基于无人机的森林消防火灾预警与救援指挥系统的制作方法

本发明属于森林消防设备技术领域，特别是涉及一种基于无人机的森林消防火灾预警与救援指挥系统。

背景技术：

森林火灾是林业最可怕的灾害。一场森林大火不但会烧毁成片的森林，伤害森林内的动物，而且还会降低森林的繁殖能力，引起土壤的贫瘠和破坏森林涵养水源的作用，甚至会导致生态环境失去平衡。尽管当今世界的科学在日新月异地发展，但是，人类在预防与控制森林火灾方面，仍未取得有效的进展。

由于森林火灾危害大，扑灭困难，而且经常发生在人迹罕至的深山老林中，所以在火灾发生的萌芽状态立即扑灭显得尤为重要。

现有的森林火灾预防方式及优缺点如下：

(1)建立多个瞭望塔，由观察员观测火灾的发生，确定火灾地点，报告火情。此方法的优点是覆盖面积大，但由于偏远地区不宜建立瞭望塔，而且观察效果受地形地势的限制，对浓烟大的火场和余火、暗火无法观察，而且观察员也可能受到有害天气、野生动物和传染病的威胁。

(2)传统的视频监控系统，将采集的视频图像通过视频线路汇总，由人工完成集中监控。此方法的优点是技术成熟，缺点是人工监视会造成肉眼疲劳，监控中心的视频线路较多，人工监视无法一一查看，导致漏报率非常高。

(3)利用智能图像识别技术、面向对象的3dgis技术、大型网络监控技术等高新技术，结合林业管理的专业知识和林业防火的经验，建立林业防火智能监测预警及应急指挥系统，从而实现林区视频的自动监控、烟火准确识别、火点精确定位、火情蔓延趋势推演、扑救指挥的辅助决策等多项功能。该系统结合了森林防火的智能化、信息化，但由于林区面积广大，而且火灾经常发生在深山老林，所以现有的技术难以快速定位火灾点。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种火灾预警和定位精准的基于无人机的森林消防火灾预警与救援指挥系统。

为解决上述技术问题，采用的技术方案是，该基于无人机的森林消防火灾预警与救援指挥系统，该系统包括若干架无人机，所述无人机上安装有多波段微波辐射计和红外热成像仪；所述无人机上还安装有超宽带雷达基站，所述超宽带雷达基站用于接收超宽带雷达定位标签发送的定位信号；所述无人机的数量至少为3架；该系统还具有便携式控制平台，所述多波段微波辐射计和红外热成像仪均通过无线传输信号与所述便携式控制平台相连接，所述便携式控制平台设置有显示屏幕；所述超宽带雷达定位标签设置在消防员头盔上。

采用上述技术方案，在无人机上安装有多波段微波辐射计/红外热成像仪，微波辐射计采用被动方式接收来自火灾现场的微波能量，红外热成像仪用于反映火灾现场的物体表面温度，两种技术相互结合，可以对火灾现场的明火/暗火进行预警和精确测量；将超宽带雷达基站被安装在多架旋翼无人机上，超宽带雷达定位标签安装在消防员头盔上，无人机部署在火灾现场外围的各个位置(本领域技术人员知晓其悬停高度要高于火灾现场)，由于超宽带信号具有较强的穿透能力(能够穿透烟雾和不是太厚的植被)，所以本发明的系统能够提供精确的定位能力；便携式控制平台，实现处理定位信息、提取火势信息、视频信号、tango技术提取的实时图像、控制无人机姿态等多种功能，控制平台可以安装在消防车上，或由消防指挥员携带；根据三点定位的原理，系统中携带基站的无人机至少在3台以上。

控制平台同时接收来自超宽带雷达基站的位置信息、温度信息和视频信号，并且能向超宽带雷达基站发送控制无人机姿态的控制信号；另外，控制平台还能向超宽带雷达定位标签发送语音信息。

超宽带雷达定位标签用于发送定位信号，设计尺寸小于10×6×0.8cm，工作频段在c波段，根据不同标签发送的脉冲到达不同位置基站的时间来计算标签到基站的距离，最终得到标签的位置。

上述技术方案测距精度可以达到2-10厘米，定位范围大于500m。

进一步的改进在于，在所述无人机上还安装有摄像头，所述摄像头通过无线传输信号与所述便携式控制平台相连接。

无人机上安装有摄像头，可以提取火灾现场的视频信号，通过无线传输技术发送到控制平台显示出来。

进一步的改进在于，该系统还包括有安装在所述消防员头盔上的实时现场图像采集系统，所述实时现场图像采集系统通过无线传输信号与后台终端相连接。

消防员头盔上安装有基于tango技术的实时现场图像采集系统，通过无线传输技术发送到控制平台的后台软件，实现现场建模。

进一步的改进在于，所述无人机为旋翼无人机。

本发明的基于无人机的森林消防火灾预警与救援指挥系统所产生的有益技术效果是：

(1)超宽带雷达基站安装在旋翼无人机上，可以在任何地形地貌、任何自然环境的周边进行快速的部署，由于超宽带信号具有较强的穿透能力，所以本系统对任何烟雾和不是太厚的植被条件都可以提供精确的定位能力；

(2)多波段微波辐射计/红外热成像仪可以对现场的明火/暗火进行预警和精确测量，将信息及时提供给消防员和消防指挥员，便于现场指挥；

(3)无人机可以提供视频信息，让消防指挥员及时了解现场信息；tango技术实时提取火灾现场信息，实时呈现火场重现。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明基于无人机的森林消防火灾预警与救援指挥系统简易结构示意图；

图2是本发明的火灾现场的部署示意图；

图3是本发明的系统框图；

图4是本发明的控制平台的功能框图；

其中：1-无人机；2-多波段微波辐射计；3-红外热成像仪；4-超宽带雷达基站；5-超宽带雷达定位标签；6-便携式控制平台；601-显示屏幕；7-消防员头盔；8-摄像头；9-实时现场图像采集系统；10-后台终端。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的基于无人机的森林消防火灾预警与救援指挥系统包括至少3架无人机1，无人机1为旋翼无人机，图3是框图(省略了后台终端10)，图2中所示的有4架，所述无人机1上安装有多波段微波辐射计2和红外热成像仪3；所述无人机1上还安装有超宽带雷达基站4，所述超宽带雷达基站4用于接收超宽带雷达定位标签5发送的定位信号；所述无人机1的数量至少为3架；该系统还具有便携式控制平台6，所述多波段微波辐射计2和红外热成像仪3均通过无线传输信号与所述便携式控制平台6相连接(图4是控制平台的功能框图)，所述便携式控制平台6设置有显示屏幕；所述超宽带雷达定位标签5设置在消防员头盔7上；在所述无人机1上还安装有摄像头8，所述摄像头8通过无线传输信号与所述便携式控制平台6相连接。

该系统还包括有安装在所述消防员头盔7上的实时现场图像采集系统9，所述实时现场图像采集系统9通过无线传输信号与后台终端10相连接。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内；例如本发明实施例中的无人机为旋翼无人机，还可以其他类型的无人机。