CN108545192A - 无人机投弹系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种无人机投弹系统及方法，涉及无人机技术领域。其中的无人机投弹系统包括：无人机组、投放装置、吊舱、实时图传装置、差分定位装置和地面控制站，无人机组的每架无人机上均设置有投放装置和吊舱，吊舱安装有摄像装置，用于采集现场图像信息，实时图传装置包括实时图传机载电台和实时图传地面电台，实时图传机载电台设置在各架无人机上，与吊舱连接，实时图传地面电台与地面控制站连接，差分定位装置与无人机连接，无人机受地面控制站的控制，控制投放装置投弹。上述无人机投弹系统及方法可用于提高无人机投弹灭火的精准性。

Description

无人机投弹系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机投弹系统及方法。

背景技术

随着当前城市化建设的进行，各地的高楼大厦快速不断地建成，给消防工作带来挑战。关于高楼消防的解决方案近些年来被不断提及。目前，适用性强，灭火效率高的灭火弹，在高楼灭火时利用率越来越高。高楼灭火时使用灭火弹的方式，主要采用地面发射与无人机投射两种方式。其中，无人机能够到达的高楼层，上升到失火位置所需要的时间较短，无需担心地面交通状况以及场地是否开阔，消防人员的安全也能够得到保障，可方便进行侦测、灭火、救援工作。

但是，由于无人机近距离直接投射灭火弹进行灭火时，由于灭火弹本身仍存在一定的破坏性，因此，投放时需要确保在灭火的同时，不对周围再造成二次破坏，则需要无人机侦测数据准确，现有的无人机投弹系统的侦测数据精度不够，对高精度场合下的投弹灭火工作尚无法保证成功率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种无人机投弹系统及方法，可通过对着火点和无人机位置的精确侦测，提高投弹灭火的成功率。

本发明实施例提供了一种无人机投弹系统，包括：

无人机组、投放装置、吊舱、实时图传装置、差分定位装置和地面控制站；

其中，所述无人机组的每架无人机上均设置有所述投放装置和所述吊舱；

所述吊舱安装有摄像装置，所述摄像装置用于采集现场图像信息；

所述实时图传装置包括实时图传机载电台和实时图传地面电台，所述实时图传机载电台设置在各架所述无人机上，所述实时图传机载电台与所述吊舱连接，所述实时图传地面电台与所述地面控制站连接；

所述差分定位装置与所述无人机连接；

所述地面控制站与所述无人机连接，所述无人机受所述地面控制站的控制，控制所述投放装置投弹。

本发明实施例还提供了一种无人机投弹方法，应用于上述无人机投弹系统，包括：

地面控制站控制各个吊舱采集现场图像信息和与着火点的距离信息，并获取所述现场图像信息和与着火点的距离信息，所述各个吊舱分别安装在无人机组的每架无人机上；

每架所述无人机获取差分定位装置发送的定位校正值，并根据所述定位校正值校正定位信息，以及将校正后的定位信息发送给所述地面控制站；

所述地面控制站根据所述现场图像信息、所述距离信息、所述校正后的定位信息和预置的投弹参数，控制所述无人机进行投弹。

本发明各实施例，通过采用群控多架无人机的方式，控制无人机的吊舱采集到失火现场的实时图像，无人机根据差分定位装置测得的定位校正值得到自己精确的的定位，多架无人机相互配合对起火位置进行探测，得到更精准的火情信息以及无人机的位置信息，进而对着火点进行精准投弹灭火，提高灭火的成功率。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的无人机投弹系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的无人机投弹系统的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的无人机投弹方法的流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1，图1为本发明一实施例提供的无人机投弹系统的结构示意图。该无人机投弹系统包括：

无人机组10、投放装置20、吊舱30、实时图传装置40、差分定位装置50和地面控制站60；

其中，无人机组10包括多架无人机，每架无人机上均设置有投放装置20和吊舱30。

吊舱30安装有摄像装置，摄像装置用于采集现场图像信息，现场图像信息可以反映失火现场的实况，包括现场人员图像和现场火情图像，从现场图像信息中可以获得失火现场是否有人员以及人员的位置和状态，以及可以获得着火点的数量和位置、火的大小等信息。

