矿井火灾灾情无人机智能探测系统及探测方法与流程

本发明属于煤矿安全和智能救灾技术领域，具体涉及一种矿井火灾灾情无人机智能探测系统及探测方法。

背景技术：

矿井火灾是煤矿生产的五大灾害之一。矿井火灾的主要危害包括：产生大量的有害气体、产生高温、引起瓦斯和粉尘爆炸、毁坏设备和资源。煤矿火灾一旦发生，火灾蔓延速度快，难以控制，甚至会引起煤尘和瓦斯爆炸，造成难以预计的损失。矿井发生火灾后，受煤矿井巷空间狭小限制，人员的撤离、躲避及救援难度很大，而快速的掌握火灾现场的灾情是救援、控制火灾的重要保障。每个煤矿生产单位都制定严格的煤矿火灾预防措施，煤矿发生火灾后往往都能够控制火灾向其它巷道的蔓延，但由于矿井火灾产生大量的有毒气体及高温在井巷扩散的速度快、距离长，这对井下人员的危害极大，因此，必须对火灾现场及周围巷道环境有精准的掌握，才能保障救援人员安全，并推进救援工作的快速开展。然而，当前煤矿生产单位缺乏实现远程、无人控制的探测装备，这为矿井火灾的救援带来了非常大阻力，在对灾情不了解的情况下，只能被迫等待救援时机，使救援工作极为被动。基于以上问题，亟需研发一种能够及时准确采集矿井火灾灾情实况、分析事故情况并确定救援最佳时机及指导救援的灾情智能探测系统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种矿井火灾灾情无人机智能探测系统及探测方法，解决矿井火灾事故发生之后，因救援人员对井下灾情难以及时了解或了解不够准确，导致救援工作进展缓慢、耽误井下救灾最佳时间的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

矿井火灾灾情无人机智能探测系统，包括无人机地面控制系统、智能无人机、机载装置、独立无线信号中继装置，所述的无人机地面控制系统通过无线传输系统控制智能无人机；智能无人机携带机载装置，机载装置包括机载温度传感器、机载压力传感器、机载一氧化碳气体传感器、机载瓦斯气体传感器、机载粉尘传感器、机载高清摄像系统、机载红外成像系统、机载激光扫描仪和机载高速无线传输系统；独立无线信号中继装置用于无人机地面控制系统和智能无人机之间信号的接收和传输。

矿井火灾灾情无人机智能探测系统，所述的无人机地面控制系统包括智能飞行操作模块、无线信号发射接收模块、数据处理模块、图像显示模块；智能飞行操作模块通过发射无线信号控制智能无人机的飞行；无线信号发射接收模块进行控制信号的输出和无人机传输信号的接收；数据处理模块包括数据库子模块和处理子模块，处理子模块对接收的井下一系列数据进行处理分析得出结果，并将其与数据库子模块进行比对，确定此时井下安全状况；图像显示模块用来显示智能无人机机载设备传输过来的视频画面。

矿井火灾灾情无人机智能探测系统，所述的机载温度传感器用来探测井下气体温度，机载压力传感器用来探测井下气体压力，机载一氧化碳气体传感器用来探测井下一氧化碳气体浓度，机载瓦斯气体传感器用来探测井下瓦斯气体浓度，机载粉尘传感器用来探测井下粉尘浓度。

矿井瓦斯爆炸灾情智能探测系统，所述的机载高清摄像系统、机载红外成像系统和机载激光扫描仪用于巷道空间成像。

矿井瓦斯爆炸灾情智能探测系统，所述的机载高速无线传输系统用于将各机载设备所采集的井下数据传送到无人机地面控制系统的数据处理模块。

矿井火灾灾情无人机智能探测系统的探测方法，采用矿井火灾灾情无人机智能探测系统，包括以下步骤：

（1）进入可视化智能操控平台，启动智能无人机，系统自动进行各项机载设备调试状态以及各模块的调试，调试过程中如果出现问题自动生成故障报警信号；

（2）当确认机载设备和各模块正常时，智能无人机出发，前往事故井口，沿着井筒由自动导航系统导航快速到达井下，到达井下后，激活各机载设备，开始进行探测以及信息传输；

（3）智能无人机在井口对应井下位置抛掷一枚独立无线信号中继装置，之后在巷道直线段每隔150~200m抛掷一枚独立无线信号中继装置，在巷道拐角处以及有信号阻隔位置每隔100~150m抛掷一枚独立无线信号中继装置，所有独立无线信号中继装置自被抛掷出即启动；

