一种利用无人机编队的山洪预警监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种利用无人机编队的山洪预警监测系统及方法，该系统包括控制中心及与控制中心无线通信连接的多个无人机设备，无人机设备包括无人机主机、与无人机主机连接的声音监测装置、图像监测装置、定位装置、振动监测装置、通信模块、激光雷达装置；所述控制中心用于控制无人机设备按照勘测路线对河道及两侧山区进行水文资料采集，进行山洪风险分析，并确定无人机设备巡航路线和固定监测点，当有山洪暴发风险时，无人机设备用于按照确定的巡航路线自动巡逻，并降落在固定监测点，当测定山洪暴发时，控制中心及时发出山洪暴发预警。本发明专利技术利用无人机机动力强的特点，可以快速部署，精确部署，节约大量人力资源。

An early warning and monitoring system and method of mountain torrent using UAV formation

【技术实现步骤摘要】
一种利用无人机编队的山洪预警监测系统及方法
本专利技术涉及山洪灾害防治
，具体是一种利用无人机编队的山洪预警监测系统及方法。
技术介绍
在山区中，由于天气、地形等多种因素的影响，时常会爆发山洪。山洪具有突发性且破坏强，因此需要对山洪进行预警，避免造成人员和财产的损失。现有的山洪预警方法有卫星预警，现场布置设备和人力预警等等。卫星预警一般获取信息量比较少，误差比较大；现场布置设备需要损耗大量人力部署，设备损耗比较大；人力预警方式需要损耗大量人力资源，关键区域经常缺乏人力，预警效果低下。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提供一种利用无人机编队的山洪预警监测系统及方法，利用机载设备能获取精确丰富的水文信息，预警并监测山洪风险；利用无人机机动力强的特点，可以快速部署，精确部署，节约大量人力资源；利用无人机编队的优势，可以有效覆盖预警监测盲区，提高预警效率。本专利技术通过以下技术方案实现：一种利用无人机编队的山洪预警监测系统，包括控制中心及与控制中心无线通信连接的多个无人机设备，所述无人机设备包括无人机主机、与无人机主机连接的声音监测装置、图像监测装置、定位装置、振动监测装置、通信模块、激光雷达装置；所述激光雷达装置用于获得地面数字高程模型，以确定河道断面、河道长度、河道两侧山体面积、绿化率、河道两侧最大蓄水量、河道两侧山体当前蓄水量参数，所述控制中心用于控制无人机设备按照勘测路线对河道及两侧山区进行水文资料采集，进行山洪风险分析，并确定无人机设备巡航路线和固定监测点，当有山洪暴发风险时，无人机设备用于按照确定的巡航路线自动巡逻，并降落在固定监测点，使用声音监测装置、图像监测装置、定位装置、振动监测装置分别进行声音、图像和振动数据的采集，并将采集结果通过通信模块传送回控制中心，控制中心对采集的声音、图像和振动数据进行分析，监控山洪暴发的实时动态，当测定山洪暴发时，控制中心及时发出山洪暴发预警。进一步的，所述声音监测装置包括麦克风。进一步的，所述定位装置为GPS或者北斗定位设备。进一步的，所述振动监测装置包括加速度传感器。进一步的，所述激光雷达装置采用LIDAR系统。一种利用无人机编队的山洪预警监测方法，采用上述系统进行，所述方法包括如下步骤：步骤一、构建地面数字高程模型，确定河道断面、河道长度、河道两侧山体面积、绿化率、河道两侧最大蓄水量、河道两侧山体当前蓄水量参数；步骤二、控制中心派出多个无人机设备组成无人机编队，对河道进行定时巡逻，监测河道水量，更新河道两侧山体的当前蓄水量参数；步骤三、控制中心通过气象站接收到大雨预警情报时，根据预计降水量以及河道两侧山体最大蓄水量、当前蓄水量参数，计算山洪暴发概率和强度，提前发出预警信息；步骤四、控制中心通过气象站接收到大雨预警情报后，控制中心派出无人机编队对河道进行固定监测和预警。进一步的，所述步骤四具体包括：控制中心控制无人机设备沿着规划好的巡航路线巡逻，降落在预先设定的无人机设备固定监测点，对周边区域通过声音监测装置、图像监测装置、振动监测装置分别进行声音、图像和振动数据的采集，并将采集结果通过通信模块传送回控制中心；控制中心对采集的声音、图像和振动数据进行分析，监控山洪暴发的实时动态，当测定山洪暴发时，控制中心及时发出山洪暴发预警。进一步的，无人机设备中的通信模块包括移动通信设备和WLAN设备，移动通信设备用于无人机设备和移动通信基站之间的通信，WLAN设备用于无人机设备之间的通信，无人机设备的各通信模块之间组成无线自组网网络，当某个无人机设备的通信模块无法连接控制中心时，以其他无人机设备的通信模块为中继节点与控制中心连接。