一种无人机载光谱侦检系统及其用于危险物侦检作业的控制方法技术方案

一种无人机载光谱侦检系统，包括无人机、通信控制模块、影像采集模块、检测模块、导航定位模块。本发明专利技术实现了极端或危险环境以及复杂地形下的化学物快速准确鉴定，避免了现有手持侦检作业的人员危险。本发明专利技术包括无人机、光谱检测装置，光谱检测装置用于对待测目标进行红外光谱或拉曼光谱定性及定量检测分析，所述光谱检测装置通过卡扣或螺栓或限位销固定于无人机底部正中后方的光谱检测模块安装位，并可被拆卸。地面控制中心获取、计算分析光谱检测装置发送的待测目标光谱信息。无人机可以根据采集到的图像及卫星定位信息按照所设计的采样路径自动飞行进行采样作业，或人为控制飞行姿态和路径进行采样作业。

Unmanned airborne spectrum detection system and its control method for dangerous goods detection and operation

An unmanned airborne spectrum detection system includes unmanned aerial vehicle, communication control module, image acquisition module, detection module, navigation and positioning module. The invention realizes the rapid and accurate identification of chemicals in extreme or dangerous environment and complex terrain, and avoids the danger of the existing hand-held detection operators. The present invention includes UAV, spectrum detection device, spectrum detection device for infrared spectroscopic analysis or Raman spectroscopy qualitative and quantitative detection of target detecting, the spectrum detection device of measuring module installed by spectrum test card buckle or bolt or pin fixed on the center of the bottom rear of the UAV, and can be disassembled. The ground control center obtains, calculates and analyzes the spectral information of the target to be sent by the spectrum detection device. The UAV can according to the collected image and satellite positioning information in accordance with the design of automatic flight path sampling sampling operations, or artificially controlled flight attitude and path sampling.

【技术实现步骤摘要】
一种无人机载光谱侦检系统及其用于危险物侦检作业的控制方法
本专利技术涉及一种无人机载光谱侦检系统及其用于危险物侦检作业的控制方法，属于安全监察领域、消防领域及理化检验的

