CN106448019A - 用于实时监测森林火灾的无人机监护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，包括设置在无人飞机内部的处理器、用于通讯数据传输的数据链路传输模块和设置在地面监控站的中央处理器，所述处理器的输入端分别与导航定位模块、显示单元和自动驾驶仪的输出端连接，并且处理器与储存模块一实现双向连接，所述处理器的输出端通过数据链路传输模块与微处理器的输入端连接。该用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，达到了实现多地区测量，避免了传统的火灾远程探测系统无法对污染源进行精确定位，极大的提高了监测的效果，达到了对森林火灾的精准判断，防止了造成森林火灾监控准确度底的问题，确保了无人机能源的持久使用，保证正常的工作。

Description

用于实时监测森林火灾的无人机监护系统

技术领域

本发明涉及无人机监护技术领域，具体为用于实时监测森林火灾的无人机监护系统。

背景技术

我国是森林资源大国，拥有森林面积1.95亿公顷，森林蓄积量为124.56亿立方米，森林覆盖率约为20.36％，1950年-2011年，我国平均每年发生森林火灾13067次，年均受害森林面积近653019公顷，对森林资源和生态环境的破坏所造成的损失非常大。森林火灾是世界性林业重要灾害之一，每年都有一定数量的发生，造成林业资源的重大损失和全球性环境污染。森林火灾具有突发性，灾害的发生的随机性，在较短的时间内能造成较大的损失的特点。因此一旦有火警发生，就必须以极快的速度采取扑救措施，扑救是否及时，决策是否得当，重要原因都取决于对林火行为的发现是否及时，分析是否准确合理，决策措施是否得当。如何实现森林防火工作的规范化，科学化，信息化，真正做到早发现，早解决火灾隐情。无人机森林防火系统已成为及早发觉，排除、消灭森林火灾隐情的必要手段。

传统的火灾远程探测系统往往只能静态探测某一区域的空气污染程度，无法实现多地区测量，并且传统的火灾远程探测系统无法对污染源进行精确定位，而且无人机的能源受到较大限制，监测效果不好，达不到对森林火灾的精准判断，因此造成森林火灾监控准确度底的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，解决了监测效果不好，达不到对森林火灾的精准判断，因此造成森林火灾监控准确度底的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，包括设置在无人飞机内部的处理器、用于通讯数据传输的数据链路传输模块和设置在地面监控站的中央处理器，所述处理器的输入端分别与导航定位模块、显示单元和自动驾驶仪的输出端连接，并且处理器与储存模块一实现双向连接，所述处理器的输出端通过数据链路传输模块与微处理器的输入端连接，并且微处理器的输出端分别与A/D转换器和中央处理器的输入端信号连接，所述A/D转换器的输出端与中央处理器的输入端连接，并且中央处理器的输出端分别与显示单元和声光报警器的输入端连接，所述中央处理器还与储存模块二实现双向连接。

优选的，所述处理器的输入端与蓄电池的输出端电性连接，并且蓄电池的输出端还分别与自动驾驶仪、导航定位模块和监测单元的输入端电性连接，所述蓄电池的输入端与电压转换器的输出端连接，并且电压转换器的输入端与太阳能板的输出端连接。

优选的，所述监测单元包括温度检测传感器、烟雾检测传感器、CCD摄像头和红外热成像仪，并且温度检测传感器、烟雾检测传感器、CCD摄像头和红外热成像仪的输出端均与处理器的输入端连接。

优选的，所述显示单元包括若干个设置在地面监控站的触摸式显示器。

优选的，所述中央处理器的输入端还与电源模块的输出端电性连接，并且电源模块的输出端与微处理器的输入端电性连接。

(三)有益效果

本发明提供了用于实时监测森林火灾的无人机监护系统。具备以下有益效果：

(1)、该用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，通过无人飞机内部设置有的处理器，处理器的输出端通过数据链路传输模块与微处理器的输入端连接，以及自动驾驶仪、导航定位模块、温度检测传感器、烟雾检测传感器、CCD摄像头、红外热成像仪、中央处理器、显示器和声光报警器的配合设置，解决了传统的火灾远程探测系统往往只能静态探测某一区域空气污染程度的情况，达到了实现多地区测量，避免了传统的火灾远程探测系统无法对污染源进行精确定位，极大的提高了监测的效果，达到了对森林火灾的精准判断，防止了造成森林火灾监控准确度底的问题。

(2)、该用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，通过无人飞机上固定连接有的蓄电池，蓄电池的输入端通过电压转换器与太阳能板的输出端电性连接，避免了无人机由于能源的限制导致无法进行监测的情况，确保了无人机能源的持久使用，保证正常的工作。

