CN110675522A - 一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，包括无人机系统和地面信息处理系统，所述无人机系统包括无人机机体，与所述无人机机体相连的壳体上层、壳体中层和壳体下层，以及第一无线通信模块，所述地面信息处理系统包括第二无线通信模块、智能终端、二次处理系统和报警系统。本发明具有应用场合多样化，灵活便捷，信息反应及时，性能稳定，智能化程度高的特点。

Description

一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统

技术领域

本发明涉及电子安防巡检领域，特别涉及一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统。

背景技术

安全问题一直是我国存在的一个问题，交通安全，工业安全，以及灾难后受灾群众的人身安全，每一样都是关系到人民群众切身利益的，至关重要的事情。我国地域广阔，部分地区地震多发，部分地区饱受洪涝泥石流的困扰，巨大的森林面积也存在着森林大火的风险。交通问题在生活中也是一个巨大的问题，由于违停，超速，压线，逆行，车流量过大产生的交通问题也一直存在。还有在工业生产过程中，设备的意外损坏造成的安全问题也十分需要重视。因此，需要一种能应用于多种场合，灵活便捷，信息反应及时，性能稳定，足够智能的多用途电子安防巡检系统。

专利申请号为CN110174670 A的“一种基于无人机的地震搜救装置”，该专利申请采用雷达生命探测仪的探测距离为30m，只可用于生命探测，却无法解决其他种类安全问题。

专利申请号为CN103163881A的“基于固定翼无人机的输电线路巡检系统”，该专利申请只能适用于直接拍摄，不能对工业生产中的其他安全问题进行巡检。

这些发明所应用的场景单一，只能解决某一特定场景的安全问题。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，解决现有技术中电子安防巡检系统应用场景单一的问题，可用于交通监控、人员搜救、森林火灾监控、工业安全巡检。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，包括无人机系统和地面信息处理系统，其中：

所述无人机系统包括无人机机体，与所述无人机机体相连的壳体上层、壳体中层和壳体下层，以及第一无线通信模块，其中：

所述壳体下层设置有通气孔群并预设若干洞孔，用于安装摄像头和各类传感器；

所述通气孔群均匀分布在所述壳体下层，用于通过各类传感器采集现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体以及通过摄像头拍摄的现场画面；

所述壳体中层设置PCB主板，用于集成布设安全报警器的各类传感器和电气元件；

所述PCB主板与所述无人机机体内的电池相连接，并与各类传感器和电气元件电性连接，用于为各类传感器和电气元件供电；

所述第一无线通信模块与所述PCB主板电性连接，用于将各类传感器采集的现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及通过摄像头拍摄的现场画面发送至所述地面信息处理系统；

所述地面信息处理系统包括第二无线通信模块、智能终端、二次处理系统和报警系统，其中：

所述第二无线通信模块与所述第一无线通信模块无线通信连接，用于接收所述第一无线通信模块发送的采集的现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据；

所述智能终端与所述第二无线通信模块无线通信连接，用于显示现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及摄像头所拍摄的现场画面；

所述二次处理系统与所述智能终端电性连接，用于对现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及摄像头所拍摄的现场画面进行二次处理并进行保存以供后续查询；

所述报警系统与所述智能终端和二次处理系统电性连接，用于判断经过所述二次处理系统处理后的现场风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据超过指定阈值时进行报警并在所述智能终端上进行显示。

进一步的，所述各类传感器和电气元件包括导航定位模块、红外测温传感器、风速传感器、风向传感器、烟雾传感器、毒气传感器、信号放大器、模数转换器、单片机和蜂鸣器，其中：

所述导航定位模块与所述PCB主板电性连接，用于获取现场的位置信息；

所述红外测温传感器与所述信号放大器电性连接，用于探测人体温度以及监测过高的环境温度；

所述风速传感器与所述信号放大器电性连接，用于感测现场的风速；

所述风向传感器与所述信号放大器电性连接，用于感测现场的风向；

所述烟雾传感器与所述信号放大器电性连接，用于感测现场周围环境中的烟雾浓度；

所述毒气传感器与所述信号放大器电性连接，用于感测现场周围环境中的有毒气体浓度；

所述信号放大器与所述模数转换器电性连接，用于将所述烟雾传感器、红外测温传感器、风速传感器、风向传感器、毒气传感器感测的烟雾浓度、人体温度、环境温度、风速、风向和有毒气体浓度进行放大处理；

