CN108528753A - 一种系留式消防空中侦察平台 - Google Patents

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周兆威
董非
白涛
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Shanghai Fire Research Institute of Ministry of Public Security
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Abstract

本发明涉及一种系留式消防空中侦察平台，包括：悬浮式无人机消防侦察平台、系留线缆、缆绳自动收放系统、高压电源供给系统和地面操控中心。所述悬浮式无人机消防侦察平台上安装有侦察平台控制系统和多功能传感器避障系统、无人机激光定位起降系统、温度传感器以及载荷挂载平台，所述载荷挂载平台上安装有多种消防任务载荷。所述高压电源供给系统包括地面供电系统与机载供电系统。所述系留线缆连接在所述机载供电系统和缆绳自动收放系统之间，所述地面操控中心通过光缆与缆绳自动收放系统相连接。本发明能够实现不间断的24小时工作，作业能力得到极大提高。由于可携带5种以上的消防任务载荷同时作业，同时完成多种消防工作任务，功能得到很大的拓展。

Description

一种系留式消防空中侦察平台
技术领域
本发明涉及一种系留式消防空中侦察平台，属于消防设备技术领域。
背景技术
在现有技术中，无人机技术被广泛应用于各种领域，利用无人机的中低空监测具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点，具有对地快速实时巡察监测能力，是一种新型的中低空实时电视成像和红外成像快速获取系统。在国内已有不少消防机构使用无人机成功进行过火场侦查监测、抛投救援物资等尝试，在火灾监测及救援指挥等方面具有其独特的优势，效果非常明显。
目前，在消防监测领域，利用无人机作为悬浮式侦察平台，大多只能完成图像采集等单一作业。现有悬浮式侦察平台必须人工操控，完成起降和空中避障等动作。另外，由于通过自身的机载供电系统进行供电，现有的悬浮式侦察平台的工作时间受到限制，大多在1小时内。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种系留式消防空中侦察平台,能够通过地面系留电缆供电，实现超长航时滞空工作并能实现自动避障。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种系留式消防空中侦察平台，包括：悬浮式无人机消防侦察平台、系留线缆、缆绳自动收放系统、高压电源供给系统和地面操控中心，
所述悬浮式无人机消防侦察平台上安装有侦察平台控制系统和多功能传感器避障系统、无人机激光定位起降系统、温度传感器以及数个载荷挂载平台，所述载荷挂载平台用于安装消防任务载荷，所述侦察平台控制系统分别与多功能传感器避障系统、多种消防任务载荷、无人机激光定位起降系统以及温度传感器相连接，
所述高压电源供给系统包括地面供电系统与机载供电系统，
所述系留线缆连接在所述机载供电系统和由地面供电系统供电的缆绳自动收放系统之间，
所述地面操控中心通过光缆与缆绳自动收放系统相连接，用于观察和收集悬浮式无人机消防侦察平台工作状态、任务执行信息以及对空中平台进行操作。
悬浮式无人机消防侦察平台作为主体，可以实现长时间自主悬浮和飞行，并配备有多功能传感器避障系统和无人机激光定位起降系统，实现侦察平台高可靠、高精度、安全稳定工作。无人机激光定位起降系统应用于无GPS信号下的侦察平台控制系统，可以在短时间内获取物体和环境空间点的三维数据和信息，从而实现悬浮式无人机消防侦察平台精确至厘米级的降落控制。多种消防任务载荷能够实现系留式消防空中侦察平台在同一时间、同一地点满足不同功能的消防实战应用需求。系留线缆可实现地面供电系统对侦察平台控制系统和消防任务载荷的供电；通过系留线缆和光缆，能够完成地面操控中心和侦察平台控制系统之间的加密光信号传输；缆绳自动收放系统用于完成系留线缆的自动收放，有效解决放缆需要人工干预、收揽时地面线缆堆积等问题。
进一步，为了获取周边环境信息，实现精确测距，所述多功能传感器避障系统包括超声波传感器、红外传感器、激光传感器和视觉感知器。