附图说明

图1为本发明的系统结构原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，如图1所示，包括设置在无人飞机内部的处理器、用于通讯数据传输的数据链路传输模块和设置在地面监控站的中央处理器，处理器的输入端分别与导航定位模块、显示单元和自动驾驶仪的输出端连接，导航定位模块为GPS导航仪，GPS定位主要用于对移动的人、宠物、车及设备进行远程实时定位监控的一门技术，GPS定位是结合了GPS技术、无线通信技术、图像处理技术及GIS技术的定位技术，自动驾驶仪是面向小型无人飞行器的高集成度高可靠性的无人机自动驾驶系统，它由自动驾驶仪、地面控制站、冗余电源管理模块等模块组成，自动驾驶仪是模仿驾驶员的动作驾驶飞机的，它由敏感元件、计算机和伺服机构组成，当某种干扰使飞机偏离原有姿态时，敏感元件(例如陀螺仪)检测出姿态的变化，计算机算出需要的修正舵偏量，伺服机构(或称舵机)将舵面操纵到所需位置，自动驾驶仪与飞机组成反馈回路，保证飞机稳定飞行，并且处理器与储存模块一实现双向连接，处理器的输出端通过数据链路传输模块与微处理器的输入端连接，数据链路传输模块采用北约国家共同开发的Link22数据链路，在数据通信网中，按链路协议的技术要求连接两个或多个数据站的电信设施，称为数据链路，简称数据链，数据链路除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输，若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路，其主要功能为链路管理、帧定界、流量控制、差错控制、将数据和控制信息区分开、透明传输和寻址，并且微处理器的输出端分别与A/D转换器和中央处理器的输入端信号连接，A/D转换器即模数转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件，通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号，由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小，故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小，而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小，模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示，转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好，A/D转换器的输出端与中央处理器的输入端连接，并且中央处理器的输出端分别与显示单元和声光报警器的输入端连接，声光报警器又叫声光警号，是为了满足客户对报警响度和安装位置的特殊要求而设置，同时发出声、光二种警报信号，报警器外壳为全不锈钢壳体，灯壳抗冲击能力强，清晰可视超高亮LED发光管，配备超强蜂鸣器，具有工作稳定，使用寿命长，功耗低，不受污染物和水的影响等特点，中央处理器还与储存模块二实现双向连接。

本发明中，处理器的输入端与蓄电池的输出端电性连接，蓄电池为高电压电池，采用型号为6S/22.8V/25C/12000mah，并且蓄电池的输出端还分别与自动驾驶仪、导航定位模块和监测单元的输入端电性连接，蓄电池的输入端与电压转换器的输出端连接，电压转换器是将输入的电压信号转换成电流信号的电路，是电压控制的电流源，并且电压转换器的输入端与太阳能板的输出端连接，太阳能板采用单晶硅太阳能板，单晶硅太阳能板的光电转换效率为15％左右，最高的达到24％，这是所有种类的太阳能板中光电转换效率最高的，由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达十五年，最高可达二十五年。

本发明中，监测单元包括温度检测传感器、烟雾检测传感器、CCD摄像头和红外热成像仪，并且温度检测传感器、烟雾检测传感器、CCD摄像头和红外热成像仪的输出端均与处理器的输入端连接，CCD摄像头是半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点，CCD摄像头的工作方式为被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出，视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像，它是半导体成像器件，为简化CCD摄像机的供电，一般从外部只输入电源(12V)，而机内其他各种电压值的电源都由电源变换获得，红外热成像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接收被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应，通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像，热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。

本发明中，显示单元包括若干个设置在地面监控站的触摸式显示器，触摸式显示器采用GetacS400加固型军工笔记本，防溅水、防尘、防撞，通过美军标MIL-STD-810G和IP5X两项认证，采用KryptoShell机壳，可提供完善的保护；密封的I/O端口可保护接口，免遭外部撞击，背光照明且亮度可调，可在弱光、强光环境中增强可见性，英特尔酷睿i5vPro处理器，英特尔HD4000核芯显卡，14TFTLCDHD显示器，8GBDDR3内存，SATA500GB硬盘，工作温度为-40℃到60℃。

本发明中，中央处理器的输入端还与电源模块的输出端电性连接，并且电源模块的输出端与微处理器的输入端电性连接，电源模块为市电电网，市电即我们所说的工频交流电，交流电的常用三个量来表征：电压、电流、频率，世界各国的常用交流电工频频率有50Hz与60Hz两种，民用交流电压分布由100V至380V不等。机房一般引入三相380V、50HZ的市电作为电源，但是设备的电源整流模块用的是单相220V的电压。

工作原理：使用前，工作人员对自动驾驶仪内部的程序路线进行设定，检查无人飞机内部监测单元是否正常运行，确保无人飞机内部固定连接有蓄电池正常运行。

使用时，监测单元正常，启动无人飞机，而无人飞机会根据自动驾驶仪设定好的程序路线对森林进行循环监测，无人飞机在对森林进行循环监测通过温度检测传感器、烟雾检测传感器、CCD摄像头和红外热成像仪对森林火灾进行实时监测。

