CN110118999A - 一种无人机搜索系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机搜索系统，包括无人机，所述无人机上集成有飞控系统，以及控制飞控系统的地面基站，所述无人机上安装有：金属探测仪，声音传感器，气味传感器，红外传感器，图像传感器，激光雷达，GPS，所述金属探测仪、声音传感器、气味传感器、红外传感器、图像传感器、激光雷达、GPS皆与中央处理器连接，所述中央处理器与飞控系统连接，一种无人机搜索方法，包括：水上救援，山林救援，田野救援，罪犯搜捕，物种数量统计。本发明通过设计一种多传感器信息融合的无人机搜救平台，对于快速准确的发现失踪生命体、及时施救、最大限度的保障失踪生命体的生命、追捕逃犯、统计物种数量具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机搜索系统及方法。
背景技术
水中、山里及林地一旦有生命体失踪，往往由于搜寻面积广，交通不便给救援工作带来极大的不便。往往由于救援的不及时，错过了最佳救援时间。环境恶劣，给被救援的生命体生存构成了极大的不便和威胁。在生命体丧失生命体症后，如遇到其它生物的伤害或发生腐烂或始终无法找到，也会给生命体的监护人造成极大心里伤害。目前出现类似问题的解决办法大致有如下几种，对于水面搜救大多使用人划船寻找、无人机大面积利用可见光及红外摄像头寻找；水下搜救采用声纳搜寻加潜水员确认的方式；对于山野和林地采用路中摄像头确认方位，大量的人员搜寻和无人机利用可见光摄像头加红外摄像头搜寻的方式。其中：现有水面救援方式，在夜黑、雾大时无法展开，特别是在水中，生命体与周围环境温差不大或是没有温差时，即使是红外摄像头也没办法搜寻；水下搜寻，限于水面没有明显的标识物，全靠人工感觉来搜寻，容易出现搜寻地点的遗漏，由于水下情况复杂搜寻速度也极为缓慢；山里和林地的救援，则会因为夏季林木茂密，道路交通情况恶劣，造成人员搜寻进展缓慢，无人机所携带的图像设备成像效果不好，造成搜寻进展缓慢和无法找到失踪生命体的现象，另外，当逃犯潜逃至水中、山里及林地时，警方针对逃犯的追捕变得非常困难，往往需要耗费大量的人力物力，并且躲在暗处的逃犯对搜捕人员的人生安全产生很大威胁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机搜索系统及方法，以解决上述技术问题。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：
一种无人机搜索系统，包括无人机，所述无人机上集成有飞控系统，以及控制飞控系统的地面基站，所述无人机上安装有：
金属探测仪，用于捕捉地面及水下的较明显的金属目标；
声音传感器，用于捕捉地面的声音；
气味传感器，用于捕捉蛋白质腐烂散发的气味；
红外传感器，用于捕捉生物体温与环境的差别；
图像传感器，用于捕捉地面环境的不同之处，及确认疑似点；
激光雷达，用于控制飞行高度，以及用于捕捉地面的动态目标；
GPS，用于定位无人机位置；
所述金属探测仪、声音传感器、气味传感器、红外传感器、图像传感器、激光雷达、GPS皆与中央处理器连接，所述中央处理器与飞控系统连接。
优选的，所述声音传感器通过长线缆与中央处理器连接，所述长线缆中部固接在电机的动力输出轴上，所述电机安装在无人机底部，所述无人机底部安装有与电机连接用于控制电机正转反转的控制器，所述控制器与中央处理器连接。
优选的，所述金属探测仪、声音传感器、气味传感器、红外传感器、图像传感器、激光雷达、GPS皆与中央处理器通过CAN总线连接，所述中央处理器通过CAN总线与飞控系统连接。
优选的，所述地面基站与飞控系统无线连接。
一种无人机搜索方法，包括：
A.水上救援：水上救援开启图像传感器、金属探测仪和红外传感器，其中图像传感器调整到分辩率最高，红外传感器和金属探测仪精度开启一半，以便滤掉背景中较弱的干扰信号，无人机抵进水面飞行，当三个传感器中图像传感器发现水面信号时，可以直接确定疑似目标，当红外传感器和金属探测仪发现水面、水下或水中目标时，记录当前坐标，然后提高设备的精度，再次扫描，利用金属探测仪和红外传感器进行验证，当确认疑似物后可以进行人工确认；
B.山林救援：包括
B1.冬春救援
