CN108033015A - 一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置及方法，包括飞行控制单元，地面基站，无人机载体，机载红外热成像模块，机载可见光相机模块，火灾识别软件模块，同步触发软件模块，图像处理模块，图传软件模块，数据存储模块，定位模块，电池及无线通信模块；本发明弥补各单项技术的不足，从大到小，逐步缩小范围，使得本发明能够准确地确认着火点的中心位置、温度值，为后续灭火提供依据。在煤矸石山着火点监测领域具有重要意义，有很好的商业前景。

Description

一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置及方法

技术领域

本发明涉及煤矸石山着火点监测管理设备领域，特别涉及一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置及方法。

背景技术

煤炭作为最重要的能源物质一直受到重视，并保持大量开采，煤矸石是煤炭开采中的伴生可燃物，产出量约占煤炭产量的10％～20％，年产量约为3.5～7亿吨。由于我国煤矸石综合利用率不高，煤矸石堆积不可避免。目前，我国现存矸石山量大，堆积量达50亿吨。煤矸石堆积不仅对矿区环境造成了严重的污染，且易发生自燃、爆炸、垮塌等生态灾难，已经成为国内外关注的热点和治理难点。

自燃煤矸石山综合治理的关键点是煤矸石堆放、着火点准确确定、灭火、植被恢复，其中着火点的准确确定直接关系到整个治理工程的成败。煤矸石的燃烧原理复杂，而且着火点都在地下，因此单一的测温技术很难准确的确定着火点。目前，常见的技术有以下几种；

第一，凭借经验大概的确定着火的范围，这种施工常常会导致材料的严重浪费，着火点不能准确的确定，注浆过程中极易引起“井喷”事故；第二，表面测温，这种方式只能初步确定高温异常区域，不能确定着火点位置；第三，内部测温，这种方式测温深度不准确，而且只能确定着火范围，但是不能确定着火点中心位置。当前使用测温方法单一、检测效率低、着火点位置确定精度较低等缺点。

针对以上技术不能准确确定着火点的中心位置和着火范围的缺点和不足，研究一种综合的测温方法，包括表面“点测温法”、“全景测温法”以及“着火点综合确定方法”等，可以准确的确定着火点的中心位置、着火范围、温度梯度就显得尤为必要。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置及方法，利用无人机结合热红外成像进行全面监测，能够机动灵活的对煤矸石山进行全面着火点监测，实时发现着火点并实时反馈，减少煤矸石山存在的火灾隐患，从而尽量减少环境大气污染。在煤矸石山着火点监测领域具有重要意义，有很好的商业前景。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，包括飞行控制单元，地面基站，无人机载体，机载红外热成像模块11，机载可见光相机模块12，火灾识别软件模块，同步触发软件模块，图像处理模块，图传软件模块，数据存储模块，定位模块，电池10及无线通信模块7；

所述无人机载体包括一机身1，机身1采用一体化碳纤维复合材料，机身1向四周延伸出多个轴2，每个轴2的端部通过接头3固连一电机4，电机4上配套有旋翼5，旋翼5外设置有防止碰撞的护罩13，机身1下部形成中空的架体9，架体9内固定电池10，电池10为整个设备供电，架体下通过螺栓固定有机载红外热成像模块11，机载可见光相机模块12；

所述机载红外热成像模块采用XGA面阵非制冷红外焦平面探测器，像元尺寸14μm，阵列规模达到XGA规模1024×768，噪声等效温差NETD小于50mK；采用ARM多核处理器，嵌入式linux系统，可以写入火点识别和图像处理算法，设备前端对火点完成识别，直接输出报警信息，降低对数据链路的要求；

所述机载可见光相机模块采用1"Progressive Scan CCD传感器；1个RJ45 10M/100M/1000M自适应以太网口,1个RS-485接口；采用JPEG编码，图片质量可设；