技术介绍
目前的安全监察领域、消防领域及理化检验领域中，对于复杂地形、极端环境和危险环境中的化学物侦检工作仍主要依靠人工手持侦检仪器徒步或车载实施，不仅效率低，受地形限制明显，在面对次生危害的发生和有害物质的暴露时，侦检人员的人身安全也难以得到保障。因此，发展一种能够有效替代人工侦检的技术并应用于复杂地形、极端环境和危险环境的化学物侦检技术，在安全监察领域及理化检验领域，尤其是危险化学品灾害事故应急救援、消防中具有十分重要的意义。随着科学技术水平的提高，将检测仪器设备搭载在无人机、遥测车和机器人等无人机动装置上逐渐成为研究的热点。随着无人机技术并日趋完善，无人机所具备的机动性好、生存能力强、受地形限制小、使用方便、无人员危险等优点使得无人机逐渐从军事领域走向民用领域，并在农业、工业及民用消费级领域大放异彩。在现有无人机搭载检测仪器设备的技术中，对于环境中的固体和液体化学物尚缺乏快速准确的检测技术手段。红外光谱可以提供被测物的结构官能团信息，具有灵敏度高、快速准确的优点，并广泛颖用于化合物识别与检测领域，可用于固态、液态和气态待测物的检测。拉曼光谱检测装置能够对除金属单质外的绝大多数化学物进行快速准确的识别鉴定，检测的信噪比低，光谱谱线尖锐，且谱线与化学物一一对应，能够很好的区分各种异构体；在潮湿的环境下拉曼光谱检测装置还具有不受水分子影响的优点，尤其对于固态、液态待测物的快速检测有着明显的优势。但是采用何种连接方式将所述检测模块(包括：拉曼光谱检测模块、红外光谱检测模块，或红外-拉曼二合一检测模块)与现有的无人机有效结合成为现有技术所亟待解决的技术问题。目前，已有技术中使用红外技术进行侦测的无人机，其应用范围主要为地理探测、生物目标探测，而利用无人机搭载系统实现对于多种类型的化合物，尤其是固态、气态化合物进行准确，快速的识别与侦检尚为空缺。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种无人机载光谱侦检系统。本专利技术还提供上述系统用于危险物侦检作业的控制方法。本专利技术可实现极端或危险环境以及复杂地形下的化学物快速准确鉴定，并有效避免现有手持侦检作业的人员危险。本专利技术的技术方案如下：一种无人机载光谱侦检系统，其特征在于，该系统包括无人机、通信控制模块、影像采集模块、检测模块、导航定位模块；所述通信控制模块用于：远程接收控制中心发出的控制信息，使无人机按照规划飞行路线和检测程序执行飞行和检测程序；或者，远程接收控制中心发出的控制信息，使无人机实时接收控制中心发出的飞行指令和检测指令并按飞行指令实时飞行和检测；用于将所述影像采集模块采集到的影响资料实时传送至控制中心；用于将所述检测模块采集到的数据实时传送至控制中心；所述影像采集模块用于：实时采集无人机飞掠过的环境影像；所述检测模块用于：用于检测目标区域物质的红外光谱数据和/或拉曼光谱数据。所述导航定位模块用于，实时采集无人机的位置和路径信息。根据本专利技术优选的，所述通信控制模块为5G-wifi、IMT-2020(5G)、4G-FDD和4G-LTE移动通信模块中的至少一种。根据本专利技术优选的，所述影像采集模块包括与所述无人机固定连接的360°水平旋转的云台、在所述云台上设置有180°旋转的旋转支架、在所述旋转支架上设置有摄像机。优选的，所述的摄像机为红外热感摄像机。根据本专利技术优选的，所述无人机载光谱侦检系统还包括多向距离传感器，用于获取所述无人机与周围障碍物的距离。根据本专利技术优选的，所述检测模块包括光谱检测模块，所述光谱检测模块为拉曼光谱检测模块、红外光谱检测模块或红外-拉曼二合一检测模块。优选的，所述红外光谱检测模块为ThermomicroPHAZIRTMRx手持式近红外光谱仪；所述拉曼光谱检测模块为B@WTek-N拉曼光谱检测模块；所述红外-拉曼二合一检测模块为GeminiFTIR/RamanHandheldAnalyzer红外光谱/拉曼光谱二合一检测模块。但是本专利技术的技术方案并不仅限于以上检测模块的具体型号，只要能实现拉曼光谱检测、红外光谱检测的均是本专利技术所述方案的保护内容。根据本专利技术优选的，所述检测模块还包括可伸缩光纤探头，所述可伸缩光纤探头包括：受电动绞盘控制长度的悬垂式探测光纤，所述探测光纤与所述光谱检测模块的探头端相连。在本专利技术中，可将所述检测模块设计为可固定在无人机上的结构形状，例如近似长方体，并在其周围面增加安装螺栓、卡扣或限位销以适应安装在侦检无人机上，但是具体形状并不限于此。根据本专利技术优选的，所述探测光纤通过可脱出的限位卡扣与光谱检测模块的探头端相连接，在所述电动绞盘出口侧安装拉力传感器。当所述探测光纤被牵拉，其拉力传感器的牵引力超过预设数值超过固定时间时，探测光纤与光谱检测模块连接处的限位卡扣将自行脱开，同时电动绞盘向使得探测光纤伸长的方向转动并最终使得探测光纤全部脱离电动绞盘。以避免光纤探头被牵绊或发生缠绕，从而引起无人机坠毁。所述拉力传感器的牵引力预设数值为50牛，固定时间为6秒，该力度和时间参数可根据具体作业区域的性质调整，本专利技术只保护该遇险情况的紧急处理步骤和实现该步骤的硬件，只要能实现上述功能的参数都属于本专利技术的保护范围，因此不限于拉力传感器的牵引力预设数值为50牛，固定时间为6秒。根据本专利技术优选的，所述导航定位模块为集成北斗GPS全球定位系统模块。如上述系统用于危险物侦检作业的控制方法，包括：1)确定侦检目标区域；2)判断所述系统中是否具有与所述目标区域匹配的规划路线和检测程序：如无，则跳转步骤3)；如有，则跳转步骤4)3)所述系统由人工操作飞行，所述通信控制模块、影像采集模块和导航定位模块将所述系统飞掠沿途的视频、图像、飞行轨迹、位置信息发送至地面的控制中心；然后再由所述控制中心修正所述系统的飞行轨迹、规划检测布点、检测时间，最终形成规划路线和检测程序，待用；对于侦检无人机未侦检过的区域，或没有制定规划路线和检测程序的前提下，所述系统将应先由人工操作控制其飞行，并根据摄像头视频信息和距离传感器的信号躲避障碍物；4)使所述系统按照与所述目标区域匹配的规划路线和检测程序进行飞行和检测；5)所述通信控制模块、影像采集模块和导航定位模块将所述系统飞掠沿途的视频、图像、飞行轨迹、位置信息发送至地面控制中心；所述系统还将实时检测到的红外光谱数据和/或拉曼光谱数据发送至地面的控制中心；6)所述控制中心参照化学物标准红外光谱数据库和化学物标准拉曼光谱数据库对所述检测到的红外光谱数据和/或拉曼光谱数据进行计算和分析，得出待测化学物的定性和定量分析结果，并输出至显示屏显示。本专利技术采用数据信息回传的方式对实时采集到的光谱数据传输，最终利用现有的对化学物质定性和定量分析方法确定所述目标区域内物质的具体成分。本专利技术的优势在于：1.本专利技术实现了，在极端或危险环境以及复杂地形下的化学物快速准确鉴定，避免了现有手持侦检作业的人员危险。2.本专利技术包括无人机、光谱检测装置，光谱检测装置用于对待测目标进行红外光谱和/或拉曼光谱定性及定量检测分析，所述光谱检测装置通过卡扣或螺栓或限位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机载光谱侦检系统，其特征在于，该系统包括无人机、通信控制模块、影像采集模块、检测模块、导航定位模块；所述通信控制模块用于：远程接收控制中心发出的控制信息，使无人机按照规划飞行路线和检测程序执行飞行和检测程序；或者，远程接收控制中心发出的控制信息，使无人机实时接收控制中心发出的飞行指令和检测指令并按飞行指令实时飞行和检测；用于将所述影像采集模块采集到的影响资料实时传送至控制中心；用于将所述检测模块采集到的数据实时传送至控制中心；所述影像采集模块用于：实时采集无人机飞掠过的环境影像；所述检测模块用于：用于检测目标区域物质的红外光谱数据和/或拉曼光谱数据；所述导航定位模块用于，实时采集无人机的位置和路径信息。

