CN108845589A - 基于无人机的古建筑区域防雷方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于无人机的古建筑区域防雷方法及系统，所述方法先通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息；再根据电场强度信息定位雷云位置，以及计算雷云电量；再根据雷云电量确定消雷物质释放量，以及根据雷云位置生成无人机飞行路线；最后按照防雷策略，控制无人机按照飞行路线飞行至目标区域，并在雷云位置的上方释放消雷物质。所述方法可以根据检测的电场强度信息定位目标区域中的雷云位置，定量且有目的地释放消雷物质，通过消雷物质抵消或减弱雷云中的电量，减少雷云中雷电产生，达到防雷效果。通过无人机对雷云释放消雷物质，可以全面减轻雷电袭击古建筑，解决传统防雷方法防雷效果不全面的问题。

Description

基于无人机的古建筑区域防雷方法及系统

技术领域

本申请涉及建筑防雷技术领域，尤其涉及一种基于无人机的古建筑区域防雷方法及系统。

背景技术

古建筑通常由木质材料制成，木材经过千百年变得十分干燥，在雨天潮湿天气时，电阻率变小，并且内部年久积满灰尘，易积蓄静电，带有电荷容易引来雷电。由于年代久远，建筑的稳定性较差，在受到雷击时极容易引发火灾或对建筑造成破坏。古建筑本身因其建筑于古代，避雷措施较少或者避雷措施已经失效，使得古建筑受到雷击的概率较高。并且对于大部分古建筑而言，多建筑在山上或野外，为了保护其原貌，古建筑周边往往不会建设其他建筑物，从而进一步增加了古建筑被雷电击中的可能性。

为了避免古建筑被雷电击中，现有技术通常在古建筑的基础上进行防雷改造，即在古建筑上设置引雷设备，使雷云中产生的雷电能够通过引雷设备传入大地，避免其击中古建筑。实际应用中，引雷设备一般包括接闪器，以及通过引线连接接闪器的接地体，其中，接闪器，例如避雷针，设置在古建筑顶部并且高于古建筑的顶部，接地体掩埋在地下，可将雷电中的电荷导入大地。

但是为了尽量保护古建筑的原貌，现有的防雷改造一般是对区域中最高的古建筑实施防雷改造，当建筑区域较大，并且区域内包含古建筑较多时，受雷电天气影响，其他相对高度较低的古建筑依然可能被雷电击中。另外，对于古建筑分布面积较广的文化遗址区域，在雷电天气中，在最高建筑上实施的防雷改造防雷效果不全面，而如果在区域内的每个古建筑都进行防雷改造，会对古建筑造成破坏，不利于文物保护。