超声波传感器的基本原理是测量超声波的飞行时间，通过公式d＝vt/2测量相关距离(其中，d表示测量距离，v表示超声波传播速度，t表示超声波的飞行时间)红外传感器采用三角测距的原理。激光传感器的测量距离可以达到几十米甚至上百米，角度分辨率高，通常可以达到零点几度，测距的精度也高。视觉感知器采用双目视觉的避障方式，采用三角测距法测距，其中的两个摄像头看到的同一个点P，在成像的时候会有不同的像素位置，此时通过三角测距就可以测出这个点的距离。
进一步，所述系留线缆从内到外依次为光纤层、第一绝缘层、第一电缆层、第二绝缘层、第二电缆层、第三绝缘层、由电致发光线构成的自发光层和凯夫拉抗拉层，所述电致发光线与发光驱动器相连接，电致发光线每隔一固定高度H处连接一微型指示灯。
通过光纤层完成地面操控中心和侦察平台控制系统之间的加密光信号传输；由电致发光线构成的自发光层以及微型指示灯，在一定高度使电致发光线通过微型指示灯标记线缆长度，在夜间显示悬浮式无人机消防侦察平台的高度信息和工作安全提示信息。
进一步，为了实现对悬浮式无人机消防侦察平台的稳定控制，所述侦察平台控制系统包括主控单元、多个控制单元和采集单元，所述主控单元分别与每个控制单元分别连接，每个控制单元均连接有对应的采集单元，
所述采集单元实时采集悬浮式无人机消防侦察平台的飞行数据，并将飞行数据传输给控制单元；
所述控制单元用于接收和处理采集单元发送的飞行数据，根据数据分析生成控制信号并传输给主控单元；其中，控制信号用于控制悬浮式无人机消防侦察平台的飞行状态；
所述主控单元用于接收多个控制单元分别发送的控制信号，并判断多个控制信号是否一致，根据判断结果对悬浮式侦察平台进行控制。
进一步，所述高压电源供给系统包括由系留线缆连接的地面供电系统与机载供电系统，
所述地面供电系统包括柴油/汽油发电机、地面AC-DC变压电源以及缆绳自动收放系统，所述柴油/汽油发电机与地面AC-DC变压电源相连接，所述地面AC-DC变压电源与缆绳自动收放系统连接；
机载供电系统包括电源分线盒、数个机载电源变压模块DC/DC、无人机侦察平台电机、数个二次电源变压模块，所述电源分线盒与每个机载电源变压模块DC/DC分别连接，机载电源变压模块DC/DC与无人机侦察平台电机对应连接，
所述机载电源变压模块DC/DC还与数个二次电源变压模块分别连接，所述二次电源变压模块各连接一消防任务载荷。
上述高压电源供给系统能够实现地面供电系统对空中平台的持续供电，能够实现悬浮式消防侦察平台在空中24小时不间断工作。机载供电部分的电源分线盒可根据需要将直流高压供电分成几路对各无人机侦察平台电机供电，产生悬浮式侦察平台的动力。另外，因为悬浮式消防侦察平台需要供电的低压电器有很多，如多种消防任务载荷，所以如果必要，可以通过二次电源变压模块将低压直流电转换为需要得特定电压。
进一步，为了防止悬浮式无人机消防侦察平台因高压电源供给系统意外断电而坠落，早所述机载电源变压模块DC/DC上连接有智能电源模块，实现对悬浮式无人机消防侦察平台的防断电坠落保护功能。所述智能电源模块包括DSP芯片电路、CAN总线电路、光纤转换电路、数个电压采集电路及与电压采集电路连接的电池组、SD卡存储电路、保护电路和电源电路，
所述DSP芯片电路与CAN总线电路连接，所述CAN总线电路连接光纤转换电路，每个电压采集电路分别和DSP芯片电路连接，所述SD卡存储电路、保护电路以及电源电路分别和DSP芯片电路连接，所述电源电路用于和机载电源变压模块DC/DC对接。
其原理为：当悬浮式无人机消防侦察平台电机等都能正常工作时，输出的高压交流电经过转换后的低压直流电，能够对悬浮式无人机消防侦察平台上的智能电源模块进行充电，使智能电源模块的电压维持在系统设置的安全范围内，当智能电源模块检测到电源电压小于安全值时，系统会判定由发电机供电的线路出现问题，从而启动断电安全防护程序，由智能电源模块给悬浮式无人机侦察平台上的低压电器供电，在智能电源模块的电压能够支撑的预设时间内，悬浮式无人机消防侦察平台可安全返回地面。
进一步，所述缆绳自动收放系统包含收放缆单元、排缆单元、电气控制单元、检测单元和温度控制单元，
所述收放缆单元、排缆单元、检测单元以及温度控制单元分别与电气控制单元相连接，所述排缆单元与检测单元相连接，
所述收放缆单元包括传送带和储线筒，所述传送带连接在储线筒的转轴与下述驱动电机之间，
所述排缆单元包括驱动电机和导线轮，
所述检测单元包括拉力传感器和限位传感器，所述检测单元安装在导线轮上，用于监测绕在导线轮上的系留线缆的拉力和位置，