此时主要采用图像、红外和声音传感器，辅以金属探测仪,首先进行图像、红外、声音信号检测，当同时有两种传感器搜到目标时确定疑似目标出现，记录目标位置坐标，如有一种传感器发现疑似物体，则降低飞行高度，增强分辨率，进行再次探测，当有两种信号发现疑似物体时，记录疑似物坐标，将坐标发送给地面基站，由人工进行确认；
B2.夏秋救援
当生命体有生命体症的可能较大时，主要依靠用红外、声音传感器探测，辅以气味传感器、图像传感器、金属探测仪；当生命体没有生命体症的可能较大时，主要用气味传感器和金属探测仪进行探测,辅以图像传感器进行探测,
C.田野救援
C1.冬春救援
主要以红外和图像传感器搜寻为主，辅以金属探测仪，当一种传感器发现疑似目标，直升机记录疑似目标位置，返回后重复搜寻，当两种以上传感器确认目标后，派人工前往确认；
C2.夏秋救援
利用红外、气味传感器以满分辨率，金属探测仪以一半分辨率进行抵近飞行，以探测生命体所携带的金属物件，散发的红外特征及生命体排泄物及腐烂物所散发的气味。
D.罪犯搜捕，包括：
利用红外、图像传感器以满分辨率搜寻，当一种传感器发现疑似目标时抵近飞行再次确认，当两种传感器发现疑似目标时持续记录目标位置，并根据目标走向派出警力进行拦截。
E.物种数量统计，包括：
将待统计区域划分成若干等面积小区域，利用红外、图像传感器以满分辨率在小区域内抵近进行地毯式搜寻，当发现目标物种时进行记录，统计出小区域内物种数量，然后计算出大区域内物种数量。
优选的，所述声音传感器要下放至距离飞机螺旋浆下面两倍螺旋浆长的位置，以消除螺旋浆搅动空气声音的影响，同时采到的声音信号要进行滤波处理，对生命体发出的声音频段进行特定采集。
优选的，当无人机飞至指定高度和搜索地域时，地面基站依次通过飞控系统、中央处理器、控制器控制电机正转将声音传感器通过长线缆下放至无人机螺旋浆下方两倍螺旋浆长的位置，离开指定高度和搜索地域时，地面基站依次通过飞控系统、中央处理器、控制器控制电机反转将长线缆缠绕收起，从而将声音传感器收起。
优选的，利用气味传感器进行探测时，主要用硫化氢及甲烷的气体传感器，为减少搜寻时间，飞行检测时首先将待检测区域划分成块，在同一块内按公式切着风向搜寻，其中L1为无人机巡航跨度，L2为已知的无人机巡航宽度，V1为无人机巡航速度，a为当时气候无风条件下气味散发飘散的距离的75％，由当时气候条件下标定得到，气味会随风飘动，切向检测出气味的大体位置，然后记录当前坐标，可人工确认疑似物体。
本发明的有益效果是：
一种多传感器信息融合的无人机搜救平台，对于快速准确的发现失踪生命体、及时施救、最大限度的保障失踪生命体的生命具有重要意义；其次可以避免组织大量人员进行地毯式搜救所造成的人力及物力资源的浪费，由于多传感器信息融合平台发现目标的成功率更大，搜寻速度更高，覆盖面更广，更全，仅利用专业救援队伍对疑似目标进行定点确定就可以，也可以减少地毯时搜寻对非专业救援人引起的人身伤害。
附图说明
图1为本发明无人机搜索系统的结构示意图；
图2为本发明利用气味传感器搜索的工作原理示意图；
图3为本发明实施例的声音传感器、电机、控制器连接结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
一种无人机搜索系统，包括无人机5，无人机5上集成有飞控系统，以及控制飞控系统的地面基站，无人机5上安装有：
金属探测仪，用于捕捉地面及水下的较明显的金属目标；
声音传感器1，用于捕捉地面的声音；
气味传感器，用于捕捉蛋白质腐烂散发的气味；
红外传感器，用于捕捉生物体温与环境的差别；
图像传感器，用于捕捉地面环境的不同之处，及确认疑似点；
激光雷达，用于控制飞行高度，以及用于捕捉地面的动态目标；
GPS，用于定位无人机5位置；
金属探测仪、声音传感器1、气味传感器、红外传感器、图像传感器、激光雷达、GPS皆与中央处理器连接，中央处理器与飞控系统连接。
声音传感器1通过长线缆2与中央处理器连接，长线缆2中部固接在电机3的动力输出轴4上，电机3安装在无人机5底部，无人机5底部安装有与电机3连接用于控制电机3正转反转的控制器6，控制器6与中央处理器连接。
金属探测仪、声音传感器、气味传感器、红外传感器、图像传感器、激光雷达、GPS皆与中央处理器通过CAN总线连接，中央处理器通过CAN总线与飞控系统连接。
地面基站与飞控系统无线连接。
一种无人机搜索方法，包括：
A.水上救援：
