CN105763842A - 带有消防探测功能的飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带有消防探测功能的飞行器，包括无人机本体、固定架、探测装置、消防探测装置，本发明，设置了彩色摄像机作为消防探测装置，通过设定无人机的巡检区域，自动控制或后台控制进行巡检，由于无人机处于高位，视野开拓，可以在恶劣环境以及人迹难以到达的地方进行巡检，从而，满足用户的使用需求。
Description
技术领域
本发明属于消防探测技术领域，尤其涉及一种带有消防探测功能的飞行器。
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。在某些场合下，探测装置无法有效及时的做好监测工作，尤其是在恶劣环境以及人员难以到达的地方。因此，带有探测装置的无人机被人们设计了出来。
鉴于此，本发明提供了一种带有消防探测功能的飞行器。
发明内容
本发明的目的在于一种带有消防探测功能的飞行器，以解决现有技术中在某些场合下，探测装置无法有效及时的做好监测工作的问题，尤其是在恶劣环境以及人员难以到达的地方。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种带有消防探测功能的飞行器，包括无人机本体、固定架、探测装置，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、电源模块、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。
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，所述报警触发模块用于根据图像数据处理模块的图像分析结果，将疑似火点的位置以及可能起火的物品资料，发送给消防安全部门，由人工对疑似火点进行核实。
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,μi)＝(X-μi)TSi -1(X-μi)Si和μi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，设置了彩色摄像机作为消防探测装置，通过设定无人机的巡检区域，自动控制或后台控制进行巡检，由于无人机处于高位，视野开拓，可以在恶劣环境以及人迹难以到达的地方进行巡检，从而，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所示为本发明彩色火算法单元处理彩色图像信息的方法流程图；
图3所示为本发明烟雾检测算法单元处理彩色图像信息的方法流程图；
图中：1.无人机本体，2.固定架，3.探测装置。
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、图2、图3所示，本发明提供了一种带有消防探测功能的飞行器，包括无人机本体1、固定架2、探测装置3，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、电源模块、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。
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消防探测装置，可利用无人机进行应急疏散指挥，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，控制系统根据现场情况，通过远程语音控制，利用无人机进行应急疏散指挥，由于无人机处于高位，视野开拓，因此，可有效地开展应急疏散工作，可以满足用户的使用需求。另外，本发明中的无人机也可以自主识别到需要应急疏散的方位后，现场自主进行疏散指挥。
在优选实施例中，控制系统通过GPS卫星通讯，对无人机进行定位和导航，无人机实时回传航拍图像以及无人机的位置信息，控制系统通过对图像进行实时分析，判断出现疑似火情，一方面，地面系统控制触发报警装置，并将疑似火情的位置以及可能起火的物品信息，发送给消防安全部门，由人工对火情进行核实，人工核实起火后，立即将起火位置以及起火物品、注意事项等信息发送给消防队，消防队展开消防救援和群众疏散工作；另一方面，控制系统对无人机发出指令，使得无人机悬停在火情处附近上空，无人机读取控制系统数据库中的物品资料信息，或者，控制系统向无人机发送物品资料信息，无人机悬停在火点附近上空，并通过扬声器、指示灯等辅助消防人员进行消防以及疏散等，当物品资料信息中存在危险化学物品时，进行危险化学物品提示。
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，可以将语音播放装置，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，所述报警触发模块用于根据图像数据处理模块的图像分析结果，将疑似火点的位置以及可能起火的物品资料，发送给消防安全部门，由人工对疑似火点进行核实。
如图2所示，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,μi)＝(X-μi)TSi -1(X-μi)Si和μi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。
如图3所示，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 (6)
1.一种带有消防探测功能的飞行器，其特征在于，包括无人机本体、固定架、探测装置，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、电源模块、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。
2.根据权利要求1所述的带有消防探测功能的飞行器，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所述的带有消防探测功能的飞行器，其特征在于，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。
4.根据权利要求1所述的带有消防探测功能的飞行器，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,所述报警触发模块用于根据图像数据处理模块的图像分析结果，将疑似火点的位置以及可能起火的物品资料，发送给消防安全部门，由人工对疑似火点进行核实。
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,μi)＝(X-μi)TSi -1(X-μi)Si和μi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。
6.根据权利要求4所述的带有消防探测功能的飞行器，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。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |