CN108945440A - 一种自动巡视无人机 - Google Patents

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许智辉
赵鑫
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Abstract

本发明提供了一种自动巡视无人机、特别是用于巡视和发现农作物秸秆焚烧的自动巡视无人机，其包括与嵌入式中控板相连的监测系统和自动巡航系统，其中，监测系统包括摄像头、无线通信模块、pm2.5传感器、火焰传感器，由嵌入式中控板根据pm2.5传感器、火焰传感器检测到的数据判断是否有秸秆焚烧情况发生，如果有秸秆焚烧情况发生，则由摄像头拍摄现场图像并通过定位模块获得秸秆焚烧现场的实时位置，同时，嵌入式中控板通过无线通信模块将秸秆焚烧报警信息、秸秆焚烧现场的实时位置及对应的图像发送到远端的调度指挥中心。

Description

一种自动巡视无人机
技术领域
本发明涉及一种自动巡视无人机，特别是用于巡视和发现农作物秸秆焚烧的自动巡视无人机。
背景技术
秸秆焚烧是指将农作物秸秆用火烧从而销毁的一种行为。秸秆焚烧造成雾霾天气，并产生大量有毒有害物质，对人与其它生物体健康形成威胁。秸秆焚烧产生的主要危害：一是引发交通事故，影响道路交通和航空安全，如焚烧秸秆形成的烟雾，造成空气能见度下降，可见范围降低，直接影响民航、铁路、高速公路的正常运营，容易引发交通事故，影响人身安全；二是引发火灾，如秸秆焚烧，极易引燃周围的易燃物，导致火灾，一旦引发麦田大火，往往很难控制，造成经济损失。尤其是在山林附近，后果更是不堪设想；三是破坏土壤结构，造成农田质量下降，如秸秆焚烧也入地三分，地表中的微生物被烧死，腐殖质、有机质被矿化，田间焚烧秸秆破坏了这套生物系统的平衡，改变了土壤的物理性状，加重了土壤板结，破坏了地力，加剧了干旱，农作物的生长因而受到影响；四是产生大量有毒有害物质，威胁人与其它生物体的健康。
因此，如果我们能够利用可以自主巡航的无人机24小时不间断地自动巡视，及时发现秸秆焚烧情况，就能够及时发现并制止。这样可以避免对环境的污染并节省很大一部分人力、物力。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够自动巡视的无人机，这种自动巡视无人机能够及时发现并上报秸秆焚烧情况。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种自动巡视无人机，所述自动巡视无人机包括嵌入式中控板和与所述嵌入式中控板相连接的监测系统，其中，所述监测系统包括摄像头、无线通信模块、pm2.5传感器、火焰传感器；其中，所述嵌入式中控板被配置成根据pm2.5传感器、火焰传感器检测到的数据判断是否有秸秆焚烧情况发生，使得如果有秸秆焚烧情况发生，则由摄像头拍摄现场图像并通过定位模块获得秸秆焚烧现场的实时位置，同时，嵌入式中控板通过无线通信模块将秸秆焚烧报警信息、秸秆焚烧现场的实时位置及对应的图像发送到远端的调度指挥中心。
另外，所述自动巡视无人机还包括与所述嵌入式中控板相连接的自动巡航系统，所述自动巡航系统包括定位模块、气压计、磁力计、惯性测量单元以及驱动电机，所述嵌入式中控板读取定位模块、气压计、磁力计以及惯性测量单元的数据，然后通过计算分析获得无人机的机身位置和姿态等信息，根据机身位置和姿态信息，嵌入式中控板控制驱动电机自动进行位置和姿态的调整。
优选地，定位模块可以是GPS定位模块或北斗定位模块，或者可以是两者的结合。
优选地，所述无线通信模块为4G通信模块，或者也可以是基于物联网的通信模块，调度指挥中心与无人机之间以及无人机与无人机之间通过4G或物联网通信。优选采用物联网进行通信。
通过本发明的技术方案，使得对秸秆焚烧情况的监测变得更容易，能够节省大量人力、物力，监测的准确性也会提高，另外通过采用物联网进行通信使得信息传输更及时、延迟更小，并且通信网络的稳定性更高。
附图说明
图1以框图的形式示出了本发明系统的构成，其中，1是定位模块，2是气压计，3是磁力计，4是惯性测量单元，5是嵌入式中控板，6是pm2.5传感器，7是火焰传感器，8是摄像头，9是无线通信模块，10是驱动电机，11是锂电池。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种自动巡视无人机，其包括定位模块1，其用于获得无人机的当前位置；气压计2，其用于获得无人机的飞行高度；磁力计3，其用于定位无人机的方位；惯性测量单元4，其用于测量无人机三轴姿态角(或角速率)以及加速度；嵌入式中控板5，其是无人机的嵌入式控制装置，能够获取并计算分析各路数据信息以控制无人机做出适当的反应；pm2.5传感器6，其用于测量无人机周围空气中的粉尘浓度；火焰传感器7，其用于检测火源的存在；摄像头8，其用于拍摄图像信息；无线通信模块9，其用于无人机与调度指挥中心以及无人机与无人机之间的通信；驱动电机10，其用于经由嵌入式中控板5控制无人机的飞行；锂电池11，其为无人机飞行提供电力支持。
根据本发明的一个实施例，嵌入式中控板5根据pm2.5传感器6、火焰传感器7检测到的数据判断是否有秸秆焚烧情况发生，如果有秸秆焚烧情况发生，则由摄像头8拍摄现场图像并通过定位模块1获得秸秆焚烧现场的实时位置，同时，嵌入式中控板5通过无线通信模块9将秸秆焚烧报警信息、秸秆焚烧现场的实时位置以及对应的图像发送到远端的调度指挥中心。
根据本发明的一个实施例，定位模块1是GPS模块，或者定位模块1是北斗定位模块，或者定位模块1是GPS模块和北斗定位模块的结合。
根据本发明的一个实施例，嵌入式中控板5读取定位模块1、气压计2、磁力计3以及惯性测量单元4所检测的数据信息，通过计算分析获得无人机当前的机身位置和姿态等信息，根据这些信息，无人机可以控制驱动电机10自动进行位置和姿态的调整。
当然，无人机的位置和姿态也可以由调度指挥中心或者遥控器进行调整。所述嵌入式中控板5由锂电池11供电。
摄像头8用于焚烧现场的图像拍摄。无人机按照预定的路线自主巡航，如果发现有秸秆焚烧情况，则启动报警程序并将实时位置及图像发送到调度指挥中心；如果检测到电量低，则自动返航充电，系统自动调度下一班值班无人机继续未完成的巡航；如果巡逻无人机遇到故障，则传回故障信息及位置信息，系统启动应急预案。
根据本发明的一个实施例，无线通信模块9为4G通信模块，调度指挥中心与无人机之间以及无人机与无人机之间通过4G进行通信。
根据本发明的另一个实施例，无线通信模块9为基于物联网的通信模块，调度指挥中心与无人机之间以及无人机与无人机之间通过物联网进行通信。
pm2.5传感器6、火焰传感器7用于进行秸秆焚烧检测，并且优选将pm2.5传感器6、火焰传感器7固定在机身底侧。
根据本发明的一个实施例，当pm2.5传感器6、火焰传感器7检测到有火情时，无人机会暂时改变预定的巡航路线，经由驱动电机调整机身位置和姿态在靠近火情发生的位置航行，并在适当的位置拍摄火情中心位置的图像。
根据本发明的一个优选的实施例，所述监测系统可以包括空气质量传感器。
根据本发明的一个示例性实施例，摄像头还可以拍摄烟雾的照片，然后基于图像分析，确定烟雾的边界，从而可以获得烟雾的区域范围。优选地，通过区域范围，确定烟雾的大小。
根据本发明的一个示例性实施例，还设有测量风速和风向的风传感器，基于该风传感器，可以判断烟雾在当前风的作用下如何移动的，这可基于流体模型进行。从而，可以从当前的烟雾位置反推出秸秆焚烧的准确位置，这进一步提高了位置确定的准确性。这对于具体判断是哪家焚烧秸秆是非常有利的。
根据本发明的一个示例性实施例，还设有灰烬检测传感器，用于检测秸秆焚烧之后的灰烬。例如，灰烬检测传感器可以是光学传感器，例如摄像头。这可以再结合火焰传感器进行更准确的判断。通过灰烬传感器可以判断地面上的燃烧区域，从而可以更好地定位和确定燃烧的面积。
尽管一些实施例已经被说明，但是这些实施例仅仅是以示例的方式予以呈现，而没有旨在限定本发明的范围。所附的权利要求和它们的等价形式旨在覆盖落在本发明范围和精神内的所有改型、替代和改变。

