一种无人机自主导航装置及其控制系统的制作方法

[0001]
本发明涉及无人机技术领域，更具体地说，涉及一种无人机自主导航装置及其控制系统。


背景技术：

[0002]
无人驾驶飞机简称“无人机”(“uav”)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，由于无人机具有体型小、成本低等优势，而且随着飞控技术、通信技术和电子技术的快速发展，无人机的性能不断增强、类型不断增多，使其在军用领域和民用领域中的应用需求不断增大。
[0003]
林地是森林的载体，是森林物质生产和生态服务的源泉，是森林资源资产的重要组成部分，所以对林地的保护是不可忽视的。但是由于林地往往占地面积大，不便于管理，对内部的植被的健康状况无法做到全面的评估，易造成火灾和病虫害等森林灾害，给生态环境带来严重的负面影响。所以对于上述问题的研究具有十分重要的社会意义。
[0004]
传统的人工管理办法不仅耗时耗力，检查的效果还不尽人意，特别是对疑似起火点的排查不够全面，而森林火灾往往就是某个点引发的大面积自然灾害，一旦火势蔓延无论消防工作再到位，对林地生态环境也会带来不可逆的损害，所以火灾的预防也是森林消防最关键的一步，而无人机在巡检过程中，即使可以发现起火点，由于定位信息的不精确，导致工作人员难以及时到达起火点进行救援，进而造成严重的损失。


技术实现要素：

[0005]
1.要解决的技术问题
[0006]
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种无人机自主导航装置及其控制系统，可以实现在传统的无人机巡检技术中，通过对起火点的监测感知，在确定起火点后通过采集点云数据，然后确定起火点区域面积后经过计算，通过导航控火模块在起火点周围开始投放节肢阻燃管，并沿着起火点区域形成环形的隔离带，在火势蔓延至节肢阻燃管时触发阻燃动作，利用不断向上释放的干粉灭火剂形成一道环形的阻燃风幕，对氧气进行隔绝，促使火势只能于环形的节肢阻燃管中燃烧殆尽，并且节肢阻燃管可以自主适应火势的特性，并逐渐展开平整，对近地面火源进行隔绝氧气并有效降温，从而针对性形成真空的阻燃带，避免火势蔓延，同时释放出带有气味的有色粉末来提示工作人员，为工作人员的到场救援赢得宝贵的时间。
[0007]
2.技术方案
[0008]
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
[0009]
一种无人机自主导航装置，包括无人机本体，所述无人机本体上搭载有林地巡检系统，所述林地巡检系统包括机载计算机、激光扫描仪、导航定位模块、双光热成像相机、多光谱相机、烟气检测模块、机载通讯传输模块和导航控火模块，所述导航控火模块包括自动收线器和节肢阻燃管，所述节肢阻燃管包括多个自连阻燃管，所述自连阻燃管包括一对软
连端头和控火管，所述软连端头包括隔磁套及镶嵌连接于隔磁套内的磁吸柱，所述控火管包括解体条、自适应隔离管和配重条，所述自适应隔离管连接于一对隔磁套之间，所述解体条和配重条对称镶嵌于自适应隔离管的外表面上，所述自适应隔离管内连接有缓释包。
[0010]
进一步的，所述缓释包内填充有干粉灭火剂和多个控释气球，且多个控释气球在干粉灭火剂内均匀竖直分布为多排，干粉灭火剂向上喷出后同步析出不可燃气体，降低节肢阻燃管上方的氧气浓度，并且在落下后于节肢阻燃管附近形成隔离层，从而起到灭火的作用，控释气球具有热感应的特点，在吸收到足够的热量后自身发生微弱的爆炸，以剧烈释放的气体将干粉灭火剂从缓释包内带出并向上释放，同时起到控制缓释包形状的目的。
[0011]
进一步的，所述控释气球内填充有压缩氢气以及带有气味的有色粉末，氢气在遇热后会发生较为剧烈的膨胀现象，从而挤压控释气球破裂后形成局部的爆炸，并将有色粉末和干粉灭火剂一起带出释放至节肢阻燃管上方，干粉灭火剂用于阻燃灭火，有色粉末用来提示技术人员快速到达起火点。
[0012]
进一步的，所述磁吸柱上镶嵌连接有多根均匀分布的引火线，且引火线贯穿缓释包并延伸至其内侧，引火线起到引火的作用，不仅可以加速解体条的解体，同时可以在缓释包上形成一个初步的通道，供干粉灭火剂向外界释放。
[0013]