所述温度控制单元包括内置的温度传感器和风扇，所述温度传感器安装在储线筒附近，实时获取储线筒及系留缆绳的温度。
进一步，所述载荷挂载平台固接于悬浮式无人机消防侦察平台底部的悬空平台上，
所述载荷挂载平台包括吊臂和中臂，所述吊臂的一端通过快拆转接头固定在悬空平台上，另一端安装有第一电机，所述中臂连接在第一电机的转轴上，吊臂上固定有为载荷提供通信用光接口的光通信组件，所述中臂的两端分别安装有电机，所述电机的转轴上连接有消防任务载荷安装接口。
进一步，所述载荷挂载平台的数量为3个或4个，对称安装在悬空平台上。
进一步，所述多种消防任务载荷包含火灾蔓延态势全天候监控多光光电吊舱、多频段消防通信中继设备、气体扩散趋势检测设备、高空照明设备、高空喊话设备、地理三维成像设备以及消防人员地理位置定位系统。
本发明的工作原理是，当需要本发明的系留式消防空中侦察平台执行任务时，首先在载荷挂载平台上挂载需要的消防任务载荷，操作人员在地面操控中心操作，使悬浮式侦察平台实现一键起飞，或者通过智能化操作使其到达相应的任务点，消防任务载荷会将采集到的信息反馈给地面操控中心，地面工作人员根据实时传回的信息对事件进行应急处理或布置行动策略。同时地面供电系统通过不间断供电，实现系统的24小时不间断工作。当需要降落时，地面工作人员可以在地面操控中心选择相应的操作，在降落过程中，缆绳自动收放系统会自动根据操作需要调整线缆。在缆绳自动收放系统中，所述检测单元包含拉力传感器和限位传感器，用于监测系留线缆的下端张力、收放长度和收放速度；当拉力小于收缆设定值时收放缆单元进入自动收缆模式，进行自动收缆；当拉力大于放缆设定值时收放缆单元进入自动放缆模式，此时进行缓慢放缆操作；在导线轮与储线筒的共同作用下，完成系留线缆的自动收放功能，使飞机起降时不留有额外线缆，同时避免线缆纠结缠绕，进一步提高系统可靠性；收放缆单元提供收、放系留线缆所需要的张紧力和制动力、足够的容缆长度、适应平台的收放速度；排缆单元保证系留线缆整齐有序的排列在储线筒上；排缆单元包括驱动电机，能够自动换向，排缆单元与储线筒同步移动，储缆筒每转一圈，排缆单元的导线轮移动一根系留线缆直径的距离，导线轮能自适应收放缆过程中因排缆单元同步移动引起的系留线缆摇摆；所述电气控制单元提供相应的电气和数据接口，便于用户操作和监控系统；所述温度控制单元通过内置的温度传感器，实时获取储线筒及系留缆绳的温度，当此温度超过一定的限定值时，对储缆筒上的系留线缆降温，使系留线缆保持在合理的工作温度范围内。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明能够实现不间断的24小时工作，作业能力得到极大提高。
2、本发明可携带5种以上的消防任务载荷同时作业，同时完成多种消防工作任务，功能得到很大的拓展，适用于大型灾害事故的救援现场(如石化装置、油罐区、高层建筑、大型仓库)和重大活动的保卫现场，执行高清视频采集、火灾蔓延态势全天候监控、气体扩散趋势和蔓延范围检测、多频段消防通信中继、火灾现场夜晚高空照明、高空喊话告警、现场消防人员定位追踪等消防任务。
3、本发明能够实现智能化避障和一键式自主起降，相比消防员人工采集和判断，本发明具有监控范围广、作业能力多、实时性强、安全性高、智能化等特点，结合地面显示操控系统上的专家辅助系统，可为现场指挥员的科学、及时施救提供强力技术支撑。
4、智能电源模块的设计可有效防止悬浮式无人机消防侦察平台因意外断电而坠落，确保侦察平台的长时间工作。
5、本发明的应用可丰富灾害事故现场监控和信息采集的技术手段，大幅提高灾害事故现场抢险救援的效率，最大限度的保护消防员的人身安全。
6、载荷挂载平台的快拆转接头能够实现整体结构的快速安装和拆卸，多个载荷挂载平台有利于提高消防载荷的挂载数量和种类，大幅度拓展系留式消防空中侦察平台的功能。
7、本发明采用全自动缆绳自动收放系统，彻底解决悬空系统缆绳收放难题，缆绳自动收放系统能够实现对缆绳收放线长度精确控制，，提高悬空平台工作的安全性和易操控性。
附图说明
图1为本发明一实施例所提供的一种系留式消防空中侦察平台的结构示意图。
图2为本发明一实施例中所提供的悬浮式无人机消防侦察平台的结构示意图。
图3为本发明一实施例所提供的侦察平台控制系统的原理示意图。
图4为本发明一实施例所提供的系留线缆的截面示意图。
图5为本发明一实施例所提供的系留线缆的工作原理示意图。