所述模数转换器与所述单片机电性连接，用于将经过放大处理后的烟雾浓度、人体温度、环境温度、风速、风向和有毒气体浓度的模拟量转换成数字量传送给所述单片机；

所述蜂鸣器与所述PCB主板电性连接，用于当烟雾浓度、有毒气体浓度的数值超过指定阈值时形成报警信息或者发现受灾群众时发出提示声响。

优选的，所述导航定位模块采用GPS+北斗双模。

优选的，所述红外测温传感器选用探测温度范围为零下四十摄氏度至三百摄氏度的红外测温点阵传感器。

优选的，所述风速传感器选用铝合金外壳的风速传感器，和/或，所述风向传感器选用铝合金外壳的风向传感器。

优选的，所述毒气检测模块包括MQ-2毒气传感器、MQ-3毒气传感器、MQ-4毒气传感器、MQ-5毒气传感器、MQ-6毒气传感器、MQ-7毒气传感器、MQ-8毒气传感器、MQ-9毒气传感器和MQ-135毒气传感器，均与所述信号放大器电性连接，用于检测多种毒气。

进一步的，所述二次处理系统包括图像处理算法模块和云端数据库，其中：

所述图像处理算法模块并与所述蜂鸣器电性连接，用于处理所述摄像头拍摄的现场画面的图像信息并在图像信息显示有异常情况发生时触发所述蜂鸣器进行报警；

所述云端数据库，用于实时保存现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及摄像头所拍摄的现场画面以供后续使用者查询数据库信息。

优选的，所述摄像头采用IMX334摄像头模组。

优选的，所述智能终端采用台式机电脑、智能手机或平板电脑。

优选的，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块采用LoRa模块、NB-IoT模块、蓝牙模块、WIFI模块、3G/4G/5G模块、Zigbee模块或DTU模块。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明设计了一种应用范围广、灵活便捷、信息反应及时、性能稳定、足够智能的多用途电子安防巡检系统，可用于交通监控，如监测超速、监测违停、监测压线、监测逆行；可用于灾难搜救，如地震灾后搜救、泥石流灾后搜救；可用于工业安全巡检，如监测毒气泄漏、监测输电线异常、监测意外失火；可用于森林火灾监测以及火势预测。本发明具有应用场合多样化，灵活便捷，信息反应及时，性能稳定，智能化程度高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：

图1是本发明一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统的系统结构框图。

【主要符号说明】

1-无人机机体；

2-摄像头；

3-第二无线通信模块；

4-智能终端；

5-二次处理系统；

6-报警系统；

7-导航定位模块；

8-红外测温传感器；

9-风速传感器；

10-风向传感器；

11-烟雾传感器；

12-毒气传感器；

13-单片机；

14-蜂鸣器；

15-图像处理算法模块；

16-云端数据库。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例公开了一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，包括无人机系统和地面信息处理系统，其中：

所述无人机系统包括无人机机体1，与所述无人机机体1相连的壳体上层(未图示)、壳体中层(未图示)和壳体下层(未图示)，以及第一无线通信模块(未图示)，其中：

所述壳体下层设置有通气孔群(未图示)并预设若干洞孔(未图示)，用于安装摄像头2和各类传感器；

所述通气孔群均匀分布在所述壳体下层，用于通过各类传感器采集现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体以及通过摄像头2拍摄的现场画面；

所述壳体中层设置PCB主板(未图示)，用于集成布设安全报警器的各类传感器和电气元件；

所述PCB主板与所述无人机机体1内的电池相连接，并与各类传感器和电气元件电性连接，用于为各类传感器和电气元件供电；

所述第一无线通信模块与所述PCB主板电性连接，用于将各类传感器采集的现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及通过摄像头2拍摄的现场画面发送至所述地面信息处理系统；

所述地面信息处理系统包括第二无线通信模块3、智能终端4、二次处理系统5和报警系统6，其中：

所述第二无线通信模块3与所述第一无线通信模块无线通信连接，用于接收所述第一无线通信模块发送的采集的现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据；

所述智能终端4与所述第二无线通信模块3无线通信连接，用于显示现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及摄像头2所拍摄的现场画面；

所述二次处理系统5与所述智能终端4电性连接，用于对现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及摄像头2所拍摄的现场画面进行二次处理并进行保存以供后续查询；

所述报警系统6与所述智能终端4和二次处理系统5电性连接，用于判断经过所述二次处理系统5处理后的现场风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据超过指定阈值时进行报警并在所述智能终端4上进行显示。

进一步的，所述各类传感器和电气元件包括导航定位模块7、红外测温传感器8、风速传感器9、风向传感器10、烟雾传感器11、毒气传感器12、信号放大器(未图示)、模数转换器(未图示)、单片机13和蜂鸣器14，其中：

所述导航定位模块7与所述PCB主板电性连接，用于获取现场的位置信息；优选的，所述导航定位模块7采用GPS+北斗双模，相比于neo-6mGPS模块，GPS+北斗双模更便宜，定位精度与其相当，冷启动时间更短，更新速率更快，模块尺寸更小，用于获取位置信息。

