CN105741466B - 用于环保监测的飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于环保监测的飞行器，包括无人机本体、固定架、探测装置、气体监测装置，设置了彩色摄像机以及气体监测装置，可利用无人机进行特殊区域的大气监测，使用的时候，利用彩色摄像机将采集的图像发送到控制系统，控制系统可以看到现场情况，利用气体监测装置进行大气监测，由于无人机处于高位，对排放气体监测，有较大的优势，可以满足用户的使用需求。

Description

用于环保监测的飞行器

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种用于环保监测的飞行器。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机按应用领域，可分为军用与民用。无人机在民用领域用途广泛，主要用于警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等行业。

随着社会经济的快速发展，探测装置已经广泛应用到包括防火、交通、智能识别等领域当中。在环保领域中，探测装置在某些场合下无法有效及时的做好监测工作。因此，带有探测装置的无人机被人们设计了出来。

鉴于此，本发明提供了一种用于环保监测的飞行器。

发明内容

本发明的目的在于一种用于环保监测的飞行器，以解决现有技术中在环保领域，探测装置在某些场合下无法有效及时的做好监测工作的问题。

为实现本发明的目的，本发明提供一种用于环保监测的飞行器，包括无人机本体、固定架、探测装置、气体监测装置，所述固定架设置于所述无人机本体的下部，所述探测装置通过固定架与无人机本体相连接，所述探测装置包括摄像头、第一电源模块、第一通信模块，所述摄像头为彩色摄像机，所述彩色摄像机用于采集彩色图像信息，所述第一电源模块用于给所述彩色摄像机供电，所述探测装置通过通信模块将彩色图像信息发送给控制系统，所述气体监测装置用于监测特定区域内的大气状况，其包括设置于无人机本体的气体探测仪以及第二电源模块、第二通信模块，所述气体探测仪通过所述第二通信模块与控制系统相连接。

其中，所述探测装置还包括外壳，所述摄像头、电源模块、通信模块安装于所述外壳内，所述外壳的前端安装有透明视窗。

其中，所述无人机本体包括飞行平台及动力系统和自动控制模块，所述自动控制模块包括GPS导航系统、航姿控制系统、高度计以及云台，所述探测装置通过固定架与云台连接。

其中，所述控制系统包括遥控及遥测通讯设备、图像数据接收模块、图像数据处理模块、报警触发模块。

其中，所述图像数据处理模块包括处理彩色图像信息的彩色火算法单元，所述彩色火算法单元处理彩色图像信息按照如下步骤进行：

(1)视频采用YUV420格式，首先从视频图像获取装置中获取视频序列；

(2)为了更好的分割疑似火焰区域，将图像从YUV颜色空间转换到RGB颜色空间；

(3)根据每个像素点在RGB三通道的颜色信息，利用马氏距离判别

当前像素点颜色是否属于火焰像素，马氏距离的原理如下，计算当前像素点到各个类别中心的距离：D²(X,μ_i)＝(X-μ_i)^TS_i ^-1(X-μ_i)S_i和μ_i分别为类别的协方差和类别中心，首先收集大量火焰的干扰物的样本，建立火焰类μ₁和μ₂干扰物类，然后通过下式：D(X,μ₁)＜D(X,μ₂)判断X属于火焰像素点；