发明内容

本申请提供了一种基于无人机的古建筑区域防雷方法及系统，以解决传统防雷方法防雷效果不全面的问题。

一方面，本申请提供一种基于无人机的古建筑区域防雷方法，包括：

通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息；

根据所述电场强度信息定位雷云位置，以及根据所述电场强度信息计算雷云电量；

根据所述雷云电量确定消雷物质释放量，以及根据雷云位置生成无人机飞行路线；

控制所述无人机按照所述飞行路线飞行至所述目标区域，并在所述雷云位置的上方释放消雷物质。

可选的，通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息的步骤前，所述方法还包括：

根据古建筑区域中高于预设高度值的古建筑所处位置，将古建筑区域划分成多个分区域；

获取所述古建筑区域的气象信息，以及根据所述气象信息在多个所述分区域中确定目标区域；

启用位于所述目标区域内的至少三个大气电场传感器。

可选的，根据所述电场强度信息定位雷云位置的步骤包括：

提取至少三个所述大气电场传感器检测到的所述电场强度信息，以及对应传感器的位置；

根据所述电场强度信息、对应传感器的位置以及预设统计模型，计算雷云与所述大气电场传感器之间的距离；

根据所述雷云与至少三个所述大气电场传感器之间的距离，定位所述雷云在所述目标区域中的空间位置。

可选的，根据所述电场强度信息计算雷云电量的步骤包括：

获取所述目标区域内当前气象信息，所述气象信息包括云层厚度和云层面积；

根据所述云层厚度和云层面积，确定所述雷云位置对应的雷云体积；

根据所述电场强度信息，以及所述雷云体积计算所述雷云电量。

可选的，根据雷云位置生成无人机飞行路线的步骤包括：

根据所述消雷物质释放量计算需要的无人机数量；

遍历所述古建筑区域内各机场的可用无人机数量和消雷物质储存量；

选择可用无人机数量和消雷物质储存量满足所述消雷物质释放量，并且距离所述目标区域最近的机场作为策略实施机场；

根据所述策略实施机场所处的位置和所述雷云位置生成所述无人机飞行路线。

可选的，根据雷云位置生成无人机飞行路线的步骤还包括：

启用所述目标区域相邻分区域内的大气电场传感器；

通过所述大气电场传感器检测所述相邻分区域内的电场强度信息；

按照检测到的所述电场强度信息对相邻分区域进行优先级排列；

根据优先级排列顺序规划所述无人机飞行路线，使所述无人机的飞行路线在经过所述目标区域后，按照所述优先级排列顺序先后经过所述相邻分区域。

可选的，控制所述无人机按照所述飞行路线飞行至所述目标区域，并在所述雷云位置的上方释放消雷物质的步骤包括：

实时获取所述无人机飞行位置的电场强度值；

对比所述飞行位置的电场强度值与电场强度阈值；

如果所述飞行位置的电场强度值大于或等于所述电场强度阈值，开启消雷物质释放开关，使所述无人机释放消雷物质。

可选的，所述方法还包括根据所述雷云位置生成报警指令；以及将所述报警指令发送至报警器，使所述报警器发出报警信号。

可选的，通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息的步骤还包括：

根据所述大气电场传感器内置的敏感芯片检测所述目标区域的电场强度，输出检测值；

将输出的所述检测值发送至信号处理装置，使所述信号处理装置对所述检测值分别进行I/V转换、差分放大以及A/D转换。

另一方面，本申请还提供一种基于无人机的古建筑区域防雷系统，包括：多个大气电场传感器、数据处理装置以及多个无人机，其中，

多个所述大气电场传感器设置在古建筑区域内；所述古建筑区域内的每个分区域内设有至少三个处于不同位置的所述大气电场传感器；多个所述无人机设置在所述古建筑区域内的机场中；

所述大气电场传感器和所述无人机分别与所述数据处理装置之间建立通信连接；所述数据处理装置被进一步配置为执行以下程序步骤：

通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息；

根据所述电场强度信息定位雷云位置，以及根据所述电场强度信息计算雷云电量；

根据所述雷云电量确定消雷物质释放量，以及根据雷云位置生成无人机飞行路线；

控制所述无人机按照所述飞行路线飞行至所述目标区域，并在所述雷云位置的上方释放消雷物质。

由以上技术方案可知，本申请提供一种基于无人机的古建筑区域防雷方法及系统，所述方法先通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息；再根据电场强度信息定位雷云位置，以及计算雷云电量；再根据雷云电量确定消雷物质释放量，以及根据雷云位置生成无人机飞行路线；最后按照防雷策略，控制无人机按照飞行路线飞行至目标区域，并在雷云位置的上方释放消雷物质。所述方法可以根据检测的电场强度信息定位目标区域中的雷云位置，定量且有目的地释放消雷物质，通过消雷物质抵消或减弱雷云中的电量，减少雷云中雷电产生，达到防雷效果。方法通过无人机对雷云释放消雷物质，可以全面减轻雷电袭击古建筑，解决传统防雷方法防雷效果不全面的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种基于无人机的古建筑区域防雷方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中启用目标区域内传感器的流程示意图；

图3为本申请实施例中定位雷云位置的流程示意图；

图4为本申请实施例中计算雷云电量的流程示意图；

图5为本申请实施例中生成飞行路线的流程示意图；

图6为本申请实施例中生成临近区域飞行路线的流程示意图；

图7为本申请实施例中释放消雷物质的流程示意图；

图8为本申请实施例中对检测信号进行处理的流程示意图；

图9为一种基于无人机的古建筑区域防雷系统的结构示意图；

图10为本申请实施例中信号处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

在本申请提供的技术方案中，古建筑区域是指具有多处古建筑的区域，例如景区，文化遗址等，由于包括多处古建筑的区域一般较大，并且在古建筑区域中不会包含较多的其他建筑，因此，在此区域内出现雷电袭击时，极有可能袭击到古建筑体本身。本申请中所述的古建筑区域是包含多个古建筑分区域，并且多个分区域可以统一进行管理。其中，每个分区域对应一个古建筑环境，古建筑环境中包括古建筑的建筑主体，以及建筑主体附近的其他物体。例如，对于塔类古建筑，不仅包括古塔建筑的塔身，还包括古塔周边的配套建筑设施，以及树木等容易被雷电击中的物体，这些物体虽然不是古建筑，但对于维护古建筑具有至关重要的作用，因此在确定古建筑环境时，应该包括位于附近的其他物体。需要说明的是，古建筑环境并不仅仅指代平面区域，还应该具有足够的高度，即古建筑环境是指包含古建筑及其周围物体的空间区域，具体的空间区域高度应根据区域内的最高物体确定。

本申请中，雷云是指易于形成雷电袭击的云层。由于一般雷击类型可分为直击雷、感应雷、雷电波侵入和球雷四种。其中，对古建筑危害较大的主要是直击雷和球雷。而要产生直击雷和球雷，首先必须有足够的电量积累，即云层中的电场要达到一定的强度；再通过高强度电场击穿空气，形成电流通道；并且要有突出的物体造成其周围电场突变，感应出异号电荷。因此，在本申请提供的技术方案中，雷云位置对于是否能够形成对古建筑的雷击具有重要的参考意义，而精确的定位雷云位置，则是实施古建筑智能防雷方案的关键。

在本申请提供的技术方案中，所述古建筑区域防雷方法的实施实体被称作所述古建筑区域防雷系统，所述防雷系统由设置在实际古建筑环境中的各种装置组成。其中，用于检测天气信息的装置为天气传感器，可以是大气电场传感器或湿度传感器等；用于实施防雷措施的装置为无人机，即可以携带消雷物质进行飞行的飞行设备。用于对检测结果进行判断，并能确定防雷策略的装置称为数据处理装置。除此之外，所述古建筑区域防雷系统还可以包括信号处理装置和报警装置等，以便所述系统能够更好的实施所述方法。

参见图1为一种基于无人机的古建筑区域防雷方法的流程示意图，由图1可知，本申请提供的古建筑区域防雷方法，包括以下步骤：

S1：通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息。

在实际环境中，影响天气状况的因素有很多，而雷电天气一般伴随着阴雨天气出现，为了能够直接预测未来的天气状况，可以事先从当地气象部门获取资料，来确定未来一段时间内是否会出现阴雨天气，当未来一段时间内可能出现阴雨天气时，再启动相应的古建筑区域防雷系统。

但是古建筑所处的环境不同于常规建筑，对于山谷、河流较多的地区，可能出现微气象的情况，即在气象部门提供的资料显示中显示为晴天时，但古建筑所在的分区域仍然可能出现局部阴雨天气，引发雷电袭击。因此，在本申请提供的技术方案中，防雷系统的启动不仅仅需要收集气象部门提供的资料，而且需要在古建筑环境内设置用于检测天气情况的传感器，检测出当前天气信息。实际应用中，当在一定时间内可能会出现雷电天气时，大气环境中的部分参数将发生变化，例如电场强度，湿度等参数值都会升高。因此本申请中可以通过检测这些天气参数来预测一定时间内的天气情况。例如，天气传感器可以是大气电场传感器或湿度传感器等。