Claims (10)

1.一种自动巡视无人机，其特征在于，其包括与嵌入式中控板相连的监测系统和自动巡航系统，其中，监测系统包括摄像头、无线通信模块、pm2.5传感器、火焰传感器，由嵌入式中控板根据pm2.5传感器、火焰传感器检测到的数据判断是否有秸秆焚烧情况发生，如果有秸秆焚烧情况发生，则由摄像头拍摄现场图像并通过定位模块获得秸秆焚烧现场的实时位置，同时，嵌入式中控板通过无线通信模块将秸秆焚烧报警信息、秸秆焚烧现场的实时位置及对应的图像发送到远端的调度指挥中心。
2.根据权利要求1所述的自动巡视无人机，其特征在于，所述自动巡航系统包括定位模块、气压计、磁力计、惯性测量单元以及驱动电机，所述嵌入式中控板读取定位模块、气压计、磁力计以及惯性测量单元的数据，通过计算分析获得机身位置和姿态等信息，根据位置和姿态信息，嵌入式中控板控制驱动电机自动进行位置和姿态的调整。
3.根据权利要求1所述的自动巡视无人机，其特征在于，所述无线通信模块为4G通信模块，调度指挥中心与无人机之间以及无人机与无人机之间通过4G通信。
4.根据权利要求1所述的自动巡视无人机，其特征在于，所述无线通信模块为基于物联网的通信模块，调度指挥中心与无人机之间以及无人机与无人机之间通过物联网通信。
5.根据权利要求1所述的自动巡视无人机，其特征在于，pm2.5传感器、火焰传感器固定在机身底侧。
6.根据权利要求1所述的自动巡视无人机，其特征在于，所述定位模块是GPS模块。
7.根据权利要求1所述的自动巡视无人机，其特征在于，所述定位模块是北斗定位模块。
8.根据权利要求1所述的自动巡视无人机，其特征在于，所述定位模块是GPS模块和北斗定位模块的结合。
9.根据权利要求1所述的自动巡视无人机，其特征在于，所述摄像头还拍摄烟雾的照片，然后基于图像分析，确定烟雾的边界，从而可以获得烟雾的区域范围。
10.根据权利要求1所述的自动巡视无人机，其特征在于，还设有测量风速和风向的风传感器，基于该风传感器，可以判断烟雾在当前风的作用下如何移动的，从而，从当前的烟雾位置反推出秸秆焚烧的准确位置；和/或
还设有灰烬检测传感器，用于检测秸秆焚烧之后的灰烬，并通过灰烬传感器判断地面上的燃烧区域和准确位置。
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