协议，提供无线网络接口。
系统软件中无人机数据采集软件包括气味信息采集及记录模块、无人机导航参数模块、采集图像处理及显示模块。气味信息采集模块：可实时监测气味浓度的大小；无人机导航参数模块：用于无人机的姿态及运动状态获取；图像采集显示模块：通过无人机搭载摄像头观测巷道中环境。
1)视觉信息获取与处理
视觉数据处理方面，由于视觉信息数据量较大，在无人机上进行预处理（图像分割、边缘提取、轮廓处理或灰度处理等方法）后再进行传输。无人机飞控采用soc芯片（拥有模拟通道，可进行视频采集）集成dsp来处理数据数据，再通过arm将数据传输给电脑。
2)无人机实时路径规划
结合红外摄像头获取的视觉信息与超声测距方法，指导无人机在巷道中的定位与实时运动规划。采用超声传感阵列，测量无人机与周围壁面的距离，感知障碍物，进行自主壁障。红外摄像头获取的视觉信息指导无人机的前后行进。另外，增加惯性导航系统，结合红外视频数据，利用机器视觉相关方法可确定无人机行走距离。
3)气体检测及搜索
由于地下矿中气体种类多样，因此应采用适合多种有害气味检测的传感器探头，可以检测多种气味/气体，实现气体采集及检测的多样化。当检测到有害气体浓度较高时，采用基于到达概率密度的气味包路径估计算法可在线实时地估计被测得的气味包在到达无人机之前可能经过的路线，用于指导气味源搜索，快速趋近气味源。使用粒子滤波算法估计气味源位置的后验概率分布，估计过程与对气味源的搜索过程并行，即在搜索气味源的同时利用气味浓度、风速/风向信息估计气味源位置的后验概率分布，由此求得气味源的可能位置。
系统软件的主要功能如下：
1）系统软件中需要实现相应的用户任务：
2）规划路径上的视频监测；
3）追踪气味源；
4）系统初始化设定。
检测装置的总体软件流程图如图2。
本发明的无人机地下矿巡检及气味追踪装置可用于地下矿巡检及有害气体的检测，对巷道中环境进行实时监测与事故预警，自主搜寻气味并确定有害气体气味源；利用无人机代替工作人员来获取现场场景信息与有害气体检测工作，可极大程度地减少事故发生率和人员伤亡。