进一步的，相邻的无人机设备通过监测山洪到达的时间，得到山洪的流速，然后利用与下游的距离信息，获得山洪达到下游的预计时间，控制中心将山洪到达下游的预计时间及时通知给下游相关区域以提高预警效率和质量。进一步的，所述步骤四中的山洪预警方式，包括控制中心以无线通信方式通知相关区域人员，或者控制无人机设备顺着河谷或到指定区域，以声音或灯光的方式提醒相关区域人员，注意躲避和防范山洪。本专利技术利用机载设备能获取精确丰富的振动、图像和声音等水文信息，预警并监测山洪风险，同时提供了固定监测点，自动巡航和手动控制三种模式进行自动监测，既利用无人机机动力强的特点，可以快速部署，精确部署，又可以固定部署，节省功耗，提高监测时间和效率；利用无人机编队的优势，可以有效覆盖预警监测盲区，提高预警效率；采用移动通信和WLANMesh自组网技术相结合，提高通信质量。附图说明图1是本专利技术利用无人机编队的山洪预警监测系统的结构示意图；图2是本专利技术进行预警监测时的监测点布置示意图。图中：10—无人机设备，11—无人机主机，12—声音监测装置，13—图像监测装置，14—定位装置，15—振动监测装置，16—通信模块，17—激光雷达装置，20—控制中心。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。请参阅图1，本专利技术实施例提供一种利用无人机编队的山洪预警监测系统，包括控制中心20及与控制中心20无线通信连接的多个无人机设备10。所述控制中心20位于没有山洪风险的安全地带或高地，用于管理、维护和控制无人机设备10。所述无人机设备10包括无人机主机11、与无人机主机11连接的声音监测装置12、图像监测装置13、定位装置14、振动监测装置15、通信模块16、激光雷达装置17。所述控制中心20用于控制无人机设备10按照勘测路线对河道及两侧山区进行水文资料采集，进行山洪风险分析(具体的，根据预计降水量以及河道两侧山体最大蓄水量、当前蓄水量参数，计算山洪暴发概率和强度，提前发出预警信息)，并确定无人机设备巡航路线和固定监测点；当有山洪暴发风险时，无人机设备10用于按照确定的巡航路线自动巡逻，并降落在固定监测点，所述声音监测装置12、图像监测装置13、振动监测装置15分别用于进行声音、图像和振动数据的采集，并将采集结果通过通信模块16传送回控制中心20。所述声音监测装置12可以采用麦克风等收音设备，所述图像监测装置13以采用摄像头等主流商用图像采集设备，所述定位装置14采用目前比较成熟的GPS或者北斗定位设备，所述振动监测装置15可以采用加速度传感器，加速度传感器具有体积小、质量轻等特点，适合细小和质量较轻部件的振动测试，可以用来监测当山洪暴发时的振动，所述通通信模块16可以采用主流商用的移动上网设备，所述激光雷达装置17可以选用现在比较流行的LIDAR系统，其集激光、全球定位系统和惯性导航系统于一身，可以方便的获得地面数字高程模型。在天气良好情况下控制中心20通过控制无人机设备10或现场勘测按照勘测路线对河道及两侧山区进行水文资料采集，进行山洪风险分析，并确定无人机设备巡航路线和固定监测点(如图2所示)。所述的无人机设备10或现场勘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用无人机编队的山洪预警监测系统，其特征在于：包括控制中心(20)及与控制中心(20)无线通信连接的多个无人机设备(10)，所述无人机设备(10)包括无人机主机(11)、与无人机主机(11)连接的声音监测装置(12)、图像监测装置(13)、定位装置(14)、振动监测装置(15)、通信模块(16)、激光雷达装置(17)；所述激光雷达装置(17)用于获得地面数字高程模型，以确定河道断面、河道长度、河道两侧山体面积、绿化率、河道两侧最大蓄水量、河道两侧山体当前蓄水量参数，所述控制中心(20)用于控制无人机设备(10)按照勘测路线对河道及两侧山区进行水文资料采集，进行山洪风险分析，并确定无人机设备巡航路线和固定监测点，当有山洪暴发风险时，无人机设备(10)用于按照确定的巡航路线自动巡逻，并降落在固定监测点，使用声音监测装置(12)、图像监测装置(13)、定位装置(14)、振动监测装置(15)分别进行声音、图像和振动数据的采集，并将采集结果通过通信模块(16)传送回控制中心(20)，控制中心(20)对采集的声音、图像和振动数据进行分析，监控山洪暴发的实时动态，当测定山洪暴发时，控制中心(20)及时发出山洪暴发预警。/n...