由于雷电袭击的前提是在古建筑上方形成雷云，而雷云是带有大量电荷的云层，因此雷云会与大地之间形成一个非均匀的电场，形成的电场越靠近雷云的中心位置，电场强度就越高，因此，在本申请提供的技术方案中，可通过大气电场强度传感器来对电场进行检测，从而判断古建筑上方是否出现雷云，以及是否能够形成雷电袭击。另外，由于越靠近雷云中心的位置，形成的电场强度越大，因此可以通过检测到的电场强度值来判断雷云的位置。

进一步地，如图2所示，通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息的步骤前，所述方法还包括：

S101：根据古建筑区域中高于预设高度值的古建筑所处位置，将古建筑区域划分成多个分区域；

S102：获取所述古建筑区域的气象信息，以及根据所述气象信息在多个所述分区域中确定目标区域；

S103：启用位于所述目标区域内的至少三个大气电场传感器。

本实施例中，由于越高的古建筑越容易受到雷击，因此对于一个区域而言，如果区域内的建筑较高，则这个区域很容易遭受雷电袭击，因此可先通过古建筑区域中的建筑高度来对整个区域进行划分，划分成多个分区域，并对每个分区域进行标注，以便确定哪些分区域是容易遭遇雷电袭击的。需要说明的是，本实施例中，古建筑的高度是指古建筑的绝对高度，例如海拔高度，即在实际判断时，虽然有些古建筑本身不高，但是其建设在山峰上，依然容易遭到雷电袭击。古建筑的高度预设值根据当地气候条件确定，例如对于经常遭遇雷电袭击的区域，可以将预设高度值设置的较小，以便准确判断遭遇雷击的可能性；而对于不经常出现雷电天气的地区，可以将预设高度值设置的较大，以减少资源浪费。

在对古建筑区域进行分区以后，可以根据古建筑区域的气象信息确定各分区中最容易遭到雷电袭击的分区，即目标区域。例如，通过气象部分提供的卫星云图，判断各分区中，哪个分区的上方的云层较厚，容易出现雷电天气。选定最容易遭到雷电袭击的分区域以后，系统可以通过发送控制指令，启用目标区域内至少三个大气电场传感器，通过至少三个大气电场传感器来检测目标区域内的电场强度情况，从而确定雷云位置以及计算雷云中包含的电量。需要说明的是，为了能够实现对雷云位置的定位，启用的至少三个大气电场传感器要分布在不同的位置上，并且启用的大气电场传感器不能全部位于同一个水平面内。

S2：根据所述电场强度信息定位雷云位置，以及根据所述电场强度信息计算雷云电量；

本申请提供的技术方案中，可根据大气电场传感器检测的结果，先对目标区域上方的雷云位置进行定位。进一步地，如图3所示，根据所述电场强度信息定位雷云位置的步骤包括：

S201：提取至少三个所述大气电场传感器检测到的所述电场强度信息，以及对应传感器的位置；

S202：根据所述电场强度信息、对应传感器的位置以及预设统计模型，计算雷云与所述大气电场传感器之间的距离；

S203：根据所述雷云与至少三个所述大气电场传感器之间的距离，定位所述雷云在所述目标区域中的空间位置。

本实施例中，根据预设的统计模型，可以确定出当前古建筑场景中雷云对应电场强度的分布规律，例如，一般能够产生雷电的云层，以雷云中心位置为起点向远离雷云位置的各个方向的空间区域中，电场强度会逐渐变小，而在大气中形成的电场变化规律一般是相同的。需要说明的是，本实施例中，可以根据当前目标区域中的历史雷电记录，确定出符合当前目标区域下的电场强度变化规律，并通过统计多次记录的结果构建所述统计模型，从而定位雷云位置。可通过统计多次记录的结果，对统计模型进行持续更新，使统计模型能够更加符合当前古建筑环境，避免季节、时间等因素，影响到雷云的定位精度。