所述火灾识别软件模块，由红外相机拍摄热辐射图像，红外14bit原始图像进入嵌入式linux系统，火灾报警程序对红外图像进行温升、温差、绝对温度值处理，确定红外图像中温度值最高的区域，对高温区域进行标记和跟踪并输出高温的温度值；其中温度值以灰度值表示，同时对比报警阈值，高温区域的温度值高于阈值时，通过网络向地面基站输出报警信号，同时通过IO接口向飞行控制单元发送指令，使无人机悬停，记录当前GPS信息；

所述同步触发软件模块，配合无人机载体、地面基站、机载红外热成像模块，机载可见光相机模块协同工作，地面基站规划好飞行航线和拍照信息后，将飞行数据写入飞行控制单元中，飞行控制单元按照设置的数据自动规划飞行速度、线路和拍照方式；同步触发软件模块的指令由无人机飞行控制单元发出首先进入机载红外热成像模块，机载红外热成像模块收到指令后启动存储图像准备，同时通过串口分别给机载可见光相机模块和无人机飞行控制模块反馈命令，反馈命令启动可见光相机抓拍和飞行控制单元的GPS记录；机载红外热成像模块和机载可见光相机模块存储照片和GPS记录通过控制通信的顺序和时间差，把延迟精确控制在10ms内，提高信息同步的精度；

所述图像处理模块，自适应多种品牌的红外相机，通过相机的LVDS串口读取和解析相机的图像信息和各种控制信息，通过处理器对获得的红外图像进行优化和格式定义，通过网络传输红外的视频流；

所述图传模块，工作于5.8Ghz ISM频段，可流畅地传输H.264编码格式的1080P高清视频。

进一步的，所述一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置还可设置激光、雷达，多种传感器。

进一步的，所述机载红外热像模块对温度感应敏锐，能识别0.05℃的温度差异。

进一步的，所述拍照信息包括拍照方式、重叠度，相机参数。

进一步的，所述定位模块采用GPS系统。

进一步的，所述无人机载体的轴在近机身侧采用可折叠结构设置。

进一步的，所述无人机载体设置有六个周向均匀分布轴，每个轴端部设置一电机及旋翼。

一种基于无人机的煤矸石山着火点检测方法，采用无人机对矸石山进行全表面温度快速飞行勘测，实时检测无烟高温点及冒烟点的温度，对表面热辐射图像进行绝对值计算、温差计算、温升计算，确定表面异常温度区域的范围；结合GPS的经纬度信息，确定异常温度点的坐标位置；GPS信息，对数据进行拼接，形成煤矸石山全景航拍热图，温度异常点分布图；从而对煤矸石山的着火点进行检测。

进一步的，上述一种基于无人机的煤矸石山着火点检测方法，包括如下步骤：

步骤一、地面基站根据煤矸石山的具体形状设定飞行区域，飞行高度，设置相机参数：分辨率，镜头焦距，像元尺寸；拍照方式:按照航点拍摄，距离拍摄，定点拍摄；图像重叠度，系统自动生成飞行轨迹；

步骤二、将飞行轨迹写入飞行控制单元；

步骤三、无人机按照设置轨迹飞行，飞行控制单元按照设定的拍照方式，自动发送拍照指令，指令首先进入机载红外热成像模块，机载红外热成像模块收到指令后启动存储图像准备，同时通过串口分别给机载可见光相机模块和无人机飞行控制单元反馈命令，反馈命令启动机载可见光相机模块抓拍和飞行控制单元GPS记录；

