一种基于无人机的森林火灾监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无人机的森林火灾监测系统，其利用无人机根据规划路线进行自动巡查；包括：服务器；GIS地图；无人机，用于通过GIS地图导航、按照设定路线进行巡逻，并采集巡查区域的空气、图像、热成像图像信息；拖车，用于拖移无人机；机库；监测装置，在遇到火灾时会发出大量浓烟；GIS地图以数据库、软件的形式分别安装在服务器、无人机的机载工控机上，无人机上还分别安装有云台、空气采集装置、机载无线模块、机载定位模块、机载存储器、机载蓝牙，所述云台上安装有摄像头、红外热成像仪，所述摄像头用于获取巡查区域的图像，所述红外热成像仪用于获取巡查区域的热成像图像，并通过热成像图像判断巡查区域是否存在火灾隐患。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机的森林火灾监测系统
本专利技术涉及无人机和火灾监测技术，特别是涉及一种基于无人机的森林火灾监测系统。
技术介绍
全世界范围内几乎每年都会发生数十起森林火灾，造成严重的生态破坏及经济损失。而火灾的起因大多是森林中产生的自燃、雷电造成的燃烧，由于森林中充满可燃物及较高的氧含量，因此一旦产生山火其蔓延速度极快，而且很难扑灭，对人们的生命财产造成极大的威胁。由于森林面积较大、人烟稀少，因此很难及时发现初始的起火点并进行扑灭，这就造成需要火势达到一定规模后才能被人们发现，此时扑灭会付出较大的代价，而且已经造成了很大的损失。目前虽然后职业护林人员，其通过周期性巡查可以相对较早地发现起火点，结合无人机的使用可以大大增加巡查效率及巡查面积。但是这种方式对人工的依耐性太大，而且由于无人机的续航时间偏短，因此巡查区域无法做到较大的突破，也就是非常偏远的地区还是无法做到有效的巡查。对此，专利技术人设计了一种基于无人机的森林火灾监测系统，其通过对森林建立GIS地图，然后利用无人机根据规划路线进行自动巡查，并利用机库进行充电续航。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于无人机的森林火灾监测系统。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于无人机的森林火灾监测系统，包括：服务器，用于和无人机、机库通讯，并根据获取的信息判断无人机巡查区域是否存在火灾隐患；GIS地图，通过对巡查区域进行勘测后获得的地图信息，用于为无人机的巡查提供导向、定位；无人机，用于通过GIS地图导航、按照设定路线进行巡逻，并采集巡查区域的空气、图像、热成像图像信息；拖车，用于将停放在机库内的无人机输送至预设位置以进行充电或换电；机库，用于为无人机提供庇护，同时对无人机进行充换电以实现无人机的自动续航；机库上安装有发电模块，发电模块用于发电。监测装置，安装在火灾容易发生的位置，监测装置在遇到火灾时会发出大量浓烟，无人机巡查时通过采集大量浓烟的图像即可确定起火位置，为后续的火灾扑灭提供精确定位；GIS地图以数据库、软件的形式分别安装在服务器、无人机的机载工控机上，无人机上还分别安装有云台、空气采集装置、机载无线模块、机载定位模块、机载存储器、机载蓝牙，所述云台上安装有摄像头、红外热成像仪，所述摄像头用于获取巡查区域的图像，所述红外热成像仪用于获取巡查区域的热成像图像，并通过热成像图像判断巡查区域是否存在火灾隐患；所述空气采集装置用于获取巡查区域的空气样本，然后通过分析空气样本中的可燃气体、烟雾浓度就能判断空气采集点是否存在火灾隐患；机载无线模块用于和服务器、机库无线模块无线通信，无人机将采集的信息输送、存储在机库无线模块上；机载工控机分别与摄像头、红外热成像仪、机载无线模块、机载定位模块、机载存储器、机载蓝牙通信连接，摄像头、红外热成像仪、机载无线模块、机载定位模块获取的数据实时存放在机载存储器内。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术能够通过无人机实现自动巡查，可以实现全自动无人巡查，从而可以及时发现火灾起火点；而利用机库实现无人机的自动充换电续航，从而可以适应于长时间野外巡查作业。2、本专利技术的无人机利用图像、热成像图像、空气中的烟雾浓度综合判断火灾隐患或火灾起火点，为后续的火灾预防、火灾扑灭提供精确的指导。