CN108201667A - 一种基于3d激光雷达的无人机消防系统 - Google Patents

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徐凡富
叶薄迪
刘国伟
徐明新
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Abstract

本发明公开了一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，包括：无人机、云服务器及移动终端，云服务器及移动终端通过无线网络通信连接，无人机包括中央控制单元、图像处理单元、通信单元、监测单元、云台及灭火单元；监测单元包括温度传感器、湿度传感器及粉尘浓度传感器；云台上设置有扫描控制单元、激光雷达单元及图像采集单元；灭火单元设置在无人机底部，包括水枪接头、第一喷水管、第二喷水管、第三喷水管及第四喷水管；图像处理单元、通信单元、监测单元及扫描单元分别与中央控制单元连接，激光雷达单元及图像采集单元分别与扫描控制单元连接；本发明实现了定位灭火，合理利用了水源，提高了灭火效率，通过激光雷达成像有效提高了搜救效率。

Description

一种基于3D激光雷达的无人机消防系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是一种基于3D激光雷达的无人机消防系统。
背景技术
近年来，随着我国城市进程的加快和城市建设的快速发展，各地高层建筑和超高层建筑 的数量和地标建筑的高度不断增加。一旦发生火灾，就会给消防工作带来极大的危机和困扰， 也将会使人民的生命安全和财产遭受巨大损失。高层建筑发生火灾，火灾蔓延途径很多，有 些火势跳跃式蔓延，且容易造成立体火灾和建筑倒塌，具有火势蔓延快、群众疏散困难、火 灾扑救难度大等特点。消防人员需在最短的时间内赶到火灾现场，并组织灭火，因此，快速 有效的消防应急救援，是减少人员伤亡和经济损失的有效方法。但是，与高层建筑的发展相 比，现有的高层建筑消防应急救援装备短缺。目前城市消防装备的灭火高度大都集中在50 米以下，对高度100米以上的超高层建筑缺乏快速有效的灭火手段。
灭火无人机具有快速反应，不受灭火高度限制等特点，是高层外部应急消防灭火的一种 有效手段，但目前的灭火无人机在高度较高，地形复杂的环境下，人员无法直接观察现场情况，只能通过摄像机进行观察，调整无人机方向进行灭火，而一旦现场烟雾太大，无法观察时，就无法精确定位灭火，同时现有的无人机也无法在浓烟环境下监测是否有人员在现场。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于3D激光雷达的无人机消防系统。
具体的，一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于，包括：无人机、云服务器及移动终端，所述云服务器及所述移动终端通过无线网络通信连接，所述无人机包括中央控制单元、图像处理单元、通信单元、监测单元、云台及灭火单元；
所述监测单元包括温度传感器、湿度传感器及粉尘浓度传感器；所述云台上设置有扫描控制单元、激光雷达单元及图像采集单元；所述灭火单元包括水枪接头、第一喷水管、第二喷水管、第三喷水管及第四喷水管，所述第一喷水管、第二喷水管、第三喷水管及第四喷水管管口处分别设置有第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门；
所述图像处理单元、通信单元、温度传感器、湿度传感器、粉尘浓度传感器及扫描单元分别与所述中央控制单元连接，所述激光雷达单元及图像采集单元分别与所述扫描控制单元连接。
进一步的，所述中央控制单元还连接有第一阀门控制电路、第二阀门控制电路、第三阀门控制电路及第四阀门控制电路并，所述第一阀门控制电路、第二阀门控制电路、第三阀门控制电路及第四阀门控制电路分别与所述第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门连接。
进一步的，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门均为电磁阀。
进一步的，所述中央处理单元为AVR单片机。
进一步的，所述通信模块为3G/4G/WIFI模块。
进一步的，所述图像采集单元包括USB摄像头及热成像摄像头，所述USB摄像头及所述热成像摄像头分别与所述扫描控制单元连接。
进一步的，所述激光雷达单元为一字线激光器。
进一步的，所述扫描控制单元为MCU，所述中央控制单元和所述扫描控制单元通过网线通信连接。
进一步的，所述中央控制单元还连接有全球定位模块。
进一步的，所述第一喷水管、第二喷水管、第三喷水管及第四喷水管为以所述无人机圆心两两对称设置。
本发明具有以下优点：可实现定位喷水灭火，合理利用了水源，集中定点灭火也提高了灭火效率，通过激光雷达3D成像可在浓烟环境下搜索火灾现场是否有人员，以便展开救助。
附图说明
图1 为本发明的系统示意图；
图2 为本发明的无人机结构示意图；
图3 为本发明的喷水装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1、图2及图3所示，一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于，包括：无人机、云服务器及移动终端，所述云服务器及所述移动终端通过无线网络通信连接，所述无人机包括中央控制单元、图像处理单元、通信单元、监测单元就、云台及灭火单元；
所述监测单元包括温度传感器、湿度传感器及粉尘浓度传感器；所述云台上设置有扫描控制单元、激光雷达单元及图像采集单元；所述灭火单元包括水枪接头、第一喷水管、第二喷水管、第三喷水管及第四喷水管，所述第一喷水管、第二喷水管、第三喷水管及第四喷水管管口处分别设置有第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门；