(4)利用混合高斯背景模型，求取每帧的移动前景；

(5)将同时满足步骤(3)和(4)的点，标记为火焰像素点，进行区域连接，并求取参数；

(6)提取步骤(5)中求取的疑似火焰区域的特征，包括：面积特征、颜色特征、填充率变化特征、质心移动距离特征、灰度特征；

(7)将上述求取的特征输入到训练好的SVM分类器，最终判定该区域是否为火焰。

其中，所述图像数据处理模块包括处理彩色图像信息的烟雾检测算法单元，所述烟雾检测算法单元处理彩色图像信息按照如下步骤进行：

(1)从视频图像获取装置获取视频图像序列；

(2)根据视频图像数据采用累积帧差法求取疑似烟雾区域，累积帧数可按照算法需求自行定义；

帧差法基本原理可以用下面公式看出：

|i(t)-i(t-1)|<T 背景

|i(t)-i(t-1)|>＝T 前景

其中，i(t),i(t-1)分别为t,t-1时刻对应像素点的像素值,T为阈值；

(3)根据烟雾静态特征具体包括：最小面积、颜色特征、灰度特征和烟雾动态特征具体包括飘动性特、面积变化特征去除虚假信息，判断是否满足烟雾所有特征；

(4)若满足烟雾所有特征，疑似区域将会预警，采用标记Alarm计数，当预警次数Alarm>T时输出烟雾报警，其中T为预警阈值。

本发明，设置了彩色摄像机以及气体监测装置，可利用无人机进行特殊区域的大气监测，使用的时候，利用彩色摄像机将采集的图像发送到控制系统，控制系统可以看到现场情况，利用气体监测装置进行大气监测，由于无人机处于高位，对排放气体监测，有较大的优势，可以满足用户的使用需求。

附图说明

图1所示为本发明的结构示意图；

图2所示为本发明的彩色火算法单元处理彩色图像信息方法流程图；

图3所示为本发明的烟雾算法单元处理彩色图像信息方法流程图；

图中：1.无人机本体，2.固定架，3.探测装置，4-气体监测装置。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既可以包括某一部件与另一部件直接连接，也可以包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

如图1所示，本发明提供了本发明提供用于环保监测的飞行器，包括无人机本体1、固定架2、探测装置3、气体监测装置4，所述固定架2设置于所述无人机本体1的下部，所述探测装置3通过固定架2与无人机本体1相连接，所述探测装置3包括摄像头、第一电源模块、第一通信模块，所述摄像头为彩色摄像机，所述彩色摄像机用于采集彩色图像信息，所述第一电源模块用于给所述彩色摄像机供电，所述探测装置通过通信模块将彩色图像信息发送给控制系统，所述气体监测装置4用于监测特定区域内的大气状况，其包括设置于无人机本体1的气体探测仪以及第二电源模块、第二通信模块，所述气体探测仪通过所述第二通信模块与控制系统相连接。所述控制系统可以为前端控制或者后台控制。

其中，所述探测装置3还包括外壳，所述摄像头、电源模块、通信模块安装于所述外壳内，所述外壳的前端安装有透明视窗。

其中，所述无人机本体1包括飞行平台及动力系统和自动控制模块，所述自动控制模块包括GPS导航系统、航姿控制系统、高度计以及云台，所述探测装置通过固定架与云台连接。所述云台为稳定平台，稳定平台可消除抖动，提高图像质量，同时，还可以变换航拍视角。

本发明，设置了彩色摄像机以及气体监测装置，可利用无人机进行特殊区域的大气监测，使用的时候，利用彩色摄像机将采集的图像发送到控制系统，控制系统可以看到现场情况，利用气体监测装置进行大气监测，由于无人机处于高位，对排放气体监测，有较大的优势，可以满足用户的使用需求。

在优选实施例中，为了使探测装置放置方便、安全，可以设置如下结构：所述无人机本体设置有容纳腔，所述云台设置于容纳腔内，所述固定架为升降式固定架，具体地，所述固定架包括固定气缸、锁扣，所述固定气缸的上端部与云台相连接，固定气缸的活塞杆与锁扣固定连接，所述探测装置外壳上端面设置有连接环，使用时，使用锁扣锁紧连接环，从而可以将探测装置与固定气缸相连接。在不使用的时候，可以利用气缸将探测装置缩入容纳腔内，从而，可以很好地放置探测装置，无人机也可以较为随意的升降和停放；使用的时候，可以利用气缸将探测装置伸出容纳腔外。

