一种森林火灾火点精准定位方法及系统与流程

本发明涉及森林防火用智能定位技术领域，具体涉及一种森林火灾火点精准定位方法及系统。

背景技术：

森林火灾的早期预警历来是林区工作的重中之重，要求防患于未“燃”。从森林防火的历史发展看，早期护林员在林区建造瞭望塔，以人工长期值守的方式进行护林。当发现火情后，由于不能迅速确定火点位置，导致防火指挥部门不能及时调配、组织人员和装备投入火场，延误了灭火的最佳时机。随着电子技术的发展，模拟电子监控设备在一些林区取代了瞭望塔上护林员的工作。瞭望塔上的摄像机俯瞰林区，可以让控制室的人员实时了解现场的情况，对于及时发现火情、降低护林员工作强度起到了积极的作用。但模拟监控设备同样不能解决火点位置问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种森林火灾火点精准定位方法及系统，其结构简单，使用方便，定位准确，能够在森林火灾发生时就定位，且准确率高，无需人工核实。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种森林火灾火点精准定位方法，包括以下步骤：

预设测试点的坐标(e0，n0)、所述测试点的高度h0，设定水平0°方向；

采用红外线测距的方式测得所述测试点到待测点的直线距离s，返回所述待测点到所述测试点的水平角度值a、俯仰角度值b；

根据地图，计算获得所述测试点所在地单位经度长度e和单位纬度的长度n；

通过所述测试点的坐标(e0，n0)，所述测试点的高度h0、所述直线距离s、所述水平角度值a、所述俯仰角度值b、所述单位经度长度e和所述单位纬度的长度n计算出所述待测点的坐标(e1，n1)与所述待测点的高度h1。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，所述计算出所述待测点的坐标(e1，n1)通过以下公式实现：

e1＝e0+[s*cos(b)*sin(a)*360°]/n，

n1＝n0+[s*cos(b)*cos(a)*360°]/e。

优选地，所述计算出所述待测点的高度h1通过以下公式实现：

h1＝h0-s*sin(b)。

优选地，所述采用红外线测距的方式测得所述测试点到待测点的直线距离s，包括：

发射红外线至所述待测点，接收红外线反馈信号，通过所述红外线从发射到返回的时间差t及红外线传导速度v计算所述测试点到所述待测点之间的直线距离s。

优选地，所述直线距离s通过以下公式来计算：s＝v*t/2。

优选地，所述水平角度值a为待测点与o°之间在水平方向的夹角。

优选地，所述俯仰角度值b为所述红外线与水平面之间的夹角。

一种森林火灾火点精准定位系统，包括云台、红外热成像摄像机、pc机，所述红外热成像摄像机安装在所述云台上，所述云台与所述pc机通信连接；所述红外热成像摄像机里设有红外测距模块，所述云台内设置有数据采集模块与数据传输模块，所述数据采集模块与所述红外热成像摄像机通信连接，所述pc机内设置有gis地图与逻辑运算模块，所述数据传输模块与所述逻辑运算模块通信连接。

优选地，所述云台与所述pc机通过网络连接。

一种森林火灾火点精准定位系统，包括红外热成像摄像机、云台和控制装置，

所述红外热成像摄像机安装在所述云台上并通过无线或有线通信方式与所述控制装置连接，用于拍摄森林的热成像图像信息并上传至所述控制装置，

所述控制装置包括：

预处理模块，用于对所述热成像图像信息进行预处理、并提取特征点、判定有火点的区域并将其标记为待测点,获取测试点的坐标(e0,n0)；

直线测距模块，用于红外线从发射到返回的时间差t及红外线传导速度v计算所述测试点到所述待测点之间的直线距离s；

角度测定模块，用于根据所述云台返回的摄像角度与预设的水平0°方向计算出水平角度值a与俯仰角度值b；

高度计算模块，用于根据云台返回的高度值h0、所述直线距离s与所述俯仰角度值b计算出测试点的高度值h1；

坐标计算模块，用于根据地图计算出测试点所在地的单位经度长度e和单位纬度的长度n，根据所述单位经度长度e、所述单位纬度的长度n、所述直线距离s、所述水平角度值a与所述俯仰角度值b计算出所述待测点的坐标(e1,n1)。