步骤四、火灾识别系统实时分析红外热辐射图像，当有异常温度时识别系统通过网络图传系统向地面基站发送报警信号，并记录报警时的图像和GPS信息；

步骤五、地面基站通过网络图传系统实时观看热像仪和可见光的画面，实时掌握飞行区域的动态；

步骤六、飞行结束后，通过网络图传下载拍摄的红外、可见光图像和飞行控制单元中的GPS信息；

步骤七、通过专业的图像分析系统导入图像和GPS信息生成检测区域的全景图；

步骤八、通过专业的红外图像分析软件，分析画面中温度异常的区域，通过GPS定位异常区域的位置，为下一步灭火提供准确的数据。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，利用无人机结合热红外成像进行全面监测，能够机动灵活的对煤矸石山进行全面着火点监测，实时发现着火点并实时反馈，减少煤矸石山存在的火灾隐患，从而尽量减少环境大气污染。针对自燃煤矸石山综合治理中不能快递准确的确定着火点的问题，将无人机与红外热像仪、可见光相机、数据传输链路，异常温度告警算法结合，以快速的表面温度检测找出矸石山异常温度点，根据红外图像的温度数据确定异常点的分布，以无人机GPS的经纬度信息确定温度异常点的位置。

本发明中所述机载红外热像模块对温度感应敏锐，能识别0.05℃的温度差异，对确定煤矸石火点与周边温度差非常准确；红外热像仪具有雷达，可见光，等传感器无法比拟的火点探测优势，红外热像仪可以替代其他探测器完成对火点的探测，只需要可见光相机作为辅助，拍摄红外和可见光对比图像。

所述图传模块，工作于5.8Ghz ISM频段，综合运用了同步通信、高性能差错控制技术，具有体积小、建链快、带宽高、距离远、上下行信道带宽可分配灵活等并针对无线信道传输高清视频进行了优化，可流畅地传输H.264编码格式的1080P高清视频；

本发明弥补各单项技术的不足，从大到小，逐步缩小范围，使得本发明能够准确地确认着火点的中心位置、温度值，为后续灭火提供依据。在煤矸石山着火点监测领域具有重要意义，有很好的商业前景。

附图说明

图1为本发明无人机模块的结构示意图；

图2为本发明无人机模块的侧视结构示意图；

图3为煤堆监测现场照片；

图4为矸石山自燃原貌与红外热成像对比图；

图5为火区平面示意图；

图6为火区立体示意图。

其中,1-机身，2-轴，3-接头，4-电机，5-旋翼，6-起落架，7-无线通信模块，8-折叠卡口，9-架体，10-电池，11-机载红外热成像模块，12-机载可见光相机模块，13-护罩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：

如图1-6所示，一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，包括飞行控制单元，地面基站，无人机载体，机载红外热成像模块11，机载可见光相机模块12，火灾识别软件模块，同步触发软件模块，图像处理模块，图传软件模块，数据存储模块，定位模块，电池10及无线通信模块7；

所述无人机载体包括一机身1，机身1采用一体化碳纤维复合材料，机身1向四周延伸出多个轴2，每个轴2的端部通过接头3固连一电机4，电机4上配套有旋翼5，旋翼5外设置有防止碰撞的护罩13，机身1下部形成中空的架体9，架体9内固定电池10，电池10为整个设备供电，架体下通过螺栓固定有机载红外热成像模块11，机载可见光相机模块12；

所述机载红外热成像模块采用XGA面阵非制冷红外焦平面探测器，像元尺寸14μm，阵列规模达到XGA规模1024×768，噪声等效温差NETD小于50mK；采用ARM多核处理器，嵌入式linux系统，可以写入火点识别和图像处理算法，设备前端对火点完成识别，直接输出报警信息，降低对数据链路的要求；

所述机载可见光相机模块采用1"Progressive Scan CCD传感器；1个RJ45 10M/100M/1000M自适应以太网口,1个RS-485接口；采用JPEG编码，图片质量可设；

所述火灾识别软件模块，由红外相机拍摄热辐射图像，红外14bit原始图像进入嵌入式linux系统，火灾报警程序对红外图像进行温升、温差、绝对温度值处理，确定红外图像中温度值最高的区域，对高温区域进行标记和跟踪并输出高温的温度值；其中温度值以灰度值表示，同时对比报警阈值，高温区域的温度值高于阈值时，通过网络向地面基站输出报警信号，同时通过IO接口向飞行控制单元发送指令，使无人机悬停，记录当前GPS信息；