实时图传装置40包括实时图传机载电台41和实时图传地面电台42，实时图传机载电台41设置在无人机组10的各架无人机上，实时图传机载电台42与吊舱30连接，将吊舱30获取的现场图像信息发送给实时图传地面电台42，实时图传地面电台42与地面控制站60连接，将该现场图像信息发送给地面控制站60。在地面控制站60上可以在屏幕上直接显示现场图像，工作人员可直观的看到失火现场的人员和火情。

差分定位装置50与无人机组10中的各无人机连接，差分定位装置50可以具体为GPS(Global Positioning System)接收机，根据已知坐标和卫星星历计算出定位校正值，将该定位校正值发送给无人机，无人机根据该定位校正值校正自己的定位。具体是在无人机初始定位值的基础上增加或减去定位校正值，得到校正后的定位值。

地面控制站60与无人机组10中的各无人机连接，接收多架无人机发送的飞行速度、位置、姿态、电池状态、与起火点的距离等信息，结合从实时图传地面电台42获接收到的现场图像信息、投放装置的投放参数，得到最佳投放位置，该投放参数可以是投放的初始角度、速度等，并控制无人机进行投弹，无人机受地面控制站60的控制，控制投放装置20投弹。

本发明实施例中，通过采用群控多架无人机的方式，控制无人机的吊舱采集到失火现场的实时图像，无人机根据差分定位装置测得的定位校正值得到自己精确的的定位，多架无人机相互配合对起火位置进行探测，得到更精准的火情信息以及无人机的位置信息，进而对着火点进行精准投弹灭火，提高灭火的成功率。

图2为本发明另一实施例提供的无人机投弹系统的结构示意图。该无人机投弹系统包括：

无人机组10、投放装置20、吊舱30、实时图传装置40、差分定位装置50和地面控制站60；

其中，无人机组10包括多架无人机，每架无人机上均设置有投放装置20和吊舱30。

无人机可以是多旋翼无人机或直升机，根据火情大小，无人机组10可以由多架多旋翼无人机和/或直升机构成，例如3架无人机和3架直升机，或者，3架无人机，或者5架直升机等。火情一般时，可采用多架载重5～10kg的多旋翼无人机进行投弹灭火，火情严重时，则使用载重更高的直升机进行投弹灭火。相较于其他类型的无人机，多旋翼以及直升机对起飞场地几乎没有要求，飞行速度稳定，可以悬停，能在环境较为复杂的场所进行侦测和灭火工作。

具体的，若无人机为多旋翼无人机，投放装置20安装于多旋翼无人机正下方中心位置，可保持无人机飞行时的平衡，利于投弹。吊舱30具体为双轴吊舱，双轴吊舱可以绕航向轴及俯仰轴运动改变摄像视野，可以全方位、有重点的获取现场实况图像，吊舱30倒置安装于多旋翼无人机正上方中心位置。

若无人机为直升机，投放装置20安装于直升机下方，使得投放装置20中的灭火弹处于直升机下方的重心位置，该重心位置一般为中心位置，在该位置上投放装置20不会打破直升机的飞行平衡。吊舱30为双轴吊舱，安装于直升机正前端，便于直升机在飞行时获取正前方的实况图像。

吊舱30上安装有摄像装置，该摄像装置用于采集现场图像信息，该现场图像信息可以反映失火现场的实况，包括现场人员图像和现场火情图像。

具体地，该摄像装置为双光探测摄像头，包括可见光模块、热成像模块以及激光测距模块。其中，激光测距模块的端口与该双光探测摄像头平行安装，以确保所测位置为现场图像的中心点。该可见光摄像头可观测现场火情，该热成像模块可以回传现场图像信息给地面控制站60，因为热成像图像中可以通过不同颜色区分温度高低不同的区域，温度最高的区域则为当前着火点，温度次高的区域可能是下一个着火点，因此在地面控制站60的可根据热成像图像精准查找着火点，以进行预防，该测距模块可测得无人机与着火中心点的距离，方便之后进行精确灭火。