一种森林火灾火点精准定位装置，包括：

存储器，用于存储计算机软件程序；

处理器，由于读取并执行所述计算机软件程序，实现上述所述的一种森林火灾火点精准定位方法。

一种非暂态计算机可读存储介质，所述存储介质中存储用于实现权利要求1-7任一项所述的一种森林火灾火点精准定位方法的计算机软件程序。

本发明的有益效果是：本发明解决了现有森林防火用定位系统不准确的问题，精确了待测点与云台之间的距离，根据云台返回的坐标值，高度值，水平角度值，俯仰角度值以及已知的经纬线的单位长度值，得到实际火点的经纬度坐标值。红外测距模块首先测量出待测区域到云台的直线距离，然后由云台将数据返回到pc机端，通过逻辑运算模块的计算，得出该火点的相应的坐标位置。本系统方法使用方便，定位准确，能够在森林火灾发生时就定位，且准确率高，无需人工核实。

附图说明

图1为本发明系统组成示意图；

图2为本发明水平角度值a示意图；

图3为本发明待测点数据获取示意图；

图4为本发明待测点纬度获取示意图(水平角度值a小于90°时)；

图5为本发明待测点纬度获取示意图(水平角度值a位于90°～180°时)；

图6为本发明待测点纬度获取示意图(水平角度值a位于180°～270°时)；

图7为本发明待测点纬度获取示意图(水平角度值a位于270°～360°时)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示为本发明系统组成示意图。一种森林火灾火点精准定位系统，包括云台、红外热成像摄像机、pc机，所述红外热成像摄像机安装在所述云台上，所述云台与所述pc机通过网络连接；云台能够实现水平方向0°～360°度旋转，同时能够实现竖直方向-30°～40°旋转，云台将水平角度变换值与垂直角度变换值通过网络传送到pc机。所述红外热成像摄像机里设有红外测距模块，所述云台内设置有数据采集模块与数据传输模块，所述数据采集模块与所述红外热成像摄像机通信连接，所述pc机内设置有gis地图与逻辑运算模块，所述数据传输模块与所述逻辑运算模块通信连接。

基于本实施例的森林火灾火点精准定位系统的一种森林火灾火点精准定位方法，包括以下步骤：

预设测试点的坐标(e0，n0)、所述测试点的高度h0，设定水平0°方向；测试点的坐标(e0，n0)即云台的位置，测试点的高度h0即山高与塔高再加上云台的高度，此为已知的数据，是固定的参数，可以分别通过专业设备获取。优选将正南方或正北方作为水平0°方向，本实施例采用正比方作为水平0°方向。

采用红外线测距的方式测得所述测试点到待测点的直线距离s，返回所述待测点到所述测试点的水平角度值a、俯仰角度值b；直线距离s采用米作为单位。待测点即火点位置，直线距离s即云台的位置到火点位置的直线距离。如图2所示为水平角度值a的获取示意图，水平角度值a为待测点与o°之间在水平方向的夹角，即火点位置与o°之间在水平方向的夹角。如图3所示为本实施例待测点的数据获取示意图。俯仰角度值b为所述红外线与水平面之间的夹角，通过云台返回的数据获取。

根据gis地图，计算获得所述测试点所在地单位经度长度e和单位纬度的长度n；

通过所述测试点的坐标(e0，n0)，所述测试点的高度h0、所述直线距离s、所述水平角度值a、所述俯仰角度值b、所述单位经度长度e和所述单位纬度的长度n计算出所述待测点的坐标(e1，n1)与所述待测点的高度h1。

本实施例中，所述计算出所述待测点的坐标(e1，n1)通过以下公式实现：

e1＝e0+[s*cos(b)*sin(a)*360°]/n，

n1＝n0+[s*cos(b)*cos(a)*360°]/e。

由公式余弦公式，可以计算获得火点到云台位置的水平投影长度(水平距离)l为l＝s*cos(b)；由正弦函数公式，可以计算获得火点所在地的高度数据：

h1＝h0-s*sin(b)。

本实施例中，所述采用红外线测距的方式测得所述测试点到待测点的直线距离s，包括：

发射红外线至所述待测点，接收红外线反馈信号，通过所述红外线从发射到返回的时间差t及红外线传导速度v计算所述测试点到所述待测点之间的直线距离s，所述直线距离s通过以下公式来计算：s＝v*t/2。