（4）智能无人机向火灾区域前进，使用各机载设备来检测矿井下的温度、压力、瓦斯气体浓度、一氧化碳气体浓度、粉尘浓度，同时将井下的现场画面通过机载高清摄像系统传输到地面的图像显示模块；

（5）将各机载设备所采集的井下数据通过无线传输系统传送到无人机地面控制系统的数据处理模块；

（6）通过数据处理模块将接受的各数据进行处理并与数据库进行比对，将最终的数据通过图像显示模块展示出来，从而能够判断井下火灾后的环境，确定最佳救援时间、救援路线和救援方法；

（7）当完成一次探测任务后，在保障电量能够返航到地面的条件下自动返航；

（8）进行第二次探测任务时，重复步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）。

附图说明

如图1是本发明矿井火灾灾情无人机智能探测系统；

如图2是本发明地面无人机控制系统工作流程图；

如图3是本发明无线传输系统工作流程图。

具体实施方式

如图1～图3所示，矿井火灾灾情无人机智能探测系统，包括无人机地面控制系统1、智能无人机2、机载装置4、独立无线信号中继装置5，所述的无人机地面控制系统1通过无线传输系统控制智能无人机2；智能无人机2携带机载装置4，机载装置4包括机载温度传感器10、机载压力传感器11、机载一氧化碳气体传感器12、机载瓦斯气体传感器13、机载粉尘传感器14、机载高清摄像系统15、机载红外成像系统16、机载激光扫描仪17和机载高速无线传输系统18；独立无线信号中继装置5用于无人机地面控制系统1和智能无人机2之间信号的接收和传输。

矿井火灾灾情无人机智能探测系统，所述的无人机地面控制系统1包括智能飞行操作模块19、无线信号发射接收模块20、数据处理模块21、图像显示模块22；智能飞行操作模块19通过发射无线信号控制智能无人机2的飞行；无线信号发射接收模块20进行控制信号的输出和无人机传输信号的接收；数据处理模块21包括数据库子模块和处理子模块，处理子模块对接收的井下一系列数据进行处理分析得出结果，并将其与数据库子模块进行比对，确定此时井下安全状况；图像显示模块22用来显示智能无人机机载设备传输过来的视频画面。

矿井火灾灾情无人机智能探测系统，所述的机载温度传感器10用来探测井下气体温度，机载压力传感器11用来探测井下气体压力，机载一氧化碳气体传感器12用来探测井下一氧化碳气体浓度，机载瓦斯气体传感器13用来探测井下瓦斯气体浓度，机载粉尘传感器14用来探测井下粉尘浓度。

矿井瓦斯爆炸灾情智能探测系统，所述的机载高清摄像系统15、机载红外成像系统16和机载激光扫描仪17用于巷道空间成像。

矿井瓦斯爆炸灾情智能探测系统，所述的机载高速无线传输系统18用于将各机载设备所采集的井下数据传送到无人机地面控制系统1的数据处理模块21。

矿井火灾灾情无人机智能探测系统的探测方法，采用矿井火灾灾情无人机智能探测系统，包括以下步骤：

（1）进入可视化智能操控平台，启动智能无人机2，系统自动进行各项机载设备调试状态以及各模块的调试，调试过程中如果出现问题自动生成故障报警信号；

（2）当确认机载设备和各模块正常时，智能无人机出发，前往事故井口，沿着井筒3由自动导航系统导航快速到达井下，到达井下后，激活各机载设备，开始进行探测以及信息传输；

（3）智能无人机在井口对应井下位置抛掷一枚独立无线信号中继装置5，之后在巷道直线段每隔150~200m抛掷一枚独立无线信号中继装置5，在巷道拐角处以及有信号阻隔位置每隔100~150m抛掷一枚独立无线信号中继装置5，所有独立无线信号中继装置5自被抛掷出即启动；

（4）智能无人机向火灾区域前进，使用各机载设备来检测矿井下的温度、压力、瓦斯气体浓度、一氧化碳气体浓度、粉尘浓度，同时将井下的现场画面通过机载高清摄像系统15传输到地面的图像显示模块22；

（5）将各机载设备所采集的井下数据通过无线传输系统传送到无人机地面控制系统1的数据处理模块；

（6）通过数据处理模块将接受的各数据进行处理并与数据库进行比对，将最终的数据通过图像显示模块22展示出来，从而能够判断井下火灾后的环境，确定最佳救援时间、救援路线和救援方法；

（7）当完成一次探测任务后，在保障电量能够返航到地面的条件下自动返航；

（8）进行第二次探测任务时，重复步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）。