一种固移结合的森林火灾防控方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种固移结合的森林火灾防控方法和系统，本发明专利技术在常规情况下仅由大范围多光谱扫描成像林火探测装置进行火灾防护巡检，发现火情后通过无人机进行二次确认，通过气象采集装置和北斗/GPS定位装置获取火灾区域的气象信息和位置信息，使用干粉灭火弹扑灭初期林火。本发明专利技术采用大范围多光谱扫描成像林火早期探测技术，并结合无人机机动性强的特点，能够及时探测并确认森林火灾，提高森林火灾响应速度和处理效率，减少火灾损失和人员伤亡。亡。亡。

【技术实现步骤摘要】
一种固移结合的森林火灾防控方法和系统


[0001]本专利技术属于森林火灾防控
，尤其是涉及一种固移结合的森林火灾防控方法和系统。

技术介绍

[0002]目前，国内森林火灾监测的方式主要包括以下四种：地面巡护、瞭望塔观测、卫星遥感和飞机巡检；其中，地面巡护，依靠地面人工巡逻来识别森林火灾，缺点是耗时耗力，效率低下；瞭望塔观测，依靠护林员在瞭望塔上观察，以监测森林火灾，观察范围有限，缺点是劳动力密集；卫星遥感，使用卫星的遥感图像来检测和分析森林火灾，成本高，并且由于卫星遥感图像尺度相对宏观，不可能及时发现和准确定位森林起火点，缺点是时效性差，容易延误扑灭火灾的时机；飞机巡检，通过雇用直升机或专业飞行员驾驶的小型飞机进行飞行侦察，费用高，不适合日常高频飞行、侦察；火灾发生时，如果能快速响应并进行合理的人员调度，能够及时挽救更多的生命和财产安全。然而，现有的消防响应机制，都是事后发现、人工确认、人工调度，响应速度低,因此需要一种固移结合的森林火灾防控方法和系统。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种固移结合的森林火灾防控方法和系统。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]本专利技术包括如下步骤：
[0006]步骤S1，多光谱视频图像的采集及储存：通过林火监测站点的大范围多光谱扫描成像林火探测装置进行周扫实时采集监测区域内的多光谱视频图像，并将采集到的视频图像传输并储存至所述林火监测站点的集中控制系统；
[0007]步骤S2：采集视频图像的处理分析：所述站点集中控制系统对采集的多光谱视频图像进行图像处理，采用图像配准融合技术对多通道图像经过降噪、配准处理后依据融合规则实现像素级融合，并进行林火形貌特征的目标识别提取后匹配识别疑似林火；
[0008]步骤S3：识别是否有疑似林火：站点集中控制系统若识别出疑似林火，将调派无人机对疑似林火起火点进行抵近侦察确认，并将报警信息传输至森林防火监控中心；若未识别出疑似林火，则继续监视，返回至步骤S1；
[0009]步骤S4：无人机抵近侦察确认：无人机根据探测装置所探测疑似林火目标的定位信息，从无人机机库自动起飞，由站点集中控制系统中的无人机飞控系统自主规划无人机飞行路径，飞行至疑似林火区域进行抵近侦察，对疑似林火进行二次确认；
[0010]步骤S5：确认是否真正发生林火：无人机飞行至疑似林火区域后，通过其机身上搭载的双光监测云台对疑似林火目标进行识别及观测指向跟踪，并将采集到监测图像通过无线通信模块传输回站点集中控制系统，由其判定确认是否真正发生林火；若确认发生林火，则执行步骤S6；若确认未发生林火，则执行步骤S7；
[0011]步骤S6：无人机对林火进行监视及灭火：若确定发生林火，无人机可在起火点周围
环绕飞行进行监视，将采集到监测图像实时传输回站点集中控制系统，并由其传输至森林防火监控中心；森林防火监控中心调派起火点附近其他林火监测站点的无人机飞抵起火点进行多机任务协同作业，远程控制无人机的干粉灭火弹投射装置对初期林火进行扑救；
[0012]步骤S7：无人机返航：若经确认未发生林火或无人机电量亏电，则无人机将自动返回机库；若林火已被证实扑灭，则可由森林防火监控中心发出指令命令无人机返航。
[0013]进一步地，所述步骤S1中光学成像及采集系统，采用将可见光和红外光采集系统将各种光谱采集系统并列平行排布，采用逐行扫描图像传感器实现夜晚等低光源环境下林火目标的分辨。
[0014]进一步地，所述步骤S3中疑似林火目标的定位包括检测到疑似林火目标后，
[0015]a在获取测量探测装置位置的经纬度信息、探测装置在水平和垂直方向的夹角以及初始位置的标定、探测装置距离地面的垂直距离的基础信息后。
[0016]b识别提取出林火边缘轮廓和质心，根据质心在成像靶面的位置以及光学视场获得目标中心在视场的相对位置信息；
[0017]c结合光学位置传感器数据及位置信息，最终可解算出林火目标的经纬度和高度数据。
[0018]进一步地，所述步骤S4中无人机飞行路径的自主规划，是依据林火目标定位信息以A*算法生成最优飞行路径,以Dijkstra算法和A*(A
‑
Star)算法生成局部规划的避障路径。
[0019]进一步地，所述步骤S5中林火目标识别中，需要实现森林环境背景条件下识别林火目标，采用背景差分法对基于图像序列和参考背景模型相减来实现运动目标的检测，对于地面参考背景模型是通过基于图像配准与稳定矩阵的背景建模法来建立的，所述步骤S5中无人机观测指向跟踪，采用相关法实现，相关法利用模板匹配原理，对两幅图像(实时图和参考图)的相似度进行比较，它们之间的相似度用相关函数来衡量，相关函数使用归一化互相关系数(NCC)公式，所述步骤S5中林火目标精准定位，是对大范围多光谱扫描成像林火探测装置所确定的疑似林火目标粗略坐标进行修正并精准定位。由于探测装置是采用摄像测量原理只能通过探测距离和探测角度得到疑似林火目标坐标，无法准确定位起火点坐标。采用无人机抵近侦察，通过无人机监测云台对林火目标的识别，并结合北斗/GPS定位装置和监测云台观测算法可以得到林火起火点准确的经纬度坐标。