同样地，可以将气体监测装置，同样设置如上的伸缩式结构，将播放器与设置于容纳腔内的气缸相连接，通过气缸的伸缩，带动播放器的伸出与缩回。

在优选的实施例中，为了使得外壳结构简单、制作加工方便，可将外壳分为上盖和下壳结构，所述上盖的一端与所述下壳铰接，另一端通过锁紧件与下壳连接，所述下壳包括前盖、中间部分以及后壳，所述镜头安装在钣金件上，所述尾线穿过所述后壳与供电源连接，所述上盖的内侧粘贴有密封EVA泡棉，所述下壳与所述上盖密封连接处设置有密封橡胶条，所述密封EVA泡棉表面均匀粘贴导电布，且粘贴后两者之间无缝隙，所述密封橡胶条表面完全粘贴有导电布，且粘贴后导电布表面光顺两者之间无缝隙。利用上述结构，可以避免外壳内的电子部件被静电损坏。

在优选实施例中，为了保证透明视窗的清洁，在透明视窗外侧的外壳上设置有气流喷头，所述气流喷头通过管路与气泵连接，所述气泵与控制器连接，所述气流喷头可以为多个，喷头出气口朝向透明视窗，可通过控制器设置气流喷头的喷射时间以及间隔时间。

在优选实施例中，所述控制系统包括遥控及遥测通讯设备、图像数据接收模块、图像数据处理模块、报警触发模块。

如图2所示，其中，所述图像数据处理模块包括处理彩色图像信息的彩色火算法单元，所述彩色火算法单元处理彩色图像信息按照如下步骤进行：

(1)视频采用YUV420格式，首先从视频图像获取装置中获取视频序列；

(2)为了更好的分割疑似火焰区域，将图像从YUV颜色空间转换到RGB颜色空间；

(3)根据每个像素点在RGB三通道的颜色信息，利用马氏距离判别

当前像素点颜色是否属于火焰像素，马氏距离的原理如下，计算当前像素点到各个类别中心的距离：D²(X,μ_i)＝(X-μ_i)^TS_i ^-1(X-μ_i)S_i和μ_i分别为类别的协方差和类别中心，首先收集大量火焰的干扰物的样本，建立火焰类μ₁和μ₂干扰物类，然后通过下式：D(X,μ₁)＜D(X,μ₂)判断X属于火焰像素点；