所述红外测温传感器8与所述信号放大器电性连接，用于探测人体温度以及监测过高的环境温度；优选的，所述红外测温传感器8选用探测温度范围为零下四十摄氏度至三百摄氏度的红外测温点阵传感器。

所述风速传感器9与所述信号放大器电性连接，用于感测现场的风速；

所述风向传感器10与所述信号放大器电性连接，用于感测现场的风向；优选的，所述风速传感器9选用铝合金外壳的风速传感器9，和/或，所述风向传感器10选用铝合金外壳的风向传感器10。本实施例中，使用铝合金外壳的好处是密度低强度高，具有良好的耐热性与耐腐蚀性，坚固耐用且轻便。

所述烟雾传感器11与所述信号放大器电性连接，用于感测现场周围环境中的烟雾浓度，当检测到烟雾浓度超过阈值时给红外测温点阵传感器信号，进行温度探测；本实施例中，所述烟雾传感器11选用高精度的烟雾传感器11。

所述毒气传感器12与所述信号放大器电性连接，用于感测现场周围环境中的有毒气体浓度；优选的，所述毒气检测模块包括MQ-2毒气传感器、MQ-3毒气传感器、MQ-4毒气传感器、MQ-5毒气传感器、MQ-6毒气传感器、MQ-7毒气传感器、MQ-8毒气传感器、MQ-9毒气传感器和MQ-135毒气传感器，均与所述信号放大器电性连接，用于检测多种毒气。

所述信号放大器与所述模数转换器电性连接，用于将所述烟雾传感器11、红外测温传感器8、风速传感器9、风向传感器10、毒气传感器12感测的烟雾浓度、人体温度、环境温度、风速、风向和有毒气体浓度进行放大处理；

所述模数转换器与所述单片机13电性连接，用于将经过放大处理后的烟雾浓度、人体温度、环境温度、风速、风向和有毒气体浓度的模拟量转换成数字量传送给所述单片机13；本实施例中，所述单片机13可采用stm32系列单片机。

所述蜂鸣器14与所述PCB主板电性连接，用于当烟雾浓度、有毒气体浓度的数值超过指定阈值时形成报警信息或者发现受灾群众时发出提示声响。

进一步参考图1，所述二次处理系统5包括图像处理算法模块15和云端数据库16，其中：

所述图像处理算法模块15并与所述蜂鸣器14电性连接，用于处理所述摄像头2拍摄的现场画面的图像信息并在图像信息显示有异常情况发生时触发所述蜂鸣器14进行报警；

所述云端数据库16，用于实时保存现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及摄像头2所拍摄的现场画面以供后续使用者查询数据库信息。

优选的，所述摄像头2采用IMX334摄像头模组，可达4k拍摄，用于拍摄现场画面。

优选的，所述智能终端4采用台式机电脑、智能手机或平板电脑。

优选的，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块3采用LoRa模块、NB-IoT模块、蓝牙模块、WIFI模块、3G/4G/5G模块、Zigbee模块或DTU模块。

本实施例中，所述无人机机体1采用长续航的多旋翼无人机，具有续航里程长，飞行稳定性高，可悬浮飞行的特点。

实施案例一

将多用途电子安防巡检系统应用于交通监控，可进行超速监测，违停监测，压线监测，逆行监测。

多旋翼无人机悬浮停在路段上空，稳定机身，GPS+北斗双模获取地理位置信息。通过摄像头2对路段进行拍摄，将所拍摄的道路画面传送至智能终端4，通过智能终端4中的二次处理系统5进行图像处理。

基于道路画面进行图像处理，对道路画面进行背景建模，利用道路标志线自动划分检测区域，建立图像路面间坐标映射，通过跟踪算法精确提取运动目标参数，从而实现分车道统计车流量、视频测速、车辆压线，通过算法判断车辆的运动状态、运动方向实现监测车辆违停、车辆逆行。

当发现有车辆出现违规行为时，通过图像处理算法模块15识别车牌，通过云端数据库16对比寻找车辆信息，确认信息后将车辆违规记录及违规地点的地理位置信息上传至云端数据库16。