因此，在本实施例中，可以通过每个大气电场传感器检测到的电场强度值，确定出每个大气电场传感器与雷云位置之间的距离。再结合雷云与三个或三个以上不同位置上的大气传感器之间的距离即可精确的定位雷云位置。通过本实施例的方案，可以直接定位雷云的中心位置，从而便于后续确定距离雷云位置最近的升降式避雷针，达到更好的引雷效果。

另外，本实施例中所述的雷云位置不仅局限于所述古建筑环境顶部的平面范围内，由于在古建筑环境上方的空中一定高度内的所有云层，都有可能形成袭击古建筑的雷电。因此，雷云位置还应该包括雷云的高度，而定位雷云高度时，进一步需要更多的大气电场传感器来检测电场强度，从而通过传感器与雷云之间的距离来定位雷云位置。

进一步地，在本申请提供的技术方案中，在根据电场强度信息定位雷云位置同时，还可以根据电场强度信息计算雷云电量，如图4所示，根据所述电场强度信息计算雷云电量的步骤还包括：

S204：获取所述目标区域内当前气象信息，所述气象信息包括云层厚度和云层面积；

S205：根据所述云层厚度和云层面积，确定所述雷云位置对应的雷云体积；

S206：根据所述电场强度信息，以及所述雷云体积计算所述雷云电量。

实际应用中，当雷云中包含的电量越大，其形成的电场强度就越大，因此，在雷云的位置确定后，通过检测出的电场强度，和雷云体积可以估算出雷云包含的电量。显然，在实际应用中，由于雷云中的电量是无法精确进行计算的，并且随着云层间相互摩擦和碰撞，会使雷云中包含的电量是不断变化。因此，在本实施例中，仅仅是对雷云电量进行估算即能够为后续释放消雷物质量提供参考即可。

S3：根据所述雷云电量确定消雷物质释放量，以及根据雷云位置生成无人机飞行路线。

本实施例中，在估算出雷云电量以后，可以根据雷云电量确定消雷物质的释放量。本申请中，所述消雷物质是指能够通过极性相反的粒子中和，或形成粒子通道来减轻雷云中来达到减轻雷云电量，达到消雷效果的物质，一般是表现为带电的粉状物质。在实际使用中，消雷物质的释放量要满足消除雷云中电量的需要，因此在估算出雷云中的电量以后，可以根据估算的电量值确定需要释放的消雷物质量。无人机再携带足够量的消雷物质向雷云上方飞行，以便在雷云上方释放消雷物质，进一步地，如图5所示，根据雷云位置生成无人机飞行路线的步骤包括：

S301：根据所述消雷物质释放量计算需要的无人机数量；

S302：遍历所述古建筑区域内各机场的可用无人机数量和消雷物质储存量；

S303：选择可用无人机数量和消雷物质储存量满足所述消雷物质释放量，并且距离所述目标区域最近的机场作为策略实施机场；

S304：根据所述策略实施机场所处的位置和所述雷云位置生成所述无人机飞行路线。

本实施例中，由于一个无人机能够携带的消雷物质量是有限的，而需要无人机反复在雷云上方和机场之间进行飞行来运送足够量的消雷物质，但是在无人机飞行途中，受天气影响，雷云中可能会继续产生电荷，增加雷云电量，不仅耽误防雷的时机，还会影响消雷效果。因此，为了达到更好的消雷效果，避免无人机反复飞行，本实施例中可先根据所需消雷物质的释放量计算出需要的无人机数量，并且遍历古建筑区域内的所有机场，选择出用于执行消雷任务的机场，可见执行消雷任务机场中的消雷物质储量和无人机数量都应满足消雷物质释放量要求。

如果所述古建筑区域中有多个机场满足消雷物质释放量要求，为了减少无人机飞行燃料消耗和时间消耗，可以通过判断机场与雷云位置之间的距离，来确定执行消雷任务的机场，即选择距离雷云位置(或目标区域)最近位置的机场。需要说明的是，当古建筑区域内没有单个机场能够满足消雷物质释放量需求时，可以同时让多个机场执行消雷任务，具体选择哪些机场作为执行任务的机场，可以根据机场与雷云之间的距离进行顺序排列，即先由距离近的机场发送无人机到目标区域，在近距离的机场无法满足消雷物质释放量需求时，再由相对第二近的机场发送无人机，依照这个顺序，直到发送的无人机总数量满足需求为止。显然，在多个机场共同执行任务时，每个机场都要对应一个无人机的飞行路线。