图6为本发明一实施例所提供的高压电源供给系统的电气示意图。
图7为本发明一实施例所提供的智能电源模块的原理示意图。
图8为本发明一实施例所提供的缆绳自动收放系统的结构示意图。
图9为本发明一实施例所提供的缆绳自动收放系统的工作原理图。
图10为本发明一实施例所提供的载荷挂载平台12的结构示意图。
图11为本发明一实施例所提供的一种系留式消防空中侦察平台在消防侦察应用中的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。根据下面的说明，本发明的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的优选实施例，而不是全部的实施例。
结合图1和图2所示，一种系留式消防空中侦察平台，包括：悬浮式无人机消防侦察平台1、系留线缆4、缆绳自动收放系统5、高压电源供给系统6和地面操控中心7。
所述悬浮式无人机消防侦察平台1上安装有侦察平台控制系统10和多功能传感器避障系统11、无人机激光定位起降系统14、温度传感器15以及数个载荷挂载平台12，所述载荷挂载平台12用于安装多种消防任务载荷13，所述侦察平台控制系统10分别与多功能传感器避障系统11、多种消防任务载荷13、无人机激光定位起降系统14以及温度传感器15相连接。
参考图10所示，作为优选，所述载荷挂载平台12固接于悬浮式无人机消防侦察平台1底部的悬空平台1a上。所述载荷挂载平台12的数量为3个或4个，对称地安装在悬空平台1a上。所述载荷挂载平台12包括吊臂12a和中臂12b，所述吊臂12a的一端通过快拆转接头12c固定在悬空平台上，另一端安装有第一电机12d，所述中臂12b连接在第一电机12d的转轴上，实现中臂的旋转。快拆转接头12c能够实现整体结构的快速安装和拆卸。吊臂12a上固定有光通信组件12g，为载荷提供通信用光接口。所述中臂12b的两端分别安装有电机12e，用以实现载荷平台垂直方向的俯仰滚转，所述电机的转轴上连接有消防任务载荷安装接口12f，用于根据需要选择安装须执行任务的载荷。载荷安装就位后通过螺丝固定的方式就可以紧固载荷位置。
根据实际需要，所述多种消防任务载荷13包含火灾蔓延态势全天候监控多光光电吊舱、多频段消防通信中继设备、气体扩散趋势检测设备、高空照明设备、高空喊话设备、地理三维成像设备以及消防人员地理位置定位系统。
地面操控中心7包含硬件和软件两部分，是地面消防人员观察和收集空中平台工作状态、任务执行信息以及对悬浮式无人机消防侦察平台1进行操作的地面操作平台。硬件部分可以采用便携式一体、抗压、抗爆安全手提箱、采用多核多线程嵌入式电脑主机和多屏幕显示系统，内置多波长多接口光通信组件和多任务触摸式操控平台，包括显示屏、主板、外部设备连接口、光端机、HDMI分配器、串口转光纤转换器、扬声器、报警器以及用于地面工作人员根据所述软件反馈的信息对悬浮式无人机消防侦察平台1进行操作的硬件，如按钮、开关、遥杆等，实现对侦察平台控制系统10和消防任务载荷13的控制和信息的采集。软件系统主要显示悬浮式侦察平台的状态、实时的参数、视频、操作功能区等，功能上实现高度调整；航向调整；视频的抓图、录像、放大、设置；视频地图切换显示等功能；还可以用于处理多种不同的载荷所反馈的信息，对消防任务载荷13所反馈的信息进行处理；安装的消防任务侦察决策信息软件系统，满足消防系统对于火灾事故现场绘图、现场三维重建和火灾事故过程模拟分析等标准化工作流程的需求，对现场火灾信息和人员安全信息进行火情评估、灾害建模、人员定位和追踪功能，并综合各类火场信息提出现场救援决策参考数据。
参考图1与图6，所述高压电源供给系统6包括地面供电系统61与机载供电系统62。所述系留线缆4连接在所述机载供电系统61和由地面供电系统62供电的缆绳自动收放系统5之间。所述地面操控中心7通过光缆8与缆绳自动收放系统5相连接，用于观察和收集悬浮式无人机消防侦察平台1工作状态、任务执行信息以及对空中平台进行操作。
悬浮式无人机消防侦察平台作为主体，可以实现长时间自主悬浮和飞行，并配备有多功能传感器避障系统和无人机激光定位起降系统，实现侦察平台高可靠、高精度、安全稳定工作。无人机激光定位起降系统应用于无GPS信号下的侦察平台控制系统，可以在短时间内获取物体和环境空间点的三维数据和信息，从而实现悬浮式无人机消防侦察平台精确至厘米级的降落控制。多种消防任务载荷能够实现系留式消防空中侦察平台在同一时间、同一地点满足不同功能的消防实战应用需求。系留线缆可实现地面供电系统对侦察平台控制系统和消防任务载荷的供电；通过系留线缆和光缆，能够完成地面操控中心和侦察平台控制系统之间的加密光信号传输；缆绳自动收放系统用于完成系留线缆的自动收放，有效解决放缆需要人工干预、收揽时地面线缆堆积等问题。