所述同步触发软件模块，配合无人机载体、地面基站、机载红外热成像模块，机载可见光相机模块协同工作，地面基站规划好飞行航线和拍照信息后，将飞行数据写入飞行控制单元中，飞行控制单元按照设置的数据自动规划飞行速度、线路和拍照方式；同步触发软件模块的指令由无人机飞行控制单元发出首先进入机载红外热成像模块，机载红外热成像模块收到指令后启动存储图像准备，同时通过串口分别给机载可见光相机模块和无人机飞行控制模块反馈命令，反馈命令启动可见光相机抓拍和飞行控制单元的GPS记录；机载红外热成像模块和机载可见光相机模块存储照片和GPS记录通过控制通信的顺序和时间差，把延迟精确控制在10ms内，提高信息同步的精度；

所述图像处理模块，自适应多种品牌的红外相机，通过相机的LVDS串口读取和解析相机的图像信息和各种控制信息，通过处理器对获得的红外图像进行优化和格式定义，通过网络传输红外的视频流；

所述图传模块，工作于5.8Ghz ISM频段，可流畅地传输H.264编码格式的1080P高清视频。

进一步的，所述一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置还可设置激光、雷达，多种传感器。

进一步的，所述机载红外热像模块对温度感应敏锐，能识别0.05℃的温度差异。

进一步的，所述拍照信息包括拍照方式、重叠度，相机参数。

进一步的，所述定位模块采用GPS系统。

进一步的，所述无人机载体的轴在近机身侧采用可折叠结构设置。

进一步的，所述无人机载体设置有六个周向均匀分布轴，每个轴端部设置一电机及旋翼。

一种基于无人机的煤矸石山着火点检测方法，采用无人机对矸石山进行全表面温度快速飞行勘测，实时检测无烟高温点及冒烟点的温度，对表面热辐射图像进行绝对值计算、温差计算、温升计算，确定表面异常温度区域的范围；结合GPS的经纬度信息，确定异常温度点的坐标位置；GPS信息，对数据进行拼接，形成煤矸石山全景航拍热图，温度异常点分布图；从而对煤矸石山的着火点进行检测。

进一步的，上述一种基于无人机的煤矸石山着火点检测方法，包括如下步骤：

步骤一、地面基站根据煤矸石山的具体形状设定飞行区域，飞行高度，设置相机参数：分辨率，镜头焦距，像元尺寸；拍照方式:按照航点拍摄，距离拍摄，定点拍摄；图像重叠度，系统自动生成飞行轨迹；

步骤二、将飞行轨迹写入飞行控制单元；

步骤三、无人机按照设置轨迹飞行，飞行控制单元按照设定的拍照方式，自动发送拍照指令，指令首先进入机载红外热成像模块，机载红外热成像模块收到指令后启动存储图像准备，同时通过串口分别给机载可见光相机模块和无人机飞行控制单元反馈命令，反馈命令启动机载可见光相机模块抓拍和飞行控制单元GPS记录；

步骤四、火灾识别系统实时分析红外热辐射图像，当有异常温度时识别系统通过网络图传系统向地面基站发送报警信号，并记录报警时的图像和GPS信息；

步骤五、地面基站通过网络图传系统实时观看热像仪和可见光的画面，实时掌握飞行区域的动态；

步骤六、飞行结束后，通过网络图传下载拍摄的红外、可见光图像和飞行控制单元中的GPS信息；

步骤七、通过专业的图像分析系统导入图像和GPS信息生成检测区域的全景图；

步骤八、通过专业的红外图像分析软件，分析画面中温度异常的区域，通过GPS定位异常区域的位置，为下一步灭火提供准确的数据。

本发明的具体工作原理及详细参数为：

无人机载热红外成像探测系统是我团队针对空地一体探测技术研究中的一个重要部分。目前针对大范围的煤田、煤矸石山浅表火区探测，无人机载热红外成像系统利用无人机为载体，采用可见光相机和红外相机为拍摄手段，运用火灾识别软件、同步触发软件和图传软件，通过地面控制站可以完成大范围煤田、煤矸石山火区的普查探测，能够准确寻找并确定浅表火区位置及范围，同时它还能够监测火区的灭火效果。

