【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及识别预警领域，尤其涉及一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统。
技术介绍
1、无人机作为一种高效、灵活的机动平台，已广泛应用于各个领域，包括农业、测绘、环境监测等。在森林火灾预防和监测方面，无人机也具有巨大的潜力。基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统可以提高火灾预警的准确性和及时性，有助于保护人们的生命财产安全。
2、森林火灾是严重的自然灾害之一，它不仅对生态环境造成破坏，还威胁到人们的生命安全和经济利益。因此，早期的火灾预警对于及时采取措施进行灭火和救援至关重要。
3、无人机具有机动性强、可携带各种传感器、能够在复杂环境下飞行等优势，使其成为理想的森林火灾预警工具。无人机可以快速到达火灾现场，通过高空俯瞰的方式获取火灾相关的信息，提高了监测范围和效率。
4、基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统依赖于先进的图像处理和模式识别技术。无人机搭载高分辨率的摄像头和其他传感器，利用图像处理算法对火灾相关特征进行分析和识别。这些特征可能包括火焰、烟雾、热点等。
5、在预警系统中，无人机通过航拍获取火灾现场的图像和视频数据。这些数据会被传输到地面控制中心，通过图像处理算法和模式识别技术进行分析。系统可以自动识别和跟踪火灾目标，并进行实时报警。同时，系统也可以对火灾场景进行监测和评估，为灭火行动提供支持和指导。
6、基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统相比传统的火灾监测方法具有以下优势：高效性：无人机可以快速到达火灾现场，及时采集数据，提高火灾预警和应对的速度
7、基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统有着广阔的应用前景。它可以应用于森林防火监测、早期火灾预警、火灾扑救指挥、火灾评估等方面。随着无人机技术的不断发展和成熟，该系统将进一步提高火灾预警和防控水平，保护人们的生命财产安全。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术提出一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统，采用淘金优化算法完成无人机森林指定区域航迹规划，完成对森林指定区域的巡检任务，采用指数分布优化器对n-hits模型优化，并利用改进的n-hits模型提高火灾预警和防控水平，保护人们的生命财产安全。
2、技术方案：本专利技术提供了一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统，包括地图信息采集模块、无人机飞行模块、火灾信息采集装置、火灾信息分析存储模块、云端服务器模块、火灾预警模块以及通信模块；所述火灾预警系统的执行过程如下：
3、步骤1：无人机机载激光雷达通过激光束的传播完成指定森林区域环境信息的采集，同时使用云端服务器模块完成完整环境模型的构建；
4、步骤2：无人机飞行模块根据地图信息采集模块生成的指定森林区域环境模型，云端服务器模块根据环境信息建立以最小化无人机执行任务时间和为目标函数的环境模型，并采用淘金优化算法gro对无人机巡检航迹进行规划；
5、步骤3：无人机对森林指定区域巡检过程中，无人机机载火灾信息采集装置对森林指定区域进行监控火灾多目标时序数据采集，并将多目标时序数据通过通信模块发送至火灾信息分析存储模块进行识别分类及存储；
6、步骤4：火灾信息分析存储模块对所采集的时序数据经过卡尔曼滤波技术，对森林多目标时序数据进行降噪处理，然后进行z-score标准化方法进行数据预处理，最后将森林多目标时序数据输入改进n-hits模型进行森林火灾现象识别判断；所述改进n-hits模型采用指数分布优化器edo对n-hits模型中的隐藏向量hl和表现率rl进行最优解求解，得到最优的改进n-hits模型；
7、步骤5：若步骤4改进n-hits模型识别森林指定区域发生火灾现象，则云端服务器模块通过通信模块发送指令至火灾预警模块，火灾预警模块进行实时警报；反之重复步骤3。
8、进一步地，所述步骤2中的云端服务器模块根据环境信息建立以最小化无人机执行任务时间和为目标函数的环境模型，并采用淘金优化算法gro对无人机巡检航迹进行规划的具体方法为：
9、将无人机执行任务时间分为无人机往返基地时间、无人机巡检森林时间、无人机绕过障碍物时间，以最小化无人机执行任务时间和为目标函数建立多无人机侦察任务分配模型为：
10、
11、
