CN107349540A - 一种基于高层建筑火灾空域划分的无人机灭火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高层建筑火灾空域划分的无人机灭火方法，通过将着火楼层上方的灭火飞行空域划分为危险区、限制区和安全区，从而可使消防无人机从起飞点到达着火楼层上方的过程中不会经过危险区，从而确保无人机安全抵达灭火空域；然后通过分析热流时空分布特性及热流扰动对无人机飞行航线及投放后灭火弹的飞行轨迹影响进行修正，从而使无人机能精准到达最佳投放位置，并且可确定无人机的空投参数，包括灭火弹的空投高度、灭火弹的空投角度和灭火弹空投时的无人机飞行速度，确保灭火弹准确命中着火点，实现定点灭火。本发明不受高层建筑着火楼层高度限制，灭火效果好，灭火效率高、具有广泛的实用性。

Description

一种基于高层建筑火灾空域划分的无人机灭火方法
技术领域
本发明涉及一种无人机灭火方法，具体是一种基于高层建筑火灾空域划分的无人机灭火方法。
背景技术
随着我国经济和建筑科学技术的迅速发展，人员密集、结构复杂的高层建筑逐渐增多。目前，我国有高层建筑约28万栋，其中百米以上超高层建筑约3000栋。高层建筑由于楼层多、功能复杂、设备繁多、可燃物多，存在较为突出的火灾隐患。因此，一方面要有效地防止火灾的发生；另一方面，当火灾发生时，如何能及时有效地控制火势的发展，甚至在火灾初期就能将火扑灭，减少火灾造成的损失，已成为人们普通关心和深入研究的方向。
高层建筑一旦发生火灾，就会给消防工作带来极大的危机和困扰，也将会使人们的生命安全和财产受到巨大的损失。高层建筑火灾的性质和一般的建筑火灾不同，具有火势蔓延快、群众疏散困难、火灾扑救难度大等特点。但是，与高层建筑的发展相比，现有的消防应急救援装备能力严重失衡。通过对近年全国重大高层建筑火灾盘点得出：高层建筑灭火难点为起火楼层太高。在消防举高车辆的举高高度、消防人员的登高能力及登高路径选择有限的综合影响下，致使现有消防救灾能力无法达到起火楼层，最后造成重大的人员和经济财产损失。因此，高层建筑灭火在国内日渐进入公共安全视野，已成为当前亟需解决的难题。
申请号为CN201510752114.6的中国专利公开了一种森林无人机灭火系统，系统包括：无人机机体，防热罩，飞行使用模式选择模块，火情监控装置，灭火弹投弹装置和灭火弹，具备火情监控功能，适合大规模森林防火、救火的使用。中国专利，申请号CN201410259474.8,公开了一种高楼警用灭火无人机，包括无人机和地面站两部分，所述无人机包括无人机主体、三轴云台、灭火弹发射筒和瞄具，无人机主体内装有GPS定位装置和雷达避让装置。这些专利虽然设计了无人机灭火的系统及设备，但是尚未考虑到火灾空域划分、火灾热流扰动对无人机性能、无人轨迹规划及灭火弹飞行轨迹的影响，存在无人机投弹位置不准、灭火弹命中着火点精准度差等缺点，严重影响了无人机灭火的效率。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于高层建筑火灾空域划分的无人机灭火方法，通过分析流扰动空域对无人机的飞行轨迹及灭火弹的飞行轨迹影响，从而使灭火弹能精确到达着火点，最终达到定点灭火的作用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于高层建筑火灾空域划分的无人机灭火方法，具体步骤为：
(1)基于三维地图对高层建筑的着火楼层进行定位，得出着火楼层的三维坐标；
(2)基于消防无人机的最大安全抗热温度值，将着火楼层上方的灭火飞行空域划分为危险区、限制区和安全区，所述限制区内的最大温度值不大于消防无人机的最大安全抗热温度值，安全区的最大温度值不大于消防无人机的最大安全抗热温度值的二分之一，危险区的最小温度值大于消防无人机的最大安全抗热温度值；
(3)基于火灾环境下高层建筑物空域热流时空分布特性，采用紊流频谱函数模拟热流扰动，定量评估热流扰动强度、频率和方向对无人机俯仰角、航向角的影响情况，并得出偏移修正量；
(4)设定无人机起飞点的三维坐标，通过起飞点的三维坐标与着火楼层的三维坐标分两段设定无人机的飞行路线，所述两段为正常段和热流扰动段，无人机处于热流扰动段时采用步骤(3)得出的偏移修正量对飞行状态进行修正；
(5)分析不同热流扰动空域对热流扰动下灭火弹飞行轨迹的影响，并得出灭火弹的飞行轨迹，最终确定无人机的空投参数；
(6)无人机通过确定的空投参数投放灭火弹，灭火弹依据设定的飞行轨迹命中着火楼层并释放灭火剂，最终达到定点灭火的作用。
进一步，所述消防无人机的最大安全抗热温度值为60℃，则划分时危险区的最小温度大于60℃，限制区的最大温度值不大于60℃，安全区的最大温度值不大于30℃。
进一步，所述灭火剂为二氧化碳灭火剂。
进一步，所述无人机的空投参数由灭火弹的空投高度、灭火弹的空投角度和灭火弹空投时的无人机飞行速度组成。
本发明通过将着火楼层上方的灭火飞行空域划分为危险区、限制区和安全区，从而可使消防无人机从起飞点到达着火楼层上方的过程中不会经过危险区，从而确保无人机安全抵达灭火空域；然后通过分析热流时空分布特性及热流扰动对无人机飞行航线及投放后灭火弹的飞行轨迹影响进行修正，从而使无人机能精准到达最佳投放位置，并且可确定无人机的空投参数，包括灭火弹的空投高度、灭火弹的空投角度和灭火弹空投时的无人机飞行速度，确保灭火弹准确命中着火点，实现定点灭火。基于此本发明不受高层建筑着火楼层高度限制，灭火效果好，灭火效率高、具有广泛的实用性。并且本发明能更好的实现无人机准确空投灭火弹，从而实现快速灭火，减少人员伤亡和经济损失的作用。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
一种基于高层建筑火灾空域划分的无人机灭火方法，具体步骤为：
(1)基于三维地图对高层建筑的着火楼层进行定位，得出着火楼层的三维坐标；
(2)基于消防无人机的最大安全抗热温度值，将着火楼层上方的灭火飞行空域划分为危险区、限制区和安全区，所述限制区内的最大温度值不大于消防无人机的最大安全抗热温度值，安全区的最大温度值不大于消防无人机的最大安全抗热温度值的二分之一，危险区的最小温度值大于消防无人机的最大安全抗热温度值；
(3)基于火灾环境下高层建筑物空域热流时空分布特性，不受参考坐标系的影响设定热流扰动服从正态分布，且具有各向同性的特点，这样可以不受参考坐标系的影响。采用紊流频谱函数模拟热流扰动，定量评估热流扰动强度、频率和方向对无人机俯仰角、航向角的影响情况，并得出偏移修正量；
(4)设定无人机起飞点的三维坐标，通过起飞点的三维坐标与着火楼层的三维坐标分两段设定无人机的飞行路线，所述两段为正常段和热流扰动段，正常段仅需考虑飞行过程中风向及风速对飞行轨迹的影响，无人机处于热流扰动段时不仅需要考虑风向及风速对飞行轨迹的影响，还要采用步骤(3)得出的偏移修正量对飞行状态进行修正；确保无人机起飞后能精准达到空投位置；
(5)分析不同热流扰动空域对热流扰动下灭火弹飞行轨迹的影响，并得出灭火弹的飞行轨迹，最终确定无人机的空投参数；
(6)无人机通过确定的空投参数投放灭火弹，灭火弹利用高度差获得动能，灭火弹依据设定的飞行轨迹命中着火楼层并释放灭火剂，根据高层建筑火灾火势情况和灭火进度，无人机多次空投灭火弹，直至火灾被扑灭，最终达到定点灭火的作用。
进一步，所述消防无人机的最大安全抗热温度值为60℃，则划分时危险区的最小温度大于60℃，限制区的最大温度值不大于60℃，安全区的最大温度值不大于30℃。
进一步，所述灭火剂为二氧化碳灭火剂。
进一步，所述无人机的空投参数由灭火弹的空投高度、灭火弹的空投角度和灭火弹空投时的无人机飞行速度组成。