所述图像处理单元、通信单元、温度传感器、湿度传感器、粉尘浓度传感器及扫描单元分别与所述中央控制单元连接，所述激光雷达单元及图像采集单元分别与所述扫描控制单元连接，中央控制单元根据温度传感器、湿度传感器、粉尘浓度传感器发送的监测信息判断当前环境，并根据当前环境自动选择是否启动激光雷达模块，以高效的节能，中央控制单元还将采集到的监测数据发送至云服务器。
进一步的，所述中央控制单元还连接有第一阀门控制电路、第二阀门控制电路、第三阀门控制电路及第四阀门控制电路并，所述第一阀门控制电路、第二阀门控制电路、第三阀门控制电路及第四阀门控制电路分别与所述第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门连接。
进一步的，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门均为电磁阀。
进一步的，所述中央处理单元为AVR单片机。
进一步的，所述通信模块为3G/4G/WIFI模块。
进一步的，所述图像采集单元包括USB摄像头及热成像摄像头，所述USB摄像头及所述热成像摄像头分别与所述扫描控制单元连接，热成像摄像头将采集到的图像发送至扫描控制单元，扫描控制单元将图像进行处理后发送至中央控制单元，中央控制单元对接收到的图像信息进行分析判断，根据热成像的不同颜色区域判断火势方位，并向相应阀门控制电路发送低电平打开阀门进行灭火。
进一步的，所述激光雷达单元为一字线激光器。
进一步的，所述扫描控制单元为MCU，所述中央控制单元和所述扫描控制单元通过网线通信连接。
MCU控制云台根据预设扫描路径带动一字线激光雷达和USB摄像头转动，一字线激光器发射一系列扫描光束，USB摄像头获取被扫描目标返回的二维回波信号，摄像头成像部分中获得被扫描目标的二维分布信息，AVR单片机结合激光雷达与三角测距算法捕获被测目标的距离信息，通过三维成像算法再现物体空间的三维信息，通过图像处理模块处理得到三维图像，AVR单片机通过分析三维图像特征判断现场是否有人，若有人，则向云服务器发送告警信息，并通过云服务器将告警信息发送至现场消防人员的移动终端上，本系统在较好的实现3D成像的前提下，与同类激光雷达相比，还较大幅度的降低了系统成本。
进一步的，所述中央控制单元还连接有全球定位模块，其以一定频率向云服务器发送定位信息，移动终端可通过访问云服务器获取其定位信息。
进一步的，所述第一喷水管、第二喷水管、第三喷水管及第四喷水管为以所述无人机圆心两两对称设置，分别设置在无人机四周。
需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于，包括：无人机、云服务器及移动终端，所述云服务器及所述移动终端通过无线网络通信连接，所述无人机包括中央控制单元、图像处理单元、通信单元、监测单元、云台及灭火单元；
所述监测单元包括温度传感器、湿度传感器及粉尘浓度传感器；所述云台上设置有扫描控制单元、激光雷达单元及图像采集单元；所述灭火单元设置在所述无人机底部，包括水枪接头、第一喷水管、第二喷水管、第三喷水管及第四喷水管，所述第一喷水管、第二喷水管、第三喷水管及第四喷水管管口处分别设置有第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门；
所述图像处理单元、通信单元、温度传感器、湿度传感器、粉尘浓度传感器及扫描单元分别与所述中央控制单元连接，所述激光雷达单元及图像采集单元分别与所述扫描控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于：所述中央控制单元还连接有第一阀门控制电路、第二阀门控制电路、第三阀门控制电路及第四阀门控制电路并，所述第一阀门控制电路、第二阀门控制电路、第三阀门控制电路及第四阀门控制电路分别与所述第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于：所述第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门均为电磁阀。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于：所述中央处理单元为AVR单片机。
5.根据权利要求1所述的一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于：所述通信模块为3G/4G/WIFI模块。
6.根据权利要求1所述的一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于：所述图像采集单元包括USB摄像头及热成像摄像头，所述USB摄像头及所述热成像摄像头分别与所述扫描控制单元连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于：所述激光雷达单元为一字线激光器。
8.根据权利要求1所述的一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于：所述扫描控制单元为MCU，所述中央控制单元和所述扫描控制单元通过网线通信连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于：所述中央控制单元还连接有全球定位模块。
10.根据权利要求1所述的一种基于3D激光雷达的无人机消防系统，其特征在于：所述第一喷水管、第二喷水管、第三喷水管及第四喷水管为以所述无人机圆心两两对称设置。
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