进一步的，所述自适应隔离管内壁上贴合连接有相匹配的弹性助展膜，所述缓释包上开设有多个均匀分布的逸散孔，所述逸散孔内连接有脆性易裂片，弹性助展膜可以在解体条解体后利用弹性迫使自适应隔离管伸展开，进而形成更宽的阻燃隔离带，并且伴随自适应隔离管的伸展，缓释包逐渐受到拉伸，逸散孔内的脆性易裂片在受到一定程度的拉力后破裂，可以释放干粉灭火剂的通道得到增多，从而提高作用范围，保证阻燃效果。
[0014]
进一步的，所述自适应隔离管内填充有多个均匀分布的干冰球，所述自适应隔离管外端镶嵌连接有多个延伸至其内侧的导热管，且导热管呈放射状分布，干冰球具有极低的温度，并且始终从周围的环境中吸收热量进行升华，可以有效对周围环境进行降温，并且可以隔绝外界热量从自适应隔离管处作用于干冰球上，进而导致大量干冰球同步膨胀爆炸，干扰到干粉灭火剂的缓释，同时干扰到自适应隔离管的展开进程，导热管不仅可以用来使得升华后的干冰球进行泄压，避免出现剧烈爆炸现象，同时其具有一定的导热性，可以快速将干冰球上的冷量传导至外界进行降温。
[0015]
进一步的，所述解体条采用遇热解体的材料制成，所述自适应隔离管采用保温阻燃材料制成，所述配重条采用重量大于解体条的阻燃材料制成，配重条一方面通过重力作用用来确保解体条会竖直朝向，从而顺利解体触发内部的干粉灭火剂释放动作，另一方面可以利用重量较大的特点，对地面形成高密合度的挤压，形成严密的隔离带，有效避免火势从自连阻燃管下方进行蔓延。
[0016]
进一步的，所述林地巡检系统还包括偏差控制模块，所述偏差控制模块包括气压计、空速管和风力传感器，偏差控制模块利用收集到的高度、速度和风力等数据进行计算，进而顺利在起火点周围投放下合适的节肢阻燃管形成包围圈进行阻燃隔离。
[0017]
一种无人机自主导航装置的控制系统，包括无人机自主导航装置，所述无人机自主导航装置连接有云服务器和gps导航卫星，所述云服务器连接有用户移动设备，无人机本体通过gps导航卫星实时定位和导航，不仅可以设计路径进行导航巡检，同时可以为后续工作人员的救援工作提供大致的范围，无人机本体在确定起火点后，将相关信息发送至云服
务器上，工作人员根据信息，包括起火点面积、火势以及大致方位，可以科学合理的分配救援任务，高效的展开救援工作，并通过用户移动设备实时连接云服务器完成数据传输。
[0018]
3.有益效果
[0019]
相比于现有技术，本发明的优点在于：
[0020]
(1)本方案可以实现在传统的无人机巡检技术中，通过对起火点的监测感知，在确定起火点后通过采集点云数据，然后确定起火点区域面积后经过计算，通过导航控火模块在起火点周围开始投放节肢阻燃管，并沿着起火点区域形成环形的隔离带，在火势蔓延至节肢阻燃管时触发阻燃动作，利用不断向上释放的干粉灭火剂形成一道环形的阻燃风幕，对氧气进行隔绝，促使火势只能于环形的节肢阻燃管中燃烧殆尽，并且节肢阻燃管可以自主适应火势的特性，并逐渐展开平整，对近地面火源进行隔绝氧气并有效降温，从而针对性形成真空的阻燃带，避免火势蔓延，同时释放出带有气味的有色粉末来提示工作人员，为工作人员的到场救援赢得宝贵的时间。
[0021]
(2)缓释包内填充有干粉灭火剂和多个控释气球，且多个控释气球在干粉灭火剂内均匀竖直分布为多排，干粉灭火剂向上喷出后同步析出不可燃气体，降低节肢阻燃管上方的氧气浓度，并且在落下后于节肢阻燃管附近形成隔离层，从而起到灭火的作用，控释气球具有热感应的特点，在吸收到足够的热量后自身发生微弱的爆炸，以剧烈释放的气体将干粉灭火剂从缓释包内带出并向上释放，同时起到控制缓释包形状的目的。
[0022]
(3)控释气球内填充有压缩氢气以及带有气味的有色粉末，氢气在遇热后会发生较为剧烈的膨胀现象，从而挤压控释气球破裂后形成局部的爆炸，并将有色粉末和干粉灭火剂一起带出释放至节肢阻燃管上方，干粉灭火剂用于阻燃灭火，有色粉末用来提示技术人员快速到达起火点。
[0023]
(4)磁吸柱上镶嵌连接有多根均匀分布的引火线，且引火线贯穿缓释包并延伸至其内侧，引火线起到引火的作用，不仅可以加速解体条的解体，同时可以在缓释包上形成一个初步的通道，供干粉灭火剂向外界释放。
[0024]