为了获取周边环境信息，实现精确测距，所述多功能传感器避障系统11包括超声波传感器110、红外传感器111、激光传感器112和视觉感知器113。超声波传感器的基本原理是测量超声波的飞行时间，通过公式d＝vt/2测量相关距离其中，d表示测量距离，v表示超声波传播速度，t表示超声波的飞行时间红外传感器采用三角测距的原理。激光传感器的测量距离可以达到几十米甚至上百米，角度分辨率高，通常可以达到零点几度，测距的精度也高。视觉感知器采用双目视觉的避障方式，采用三角测距法测距，其中的两个摄像头看到的同一个点P，在成像的时候会有不同的像素位置，此时通过三角测距就可以测出这个点的距离。
参考图3，所述侦察平台控制系统10包括主控单元101、多个控制单元102和采集单元103，所述主控单元101分别与每个控制单元分别连接，每个控制单元均连接有对应的采集单元103。所述采集单元103实时采集悬浮式无人机消防侦察平台1的飞行数据，并将飞行数据传输给控制单元102；所述控制单元102用于接收和处理采集单元发送的飞行数据，根据数据分析生成控制信号并传输给主控单元；其中，控制信号用于控制悬浮式无人机消防侦察平台的飞行状态；所述主控单元101用于接收多个控制单元102分别发送的控制信号，并判断多个控制信号是否一致，根据判断结果对悬浮式侦察平台进行控制。
参考图4与图5，所述系留线缆4从内到外依次为光纤层40、第一绝缘层41、第一电缆层42、第二绝缘层43、第二电缆层44、第三绝缘层45、由电致发光线46构成的自发光层和凯夫拉抗拉层47，所述电致发光线46与发光驱动器48相连接，电致发光线46每隔一固定高度H处连接一微型指示灯49。
通过光纤层40完成地面操控中心和侦察平台控制系统之间的加密光信号传输，地面操控中心发出的信号，首先经过光缆8传到缆绳自动收放系统5后，经过系留线缆里面的光纤层40传输给侦察平台控制系统的信号接收设备，地面操控中心和侦察平台控制系统的信号传输是双向的，自空中平台端发出的信号会经过与上述相反的顺序反馈给地面操控中心。由电致发光线46构成的自发光层以及微型指示灯49，在一定高度如50米、100米等处，使电致发光线通过微型指示灯标记线缆长度，在夜间显示悬浮式无人机消防侦察平台的高度信息和工作安全提示信息。
结合图6所示，所述高压电源供给系统6包括由系留线缆4连接的地面供电系统61与机载供电系统62。
所述地面供电系统61包括柴油/汽油发电机610、地面AC-DC变压电源611以及缆绳自动收放系统5，所述柴油/汽油发电机610与地面AC-DC变压电源611相连接，所述地面AC-DC变压电源611与缆绳自动收放系统5连接。柴油或汽油发电机610发出三相高压交流电，电压一般为220V或380V，所以，如果条件允许，可以用市电来代替。高压交流电经过地面AC-DC变压电源611转变为高压直流电，具体电压根据该段线损耗而定，例如需要保证进机载电源变压模块DC/DC前为400V，且阻值3欧姆,电流15A,则电压调为445V。自地面AC-DC变压电源611出来的高压直流电流由缆绳自动收放系统5供给机载供电部分62。
机载供电系统62包括电源分线盒620、数个机载电源变压模块DC/DC621、无人机侦察平台电机622、数个二次电源变压模块623，所述电源分线盒620与每个机载电源变压模块DC/DC621分别连接，机载电源变压模块DC/DC621与无人机侦察平台电机622对应连接，
所述机载电源变压模块DC/DC621还与数个二次电源变压模块623分别连接，所述二次电源变压模块623各连接一消防任务载荷13。
上述高压电源供给系统61能够实现地面供电系统61对空中平台的持续供电，能够实现悬浮式侦察平台在空中24小时不间断工作。机载供电部分62的电源分线盒620可根据需要将直流高压供电分成几路，具体的，如果是悬浮式无人机消防侦察平台1安装四个螺旋桨16，则需要将供电分为四路，即悬浮式侦察平台安装n个螺旋桨则分为n路电，然后将电然后经过机载电源变压模块DC/DC后，变为低压直流电，给无人机侦察平台电机622供电，带动螺旋桨16旋转，产生悬浮式侦察平台的动力。另外，因为悬浮式侦察平台需要供电的低压电器有很多，如多种消防任务载荷13，所以如果必要，可以通过二次电源变压模块623将低压直流电转换为需要得特定电压。