[0020]进一步地，所述步骤S6中监视林火面积测算，是采用Freeman链码外轮廓法，将无人机实时画面进行火场区域标示，并自动与GIS地图图像进行同步映射，再利用闭合区域的面积自动测算功能得到林火面积信息。
[0021]进一步地，所述步骤S6中多机任务协同作业采用基于小尺度内嵌神经网络冲突避免机制的多机协同任务分配模型，由冲突解决算法形成任务分配方案。
[0022]进一步地，所述步骤S6中无人机灭火作业根据无人机气象采集装置所获取的林火目标区域风速和风向信息，以及对林火目标精准定位信息，计算确定干粉灭火弹投弹轨迹，优先对火尾和火翼位置从上风处投放灭火弹。
[0023]进一步地，所述步骤S7中无人机自主起降采用结合视觉导航和高精度GPS技术的基于图像识别的无人机近场引导精准起降，利用视觉导航和机库顶部标志物进行视觉引导融合RTK定位信息实现无人机在找到机库的自动近场引导精准起降。
[0024]一种固移结合的森林火灾调控系统，包括多个分布设置的林火监测站点和森林防火监控中心，多个所述林火监测站点通过中继通讯基站与所述森林防火监控中心无线通讯连接，所述林火监测站点设置有大范围多光谱扫描成像林火探测装置和无人机集群，所述森林防火监控中心用于调派起火点范围内的林火监测站点的无人机飞抵起火点进行多机任务协同作业，远程控制无人机的干粉灭火弹投射装置对初期林火进行扑救，所述林火监测站点包括采集模块，集中控制系统，林火监控及灭火模块和分析模块：
[0025]采集模块：用于实时采集监测区域内的多光谱视频图像，并将采集到的视频图像传输并储存至所述林火监测站点的集中控制系统；
[0026]集中控制系统，用于存储和转发火情数据至所述森本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1，多光谱视频图像的采集及储存：通过林火监测站点的大范围多光谱扫描成像林火探测装置进行周扫实时采集监测区域内的多光谱视频图像，并将采集到的视频图像传输并储存至所述林火监测站点的集中控制系统；步骤S2：采集视频图像的处理分析：所述站点集中控制系统对采集的多光谱视频图像进行图像处理，采用图像配准融合技术对多通道图像经过降噪、配准处理后依据融合规则实现像素级融合，并进行林火形貌特征的目标识别，提取后匹配识别疑似林火；步骤S3：识别是否有疑似林火：站点集中控制系统若识别出疑似林火，将调派无人机对疑似林火起火点进行抵近侦察确认，并将报警信息传输至森林防火监控中心；若未识别出疑似林火，则继续监视，返回至步骤S1；步骤S4：无人机抵近侦察确认：无人机根据探测装置所探测疑似林火目标的定位信息，从无人机机库自动起飞，由站点集中控制系统中的无人机飞控系统自主规划无人机飞行路径，飞行至疑似林火区域进行抵近侦察，对疑似林火进行二次确认；步骤S5：确认是否真正发生林火：无人机飞行至疑似林火区域后，通过其机身上搭载的双光监测云台对疑似林火目标进行识别及观测指向跟踪，并将采集到监测图像通过无线通信模块传输回站点集中控制系统，由其判定确认是否真正发生林火；若确认发生林火，则执行步骤S6；若确认未发生林火，则执行步骤S7；步骤S6：无人机对林火进行监视及灭火：若确定发生林火，无人机可在起火点周围环绕飞行进行监视，将采集到监测图像实时传输回站点集中控制系统，并由其传输至森林防火监控中心；森林防火监控中心调派起火点附近其他林火监测站点的无人机飞抵起火点进行多机任务协同作业，远程控制无人机的干粉灭火弹投射装置对初期林火进行扑救；步骤S7：无人机返航：若经确认未发生林火或无人机电量亏电，则无人机将自动返回机库；若林火已被证实扑灭，则可由森林防火监控中心发出指令命令无人机返航。2.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法和系统，其特征在于：所述步骤S1中光学成像及采集系统，采用将可见光和红外光采集系统将各种光谱采集系统并列平行排布，采用逐行扫描图像传感器实现夜晚等低光源环境下林火目标的分辨。3.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：所述步骤S3中疑似林火目标的定位包括检测到疑似林火目标后，a在获取测量探测装置位置的经纬度信息、探测装置在水平和垂直方向的夹角以及初始位置的标定、探测装置距离地面的垂直距离的基础信息后。b识别提取出林火边缘轮廓和质心，根据质心在成像靶面的位置以及光学视场获得目标中心在视场的相对位置信息；c结合光学位置传感器数据及位置信息，最终可解算出林火目标的经纬度和高度数据。4.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：所述步骤S4中无人机飞行路径的自主规划，是依据林火目标定位信息以A*算法生成最优飞行路径,以Dijkstra算法和A*(A
‑
Star)算法生成局部规划的避障路径。5.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：所述步骤S5中林火目标识别中，需要实现森林环境背景条件下识别林火目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟，张曦，王力，于春雨，郐士超，
申请(专利权)人：应急管理部沈阳消防研究所，
类型：发明
国别省市：