CN101551458A

CN101551458A - 激光测距定位快速探测森林火灾系统

Info

Publication number: CN101551458A
Application number: CNA2009100517905A
Authority: CN
Inventors: 刘济帆; 张雷; 王建宇
Original assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2009-10-07

Abstract

本发明公开了一种激光测距定位快速探测森林火灾的系统，它由激光测距定位单元，以及指挥信息平台组成。重点公开了集成激光测距模块、数字罗盘、磁倾仪、GPS/北斗双模定位通信模块于一体的激光测距定位单元，采用北斗一代卫星的短报文通信功能发送火情信息。其优点是：激光测距定位单元相比于传统测绘手段，可以更加快速地远程测定着火点的三维坐标，节约森林火灾发现初期的宝贵时间；GPS/北斗双模定位的方法定位精度更高；北斗一代通信链路相比于有线通信网或其他的无线通信方式，更加安全、可靠、稳定；基于3D－GIS数据库的指挥信息平台监控系统可以准确直观地显示出火警的具体位置，为组织扑救工作提供有效的指导信息。

Description

激光测距定位快速探测森林火灾系统

技术领域：

本发明属于地理位置测量技术领域，具体指一种激光测距定位快速探测森林火灾的系统及方法，它用于测量森林火情地点的三维坐标，并经北斗一代卫星将火情位置信息实时发送到指挥信息平台，从而实现发现火情时的快速定位和告警。

背景技术：

森林是人类赖以生存的重要资源之一，但是，由于人为或自然因素，森林火灾每年都会发生，重创生态环境和国家经济。1950年以来，我国年均发生森林火灾13067起，受害森林面积653019公顷。根据林火面积大小，可将森林火灾分为森林火警(受害森林面积不足1公顷)、一般森林火灾(受害森林面积在1公顷以上100公顷以下)、重大森林火灾(受害森林面积在100公顷以上1000公顷以下)、特大森林火灾(受害森林面积1000公顷以上)。

事实上，大多数严重的森林火灾都是由于起初的森林火警未能被及时发现、定位和扑救引起的。当发现森林火警时，经常出现扑救人员进入密林后难以快速找到火源地点的情况，使火灾初期的扑救工作带有很大的盲目性，从而浪费了时间，错过了火灾发现早期的最佳扑救时机。因此，快速发现、定位和通报森林火警具有极其重要的意义。

随着激光和电子技术的发展，激光测距仪获得了广泛的应用，但传统的激光测距仪仅能获得被测点与观察点的相对距离。将激光测距系统与角度测量系统集成，就能测量被测点相对观测点的三维坐标，再结合卫星定位系统，即可获得火警发生地点的地理坐标。同时，通过北斗一代卫星的短报文通信功能，可将火警信息快速、及时、可靠地发送给指挥信息平台。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能快速测定并实时发送火情坐标信息的系统，并在集成北斗一代短报文通信的基础上实现森林火情位置的快速、准确测定以及火警信息的及时、可靠发送。

本发明的系统设计方法是将激光测距模块、数字罗盘、磁倾仪、GPS/北斗双模定位通信模块集成为一体的激光测距定位单元，安装于林区瞭望塔上，借助北斗一代短报文通信功能来快速测定和传输火情位置信息；指挥信息平台收到火情信息后将发出声光报警，并在3D-GIS数据库的基础上，快速准确地在三维电子地图上显示出火情位置。其中：

(1)激光测距定位单元

激光测距模块2和GPS/北斗双模定位通信模块3，可同时接收并结算GPS和北斗的卫星定位数据。同时，GPS/北斗双模定位通信模块3还集成了北斗一代卫星的短报文通信功能，可将火情信息通过北斗卫星发送至指挥信息平台。4和5分别为GPS信号和北斗信号的接收天线。6为数字罗盘，可测量激光出射的水平角，测量范围0°～360°。7为磁倾仪，测量激光出射的倾斜角，测量范围-90°～+90°。2～7组成了激光测距定位单元的探测头部，其安装于云台1上，云台1既可以人工调整姿态，也可以由程序控制其水平和垂直旋转。8为控制和处理单元(如单片机、DSP、FPGA、ARM等)，用来控制2、3、6、7的工作及数据采集，同时，也可控制云台1的动作。除此之外，8还负责数据的解算、提取、各种测量数据的信息融合、输出显示以及通信控制。9为显示模块，可以将结果数据显示出来。10为输入模块，用来完成程序的下载更新、值守人员手动控制等功能，包括程序下载口、各种按钮、开关阵列等。11是电源模块，为系统的各部分供电。

(2)指挥信息平台

12为计算机，是整个指挥信息平台的控制和运算核心。13为北斗短报文收报机，接收通过北斗卫星传送来的火情报文。14为北斗卫星接收天线。在计算机收到火情报文的同时，还会触发鸣叫扬声器15鸣叫以及告警灯16闪烁，以快速吸引指挥信息平台值守人员的注意。17为3D-GIS数据库，存储了林区的三维矢量地图，可以快速搜索、确定火源地点坐标在矢量地图上的具体位置。18为显示屏，可以显示整个林区或局部区域的电子地图，着火点位置确定后，就可以在电子地图上显示出来。

本发明的创新点在于：

(1)本发明设计的激光测距定位单元改进了传统的激光测距仪，加入了角度测量模块和卫星定位模块，不仅能测量着火点的距离，还能远程测量出着火点的三维地理坐标。

(2)采用了GPS/北斗双模定位通信模块。由于北斗一代卫星和GPS卫星的轨道高度不同，因此双模定位的方法相比普通的GPS接收机能够提高定位精度。

(3)利用了北斗一代导航卫星的短报文通信功能，解决了有线通信网络架设成本高、维护困难、故障率高的缺点；同时，相比于蜂窝无线通信或外国商业通信卫星，北斗一代的通信链路更加安全、稳定、可靠。