如图4所示为水平角度值a小于90°时，待测点纬度获取示意图。由于火点所在地的经线的长度和纬线的长度可以查出，则可以求出每一度经线的长度e和每一度纬线的长度n：

e＝经线的长度/180

n＝纬线的长度/360。

设当前云台所在地的经纬度为(e0，n0)，这个参数可以通过专业设备测得。

当火点处于以下位置的时候；a≤90°，当云台转过的角度为0°～90°的时候，由正余弦公式可以算出来火点的最终坐标：

其中[l*sin(a)*360°]/n为经度差，[l*cos(a)*360°]/e为纬度差。则有以下公式成立：

e1＝e0+[l*sin(a)*360°]/n＝e0+[s*cos(b)*sin(a)*360°]/n，

n1＝n0+[l*cos(a)*360°]/e＝n0+[s*cos(b)*cos(a)*360°]/e。

如图5所示为水平角度值a位于90°～180°时，待测点纬度获取示意图。当云台转过的角度为90°～180°的时候，由正余弦公式可以算出来火点的最终坐标：

其中[l*sin(180°-a)*360°]/n为经度差，[l*cos(180°-a)*360°]/e为纬度差。则有以下公式成立：

e1＝e0+[l*sin(180°-a)*360°]/n＝e0+[s*cos(b)*sin(a)*360°]/n，

n1＝n0-[l*cos(180°-a)*360°]/e＝n0+[s*cos(b)*cos(a)*360°]/e。

如图6所示为水平角度值a位于180°～270°时，待测点纬度获取示意图。当云台转过的角度为180°～270°的时候，由正余弦公式可以算出来火点的最终坐标：

其中[l*sin(a-180°)*360°]/n为经度差，[l*cos(a-180°)*360°]/e为纬度差。

e1＝e0-[l*sin(a-180°)*360°]/n＝e0+[s*cos(b)*sin(a)*360°]/n，

n1＝n0-[l*cos(a-180°)*360°]/e＝n0+[s*cos(b)*cos(a)*360°]/e。

如图7所示为水平角度a位于270°～360°时，待测点纬度获取示意图。当云台转过的角度为270°～360°的时候，由正余弦公式可以算出来火点的最终坐标：

其中[l*sin(360°-a)]/n为经度差，[l*cos(360°-a)]/e为纬度差。

e1＝e0-[l*sin(360°-a)*360°]/n＝e0+[s*cos(b)*sin(a)*360°]/n，

n1＝n0+[l*cos(360°-a)*360°]/e＝n0+[s*cos(b)*cos(a)*360°]/e。

综上所述，可以最终得出火点经纬度的最终公式如下：

e1＝e0+[s*cos(b)*sin(a)*360°]/n，

n1＝n0+[s*cos(b)*cos(a)*360°]/e。

最后，在确定火点的精确坐标参数及高度参数后，就可以通过算出的火点经纬度坐标(e1，n1)在gis地图上标出火点的位置，然后就可以及时确定最佳方案、调遣人员、车辆、物资，对林火进行有效的控制和扑灭，将火灾带来的损失降到最低。

一种森林火灾火点精准定位系统，包括红外热成像摄像机、云台和控制装置，

所述红外热成像摄像机安装在所述云台上并通过无线或有线通信方式与所述控制装置连接，用于拍摄森林的热成像图像信息并上传至所述控制装置，

所述控制装置包括：

预处理模块，用于对所述热成像图像信息进行预处理、并提取特征点、判定有火点的区域并将其标记为待测点,获取测试点的坐标(e0,n0)；

直线测距模块，用于红外线从发射到返回的时间差t及红外线传导速度v计算所述测试点到所述待测点之间的直线距离s；

角度测定模块，用于根据所述云台返回的摄像角度与预设的水平0°方向计算出水平角度值a与俯仰角度值b；

高度计算模块，用于根据云台返回的高度值h0、所述直线距离s与所述俯仰角度值b计算出测试点的高度值h1；

坐标计算模块，用于根据地图计算出测试点所在地的单位经度长度e和单位纬度的长度n，根据所述单位经度长度e、所述单位纬度的长度n、所述直线距离s、所述水平角度值a与所述俯仰角度值b计算出所述待测点的坐标(e1,n1)。

一种森林火灾火点精准定位装置，包括：

存储器，用于存储计算机软件程序；

处理器，由于读取并执行所述计算机软件程序，实现本实施例中所述的一种森林火灾火点精准定位方法。

一种非暂态计算机可读存储介质，所述存储介质中存储用于实现本实施例中所述的一种森林火灾火点精准定位方法的计算机软件程序。

本发明解决了现有森林防火用定位系统不准确的问题，精确了待测点与云台之间的距离，根据云台返回的坐标值，高度值，水平角度值，俯仰角度值以及已知的经纬线的单位长度值，得到实际火点的经纬度坐标值。红外测距模块首先测量出待测区域到云台的直线距离，然后由云台将数据返回到pc机端，通过逻辑运算模块的计算，得出该火点的相应的坐标位置。本系统方法使用方便，定位准确，能够在森林火灾发生时就定位，且准确率高，无需人工核实。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。