结合图7所示，为了防止悬浮式无人机消防侦察平台因高压电源供给系统意外断电而坠落，作为优选方案，本发明的机载电源变压模块DC/DC621上连接有智能电源模块3。所述智能电源模块3包括DSP芯片电路31、CAN总线电路32、光纤转换电路33、数个电压采集电路34及与电压采集电路连接的电池组35、SD卡存储电路36、保护电路37和电源电路38，
所述DSP芯片电路31与CAN总线电路32连接，所述CAN总线电路32连接光纤转换电路33，每个电压采集电路34分别和DSP芯片电路31连接，所述SD卡存储电路36、保护电路37以及电源电路38分别和DSP芯片电路31连接，所述电源电路38用于和机载电源变压模块DC/DC621对接。
DSP芯片电路31采用TI公司的DSP控制器，内部集成了FLASH，A/D转换器、通信接口等外设，用于运行电池管理系统的主控子程序、充电子程序、空闲监控子程序、以及CAN通信子程序；述CAN总线电路32和光纤转换电路33是智能电源模块的对外通信链路，通过CAN总线协议收集电池管理系统的信息，并通过CAN/RS232转换，使用RS232串口光通信电路将电池管理系统的信息发送至光纤；电压采集电路34采用电池专用监视芯片，内置12位ADC，精准电压基准、高电压输入多工器，和串行接口，实时监控电池组35的状态；保护电路37主要是保护电池组35，防止电池组过充，过放电；SD卡存储电路36负责存储电池状态的历史信息包括充电时间，充电次数，电池容量、电池健康状态等信息；电源电路38是对外电源充电接口，和机载供电系统62模块对接，完成对智能电池组的充放电功能。
上述智能电源模块3的原理是：当无人机侦察平台电机等都能正常工作时，输出的高压交流电经过转换后的低压直流电，能够对悬浮式侦察平台上的智能电源模块进行充电，使智能电源模块的电压维持在系统设置的安全范围内，当智能电源模块检测到电源电压小于安全值时，系统会判定由发电机供电的线路出现问题，从而启动断电安全防护程序，由智能电源模块给悬浮式侦察平台上的低压电器供电，在智能电源模块的电压能够支撑的预设时间内，悬浮式无人机消防侦察平台可安全返回地面。
结合图8与图9所示，所述缆绳自动收放系统5包含收放缆单元51、排缆单元52、电气控制单元53、检测单元54和温度控制单元55，所述收放缆单元51、排缆单元52、检测单元54以及温度控制单元55分别与电气控制单元53相连接，所述排缆单元52与检测单元54相连接，
所述收放缆单元51包括传送带51a和储线筒51b，所述传送带51a连接在储线筒51b的转轴51c与下述驱动电机52a之间。
所述排缆单元52包括驱动电机52a和导线轮52b。
所述检测单元54包含拉力传感器54a和限位传感器54b，用于监测系留线缆的下端张力、收放长度和收放速度，并将拉力信息传送给电气控制单元53。结合图9，当拉力小于收缆设定值时，电气控制单元53发出放缆控制信号给驱动电机52a，驱动电机52a工作并通过传送带51a带动储线筒51b旋转，收放缆单元51进入自动收缆模式，进行自动收缆；同理，当拉力大于放缆设定值时，收放缆单元51进入自动放缆模式，此时进行缓慢放缆操作。在导线轮52b与储线筒51b的共同作用下，完成系留线缆的自动收放功能，使飞机起降时不留有额外线缆，同时避免系留线缆纠结缠绕，进一步提高系统可靠性。
所述温度控制单元55包括内置的温度传感器55a和风扇55b，所述温度传感器55a安装在储线筒51b附近，实时获取储线筒51b及系留缆绳的温度，并将信号传送给电气控制单元53，当温度超过一定的限定值时，由电气控制单元发出温度控制信号给风扇55b，通过风扇55b对储缆筒上的系留线缆降温，使系留线缆保持在合理的工作温度范围内。
收放缆单元51提供收、放系留线缆所需要的张紧力和制动力、足够的容缆长度、适应平台的收放速度；排缆单元52保证系留线缆整齐有序的排列在储线筒51b上，排缆单元52的驱动电机52a能够自动换向，排缆单元的驱动电机52a与储线筒51b通过传送带实现同步移动。导线轮52b能自适应收放缆过程中因排缆单元同步移动引起的系留线缆摇摆。所述电气控制单元53提供相应的电气和数据接口，便于用户操作和监控系统；所述温度控制单元55通过内置的温度传感器55a，实时获取储线筒51b及系留缆绳的温度，当此温度超过一定的限定值时，可通过风扇55b对储缆筒上的系留线缆降温，使系留线缆保持在合理的工作温度范围内。