该系统主要包括飞行控制单元，地面基站，无人机载体，机载红外热成像模块，机载可见光相机模块，火灾识别软件模块，同步触发软件模块，图像处理模块，图传软件模块，数据存储模块，定位模块，电池及无线通信模块；几部分组成。

实验例1：

本发明一种用于煤矸石山着火点检测的无人机装置，利用无人机飞行平台搭载高分辨率红外热像仪和高清可见光相机，实现全天候载荷任务，实现影像实时图传地面接收，图像实时存储，地面端实时控制。可应用于侦察，电力，光伏，森林防火，消防，应急救援，安防等行业。

功能

1、长航时飞行平台

2、航线自动规划，一键起飞/降落。

3、GPS导航，精确定位。

4、红外和可见光影像实时传输

5、图像实时存储

6、热像仪远距离控制(调色，存储，电子变倍，热像仪参数设置)

7、红外热图分析，预览，拼接。

组成

1、商用型六轴多旋翼无人机

2、无人机控制地面基站

3、高性能高分辨率红外相机

4、高清可见光相机

5、高性能红外图像处理器

6、PC端应用软件

优势

1、国内首款XGA面阵非制冷红外焦平面探测器，像元尺寸仅为14μm，阵列规模达到XGA规模(1024×768)，噪声等效温差(NETD)小于50mK。

2、非制冷型高清长波红外热像仪，画质出众的高清图像。

3、30帧/秒的速度拍摄786,432像素的图像

4、多款精密高清红外镜头可更换

5、记录全帧、无损红外图像，并存储至SD卡

6、应用灵活，能满足多行业应用。

7、节省成本，检测效率高。

8、容易操作，便于维护。

详细参数

1、一体化碳纤维复合材料机身，可折叠机构，方便携带。

2、支持快速更换专业级机载任务设备。

3、抗风性能力强，遇到侧向风，飞机可自动抗风并保持原航线平直。

4、高性能、高安全性、高可靠性的飞行控制单元系统。(自主研发)

5、智能山地斜坡作业功能，让无人机实现自动山地爬坡作业。

6、可完成一键起飞，一键返航等多种飞行模式。

7、异常保护(电机停转保护，断桨保护，飞行失控保护等)

8、超长的留空时间(65分钟@3kg)15km的飞行直径。

9、高清实时图传，零延迟。图像可传回地面基站。

10、黑匣子航迹记忆功能，精准记录8G飞行数据，可以完整记录20小时的飞行数据，以便进行故障分析。

11、需要更换电池时无人机会记忆中断点位置，以确保续飞精确无误。

机载红外热成像模块参数

可见光相机参数

图像处理模块参数

地面基站参数

通过数字图传控制天空端的热像仪设备，实现实时控制和操作。

功能：

1、实时显示热像仪画面

2、放大图像

3、设置调色板

4、控制存储数字图像

5、实时分析，区域测温，多点、多区域测温分析。

6、实时设置相机参数

7、控制云台

实验例2

一种基于无人机的煤矸石山着火点检测方法

由于乌海市海勃湾区矿区范围大，地形地貌复杂，煤矸石自燃点多，并比较分散，因此，首先应采用全面普查与区域详查相结合的方式，确定矸石山自燃范围、面积及程度，为矸石山自燃治理工程提供依据；然后还应对矸石山表面温差不明显，但存在自燃隐患的矸石山进行探查，为矸石山自燃预防工程提供依据。

温度上升是煤自燃的主要表征现象，利用红外热成像技术测温将很好地解决煤炭自燃的检测难题。红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜把红外辐射能量分布转换成光电信号成像的设备，热图像上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。红外热像仪具有对温度灵敏，非接触测温，无损伤探测，检测速度快，热像仪已广泛应用于各种行业，并成为必备的检测工具。