12、其中，ia为第ia台执行任务的无人机；jb为无人机第jb个巡检区域；表示第ia台无人机在第jb个巡检区域执行巡检任务；nu为无人机总数；nt表示无人机在森林中巡检区域编号；表示无人机是否执行任务的决策变量，执行任务时反之则为0；为无人机到任务地点的距离；表示无人机执行的第jb个任务时的任务地点编号；为无人机巡检时的飞行速度；为无人机在任务地点执行巡检任务时所需时间；q为无人机飞行过程中遇到的障碍物数量和；k表示第k个障碍物；表示无人机躲避第k个障碍物时所需消耗时间；表示无人机执行任务时是否会遇到障碍物的决策变量，遇到障碍物则反之则为0；
13、无人机在任务地点执行巡检任务时所需时间的计算公式为：
14、
15、其中，表示巡检任务点的长度；表示巡检任务点的宽度；r为无人机实际巡检区域的半径；为无人机巡检时的飞行速度；
16、无人机躲避第k个障碍物时所需消耗时间的计算公式为：
17、
18、其中，rk表示障碍k的近似半径；
19、采用淘金者搜索gro求解无人机对森林指定区域的巡检任务分配任务；其中无人机在gro算法中担任淘金者，无人机通过模拟淘金者搜索金矿的任务过程。
20、进一步地，所述淘金者搜索gro算法的具体实施过程如下：
21、淘金者的位置输入mgp矩阵，mgp矩阵的表达式如下：
22、
23、其中，xij表示淘金者i在第j维的位置；d是维度大小；n是淘金者的人数；
24、淘金者在淘金过程中使用评估函数来确定金矿的价值，淘金者搜索到金矿位置后，结合金矿的评价将其位置信息输入矩阵mf，mf矩阵的表达式如下：
25、
26、其中，xij是淘金者i在第j维的位置；
27、淘金者探索到的金矿的价值评估函数采用平均绝对误差函数对其进行计算，平均绝对误差函数mae的计算公式为：
28、
29、其中，ii表示淘金者i探测到第ii个金矿；nn为淘金者探测到的所有金矿数量和；为第ii个金矿的评估值；第ii个金矿的预估值；
30、在发现金矿后，淘金者迁移到金矿的位置进行淘金，评价最高的金矿位置是搜索空间的最优位置，淘金者向金矿的迁移；
31、每一个淘金者搜索到金矿后就会对其进行开采，此时，每个淘金者的位置被视为金矿的近似位置；最终得到无人机对森林指定区域的巡检航迹规划路径。...
【技术保护点】
1.一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统，其特征在于，包括地图信息采集模块、无人机飞行模块、火灾信息采集装置、火灾信息分析存储模块、云端服务器模块、火灾预警模块以及通信模块；所述火灾预警系统的执行过程如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统，其特征在于，所述步骤2中的云端服务器模块根据环境信息建立以最小化无人机执行任务时间和为目标函数的环境模型，并采用淘金优化算法GRO对无人机巡检航迹进行规划的具体方法为：
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统，其特征在于，所述淘金者搜索GRO算法的具体实施过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统，其特征在于，所述步骤3中无人机搭载的火灾多目标数据采集装置采用DHT11温度传感器、MQ-2烟雾传感器、MQ-7一氧化碳传感器分别采集温度、烟雾浓度和一氧化碳浓度三个特征的时序数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统，其特征在于，所述步骤4中采用改进N-HiTS模型
6.根据权利要求5所述的一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统，其特征在于，所述步骤4中采用指数分布优化器EDO对N-HiTS模型中的隐藏向量hl和表现率rl进行最优解求解，具体操作如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统，其特征在于，包括地图信息采集模块、无人机飞行模块、火灾信息采集装置、火灾信息分析存储模块、云端服务器模块、火灾预警模块以及通信模块；所述火灾预警系统的执行过程如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统，其特征在于，所述步骤2中的云端服务器模块根据环境信息建立以最小化无人机执行任务时间和为目标函数的环境模型，并采用淘金优化算法gro对无人机巡检航迹进行规划的具体方法为：
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机多目标识别的森林火灾预警系统，其特征在于，所述淘金者搜索gro算法的具体实施过程如下：
4.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文杰，陆子康，张敏，于文天，金德飞，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：
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