水上救援，水上救援有如下特点：水面特别大，船航行速度慢，不容易定位，搜寻难度大；由于水的比热容较大，且水的量大，可以全部包容落入其中的物体，所以对红外信号不敏感；水底物体复杂、多样，对金属探测仪影响较大；
水上救援开启图像传感器、金属探测仪和红外传感器，其中图像传感器调整到分辩率最高，红外传感器和金属探测仪精度开启一半，以便滤掉背景中较弱的干扰信号，无人机抵进水面飞行，当三个传感器中图像传感器发现水面信号时，可以直接确定疑似目标，当红外传感器和金属探测仪发现水面、水下或水中目标时，记录当前坐标，然后提高设备的精度，再次扫描，利用金属探测仪和红外传感器进行验证，当确认疑似物后可以进行人工确认；
B.山林救援：
山林救援有如下特点：地形复杂，高度起伏较大，林木对地面遮蔽较多，对红外、图像传感器影响较大，但是山林中对声音和气味的影响较小。由于林木受季节影响较大，山林救援分为冬春和夏秋两个方式；
B1.冬春救援
冬春救援时，林木枝叶稀疏，对红外和图像影响较小，此时主要采用图像、红外和声音传感器，辅以金属探测仪,首先进行图像、红外、声音信号检测，当同时有两种传感器搜到目标时确定疑似目标出现，记录目标位置坐标，如有一种传感器发现疑似物体，则降低飞行高度，增强分辨率，进行再次探测，当有两种信号发现疑似物体时，记录疑似物坐标，将坐标发送给地面基站，由人工进行确认；
B2.夏秋救援
夏秋季林木繁茂，对图像和红外传感器影响较大，当生命体有生命体症的可能较大时，主要依靠用红外、声音传感器探测，辅以气味传感器、图像传感器、金属探测仪；当生命体没有生命体症的可能较大时，主要用气味传感器和金属探测仪进行探测,辅以图像传感器进行探测,
C.田野救援
C1.冬春救援
冬春季救援由于田野中植物处于休眠状态或是没有植物，主要以红外和图像传感器搜寻为主，辅以金属探测仪，当一种传感器发现疑似目标，直升机记录疑似目标位置，返回后重复搜寻，当两种以上传感器确认目标后，派人工前往确认；
C2.夏秋救援
夏秋季由于田野中有植物影响，但田野中植被没有树林中茂密，植被规则，利用红外、气味传感器以满分辨率、金属探测仪以一半分辨率(田野中金属物体较多，以滤除较小的金属物体干扰)进行抵近飞行，以探测生命体所携带的金属物件，散发的红外特征及生命体排泄物及腐烂物所散发的气味；田野救援中地势平坦，可以以较快速度飞行，故无需按风向进行排查。
D.罪犯搜捕，包括：
利用红外、图像传感器以满分辨率搜寻，当一种传感器发现疑似目标时抵近飞行再次确认，当两种传感器发现疑似目标时持续记录目标位置，并根据目标走向派出警力进行拦截。
E.物种数量统计，包括：
将待统计区域划分成若干等面积小区域，利用红外、图像传感器以满分辨率在小区域内抵近进行地毯式搜寻，当发现目标物种时进行记录，统计出小区域内物种数量，然后计算出大区域内物种数量。
声音传感器要下放至距离飞机螺旋浆下方两倍螺旋浆长的位置，以消除螺旋浆搅动空气声音的影响，同时采到的声音信号要进行滤波处理，对生命体发出的声音频段进行特定采集。
当无人机飞至指定高度和搜索地域时，地面基站依次通过飞控系统、中央处理器、控制器控制电机正转将声音传感器通过长线缆下放至无人机螺旋浆下方两倍螺旋浆长的位置，离开指定高度和搜索地域时，地面基站依次通过飞控系统、中央处理器、控制器控制电机反转将长线缆缠绕收起，从而将声音传感器收起。
利用气味传感器进行探测时，主要用硫化氢及甲烷的气体传感器，为减少搜寻时间，飞行检测时首先将待检测区域划分成块，在同一块内按公式切着风向搜寻，其中L1为无人机巡航跨度，L2为已知的无人机巡航宽度，V1为无人机巡航速度，a为当时气候无风条件下气味散发飘散的距离的75％，由当时气候条件下标定得到，气味会随风飘动，切向检测出气味的大体位置，然后记录当前坐标，可人工确认疑似物体。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种无人机搜索系统，包括无人机，所述无人机上集成有飞控系统，以及控制飞控系统的地面基站，其特征在于：所述无人机上安装有：
金属探测仪，用于捕捉地面及水下的较明显的金属目标；
声音传感器，用于捕捉地面的声音；
气味传感器，用于捕捉蛋白质腐烂散发的气味；
红外传感器，用于捕捉生物体温与环境的差别；
图像传感器，用于捕捉地面环境的不同之处，及确认疑似点；