矸石山自燃区域普查

煤矸石山火区普查是针对煤矸石山确定范围内煤矸石自燃火区概况进行掌握，明确矸石山浅表自燃火区的位置、范围，为火区下步红外详查及氡法测定提供依据。

针对煤矸石山自燃火区的普查目前比较快捷、经济易行的方法是采用无人机载红外摄像仪进行探测。系统设计简单，应用方便，检测效率高，测点密集，避免死角，容易上手，维护简单，是煤矸石山、煤堆自燃监测最有效最、便捷的方法。煤堆监测见图3。

(1)系统组成

①热像仪IRDNA-XM

IRDNA XM是一款专门为多旋翼无人机设计的热像仪产品，体积小、重量轻(85g)、价格合理、易于集成，易于安装在固定翼和多旋翼中使用。IRDNA-XM采用FLIR高品质的TAU2机芯(R和P级)，灵敏度高，测温范围大，具有数字图像增强。通过直接PWM连接为您提供三项热像仪功能的飞行控制，电子变倍，调色，记录。模拟图像实时输出，实时存储14位数字图像，实时温度显示和最高温度点自动追踪，能更多满足您检测和科研的需要。

IRDNA XM安装根据不同的无人机机型分为固定式安装和云台(2D/3D无刷)挂载，通过无人机供电，通过数据线与FPV图传发射机和飞行控制单元接收机连接，地面通过FPV接收屏观看红外模拟图像(图像上叠加最高温度点跟踪和温度值显示)，遥控器用于控制云台转向和热像仪功能设置。

提供专业的红外数字图像浏览和分析软件，便于对红外图像进行分析、存档记录。

②SZ-V01无人机

SZ-V01无人机拥有全封闭、一体化碳纤维复合材料机身。可折叠机构，方便携带；支持快速更换专业级机载任务设备；抗风性能力强，遇到侧向风，飞机可自动抗风并保持原航线平直。该无人机高性能、高安全性、高可靠性的飞行控制单元系统；智能山地斜坡作业功能，让无人机实现自动山地爬坡作业；.可完成一键起飞，一键返航等多种飞行模式。

SZ-V01无人机具有超长的留空时间(40分钟)；高清实时图传，零延迟，图像可传回指挥站；黑匣子航迹记忆功能，精准记录8G飞行数据，可以完整记录20小时的飞行数据，以便进行故障分析；需要更换电池时无人机会记忆中断点位置，以确保续飞精确无误。

(2)普查范围

乌海市海勃湾区整个矿区。

(3)结果分析

形成乌海市海勃湾区整个矿区矸石山自燃异常区域红外谱图，并将矸石山自燃点标注在矿区地形地貌图上。

矸石山自燃区域详查

根据火区普查结果图，划分浅表火区详查区域，采用手持式红外热成像仪对详查区域进行踏探，明确浅表火区的详细范围、明确位置，为火区深部火源探测及火区治理提供详细的依据。

(1)仪器设备

便携式红外热成像仪

TH7700便携式红外热成像仪为采用IR-Fusion技术，观察模式包括全红外、画中画或自动融合可见光图像和热红外图像。针对恶劣环境的现场应用优化设计。工程化设计，经测试可承受2米(6.5英尺)的跌落，卓越的热灵敏度(NETD)可发现极其细微的温度差异(很可能预示着故障)直观、使用简单的3按键菜单，用一个大拇指轻松实现导览，可调式手带适合左手或右手操作手持式。测量范围为-20℃～+250℃，测量精度为±2℃或2％，分辨率为2.5m Rad，尺寸为0.27m×0.13m×0.15m(mm)，重量为1.2kg。