当需要本发明的系留式消防空中侦察平台执行任务时，首先在多功能综合挂载平台上挂载需要的消防任务载荷，操作人员在地面操控中心操作，使悬浮式无人机消防侦察平台实现一键起飞，或者通过智能化操作使其到达相应的任务点，消防任务载荷会将采集到的信息反馈给地面站，地面工作人员根据实时传回的信息对事件进行应急处理或布置行动策略。同时地面供电系统通过不间断供电，实现系统的24小时不间断工作。当需要降落时，地面工作人员可以在地面站选择相应的操作，在降落过程中，缆绳自动收放系统会自动根据操作需要调整线缆。
为了更好的展示本发明实施例所提供的系留式消防空中侦察平台的应用原理和应用场景，本实例以消防应用场景为例进行说明。如图8所示，当一建筑物发生火灾，系留式消防空中侦察平台可以通过搭载有毒有害气体分析仪与双光吊舱(消防任务载荷)，对地面灾害现场进行监测，实时采集灾害现场的高清画面、红外热成像以及有毒有害气体浓度等数据，并通过4G网络实时传输到地面服务器，供用户进行实时调取，对接事故现场消防应急控制室信息，实现对灾害现场视频监控信息、联动报警信息、主动灭火设备信息等消防物联网信息的实时接收，提供给消防应急指挥中心进行消防应急救援决策。消防应急指挥中心将应急调度指挥信息通过系留式消防空中侦察平台分发至火灾现场参与救援的地面消防车以及消防人员，实现现场人员和设备的实时指挥和调度。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所披露的装置可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述系留式消防空中平台的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，平台包括所列举的多个消防任务载荷的一种或多种，但不限于已经列举出的消防任务载荷，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部消防任务载荷来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种系留式消防空中侦察平台，其特征在于，包括：悬浮式无人机消防侦察平台(1)、系留线缆(4)、缆绳自动收放系统(5)、高压电源供给系统(6)和地面操控中心(7)，
所述悬浮式无人机消防侦察平台(1)上安装有侦察平台控制系统(10)和多功能传感器避障系统(11)、无人机激光定位起降系统(14)、温度传感器(15)以及数个载荷挂载平台(12)，所述载荷挂载平台(12)用于安装多种消防任务载荷(13)，所述侦察平台控制系统(10)分别与多功能传感器避障系统(11)、多种消防任务载荷(13)、无人机激光定位起降系统(14)以及温度传感器(15)相连接，
所述高压电源供给系统(6)包括地面供电系统(61)与机载供电系统(62)，
所述系留线缆(4)连接在所述机载供电系统(61)和由地面供电系统(62)供电的缆绳自动收放系统(5)之间，
所述地面操控中心(7)通过光缆(8)与缆绳自动收放系统(5)相连接，用于观察和收集悬浮式无人机消防侦察平台(1)工作状态、任务执行信息以及对其进行操作。
2.根据权利要求1所述的系留式消防空中侦察平台，其特征在于：
所述多功能传感器避障系统(11)包括超声波传感器(110)、红外传感器(111)、激光传感器(112)和视觉感知器(113)。
3.根据权利要求1所述的系留式消防空中侦察平台，其特征在于：
所述系留线缆(4)从内到外依次为光纤层(40)、第一绝缘层(41)、第一电缆层(42)、第二绝缘层(43)、第二电缆层(44)、第三绝缘层(45)、由电致发光线(46)构成的自发光层和凯夫拉抗拉层(47)，所述电致发光线(46)与发光驱动器(48)相连接，电致发光线(46)每隔一固定高度H处连接一微型指示灯(49)。
4.根据权利要求1所述的系留式消防空中侦察平台，其特征在于：
所述侦察平台控制系统(10)包括主控单元(101)、多个控制单元(102)和采集单元(103)，所述主控单元(101)分别与每个控制单元分别连接，每个控制单元均连接有对应的采集单元(103)，
所述采集单元(103)实时采集悬浮式无人机消防侦察平台(1)的飞行数据，并将飞行数据传输给控制单元(102)；