由于在实际应用中，雷云的面积可能较大，常常覆盖多个分区域，因此在本申请的部分实施例中，可以使无人机在目标区域释放消雷物质后，还可以在目标区域附近的临近区域释放消雷物质。即，如图6所示，根据雷云位置生成无人机飞行路线的步骤还包括：

S305：启用所述目标区域相邻分区域内的大气电场传感器；

S306：通过所述大气电场传感器检测所述相邻分区域内的电场强度信息；

S307：按照检测到的所述电场强度信息对相邻分区域进行优先级排列；

S308：根据优先级排列顺序规划所述无人机飞行路线，使所述无人机的飞行路线在经过所述目标区域后，按照所述优先级排列顺序先后经过所述相邻分区域。

由以上步骤可知，本实施例中，可以通过检测相邻近的分区域中的电场强度情况，来判断相邻近区域中的雷云电量，即检测的电场强度越大，相应分区域上方的雷云电量也越大，越容易在相邻近的分区域中也形成雷电袭击。因此，在本实施例中，可根据检测到的电场强度来确定无人机飞过相邻近分区域上方的顺序，从而使无人机在飞过目标区域上方以后，再依次飞过与目标区域相邻近的其他分区域，并通过释放消雷物质进一步减少相邻近区域发生雷电袭击的可能性。

S4：控制所述无人机按照所述飞行路线飞行至所述目标区域，并在所述雷云位置的上方释放消雷物质。

本申请提供的技术方案中，在规划好无人机的飞行路线以后，机场发送携带消雷物质的无人机，使无人机按照规划好的飞行路线飞到目标区域的上方，释放消雷物质。消雷物质可以通过无人机上的喷射装置分散开，并通过自身重力下落到雷云中，与雷云中的粒子发生反应，减弱雷云中的电量，减少雷电袭击目标区域内的古建筑。

进一步地，如图7所示，控制所述无人机按照所述飞行路线飞行至所述目标区域，并在所述雷云位置的上方释放消雷物质的步骤包括：

S401：实时获取所述无人机飞行位置的电场强度值；

S402：对比所述飞行位置的电场强度值与电场强度阈值；

S403：如果所述飞行位置的电场强度值大于或等于所述电场强度阈值，开启消雷物质释放开关，使所述无人机释放消雷物质。

本实施例中，由于目标区域出现雷云时，雷云中的高电量不仅会影响无人机的飞行，而且容易使无人机因遭到雷电袭击而损坏，因此无人机需要尽量避开在雷云中飞行。本实施例中，当无人机选择在雷云上方飞行时，可以在无人机的内部也设置电场强度传感器，实时检测飞行路径上的电场强度，当电场强度到达预设的阈值以后，说明无人机已经距离雷云位置较近，则释放消雷物质，使消雷物质飘散到雷云位置，进行消雷。

在本申请的部分实施例中，所述方法还包括根据所述雷云位置生成报警指令；以及将所述报警指令发送至报警器，使所述报警器发出报警信号。本实施例中，当通过判断检测到目标区域可能遭到雷电袭击后，可以向报警器发送报警指令，报警器在接收到报警指令以后会产生相应的警示信号，例如鸣笛、点亮警示灯等，以通知工作人员。工作人员在接到报警指令以后，可以根据具体的环境条件来确定是否启动其他防雷措施。