针对沟壑纵横的煤矸石山自燃区域，采用便携式红外热像仪进行踏探是浅表火区详细探查合理可行。

(2)详查范围

矿区矸石山自燃异常区域。

(3)结果分析

掌握每个矿区矸石山自燃范围、影响面积以及燃烧程度，并绘制出红外热成像图。如图4所示。

矸石山自燃隐患探查

实践表明，在同样的地质地层条件下，利用氡气浓度的差异，对井下的氡分布与自燃发火关系来确定煤矿火区的大致范围是科学有效的。当地下煤层发生氧化升温或自燃时，其周围及上覆岩层中天然放射性素氡的析出率增大，由于氡衰变时的离子交换作用使其反应到地表而形成放射性异常，该异常可作为反映温度的信息而被检测出来，即是同位素测氡法探测煤层火区的原理。

对于煤田露头火区及煤矸石山火区的探测近几年也越来越多地应用氡法探测，为火区的治理提供了可靠的依据。针对煤矸石山火区的排查隐患区域进行氡法探测，为火区的治理及局部的预防提供可靠的依据。

(1)仪器设备

氡法探测火区装置。

(2)探测范围

矿区内未自燃的矸石山。

(3)探测工艺

①确定探测区域；②布置测点；③挖坑埋杯标识；④取杯测量；⑤数据分析。

(4)结果分析

根据探测数据，绘制出每个矸石山自燃异常区域平面示意图和立体示意图，如图5和图6所示。

矸石山自燃火区数据库建立

针对煤矸石山火区无人机载红外热像仪普查、便携式红外热像仪踏探和氡法探测排查火区隐患区域三大部分探测结果，建立火区数据库。

(1)根据火区普查结果，结合各高温区域的特点，将所普查的整个火区进行区域划分，划分为若干小区域，进行编号。

(2)针对各小区域进行火区详查及氡法探测，明确火区具体情况，将所探测的位置、范围、程度等数据收集整理。

(3)建立火区探查数据库。建立火区探测结果数据库，提供简单易行的火区情况查看方式。

(4)将后期火区治理情况加入该数据库，形成对整个项目进展、实施及效果实时掌握的窗口。

该火区重点区域每隔3个月进行一次复探。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，其特征在于，包括飞行控制单元，地面基站，无人机载体，机载红外热成像模块(11)，机载可见光相机模块(12)，火灾识别软件模块，同步触发软件模块，图像处理模块，图传软件模块，数据存储模块，定位模块，电池(10)及无线通信模块(7)；

所述无人机载体包括一机身(1)，机身(1)采用一体化碳纤维复合材料，机身(1)向四周延伸出多个轴(2)，每个轴(2)的端部通过接头(3)固连一电机(4)，电机(4)上配套有旋翼(5)，旋翼(5)外设置有防止碰撞的护罩(13)，机身(1)下部形成中空的架体(9)，架体(9)内固定电池(10)，电池(10)为整个设备供电，架体下通过螺栓固定有机载红外热成像模块(11)，机载可见光相机模块(12)；

所述机载红外热成像模块采用XGA面阵非制冷红外焦平面探测器，像元尺寸14μm，阵列规模达到XGA规模1024×768，噪声等效温差NETD小于50mK；采用ARM多核处理器，嵌入式linux系统，可以写入火点识别和图像处理算法，设备前端对火点完成识别，直接输出报警信息，降低对数据链路的要求；

所述机载可见光相机模块采用1"Progressive Scan CCD传感器；1个RJ45 10M/100M/1000M自适应以太网口,1个RS-485接口；采用JPEG编码，图片质量可设；

所述火灾识别软件模块，由红外相机拍摄热辐射图像，红外14bit原始图像进入嵌入式linux系统，火灾报警程序对红外图像进行温升、温差、绝对温度值处理，确定红外图像中温度值最高的区域，对高温区域进行标记和跟踪并输出高温的温度值；其中温度值以灰度值表示，同时对比报警阈值，高温区域的温度值高于阈值时，通过网络向地面基站输出报警信号，同时通过IO接口向飞行控制单元发送指令，使无人机悬停，记录当前GPS信息；