(4)利用混合高斯背景模型，求取每帧的移动前景；

(5)将同时满足步骤(3)和(4)的点，标记为火焰像素点，进行区域连接，并求取参数；

(6)提取步骤(5)中求取的疑似火焰区域的特征，包括：面积特征、颜

如图3所示，在优选实施例中，所述图像数据处理模块包括处理彩色图像信息的烟雾检测算法单元，所述烟雾检测算法单元处理彩色图像信息按照如下步骤进行：

(1)从视频图像获取装置获取视频图像序列；

(2)根据视频图像数据采用累积帧差法求取疑似烟雾区域，累积帧数可按照算法需求自行定义；

帧差法基本原理可以用下面公式看出：

|i(t)-i(t-1)|<T 背景

|i(t)-i(t-1)|>＝T 前景

其中，i(t),i(t-1)分别为t,t-1时刻对应像素点的像素值,T为阈值；

(3)根据烟雾静态特征具体包括：最小面积、颜色特征、灰度特征和烟雾动态特征具体包括飘动性特、面积变化特征去除虚假信息，判断是否满足烟雾所有特征；

(4)若满足烟雾所有特征，疑似区域将会预警，采用标记Alarm计数，当预警次数Alarm>T时输出烟雾报警，其中T为预警阈值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于环保监测的飞行器，其特征在于，包括无人机本体、固定架、探测装置、气体监测装置，所述固定架设置于所述无人机本体的下部，所述探测装置通过固定架与无人机本体相连接，所述探测装置包括摄像头、第一电源模块、第一通信模块，所述摄像头为彩色摄像机，所述彩色摄像机用于采集彩色图像信息，所述第一电源模块用于给所述彩色摄像机供电，所述探测装置通过通信模块将彩色图像信息发送给控制系统，所述气体监测装置用于监测特定区域内的大气状况，其包括设置于无人机本体的气体探测仪以及第二电源模块、第二通信模块，所述气体探测仪通过所述第二通信模块与控制系统相连接；所述无人机本体包括飞行平台及动力系统和自动控制模块，所述自动控制模块包括GPS导航系统、航姿控制系统、高度计以及云台，所述探测装置通过固定架与云台连接；所述无人机本体设置有容纳腔，所述云台设置于容纳腔内，所述固定架为升降式固定架，所述固定架包括固定气缸、锁扣，所述固定气缸的上端部与云台相连接，固定气缸的活塞杆与锁扣固定连接，所述探测装置外壳上端面设置有连接环，使用时，使用锁扣锁紧连接环，从而可以将探测装置与固定气缸相连接；在不使用的时候，可以利用气缸将探测装置缩入容纳腔内，从而，可以很好地放置探测装置，无人机也可以较为随意的升降和停放；使用的时候，可以利用气缸将探测装置伸出容纳腔外。

2.根据权利要求1所述的用于环保监测的飞行器，其特征在于，所述探测装置还包括外壳，所述摄像头、电源模块、通信模块安装于所述外壳内，所述外壳的前端安装有透明视窗。

3.根据权利要求1所述的用于环保监测的飞行器，其特征在于，所述控制系统包括遥控及遥测通讯设备、图像数据接收模块、图像数据处理模块、报警触发模块。

4.根据权利要求3所述的用于环保监测的飞行器，其特征在于，所述图像数据处理模块包括处理彩色图像信息的彩色火算法单元，所述彩色火算法单元处理彩色图像信息按照如下步骤进行：

(1)视频采用YUV420格式，首先从视频图像获取装置中获取视频序列；

(2)为了更好的分割疑似火焰区域，将图像从YUV颜色空间转换到RGB颜色空间；

(3)根据每个像素点在RGB三通道的颜色信息，利用马氏距离判别当前像素点颜色是否属于火焰像素，马氏距离的原理如下，计算当前像素点到各个类别中心的距离：D²(X,μ_i)＝(X-μ_i)^TS_i ^-1(X-μ_i)S_i和μ_i分别为类别的协方差和类别中心，首先收集大量火焰的干扰物的样本，建立火焰类μ₁和μ₂干扰物类，然后通过下式：D(X,μ₁)＜D(X,μ₂)判断X属于火焰像素点；

(4)利用混合高斯背景模型，求取每帧的移动前景；

(5)将同时满足步骤(3)和(4)的点，标记为火焰像素点，进行区域连接，并求取参数；

(6)提取步骤(5)中求取的疑似火焰区域的特征，包括：面积特征、颜色特征、填充率变化特征、质心移动距离特征、灰度特征；

(7)将上述求取的特征输入到训练好的SVM分类器，最终判定该区域是否为火焰。

5.根据权利要求4所述的用于环保监测的飞行器，其特征在于，所述图像数据处理模块包括处理彩色图像信息的烟雾检测算法单元，所述烟雾检测算法单元处理彩色图像信息按照如下步骤进行：

(1)从视频图像获取装置获取视频图像序列；

(2)根据视频图像数据采用累积帧差法求取疑似烟雾区域，累积帧数可按照算法需求自行定义；

帧差法基本原理可以用下面公式看出：

|i(t)-i(t-1)|<T 背景

|i(t)-i(t-1)|>＝T 前景

其中，i(t),i(t-1)分别为t,t-1时刻对应像素点的像素值,T为阈值；

(3)根据烟雾静态特征具体包括：最小面积、颜色特征、灰度特征和烟雾动态特征具体包括飘动性特、面积变化特征去除虚假信息，判断是否满足烟雾所有特征；

(4)若满足烟雾所有特征，疑似区域将会预警，采用标记Alarm计数，当预警次数Alarm>T时输出烟雾报警，其中T为预警阈值。