进一步地，如图8所示，通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息的步骤还包括：

S111：根据所述大气电场传感器内置的敏感芯片检测所述目标区域的电场强度，输出检测值；

S112：将输出的所述检测值发送至信号处理装置，使所述信号处理装置对所述检测值分别进行I/V转换、差分放大以及A/D转换。

即在本实施例中，大气电场传感器可以进一步包括激励电路模块和敏感芯片。敏感芯片可以是MEMS敏感芯片(Micro-electro Mechanical Systems，微机电系统)，是一种高灵敏度谐振式共面电极微型电场传感器，敏感芯片的性能优异，输出与被测电场之间存在良好的线性关系，并且还具有体积小，功耗低，无机械磨损，易批量制造，成本低等优点。激励电路模块可以驱动传感器的敏感芯片振动，以便检测古建筑环境中的电场强度。即敏感芯片驱动电机周围嵌入偏置电极，并选用高电阻率绝缘材料对芯片进行封装，可进一步降低同频耦合噪声，提高了信噪比。

基于上述古建筑区域防雷方法，本申请还提供一种基于无人机的古建筑区域防雷系统，如图9所示，包括：多个大气电场传感器1、数据处理装置2以及多个无人机3，其中，

多个所述大气电场传感器1设置在古建筑区域内；所述古建筑区域内的每个分区域内设有至少三个处于不同位置的所述大气电场传感器1；多个所述无人机3设置在所述古建筑区域内的机场5中；

所述大气电场传感器1和所述无人机3分别与所述数据处理装置2之间建立通信连接；本实施例中，数据处理装置2可以是具有数据处理功能的设备，如个人计算机、服务器等，其中可包括处理器、存储器等处理元件，数据处理装置2与大气电场传感器1之间可以通过相应的数据连接线连接，也可以通过无线传输的方式实现通信连接。而数据处理装置2和无人机3之间可以通过无线通信实施传输控制指令或检测数据。所述数据处理装置2被进一步配置为执行以下程序步骤：

S1：通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息；

S2：根据所述电场强度信息定位雷云位置，以及根据所述电场强度信息计算雷云电量；

S3：根据所述雷云电量确定消雷物质释放量，以及根据雷云位置生成无人机飞行路线；

S4：控制所述无人机按照所述飞行路线飞行至所述目标区域，并在所述雷云位置的上方释放消雷物质。

在本申请的部分实施例中，如图10所示，所述系统还可以包括设置在大气电场传感器1与数据处理装置2之间的信号处理装置4，信号处理装置4内部设有I/V转换器41，差分放大器42以及A/D转换43。通过大气电场传感器1采集到电场信息，能够及时监测到雷电信号。大气电场传感器1的输出信号首先进行I/V转换，再差分放大，然后通过A/D采样后，在数据处理装置4的CPU里进行信号调解，调解后的信号可以以串口方式输出。

由以上技术方案可知，本申请提供一种基于无人机的古建筑区域防雷方法及系统，所述方法先通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息；再根据电场强度信息定位雷云位置，以及计算雷云电量；再根据雷云电量确定消雷物质释放量，以及根据雷云位置生成无人机飞行路线；最后按照防雷策略，控制无人机按照飞行路线飞行至目标区域，并在雷云位置的上方释放消雷物质。所述方法可以根据检测的电场强度信息定位目标区域中的雷云位置，定量且有目的地释放消雷物质，通过消雷物质抵消或减弱雷云中的电量，减少雷云中雷电产生，达到防雷效果。方法通过无人机对雷云释放消雷物质，可以全面减轻雷电袭击古建筑，解决传统防雷方法防雷效果不全面的问题。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于无人机的古建筑区域防雷方法，其特征在于，包括：

通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息；

根据所述电场强度信息定位雷云位置，以及根据所述电场强度信息计算雷云电量；

根据所述雷云电量确定消雷物质释放量，以及根据雷云位置生成无人机飞行路线；

控制所述无人机按照所述飞行路线飞行至所述目标区域，并在所述雷云位置的上方释放消雷物质。

2.根据权利要求1所述的古建筑区域防雷方法，其特征在于，通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息的步骤前，所述方法还包括：