所述控制单元(102)用于接收和处理采集单元发送的飞行数据，根据数据分析生成控制信号并传输给主控单元；其中，控制信号用于控制悬浮式无人机消防侦察平台的飞行状态；
所述主控单元(101)用于接收多个控制单元(102)分别发送的控制信号，并判断多个控制信号是否一致，根据判断结果对悬浮式无人机消防侦察平台进行控制。
5.根据权利要求1所述的系留式消防空中侦察平台，其特征在于：
所述高压电源供给系统(6)包括由系留线缆(4)连接的地面供电系统(61)与机载供电系统(62)，
所述地面供电系统(61)包括柴油/汽油发电机(610)、地面AC-DC变压电源(611)以及缆绳自动收放系统(5)，所述柴油/汽油发电机(610)与地面AC-DC变压电源(611)相连接，所述地面AC-DC变压电源(611)与缆绳自动收放系统(5)连接；
机载供电系统(62)包括电源分线盒(620)、数个机载电源变压模块DC/DC(621)、无人机侦察平台电机(622)、数个二次电源变压模块(623)，所述电源分线盒(620)与每个机载电源变压模块DC/DC(621)分别连接，机载电源变压模块DC/DC(621)与无人机侦察平台电机(622)对应连接，
所述机载电源变压模块DC/DC还与数个二次电源变压模块(623)分别连接，所述二次电源变压模块(623)各连接一消防任务载荷(13)。
6.根据权利要求5所述的系留式消防空中侦察平台，其特征在于：
所述机载电源变压模块DC/DC(621)上连接有智能电源模块(3)，
所述智能电源模块(3)包括DSP芯片电路(31)、CAN总线电路(32)、光纤转换电路(33)、数个电压采集电路(34)及与电压采集电路连接的电池组(35)、SD卡存储电路(36)、保护电路(37)和电源电路(38)，
所述DSP芯片电路(31)与CAN总线电路(32)连接，所述CAN总线电路(32连接光纤转换电路(33)，每个电压采集电路(34)分别和DSP芯片电路(31)连接，所述SD卡存储电路(36)、保护电路(37)以及电源电路(38)分别和DSP芯片电路(31)连接，所述电源电路(38)用于和机载电源变压模块DC/DC(621)对接。
7.根据权利要求1所述的系留式消防空中侦察平台，其特征在于：
所述缆绳自动收放系统(5)包含收放缆单元(51)、排缆单元(52)、电气控制单元(53)、检测单元(54)和温度控制单元(55)，
所述收放缆单元(51)、排缆单元(52)、检测单元(54)以及温度控制单元(55)分别与电气控制单元(53)相连接，所述排缆单元(52)与检测单元(54)相连接，
所述收放缆单元(51)包括传送带(51a)和储线筒(51b)，所述传送带(51a)连接在储线筒(51b)的转轴(51c)与下述驱动电机(52a)之间，
所述排缆单元(52)包括驱动电机(52a)和导线轮(52b)，
所述检测单元(54)包括拉力传感器(54a)和限位传感器(54b)，所述检测单元安装在导线轮(52b)上，用于监测绕在导线轮上的系留线缆(4)的拉力和位置，
所述温度控制单元(55)包括内置的温度传感器(55a)和风扇(55b)，所述温度传感器(55a)安装在储线筒(51b)附近，实时获取储线筒(51b)及系留缆绳的温度。
8.根据权利要求1所述的系留式消防空中侦察平台，其特征在于：
所述载荷挂载平台(12)固接于悬浮式无人机消防侦察平台(1)底部的悬空平台(1a)上，
所述载荷挂载平台(12)包括吊臂(12a)和中臂(12b)，所述吊臂(12a)的一端通过快拆转接头(12c)固定在悬空平台上，另一端安装有第一电机(12d)，所述中臂(12b)连接在第一电机(12d)的转轴上，所述吊臂上固定有为载荷提供通信用光接口的光通信组件(12g)，
所述中臂(12b)的两端分别安装有电机(12e)，所述电机的转轴上连接有消防任务载荷安装接口(12f)。
9.根据权利要求8所述的系留式消防空中侦察平台，其特征在于：
所述载荷挂载平台(12)的数量为3个或4个，对称安装在悬空平台(1a)上。
10.根据权利要求1所述的系留式消防空中侦察平台，其特征在于：
所述多种消防任务载荷(13)包含火灾蔓延态势全天候监控多光光电吊舱、多频段消防通信中继设备、气体扩散趋势检测设备、高空照明设备、高空喊话设备、地理三维成像设备以及消防人员地理位置定位系统。
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