Claims (4)

1.一种基于高层建筑火灾空域划分的无人机灭火方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)基于三维地图对高层建筑的着火楼层进行定位，得出着火楼层的三维坐标；
(2)基于消防无人机的最大安全抗热温度值，将着火楼层上方的灭火飞行空域划分为危险区、限制区和安全区，所述限制区内的最大温度值不大于消防无人机的最大安全抗热温度值，安全区的最大温度值不大于消防无人机的最大安全抗热温度值的二分之一，危险区的最小温度值大于消防无人机的最大安全抗热温度值；
(3)基于火灾环境下高层建筑物空域热流时空分布特性，采用紊流频谱函数模拟热流扰动，定量评估热流扰动强度、频率和方向对无人机俯仰角、航向角的影响情况，并得出偏移修正量；
(4)设定无人机起飞点的三维坐标，通过起飞点的三维坐标与着火楼层的三维坐标分两段设定无人机的飞行路线，所述两段为正常段和热流扰动段，无人机处于热流扰动段时采用步骤(3)得出的偏移修正量对飞行状态进行修正；
(5)分析不同热流扰动空域对热流扰动下灭火弹飞行轨迹的影响，并得出灭火弹的飞行轨迹，最终确定无人机的空投参数；
(6)无人机通过确定的空投参数投放灭火弹，灭火弹依据设定的飞行轨迹命中着火楼层并释放灭火剂，最终达到定点灭火的作用。
2.根据权利要求1所述的基于高层建筑火灾空域划分的无人机灭火方法，其特征在于，所述消防无人机的最大安全抗热温度值为60℃，则划分时危险区的最小温度大于60℃，限制区的最大温度值不大于60℃，安全区的最大温度值不大于30℃。
3.根据权利要求1所述的基于高层建筑火灾空域划分的无人机灭火方法，其特征在于，所述灭火剂为二氧化碳灭火剂。
4.根据权利要求1所述的基于高层建筑火灾空域划分的无人机灭火方法，其特征在于，所述无人机的空投参数由灭火弹的空投高度、灭火弹的空投角度和灭火弹空投时的无人机飞行速度组成。
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