根据古建筑区域中高于预设高度值的古建筑所处位置，将古建筑区域划分成多个分区域；

获取所述古建筑区域的气象信息，以及根据所述气象信息在多个所述分区域中确定目标区域；

启用位于所述目标区域内的至少三个大气电场传感器。

3.根据权利要求1所述的古建筑区域防雷方法，其特征在于，根据所述电场强度信息定位雷云位置的步骤包括：

提取至少三个所述大气电场传感器检测到的所述电场强度信息，以及对应传感器的位置；

根据所述电场强度信息、对应传感器的位置以及预设统计模型，计算雷云与所述大气电场传感器之间的距离；

根据所述雷云与至少三个所述大气电场传感器之间的距离，定位所述雷云在所述目标区域中的空间位置。

4.根据权利要求1所述的古建筑区域防雷方法，其特征在于，根据所述电场强度信息计算雷云电量的步骤包括：

获取所述目标区域内当前气象信息，所述气象信息包括云层厚度和云层面积；

根据所述云层厚度和云层面积，确定所述雷云位置对应的雷云体积；

根据所述电场强度信息，以及所述雷云体积计算所述雷云电量。

5.根据权利要求1所述的古建筑区域防雷方法，其特征在于，根据雷云位置生成无人机飞行路线的步骤包括：

根据所述消雷物质释放量计算需要的无人机数量；

遍历所述古建筑区域内各机场的可用无人机数量和消雷物质储存量；

选择可用无人机数量和消雷物质储存量满足所述消雷物质释放量，并且距离所述目标区域最近的机场作为策略实施机场；

根据所述策略实施机场所处的位置和所述雷云位置生成所述无人机飞行路线。

6.根据权利要求5所述的古建筑区域防雷方法，其特征在于，根据雷云位置生成无人机飞行路线的步骤还包括：

启用所述目标区域相邻分区域内的大气电场传感器；

通过所述大气电场传感器检测所述相邻分区域内的电场强度信息；

按照检测到的所述电场强度信息对相邻分区域进行优先级排列；

根据优先级排列顺序规划所述无人机飞行路线，使所述无人机的飞行路线在经过所述目标区域后，按照所述优先级排列顺序先后经过所述相邻分区域。

7.根据权利要求1所述的古建筑区域防雷方法，其特征在于，控制所述无人机按照所述飞行路线飞行至所述目标区域，并在所述雷云位置的上方释放消雷物质的步骤包括：

实时获取所述无人机飞行位置的电场强度值；

对比所述飞行位置的电场强度值与电场强度阈值；

如果所述飞行位置的电场强度值大于或等于所述电场强度阈值，开启消雷物质释放开关，使所述无人机释放消雷物质。

8.根据权利要求1所述的古建筑区域防雷方法，其特征在于，所述方法还包括根据所述雷云位置生成报警指令；以及将所述报警指令发送至报警器，使所述报警器发出报警信号。

9.根据权利要求1所述的古建筑区域防雷方法，其特征在于，通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息的步骤还包括：

根据所述大气电场传感器内置的敏感芯片检测所述目标区域的电场强度，输出检测值；

将输出的所述检测值发送至信号处理装置，使所述信号处理装置对所述检测值分别进行I/V转换、差分放大以及A/D转换。

10.一种基于无人机的古建筑区域防雷系统，其特征在于，包括：多个大气电场传感器、数据处理装置以及多个无人机，其中，

多个所述大气电场传感器设置在古建筑区域内；所述古建筑区域内的每个分区域内设有至少三个处于不同位置的所述大气电场传感器；多个所述无人机设置在所述古建筑区域内的机场中；

所述大气电场传感器和所述无人机分别与所述数据处理装置之间建立通信连接；所述数据处理装置被进一步配置为执行以下程序步骤：

通过多个大气电场传感器检测目标区域内的电场强度信息；

根据所述电场强度信息定位雷云位置，以及根据所述电场强度信息计算雷云电量；

根据所述雷云电量确定消雷物质释放量，以及根据雷云位置生成无人机飞行路线；

控制所述无人机按照所述飞行路线飞行至所述目标区域，并在所述雷云位置的上方释放消雷物质。