实时图传装置40用于在无人机与地面控制站60之间传递图像信息。实时图传装置40包括实时图传机载电台41和实时图传地面电台42，实时图传机载电台41设置在各架无人机上，实时图传地面电台42设置在地面上，实时图传机载电台41和实时图传地面电台42通过微波信号进行通信。实时图传机载电台42与吊舱30连接，吊舱30通过高清晰度多媒体接口(High Definition Multimedia Interface，HDMI)与实时图传机载电台41连接，以实现图像传输，通过RS-422定义数据接口与实时图传机载电台41实现数据连接。将吊舱30获取的现场图像信息发送给实时图传地面电台42。实时图传地面电台42与地面控制站60连接，将该现场图像信息发送给地面控制站60。

差分定位装置50与无人机组10中的各无人机连接，差分定位装置50可以具体为GPS(Global Positioning System)接收机，根据已知坐标和卫星星历计算出定位校正值，将该定位校正值发送给无人机，无人机根据该定位校正值校正自己的定位。差分定位装置50可以对无人机进行准确的定位，误差可达厘米级。

地面控制站60与无人机组10中的各无人机连接，接收多架无人机发送的飞行速度、位置、姿态、电池状态、与起火点的距离等信息，结合从实时图传地面电台42获接收到的现场图像信息、投放装置的投放参数，得到最佳投放位置，并控制无人机进行投弹，无人机受地面控制站60的控制，控制投放装置20投弹。

需要说明的是，控制两轴吊舱对准温度最高处，得到该两轴吊舱的俯仰角和航向角，加上测距模块得到的距离，以及差分定位装置50计算出的定位校正值，计算后就可得到该起火点的位置。

具体地，地面控制站60包括终端61，无人机控制装置62，地面数传电台63和吊舱监视器64。终端61与无人机控制装置62连接，其中，无人机控制装置62包括无人机控制遥杆621和吊舱控制遥杆622，终端61分别与无人机控制遥杆621和吊舱控制遥杆622连接，终端61通过无人机控制遥杆621控制各无人机的飞行状态，利用地面控制站60可同时控制多架无人机从楼层不同方向测距，得到精准的着火点方位及距离。通过吊舱控制遥杆622控制吊舱30的旋转方式和旋转角度，以即通过控制点吊舱30的姿态，来控制吊舱30上拍摄装置的拍摄角度。

进一步地，终端61分别与地面数传电台63和实时图传地面电台42连接，地面数传电台63用于接收无人机组10中各无人机回传的失火现场数据，终端61具体可以为PC(personal computer)端，通过串口线连接实时图传地面电台42、地面数传电台63，从地面数传电台63获取该失火现场数据，该失火现场数据可包括无人机飞行速度，位置，姿态，电池电量，起火点距离，吊舱两轴旋转角度等数据，从实时图传地面电台43获取现场图像信息，并可在终端61的屏幕上显示以上失火现场的图像和数据。

吊舱监视器64与实时图传地面电台63连接，获取吊舱30采集到的现场图像信息，并显示对应的现场图像，以确定失火情况及是否有被困人员。

进一步地，投放装置20包括：

弹簧投放筒和投放控制盒，在该弹簧投放筒中放置有灭火弹，该投放控制盒控制该弹簧投放筒投放该灭火弹。投放控制盒的控制板开关与各无人机的飞行控制系统相连。投放控制盒是投放装置20的核心，以stm32单片机为核心的控制板供电开关与无人机的飞行控制系统相连接。无人机的飞行数传电台接收终端61通过地面数传电台发送的投弹控制指令，并将该投弹控制指令传给无人机飞行控制系统，飞行控制系统打开控制板开关，通过延时程序延时1秒后打开弹簧投放筒进行灭火弹的投放。

弹簧投放筒根据投放筒弹簧压缩势能(该压缩势能可调控)及灭火弹型号(对应灭火弹重量)，通过计算及实测可得到各个型号灭火弹的初始出筒速度，确定各个型号的初始出筒速度后，更有利于对其投放进行准确控制。