3、本专利技术的拖车能够对无人机进行定位、拖动，从而在无人机起飞前或降落后能够将无人机拖动至预设位置进行充换电，以实现无人机的自动续航。4、本专利技术的充换电模块能够通过直充无线充电器对无人机内置电池进行充电，从而实现续航。同时还能够通过盖板拆装机构拆装电池盖，通过电池装卸机构更换电池，以实现无人机的快速续航，这种设计可以适应于无人机高频巡查的需求。附图说明图1是本专利技术的系统框图。图2-图6是无人机的结构示意图。其中图4、图6分别是采样动力轴A820轴线所在两个相互垂直中心面处剖视图；图5是图4中F1处放大图。图7-图12是无人机内部局部结构示意图。图13-图23是拖车的结构示意图。其中图22是推杆电机轴B241轴线所在中心面处剖视图。图24-图26是充换电模块、机库底板处结构示意图。图27-图36是充换电模块的结构示意图。图32是切换转轴E310轴线所在中心面处剖视图；图33是电池升降筒E350轴线所在中心面处剖视图；图34是图33中F2处放大图；图35是拆装升降筒E380轴线所在中心面处剖视图；图36是图35中F3处放大图。图37-图38是盖板拆装机构的局部结构示意图。图39是升降斜块E820处结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本专利技术的机库、发电模块、监测装置均记载在于本案同日申报的、名为“一种机库及其基于无人机的森林火灾监测系统”的中国专利技术申请中，可组合参阅该专利申请以达到最佳理解效果。参见图1，本实施例的森林火灾监测系统，包括：服务器，用于和无人机、机库通讯，并根据获取的信息判断无人机巡查区域是否存在火灾隐患；GIS地图，通过对巡查区域进行勘测后获得的地图信息，用于为无人机的巡查提供导向、定位；无人机A，用于通过GIS地图导航、按照设定路线进行巡逻，并采集巡查区域的空气、图像、热成像图像信息；拖车B，用于将停放在机库内的无人机输送至预设位置以进行充电或换电；机库，用于为无人机提供庇护，同时对无人机进行充换电以实现无人机的自动续航；机库上安装有发电模块，发电模块用于发电。监测装置，安装在火灾容易发生的位置，通过火灾燃烧时的温度启动以发出浓烟，从而为无人机的观察提供显眼的标志、定位。GIS地图以数据库、软件的形式分别安装在服务器、无人机的机载工控机上，无人机上还分别安装有云台A220、空气采集装置、机载无线模块、机载定位模块、机载存储器、机载蓝牙，所述云台A220上安装有摄像头、红外热成像仪，所述摄像头用于获取巡查区域的图像，所述红外热成像仪用于获取巡查区域的热成像图像，并通过热成像图像判断巡查区域是否存在火灾隐患。所述空气采集装置用于获取巡查区域的空气样本，然后通过分析空气样本中的可燃气体、烟雾浓度就能判断空气采集点是否存在火灾隐患。机载无线模块用于和服务器、机库无线模块无线通信，从而可以实现在服务器端远程操控无人机，无人机将采集的信息输送、存储在机库无线模块上。本实施例的机载无线模块可以选用5G模块、GPRS模块等。机载定位模块用于无人机的定位，本实施例可以选用北斗定位模块、GPS定位模块等。机载存储器用于存储无人机采集的数据，本实施例可选用硬盘、SD卡、TF卡等。机载蓝牙用于可机库蓝牙无线通信，从而可以实现无人机与机库之间快速传输数据。机载工控机分别与摄像头、红外热成像仪、机载无线模块、机载定位模块、机载存储器、机载蓝牙通信连接，摄像头、红外热成像仪、机载无线模块、机载定位模块获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人机的森林火灾监测系统，其特征在于，包括：/n服务器，用于和无人机、机库通讯，并根据获取的信息判断无人机巡查区域是否存在火灾隐患；/nGIS地图，通过对巡查区域进行勘测后获得的地图信息，用于为无人机的巡查提供导向、定位；/n无人机，用于通过GIS地图导航、按照设定路线进行巡逻，并采集巡查区域的空气、图像、热成像图像信息；/n拖车，用于将停放在机库内的无人机输送至预设位置以进行充电或换电；/n机库，用于为无人机提供庇护，同时对无人机进行充换电以实现无人机的自动续航；/n监测装置，安装在火灾容易发生的位置，监测装置在遇到火灾时会发出大量浓烟，无人机巡查时通过采集大量浓烟的图像即可确定起火位置，为后续的火灾扑灭提供精确定位；/nGIS地图以数据库、软件的形式分别安装在服