同时，太阳能板对太阳光线进行采集，采集的太阳能光线通过电压转换器将电压转换为符合蓄电池的电压，转换后的电压转送至蓄电池。

温度检测传感器和烟雾检测传感器在发现森林火灾时，温度检测传感器对该森林火灾的温度进行检测，并传输至处理器，处理器将检测的信息传输至储存模块一，储存模块一对数据进行第一次储存，处理器通过数据链路传输模块将检测的信息发送至微处理器，微处理器再将信息输送至A/D转换器，A/D转换器对温度检测传感器实时检测的信息进行数模转换，转换完成后，输送至中央处理器。

烟雾检测传感器对该森林火灾的烟雾进行检测，并传输至处理器，处理器将检测的信息传输至储存模块一，储存模块一对数据进行第一次储存，处理器通过数据链路传输模块将检测的信息发送至微处理器，微处理器再将信息输送至A/D转换器，A/D转换器对烟雾检测传感器实时检测的信息进行数模转换，转换完成后，输送至中央处理器。

CCD摄像头对该森林火灾的情况进行实时录像，并传输至处理器，处理器将录像的数据传输至储存模块一，储存模块一对数据进行第一次储存，处理器通过数据链路传输模块将检测的信息发送至微处理器，微处理器再直接将信息输送至中央处理器。

红外热成像仪对该森林火灾的情况进行实时热成像处理，热成像处理完毕后，将信息传输至处理器，处理器将数据传输至储存模块一，储存模块一对数据进行第一次储存，处理器通过数据链路传输模块将检测的信息发送至微处理器，微处理器再直接将信息输送至中央处理器。

无人飞机内部设置有的导航定位模块，导航定位模块对该森林火灾的具体位置进行定位，并将定位的信息传输至处理器，处理器将数据传输至储存模块一，储存模块一对数据进行第一次储存，处理器通过数据链路传输模块将检测的信息发送至微处理器，微处理器再直接将信息输送至中央处理器。

在无人飞机实时监测的信息发送至中央处理器，中央处理器再将信息输送至显示单元、声光报警器和储存模块二，显示单元对无人飞机实时监测的信息进行显示，声光报警器则底无人飞机实时监测的信息进行报警，提示工作人员有森林火灾发生，储存模块二对无人飞机实时监测的信息进行第二次储存。

综上所述，该用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，通过无人飞机内部设置有的处理器，处理器的输出端通过数据链路传输模块与微处理器的输入端连接，以及自动驾驶仪、导航定位模块、温度检测传感器、烟雾检测传感器、CCD摄像头、红外热成像仪、中央处理器、显示器和声光报警器的配合设置，解决了传统的火灾远程探测系统往往只能静态探测某一区域空气污染程度的情况，达到了实现多地区测量，避免了传统的火灾远程探测系统无法对污染源进行精确定位，极大的提高了监测的效果，达到了对森林火灾的精准判断，防止了造成森林火灾监控准确度底的问题。

并且，通过无人飞机上固定连接有的蓄电池，蓄电池的输入端通过电压转换器与太阳能板的输出端电性连接，避免了无人机由于能源的限制导致无法进行监测的情况，确保了无人机能源的持久使用，保证正常的工作。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，包括设置在无人飞机内部的处理器、用于通讯数据传输的数据链路传输模块和设置在地面监控站的中央处理器，其特征在于：所述处理器的输入端分别与导航定位模块、显示单元和自动驾驶仪的输出端连接，并且处理器与储存模块一实现双向连接，所述处理器的输出端通过数据链路传输模块与微处理器的输入端连接，并且微处理器的输出端分别与A/D转换器和中央处理器的输入端信号连接，所述A/D转换器的输出端与中央处理器的输入端连接，并且中央处理器的输出端分别与显示单元和声光报警器的输入端连接，所述中央处理器还与储存模块二实现双向连接。

2.根据权利要求1所述的用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，其特征在于：所述处理器的输入端与蓄电池的输出端电性连接，并且蓄电池的输出端还分别与自动驾驶仪、导航定位模块和监测单元的输入端电性连接，所述蓄电池的输入端与电压转换器的输出端连接，并且电压转换器的输入端与太阳能板的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，其特征在于：所述监测单元包括温度检测传感器、烟雾检测传感器、CCD摄像头和红外热成像仪，并且温度检测传感器、烟雾检测传感器、CCD摄像头和红外热成像仪的输出端均与处理器的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，其特征在于：所述显示单元包括若干个设置在地面监控站的触摸式显示器。

5.根据权利要求1所述的用于实时监测森林火灾的无人机监护系统，其特征在于：所述中央处理器的输入端还与电源模块的输出端电性连接，并且电源模块的输出端与微处理器的输入端电性连接。