进一步地，终端61可根据该灭火弹的初始出筒速度，多架无人机传回的着火点距离，吊舱双轴旋转角度，无人机高度等数据，得到最佳的投放位置，通过地面数传电台63发送给无人机控制指令，控制无人机发射灭火弹，进而实现近距离的精准打击灭火。

在实际应用场景中，地面控制站60预先规划无人机组10中各架无人机的飞行路线，控制各架无人机按照各自的飞行路线飞到失火现场的目标位置。如果是高楼失火，则控制各架无人机悬停在高楼失火位置的不同方位。地面控制站60利用吊舱控制摇杆621控制吊舱30绕航向轴及俯仰轴运动，在吊舱监视器64上查看吊舱30通过实时图传装置40回传的现场图像，全方位监测现场是否有被困人员，并根据被困人员的情况展开救援。在准备进行投弹灭火时，地面控制站60控制吊舱30使其对准起火点，各个吊舱30采集的现场图像通过实时图传装置40直接传到舱监视器64上，通过分屏查看，切换热成像模式，使温度最高处位于当前查看的图像中心，通过此时吊舱30两个轴向的旋转角度，测距距离，无人机GPS定位及高度传感器定位，计算即可得到该方向上起火中心处的准确定位，即起火中心处经纬度，起火中心处距地面高度，距离无人机水平距离及垂直高度等，多架不同方向的无人机同时进行监测，可进一步得到起火最严重区域的位置，投放装置20中弹簧投放筒可选用固定规格材质，提前计算并多次实测得到不同重量灭火弹的初始出筒速度，调整好无人机的投弹位置，控制无人机投弹，对着火点实现精准打击灭火。

本发明实施例中没有详述的部分，可参见前述无人机投弹系统的实施例的描述，此处不再赘述。

本发明实施例中，通过采用群控多架无人机的方式，控制无人机的吊舱采集到失火现场的实时图像，无人机根据差分定位装置测得的定位校正值得到自己精确的的定位，多架无人机相互配合对起火位置进行探测，得到更精准的火情信息以及无人机的位置信息，进而对着火点进行精准投弹灭火，提高灭火的成功率。

图3为本发明一实施例提供的无人机投弹方法的流程示意图。该无人机投弹方法可应用于前述图1和图2所示实施例中的无人机投弹系统，该系统的具体结构请参见前述相关描述，此处不再赘述，该无人机投弹方法包括：

S101、地面控制站控制各个吊舱采集现场图像信息和与着火点的距离信息；

各个吊舱分别安装在无人机组的每架无人机上。

该着火点的距离为吊舱与着火点的距离，也即无人机与着火点的距离。

具体的，该吊舱为双轴吊舱，吊舱上安装有摄像装置，该摄像装置包括可见光模块、热成像模块以及激光测距模块；

该地面站控制各个吊舱绕航向轴及俯仰轴运动，并通过该可见光模块，获取该现场图像信息，以及通过该热成像模块和该激光测距模块采集该距离信息。

S102、获取该现场图像信息和与着火点的距离信息；

吊舱通过实时图传装置与地面控制站传输现场图像信息。实时图传装置包括实时图传机载电台和实时图传地面电台，该实时图传机载电台设置在各架无人机上，该实时图传机载电台与吊舱连接，该实时图传地面电台与该地面控制站连接，吊舱将采集的现场图像信息通过该实时图传机载电台发送给该实时图传地面电台，该该实时图传地面电台再将该现场图像信息发送给该地面控制站。

无人机通过机载的飞行数传电台，与地面控制站的地面数传电台进行数据通信，传输该无人机与着火点的距离信息。

S103、每架无人机获取差分定位装置发送的定位校正值，并根据该定位校正值校正定位信息，以及将该校正定位信息发送给该地面控制站；

无人机通过机载的飞行数传电台，将该校正后的定位信息通过该地面数传电台发送给该地面控制站。

S104、地面控制站根据该现场图像信息、该距离信息、该校正后的定位信息和预置的投弹参数，控制该无人机进行投弹。

本发明实施例中没有详述的部分，可参见前述无人机投弹系统的实施例的描述，此处不再赘述。

本发明实施例中，通过采用群控多架无人机的方式，控制无人机的吊舱采集到失火现场的实时图像，无人机根据差分定位装置测得的定位校正值得到自己精确的的定位，多架无人机相互配合对起火位置进行探测，得到更精准的火情信息以及无人机的位置信息，进而对着火点进行精准投弹灭火，提高灭火的成功率。