务器、无人机的机载工控机上，无人机上还分别安装有云台、空气采集装置、机载无线模块、机载定位模块、机载存储器、机载蓝牙，所述云台上安装有摄像头、红外热成像仪，所述摄像头用于获取巡查区域的图像，所述红外热成像仪用于获取巡查区域的热成像图像，并通过热成像图像判断巡查区域是否存在火灾隐患；/n所述空气采集装置用于获取巡查区域的空气样本，然后通过分析空气样本中的可燃气体、烟雾浓度就能判断空气采集点是否存在火灾隐患；机载无线模块用于和服务器、机库无线模块无线通信，无人机将采集的信息输送、存储在机库无线模块上；机载工控机分别与摄像头、红外热成像仪、机载无线模块、机载定位模块、机载存储器、机载蓝牙通信连接，摄像头、红外热成像仪、机载无线模块、机载定位模块获取的数据实时存放在机载存储器内。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的森林火灾监测系统，其特征在于，包括：
服务器，用于和无人机、机库通讯，并根据获取的信息判断无人机巡查区域是否存在火灾隐患；
GIS地图，通过对巡查区域进行勘测后获得的地图信息，用于为无人机的巡查提供导向、定位；
无人机，用于通过GIS地图导航、按照设定路线进行巡逻，并采集巡查区域的空气、图像、热成像图像信息；
拖车，用于将停放在机库内的无人机输送至预设位置以进行充电或换电；
机库，用于为无人机提供庇护，同时对无人机进行充换电以实现无人机的自动续航；
监测装置，安装在火灾容易发生的位置，监测装置在遇到火灾时会发出大量浓烟，无人机巡查时通过采集大量浓烟的图像即可确定起火位置，为后续的火灾扑灭提供精确定位；
GIS地图以数据库、软件的形式分别安装在服务器、无人机的机载工控机上，无人机上还分别安装有云台、空气采集装置、机载无线模块、机载定位模块、机载存储器、机载蓝牙，所述云台上安装有摄像头、红外热成像仪，所述摄像头用于获取巡查区域的图像，所述红外热成像仪用于获取巡查区域的热成像图像，并通过热成像图像判断巡查区域是否存在火灾隐患；
所述空气采集装置用于获取巡查区域的空气样本，然后通过分析空气样本中的可燃气体、烟雾浓度就能判断空气采集点是否存在火灾隐患；机载无线模块用于和服务器、机库无线模块无线通信，无人机将采集的信息输送、存储在机库无线模块上；机载工控机分别与摄像头、红外热成像仪、机载无线模块、机载定位模块、机载存储器、机载蓝牙通信连接，摄像头、红外热成像仪、机载无线模块、机载定位模块获取的数据实时存放在机载存储器内。


2.如权利要求1所述的森林火灾监测系统，其特征在于，机库内安装有：
机库无线模块，用于和服务器、机载无线模块无线通信，从而实现数据传输；
机库蓝牙，用于和机载蓝牙无线通信；
机库工控机，用于收发、解析指令并进行参数计算和程序运行，同时控制机库的电气设备；
机库存储器，用于存储数据；
流量计，用于探测空气样本的流量；
烟雾传感器，用于探测空气样本的烟雾浓度；
可燃气体传感器，用于探测空气样本的可燃气体浓度；
充换电模块，用于对无人机进行充电续航或更换无人机的电池以实现续航；
所述机库工控机分别与机库无线模块、机库蓝牙、机库存储器、流量计、烟雾传感器、可燃气体传感器、充换电模块通信连接。


3.如权利要求2所述的森林火灾监测系统，其特征在于，在机库工控机内内置有用于识别巡查图像、巡查热成像图像的软件，从而结合无人机采集的空气样本信息判断无人机巡查区域是否存在火灾隐患，并将达到预警阈值的信息打包输送至服务器。


4.如权利要求1-3任一项所述的森林火灾监测系统，其特征在于，所述无人机包括机体，所述机体底部安装有云台，云台上安装有摄像头、红外热成像仪；所述机体内安装有设备壳，设备壳内部中空且两端开口，设备壳底部通过机载底盖封闭、顶部通过电池盖封闭，所述设备壳内部由上至下依次安装有电池隔板、第一采样隔板、第二采样隔板、第三采样隔板，所述电池隔板将设备壳内侧顶部分割为电池腔，电池腔内安装有电池，电池的顶部安装有机载无线充电接收器、充电电路；所述第一采样隔板、第二采样隔板、第三采样隔板上安装有空气采集装置，空气采集装置用于采集、存储空气样本；机体上安装有旋翼架，旋翼架上安装有旋翼；所述机体底部安装有起落架，起落架内设置有起落架槽，起落架槽内安装有起落架板，所述起落架底部安装有机载支架；