所述同步触发软件模块，配合无人机载体、地面基站、机载红外热成像模块，机载可见光相机模块协同工作，地面基站规划好飞行航线和拍照信息后，将飞行数据写入飞行控制单元中，飞行控制单元按照设置的数据自动规划飞行速度、线路和拍照方式；同步触发软件模块的指令由无人机飞行控制单元发出首先进入机载红外热成像模块，机载红外热成像模块收到指令后启动存储图像准备，同时通过串口分别给机载可见光相机模块和无人机飞行控制模块反馈命令，反馈命令启动可见光相机抓拍和飞行控制单元的GPS记录；机载红外热成像模块和机载可见光相机模块存储照片和GPS记录通过控制通信的顺序和时间差，把延迟精确控制在10ms内，提高信息同步的精度；

所述图像处理模块，自适应多种品牌的红外相机，通过相机的LVDS串口读取和解析相机的图像信息和各种控制信息，通过处理器对获得的红外图像进行优化和格式定义，通过网络传输红外的视频流；

所述图传模块，工作于5.8Ghz ISM频段，可流畅地传输H.264编码格式的1080P高清视频。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，其特征在于，所述一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置还可设置激光、雷达，多种传感器。

3.根据权利要求1所述的一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，其特征在于，所述机载红外热像模块对温度感应敏锐，能识别0.05℃的温度差异。

4.根据权利要求1所述的一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，其特征在于，所述拍照信息包括拍照方式、重叠度，相机参数。

5.根据权利要求1所述的一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，其特征在于，所述定位模块采用GPS系统。

6.根据权利要求1所述的一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，其特征在于，所述无人机载体的轴在近机身侧采用可折叠结构设置。

7.根据权利要求1所述的一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，其特征在于，所述无人机载体设置有六个周向均匀分布轴，每个轴端部设置一电机及旋翼。

8.一种基于无人机的煤矸石山着火点检测方法，其特征在于，采用无人机对矸石山进行全表面温度快速飞行勘测，实时检测无烟高温点及冒烟点的温度，对表面热辐射图像进行绝对值计算、温差计算、温升计算，确定表面异常温度区域的范围；结合GPS的经纬度信息，确定异常温度点的坐标位置；GPS信息，对数据进行拼接，形成煤矸石山全景航拍热图，温度异常点分布图；从而对煤矸石山的着火点进行检测。

9.根据权利要求8所述的一种基于无人机的煤矸石山着火点检测方法，其特征在于，上述一种基于无人机的煤矸石山着火点检测方法，包括如下步骤：

步骤一、地面基站根据煤矸石山的具体形状设定飞行区域，飞行高度，设置相机参数：分辨率，镜头焦距，像元尺寸；拍照方式:按照航点拍摄，距离拍摄，定点拍摄；图像重叠度，系统自动生成飞行轨迹；

步骤二、将飞行轨迹写入飞行控制单元；

步骤三、无人机按照设置轨迹飞行，飞行控制单元按照设定的拍照方式，自动发送拍照指令，指令首先进入机载红外热成像模块，机载红外热成像模块收到指令后启动存储图像准备，同时通过串口分别给机载可见光相机模块和无人机飞行控制单元反馈命令，反馈命令启动机载可见光相机模块抓拍和飞行控制单元GPS记录；

步骤四、火灾识别系统实时分析红外热辐射图像，当有异常温度时识别系统通过网络图传系统向地面基站发送报警信号，并记录报警时的图像和GPS信息；

步骤五、地面基站通过网络图传系统实时观看热像仪和可见光的画面，实时掌握飞行区域的动态；

步骤六、飞行结束后，通过网络图传下载拍摄的红外、可见光图像和飞行控制单元中的GPS信息；

步骤七、通过专业的图像分析系统导入图像和GPS信息生成检测区域的全景图；

步骤八、通过专业的红外图像分析软件，分析画面中温度异常的区域，通过GPS定位异常区域的位置，为下一步灭火提供准确的数据。