(4)应用3D-GIS数据库，可以快速、准确、直观地将火警的具体位置在三维电子地图上显示出来，以便制定应对方案和组织扑救。

本发明的技术效果：

(1)激光测距定位单元使用十分简单，相比于传统测绘手段，可以极快地完成着火点三维坐标的测定，节约火情发现早期十分宝贵的时间。

(2)北斗一代的通信链路安全、稳定、快速，且无需维护、故障可能性极低，无论在什么情况下，都能可靠地将火警信息传送至指挥信息平台，很大程度上防止了因通信故障造成的信息传送失败、错误或延误。

附图说明：

图1是激光测距定位单元的设计示意图；

图中：1——云台；

2——激光测距模块；

3——GPS/北斗双模定位通信模块；

4——GPS天线；

5——北斗天线；

6——数字罗盘；

7——磁倾仪；

8——控制和处理单元；

9——显示模块；

10——输入模块；

11——电源模块。

图2是指挥信息平台的系统结构；

图中：12——计算机；

13——北斗短报文收报机；

14——北斗天线；

15——鸣叫扬声器；

16——告警灯；

17——3D-GIS数据库；

18——显示屏。

具体实施方式：

下面结合附图给出本发明的一个实施例。

参阅图1，实施实例中采用NEWCON公司的LRB20000B激光测距仪，内部集成了数字罗盘和磁倾仪，RS232输出，量程为100～20000m，距离测量精度+/-3.5m，方位角测量精度+/-1度，倾斜角测量精度+/-0.4度，重量2.5kg。GPS/北斗双模定位通信模块选用南京指南针公司的北斗/GPS双模一体机，能同时接收北斗一代卫星和GPS卫星的信号进行定位，并且集成了北斗一代的短报文通信功能，RS232通信接口。处理器采用LPC2300系列32位ARM7芯片，处理器时钟高达72MHz，片内集成高达512KB的Flash ROM和58KB的SRAM，无需扩展外围存储芯片。LPC2300还具有4路UART口，可以方便地采集各个模块的输出数据以及进行串口通信。显示模块采用标准4×20字符LCD，可以实时显示出被测点的经纬度和高程。云台可以通过机械限位机构手动或电控调整水平、垂直转角，内置大功率步进电机，配合高强度齿轮组，确保载重运转稳定可靠，具体外形尺寸可根据实际需求及瞭望塔的安装条件定制。

参阅图2，指挥信息平台的计算机和3D-GIS数据库采用HP的xw8600图形工作站，最大可配备5T硬盘，可以存储海量3D-GIS信息；配备了两块NVIDIA Quadro FX5800专业级3D显卡，结合运算能力十分强大的Intel多核CPU，可以快速流畅地实现三维电子地图的显示、缩放、旋转等。北斗短报文收报机选用北斗星通公司的便携式北斗用户机，具有双向报文通信功能。

激光测距定位快速探测森林火灾系统的应用方法具体如下：

(1)实验室调试激光测距定位单元的各项性能，包括距离测量、角度测量、卫星定位坐标测量等，同时测试其显示、按钮控制、串口通信等各项功能。

(2)结合瞭望塔的具体情况，将云台1恰当地安装固定，并测试安装的机械强度和载荷能力。

(3)激光测距定位单元安装于云台上，再进行现场调试，调试内容与(1)相同，同时进行云台负重后的控制性测试和稳定性测试。

(4)发生火警时，调整云台姿态，使激光测距定位单元瞄准着火点，启动激光测距定位单元，完成三维坐标的远程测量。计算出的坐标数据在LCD上显示，由瞭望塔值守人员进行初判。初判无误后，值守人员通过输入模块10手动下达发送火警短报文指令，火警消息通过北斗一代通信链路发出。

(5)指挥信息平台接收到火警消息后，自动启动声光报警，并在3D-GIS数据库的基础上，快速搜索、确定火警发生的具体位置并在三维电子地图上显示。指挥信息平台管理人员可根据火警发生的确切坐标，迅速制定应对方案，组织扑救。

Claims

1.一种激光测距定位快速探测森林火灾的系统，它包括激光测距定位单元以及指挥信息平台，其特征在于：

所述的激光测距定位单元安装在云台(1)上，配备有测量着火点的距离的激光测距模块(2)、测量测距激光束水平角的数字罗盘(6)、测量测距激光束倾斜角的磁倾仪(7)和测量测量点所在地理位置的GPS/北斗双模定位通信模块(3)；

所述的指挥信息平台配备有北斗短报文收报机(13)、存储了林区的三维矢量地图的3D-GIS数据库(17)，计算机(12)和鸣叫扬声器(15)以及告警灯(16)；

系统工作时，调整云台姿态，使激光测距定位单元瞄准着火点，启动激光测距定位单元，完成三维坐标的远程测量，通过GPS/北斗双模定位通信模块(3)将测量数据发送至指挥信息平台，指挥信息平台接收到火警消息后，计算机(12)自动启动鸣叫扬声器(15)以及告警灯(16)声光报警，并在3D-GIS数据库(17)中快速搜索，确定出火警发生的具体位置并在三维电子地图上显示。

2.根据权利要求1所述的一种激光测距定位快速探测森林火灾的系统，其特征在于：所述的激光测距模块(2)的有效量程为100～20000m。

3.根据权利要求1所述的一种激光测距定位快速探测森林火灾的系统，其特征在于：所述的测量测距激光束水平角的的数字罗盘(6)的量程为0°～360°。

4.根据权利要求1所述的一种激光测距定位快速探测森林火灾的系统，其特征在于：所述的测量测距激光束倾斜角的磁倾仪(7)的量程为-90°～+90°。