所述电池盖顶部安装有拆卸柱，拆卸柱的横截面为多边形且其侧壁上设置有拆卸环槽；所述电池盖底部安装有旋合部分，旋合部分装入设备壳内且与之通过螺纹旋合装配；所述电池上设置有第一电池孔、第二电池孔，所述第一电池孔、第二电池孔一端相互连通，且第一电池孔、第二电池孔另一端分别贯穿电池，所述第一电池孔的内径小于第二电池孔的内径且第一电池孔位于第二电池孔上方；
空气采集装置包括安装在第一采样隔板上的采样架，采样架上安装有采样顶板、采样滑轨，所述采样顶板上安装有采样升降电机，所述采样滑轨与采样滑槽卡合、可滑动装配，所述采样滑槽设置在采样升降架上，采样升降电机的输出轴与采样升降螺杆一端连接，采样升降螺杆另一端穿过采样升降架且与之通过螺纹旋合装配；
所述采样升降架上安装有采样电机，所述采样电机的输出轴与采样动力轴一端连接，采样动力轴另一端穿过采样升降筒后装入采样气腔内且与采样轮盘装配，所述采样轮盘上安装有采样叶片，所述采样气腔设置在采样气壳内，所述采样升降筒一端与采样气壳装配、另一端穿过采样旋转筒后与采样升降架装配固定。


5.如权利要求4所述的森林火灾监测系统，其特征在于，所述采样气壳的采样气腔位于采样轮盘的两侧分别与采样气管一端、插接管一端连通，所述插接管安装在采样气壳上；所述采样气管具有伸缩性，本实施例采用弹簧管，且采样气管另一端装入采样孔内，采样孔设置在机载底盖上；
所述采样旋转筒与第一采样隔板可圆周转动、不可轴向移动装配，所述采样旋转筒上套装有采样盒、采样槽轮，采样盒分别与第二采样隔板、第三采样隔板可圆周转动、不可轴向移动装配，所述采样槽轮上设置有采样弧槽、采样动力槽，所述采样弧槽、采样动力槽间隔且均匀分布在采样槽轮圆周方向上，所述采样弧槽与采样动力轮卡合、可圆周转动装配，所述采样动力轮上安装有采样动力块，采样动力块上安装有采样动力销，所述采样动力轮套装在分度电机轴上，分度电机轴一端穿过第一采样隔板后装入分度电机内；
所述采样盒内沿着其圆周方向上设置有多个采样安装槽，每个采样安装槽的两端分别设置有贯穿的采样通孔，所述采样安装槽内安装有采样气囊，采样气囊具有收缩弹性且内部中空，采样气囊底部为气囊安装板，气囊安装板安装在采样安装槽的内侧底面上，初始状态时，采样气囊为收缩状态，其内部没有气体。


6.如权利要求1-3任一项所述的森林火灾监测系统，其特征在于，所述拖车包括底盘、四个托举臂，底盘上直接或间接安装有第二升降板；两个托举臂为一对，每块拖车立板对应一对托举臂，每根托举臂包括穿出拖车立板的托举定位端、装入拖车立板内侧的托举移动块，所述托举移动块套装在托举调宽螺杆、托举调宽导杆上，所述托举调宽螺杆通过螺纹与托举移动块旋合装配，所述托举调宽导杆与托举移动块可轴向滑动装配；所述托举调宽螺杆与至少两块对中轴块可圆周转动、不可轴向移动装配，所述托举调宽螺杆一端穿出其中一块对中轴块后与拖车带轮装配，中轴块安装在对中安装台上对中安装台上还安装有对中座，对中座与对中齿条一端装配；每对托举臂对应一根对中齿条、一块对中安装台；两对托举臂分别对应两根对中齿条，两根对中齿条分别与对中齿轮两侧啮合传动，对中齿轮套装在对中齿轴上，对中齿轴与对中轴架可圆周转动、不可轴向移动装配，对中轴架安装在第二升降板上；
所述底盘上还分别安装有主机箱、拖车电池，所述主机箱内安装有拖车无线充电接收器、拖车工控机、第一拖车摄像头、第二拖车摄像头，所述拖车无线充电接收器用于接收拖车无线充电发射器发出的充电磁场，从而实现无线充电；所述拖车工控机用于控制拖车上的电气设备；所述第一拖车摄像头、第二拖车摄像头均用于采集图像，并且采集的图像输送至拖车工控机进行识别，所述第一拖车摄像头用于采集机库底板顶面的图像，所述第二拖车摄像头用于采集起落架的图像以实现拖车相对于起落架的定位。


7.如权利要求6所述的森林火灾监测系统，其特征在于，所述第二升降板上分别安装有两块相互平行的拖车立板、两块相互平行的拖车侧板、拖车张紧板，两块拖车侧板顶部安装有拖车顶板，所述拖车张紧板上安装有拖车张紧滑槽，拖车张紧滑槽与拖车张紧滑块卡合、可滑动装配，所述拖车张紧滑块设置在拖车张紧块上，所述拖车张紧块上安装由拖车张紧轴，所述拖车张紧轴上套装有拖车张紧轮，所述拖车张紧块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李天琼，
申请(专利权)人：重庆万重山智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50