激光雷达，用于控制飞行高度，以及用于捕捉地面的动态目标；
GPS，用于定位无人机位置；
所述金属探测仪、气味传感器、红外传感器、图像传感器、声音传感器、激光雷达、GPS皆与中央处理器连接，所述中央处理器与飞控系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种无人机搜索系统，其特征在于：所述声音传感器通过长线缆与中央处理器连接，所述长线缆中部固接在电机的动力输出轴上，所述电机安装在无人机底部，所述无人机底部安装有与电机连接用于控制电机正转反转的控制器，所述控制器与中央处理器连接。
3.根据权利要求1所述的一种无人机搜索系统，其特征在于：所述金属探测仪、声音传感器、气味传感器、红外传感器、图像传感器、激光雷达、GPS皆与中央处理器通过CAN总线连接，所述中央处理器通过CAN总线与飞控系统连接。
4.根据权利要求1所述的一种无人机搜索系统，其特征在于：所述地面基站与飞控系统无线连接。
5.一种无人机搜索方法，其特征在于，包括：
A.水上救援：水上救援开启图像传感器、金属探测仪和红外传感器，其中图像传感器调整到分辩率最高，红外传感器和金属探测仪精度开启一半，以便滤掉背景中较弱的干扰信号，无人机抵进水面飞行，当三个传感器中图像传感器发现水面信号时，可以直接确定疑似目标，当红外传感器和金属探测仪发现水面、水下或水中目标时，记录当前坐标，然后提高设备的精度，再次扫描，利用金属探测仪和红外传感器进行验证，当确认疑似物后可以进行人工确认；
B.山林救援，包括：
B1.冬春救援
此时主要采用图像、红外和声音传感器，辅以金属探测仪,首先进行图像、红外、声音信号检测，当同时有两种传感器搜到目标时确定疑似目标出现，记录目标位置坐标，如有一种传感器发现疑似物体，则降低飞行高度，增强分辨率，进行再次探测，当有两种信号发现疑似物体时，记录疑似物坐标，将坐标发送给地面基站，由人工进行确认；
B2.夏秋救援
当生命体有生命体症的可能较大时，主要依靠用红外、声音传感器探测，辅以气味传感器、图像传感器、金属探测仪；当生命体没有生命体症的可能较大时，主要用气味传感器和金属探测仪进行探测,辅以图像传感器进行探测；
C.田野救援，包括：
C1.冬春救援
主要以红外和图像传感器搜寻为主，辅以金属探测仪，当一种传感器发现疑似目标，直升机记录疑似目标位置，返回后重复搜寻，当两种以上传感器确认目标后，派人工前往确认；
C2.夏秋救援
利用红外、气味传感器以满分辨率，金属探测仪以一半分辨率进行抵近飞行，以探测生命体所携带的金属物件，散发的红外特征及生命体排泄物及腐烂物所散发的气味。
D.罪犯搜捕，包括：
利用红外、图像传感器以满分辨率搜寻，当一种传感器发现疑似目标时抵近飞行再次确认，当两种传感器发现疑似目标时持续记录目标位置，并根据目标走向派出警力进行拦截。
E.物种数量统计，包括：
将待统计区域划分成若干等面积小区域，利用红外、图像传感器以满分辨率在小区域内抵近进行地毯式搜寻，当发现目标物种时进行记录，统计出小区域内物种数量，然后计算出大区域内物种数量。
6.根据权利要求5所述的一种无人机搜索方法，其特征在于：所述声音传感器要下放至距离无人机螺旋浆下方两倍螺旋浆长的位置，以消除螺旋浆搅动空气声音的影响，同时采到的声音信号要进行滤波处理，对生命体发出的声音频段进行特定采集。
7.根据权利要求6所述的一种无人机搜索方法，其特征在于：当无人机飞至指定高度和搜索地域时，地面基站依次通过飞控系统、中央处理器、控制器控制电机正转将声音传感器通过长线缆下放至无人机螺旋浆下方两倍螺旋浆长的位置，离开指定高度和搜索地域时，地面基站依次通过飞控系统、中央处理器、控制器控制电机反转将长线缆缠绕收起，从而将声音传感器收起。
8.根据权利要求5所述的一种无人机搜索方法，其特征在于：利用气味传感器进行探测时，主要用硫化氢及甲烷的气体传感器，为减少搜寻时间，飞行检测时首先将待检测区域划分成块，在同一块内按公式切着风向搜寻，其中L1为无人机巡航跨度，L2为已知的无人机巡航宽度，V1为无人机巡航速度，a为当时气候无风条件下气味散发飘散的距离的75％，由当时气候条件下标定得到，气味会随风飘动，切向检测出气味的大体位置，然后记录当前坐标，可人工确认疑似物体。
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