【技术特征摘要】
1.一种无人机载光谱侦检系统，其特征在于，该系统包括无人机、通信控制模块、影像采集模块、检测模块、导航定位模块；所述通信控制模块用于：远程接收控制中心发出的控制信息，使无人机按照规划飞行路线和检测程序执行飞行和检测程序；或者，远程接收控制中心发出的控制信息，使无人机实时接收控制中心发出的飞行指令和检测指令并按飞行指令实时飞行和检测；用于将所述影像采集模块采集到的影响资料实时传送至控制中心；用于将所述检测模块采集到的数据实时传送至控制中心；所述影像采集模块用于：实时采集无人机飞掠过的环境影像；所述检测模块用于：用于检测目标区域物质的红外光谱数据和/或拉曼光谱数据；所述导航定位模块用于，实时采集无人机的位置和路径信息。2.根据权利要求1所述的一种无人机载光谱侦检系统，其特征在于，所述通信控制模块为5G-wifi、IMT-2020(5G)、4G-FDD和4G-LTE移动通信模块中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种无人机载光谱侦检系统，其特征在于，所述影像采集模块包括与所述无人机固定连接的360°水平旋转的云台、在所述云台上设置有180°旋转的旋转支架、在所述旋转支架上设置有摄像机。4.根据权利要求1所述的一种无人机载光谱侦检系统，其特征在于，所述无人机载光谱侦检系统还包括多向距离传感器，用于获取所述无人机与周围障碍物的距离。5.根据权利要求1所述的一种无人机载光谱侦检系统，其特征在于，所述检测模块包括光谱检测模块，所述光谱检测模块为拉曼光谱检测模块、红外光谱检测模块或红外-拉曼二合一检测模块。6.根据权利要求5所述的一种无人机载...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔精诚，李仓廪，孙亚昕，邵华，
申请(专利权)人：山东省职业卫生与职业病防治研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37