【技术特征摘要】
1.一种利用无人机编队的山洪预警监测系统，其特征在于：包括控制中心(20)及与控制中心(20)无线通信连接的多个无人机设备(10)，所述无人机设备(10)包括无人机主机(11)、与无人机主机(11)连接的声音监测装置(12)、图像监测装置(13)、定位装置(14)、振动监测装置(15)、通信模块(16)、激光雷达装置(17)；所述激光雷达装置(17)用于获得地面数字高程模型，以确定河道断面、河道长度、河道两侧山体面积、绿化率、河道两侧最大蓄水量、河道两侧山体当前蓄水量参数，所述控制中心(20)用于控制无人机设备(10)按照勘测路线对河道及两侧山区进行水文资料采集，进行山洪风险分析，并确定无人机设备巡航路线和固定监测点，当有山洪暴发风险时，无人机设备(10)用于按照确定的巡航路线自动巡逻，并降落在固定监测点，使用声音监测装置(12)、图像监测装置(13)、定位装置(14)、振动监测装置(15)分别进行声音、图像和振动数据的采集，并将采集结果通过通信模块(16)传送回控制中心(20)，控制中心(20)对采集的声音、图像和振动数据进行分析，监控山洪暴发的实时动态，当测定山洪暴发时，控制中心(20)及时发出山洪暴发预警。


2.如权利要求1所述的利用无人机编队的山洪预警监测系统，其特征在于：所述声音监测装置(12)包括麦克风。


3.如权利要求1所述的利用无人机编队的山洪预警监测系统，其特征在于：所述定位装置(14)为GPS或者北斗定位设备。


4.如权利要求1所述的利用无人机编队的山洪预警监测系统，其特征在于：所述振动监测装置(15)包括加速度传感器。


5.如权利要求1所述的利用无人机编队的山洪预警监测系统，其特征在于：所述激光雷达装置(17)采用LIDAR系统。


6.一种利用无人机编队的山洪预警监测方法，其特征在于：采用权利要求1-5中任一项所述系统进行，所述方法包括如下步骤：
步骤一、构建地面数字高程模型，确定河道断面、河道长度、河道两侧山体面积、绿化率、河道两侧最大蓄水量、河道两侧山体当前蓄水量参数；
步骤二、控制中心(20)派出多个无人机设备(10)组成无人机编队，对河道进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆非，李文军，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42