(5)自适应隔离管内壁上贴合连接有相匹配的弹性助展膜，缓释包上开设有多个均匀分布的逸散孔，逸散孔内连接有脆性易裂片，弹性助展膜可以在解体条解体后利用弹性迫使自适应隔离管伸展开，进而形成更宽的阻燃隔离带，并且伴随自适应隔离管的伸展，缓释包逐渐受到拉伸，逸散孔内的脆性易裂片在受到一定程度的拉力后破裂，可以释放干粉灭火剂的通道得到增多，从而提高作用范围，保证阻燃效果。
[0025]
(6)自适应隔离管内填充有多个均匀分布的干冰球，自适应隔离管外端镶嵌连接有多个延伸至其内侧的导热管，且导热管呈放射状分布，干冰球具有极低的温度，并且始终从周围的环境中吸收热量进行升华，可以有效对周围环境进行降温，并且可以隔绝外界热量从自适应隔离管处作用于干冰球上，进而导致大量干冰球同步膨胀爆炸，干扰到干粉灭火剂的缓释，同时干扰到自适应隔离管的展开进程，导热管不仅可以用来使得升华后的干冰球进行泄压，避免出现剧烈爆炸现象，同时其具有一定的导热性，可以快速将干冰球上的冷量传导至外界进行降温。
[0026]
(7)解体条采用遇热解体的材料制成，自适应隔离管采用保温阻燃材料制成，配重条采用重量大于解体条的阻燃材料制成，配重条一方面通过重力作用用来确保解体条会竖直朝向，从而顺利解体触发内部的干粉灭火剂释放动作，另一方面可以利用重量较大的特
点，对地面形成高密合度的挤压，形成严密的隔离带，有效避免火势从自连阻燃管下方进行蔓延。
[0027]
(8)林地巡检系统还包括偏差控制模块，偏差控制模块包括气压计、空速管和风力传感器，偏差控制模块利用收集到的高度、速度和风力等数据进行计算，进而顺利在起火点周围投放下合适的节肢阻燃管形成包围圈进行阻燃隔离。
[0028]
(9)无人机本体通过gps导航卫星实时定位和导航，不仅可以设计路径进行导航巡检，同时可以为后续工作人员的救援工作提供大致的范围，无人机本体在确定起火点后，将相关信息发送至云服务器上，工作人员根据信息，包括起火点面积、火势以及大致方位，可以科学合理的分配救援任务，高效的展开救援工作，并通过用户移动设备实时连接云服务器完成数据传输。
附图说明
[0029]
图1为本发明的系统示意图；
[0030]
图2为本发明阻燃圈的结构示意图；
[0031]
图3为本发明自连阻燃管的结构示意图；
[0032]
图4为本发明自连阻燃管正常状态下的剖视图；
[0033]
图5为本发明自连阻燃管阻燃状态下的剖视图。
[0034]
图中标号说明：
[0035]
1无人机本体、2节肢阻燃管、21自连阻燃管、211隔磁套、212解体条、213自适应隔离管、214配重条、215磁吸柱、3云服务器、4用户移动设备、5 gps导航卫星、6引火线、7缓释包、8弹性助展膜、9脆性易裂片、10控释气球、11导热管、12干冰球。
具体实施方式
[0036]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0038]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0039]
实施例1：
[0040]
请参阅图1-2，一种无人机自主导航装置，包括无人机本体1，无人机本体1上搭载
有林地巡检系统，林地巡检系统包括机载计算机、激光扫描仪、导航定位模块、双光热成像相机、多光谱相机、烟气检测模块、机载通讯传输模块和导航控火模块，导航控火模块包括自动收线器和节肢阻燃管2，节肢阻燃管2包括多个自连阻燃管21。
[0041]
请参阅图3-5，自连阻燃管21包括一对软连端头和控火管，软连端头包括隔磁套211及镶嵌连接于隔磁套211内的磁吸柱215，控火管包括解体条212、自适应隔离管213和配重条214，自适应隔离管213连接于一对隔磁套211之间，解体条212和配重条214对称镶嵌于自适应隔离管213的外表面上，自适应隔离管213内连接有缓释包7。
[0042]
为了方便无人机本体1对节肢阻燃管2的投放，避免被树木等阻挡住影响飞行或者投放时，自连阻燃管21在受到一定的压力后会克服磁吸力进行暂时的分离，并在落地后重新因为磁吸力进行连接，有助于顺利形成一个完整的阻燃圈。
[0043]