上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中可以参见其它实施例的相关描述。

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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。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、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种无人机投弹系统，其特征在于，包括：

无人机组、投放装置、吊舱、实时图传装置、差分定位装置和地面控制站；

其中，所述无人机组的每架无人机上均设置有所述投放装置和所述吊舱；

所述吊舱安装有摄像装置，所述摄像装置用于采集现场图像信息；

所述实时图传装置包括实时图传机载电台和实时图传地面电台，所述实时图传机载电台设置在各架所述无人机上，所述实时图传机载电台与所述吊舱连接，所述实时图传地面电台与所述地面控制站连接；

所述差分定位装置与所述无人机连接；

所述地面控制站与所述无人机连接，所述无人机受所述地面控制站的控制，控制所述投放装置投弹。

2.根据权利要求1所述的投弹系统，其特征在于，所述摄像装置为双光探测摄像头，包括可见光模块、热成像模块以及激光测距模块。

3.根据权利要求1或2所述的投弹系统，其特征在于，所述无人机为多旋翼无人机；

所述投放装置安装于所述多旋翼无人机正下方中心位置；

所述吊舱为双轴吊舱，倒置安装于所述多旋翼无人机正上方中心位置。

4.根据权利要求1或2所述的投弹系统，其特征在于，所述无人机为直升机；

所述投放装置安装于所述直升机下方，使得所述投放装置中的灭火弹处于所述直升机下方的重心位置；

所述吊舱为双轴吊舱，安装于所述直升机正前端。

5.根据权利要求1所述的投弹系统，其特征在于，所述地面控制站包括：

终端，无人机控制装置，地面数传电台和吊舱监视器；

其中，所述终端分别与所述无人机控制装置、所述地面数传电台以及所述实时图传地面电台连接；

所述吊舱监视器与所述实时图传地面电台连接。

6.根据权利要求5所述的投弹系统，其特征在于，所述无人机控制装置包括：无人机控制遥杆和吊舱控制摇杆。

7.根据权利要求1所述的投弹系统，其特征在于，所述实时图传机载电台通过高清晰度多媒体接口与所述吊舱连接。

8.根据权利要求1所述的投弹系统，其特征在于，所述投放装置包括：：

弹簧投放筒和投放控制盒；

所述弹簧投放筒中放置有灭火弹；

所述投放控制盒控制所述弹簧投放筒投放所述灭火弹；

所述投放控制盒的控制板开关与所述无人机的飞行控制系统相连。

9.一种无人机投弹方法，应用于前述权利要求1至8中任一项所述的无人机投弹系统，其特征在于，包括：

地面控制站控制各个吊舱采集现场图像信息和与着火点的距离信息，并获取所述现场图像信息和与着火点的距离信息，所述各个吊舱分别安装在无人机组的每架无人机上；

每架所述无人机获取差分定位装置发送的定位校正值，并根据所述定位校正值校正定位信息，以及将校正后的定位信息发送给所述地面控制站；

所述地面控制站根据所述现场图像信息、所述距离信息、所述校正后的定位信息和预置的投弹参数，控制所述无人机进行投弹。

10.根据权利要求9所述的投弹方法，其特征在于，所述吊舱为双轴吊舱，所述吊舱上安装有摄像装置，所述摄像装置包括可见光模块、热成像模块以及激光测距模块；

则，所述地面控制站控制各个吊舱采集现场图像信息包括：

所述地面站控制各个吊舱绕航向轴及俯仰轴运动，并通过所述可见光模块，获取所述现场图像信息，以及通过所述热成像模块和所述激光测距模块采集所述距离信息。