缓释包7内填充有干粉灭火剂和多个控释气球10，且多个控释气球10在干粉灭火剂内均匀竖直分布为多排，干粉灭火剂向上喷出后同步析出不可燃气体，降低节肢阻燃管2上方的氧气浓度，并且在落下后于节肢阻燃管2附近形成隔离层，从而起到灭火的作用，控释气球10具有热感应的特点，在吸收到足够的热量后自身发生微弱的爆炸，以剧烈释放的气体将干粉灭火剂从缓释包7内带出并向上释放，同时起到控制缓释包7形状的目的。
[0044]
控释气球10内填充有压缩氢气以及带有气味的有色粉末，氢气在遇热后会发生较为剧烈的膨胀现象，从而挤压控释气球10破裂后形成局部的爆炸，并将有色粉末和干粉灭火剂一起带出释放至节肢阻燃管2上方，干粉灭火剂用于阻燃灭火，有色粉末用来提示技术人员快速到达起火点。
[0045]
磁吸柱215上镶嵌连接有多根均匀分布的引火线6，且引火线6贯穿缓释包7并延伸至其内侧，引火线6起到引火的作用，不仅可以加速解体条212的解体，同时可以在缓释包7上形成一个初步的通道，供干粉灭火剂向外界释放。
[0046]
自适应隔离管213内壁上贴合连接有相匹配的弹性助展膜8，缓释包7上开设有多个均匀分布的逸散孔，逸散孔内连接有脆性易裂片9，弹性助展膜8可以在解体条212解体后利用弹性迫使自适应隔离管213伸展开，进而形成更宽的阻燃隔离带，并且伴随自适应隔离管213的伸展，缓释包7逐渐受到拉伸，逸散孔内的脆性易裂片9在受到一定程度的拉力后破裂，可以释放干粉灭火剂的通道得到增多，从而提高作用范围，保证阻燃效果。
[0047]
自适应隔离管213内填充有多个均匀分布的干冰球12，自适应隔离管213外端镶嵌连接有多个延伸至其内侧的导热管11，且导热管11呈放射状分布，干冰球12具有极低的温度，并且始终从周围的环境中吸收热量进行升华，可以有效对周围环境进行降温，并且可以隔绝外界热量从自适应隔离管213处作用于干冰球12上，进而导致大量干冰球12同步膨胀爆炸，干扰到干粉灭火剂的缓释，同时干扰到自适应隔离管213的展开进程，导热管11不仅可以用来使得升华后的干冰球12进行泄压，避免出现剧烈爆炸现象，同时其具有一定的导热性，可以快速将干冰球12上的冷量传导至外界进行降温。
[0048]
解体条212采用遇热解体的材料制成，例如热熔性树脂材料，自适应隔离管213采用保温阻燃材料制成，配重条214采用重量大于解体条212的阻燃材料制成，配重条214一方面通过重力作用用来确保解体条212会竖直朝向，从而顺利解体触发内部的干粉灭火剂释放动作，另一方面可以利用重量较大的特点，对地面形成高密合度的挤压，形成严密的隔离带，有效避免火势从自连阻燃管21下方进行蔓延。
[0049]
林地巡检系统还包括偏差控制模块，偏差控制模块包括气压计、空速管和风力传感器，偏差控制模块利用收集到的高度、速度和风力等数据进行计算，进而顺利在起火点周围投放下合适的节肢阻燃管2形成包围圈进行阻燃隔离。
[0050]
请继续参阅图1，一种无人机自主导航装置的控制系统，包括无人机自主导航装置，无人机自主导航装置连接有云服务器3和gps导航卫星5，云服务器3连接有用户移动设备4，无人机本体1通过gps导航卫星5实时定位和导航，不仅可以设计路径进行导航巡检，同时可以为后续工作人员的救援工作提供大致的范围，无人机本体1在确定起火点后，将相关信息发送至云服务器3上，工作人员根据信息，包括起火点面积、火势以及大致方位，可以科学合理的分配救援任务，高效的展开救援工作，并通过用户移动设备4实时连接云服务器3完成数据传输。
[0051]
本发明可以实现在传统的无人机巡检技术中，通过对起火点的监测感知，在确定起火点后通过采集点云数据，然后确定起火点区域面积后经过计算，通过导航控火模块在起火点周围开始投放节肢阻燃管2，并沿着起火点区域形成环形的隔离带，在火势蔓延至节肢阻燃管2时触发阻燃动作，利用不断向上释放的干粉灭火剂形成一道环形的阻燃风幕，对氧气进行隔绝，促使火势只能于环形的节肢阻燃管2中燃烧殆尽，并且节肢阻燃管2可以自主适应火势的特性，并逐渐展开平整，对近地面火源进行隔绝氧气并有效降温，从而针对性形成真空的阻燃带，避免火势蔓延，同时释放出带有气味的有色粉末来提示工作人员，为工作人员的到场救援赢得宝贵的时间。
[0052]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。