当统计到的车流量大于指定阈值的时候，通过报警系统6向交管部门发出通知，对于车流量过大路段进行人工疏导。

实施案例二

将多用途电子安防巡检系统应用于灾难搜救，可进行地震后搜救，洪涝、泥石流灾后搜救。

多旋翼无人机飞至受灾区域上空进行搜寻，利用红外测温传感器8探测受灾区域的热源信息，并通过所述信号放大器放大信号，通过所述模数转换器转换成数字量。

当探测到符合生命体征的热源时，GPS+北斗双模获取地理位置信息，将符合生命体征的热源地点实时画面以及热源信息传送至智能终端4。通过图像处理算法模块15处理图像和热源信息，判断是否为受灾群众。若判断为受灾群众则通过报警系统6发送地理位置信息及报警信息，通知救援队前往救援。蜂鸣发出警报声，提示周围的人群此处有受灾群众等待救援，也提示受灾群众他已经被发现，即将被救援，给予受灾群众坚持下去的信心。

实施案例三

将多用途电子安防巡检系统应用于森林火灾监控，可进行森林火灾监控。

设定多旋翼无人机飞行巡逻区域，多旋翼无人机飞至目标区域进行巡逻，通过所述烟雾传感器11探测烟雾，通过所述风向传感器10探测风向，通过所述风速传感器9探测风速，并通过所述信号放大器放大信号，通过所述模数转换器转换成数字量。

当烟雾传感器11探测到超过指定阈值浓度的烟雾浓度时，通过所述GPS+北斗双模获取地理位置信息，通过所述红外测温传感器8进行热源探测，通过所述摄像头2拍摄森林现场画面，通过所述第一无线通信模块和第二无线通信模块3将地理位置信息、风向与风速信息、热源信息、森林现场画面传送至智能终端4，通过所述图像处理算法模块15进行图像处理，判断是否为火源。当判断为火源，则通过图像处理系统根据现场画面及风速与风向信息预测火源的蔓延趋势。通过所述报警系统6发送报警信息以及火源的蔓延趋势给消防部门。所述蜂鸣器14发出警报声，提示森林周边的人民群众及时撤离。

实施案例四

将多用途电子安防巡检系统应用于工业安全巡检，可进行有毒气体泄漏监测，意外失火监测，传输电线检测。

多旋翼无人机在工业工厂上空飞行巡逻，通过所述毒气传感器12监测目标区域毒气浓度。当毒气传感器12检测到空气中的毒气浓度超过阈值浓度时，并通过所述信号放大器放大信号，通过所述模数转换器转换成数字量，将毒气浓度信息发送至智能终端4，通过所述报警系统6发送报警信息至消防部门。蜂鸣器14发出警报声，提示工厂员工及时撤离，避免发送工厂员工中毒产生伤亡。

通过所述烟雾传感器11监测目标区域烟雾浓度，并通过所述信号放大器放大信号，通过所述模数转换器转换成数字量。当烟雾传感器11探测到超过阈值浓度的烟雾浓度时，通过所述GPS+北斗双模获取地理位置信息，通过所述红外测温传感器8进行热源信息探测，通过所述摄像头2拍摄现场画面，通过所述第一无线通信模块和第二无线通信模块3将地理位置信息、热源画面、热源现场画面传送至智能终端4，进行图像处理。判断是否为火源，若判断为火源则通过报警系统6发送地理位置信息及报警信息至消防部门。蜂鸣器14发出警报声，提示工厂员工及时撤离或者做第一步的消防工作。

多旋翼无人机按照指定路线对于输电线进行巡检，拍摄输电线全部画面，将输电线画面传送至智能终端4，通过图像处理算法模块15，对于输电线画面进行背景建模，获取输电线参数，与原先设定参数进行对比，判断输电线是否出现问题。若判断输电线存在问题，通过所述报警系统6向检修部门发送信息。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，其特征在于，包括无人机系统和地面信息处理系统，其中：

所述无人机系统包括无人机机体，与所述无人机机体相连的壳体上层、壳体中层和壳体下层，以及第一无线通信模块，其中：

所述壳体下层设置有通气孔群并预设若干洞孔，用于安装摄像头和各类传感器；

所述通气孔群均匀分布在所述壳体下层，用于通过各类传感器采集现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体以及通过摄像头拍摄的现场画面；

所述壳体中层设置PCB主板，用于集成布设安全报警器的各类传感器和电气元件；

所述PCB主板与所述无人机机体内的电池相连接，并与各类传感器和电气元件电性连接，用于为各类传感器和电气元件供电；

所述第一无线通信模块与所述PCB主板电性连接，用于将各类传感器采集的现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及通过摄像头拍摄的现场画面发送至所述地面信息处理系统；

所述地面信息处理系统包括第二无线通信模块、智能终端、二次处理系统和报警系统，其中：

所述第二无线通信模块与所述第一无线通信模块无线通信连接，用于接收所述第一无线通信模块发送的采集的现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据；

所述智能终端与所述第二无线通信模块无线通信连接，用于显示现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及摄像头所拍摄的现场画面；

所述二次处理系统与所述智能终端电性连接，用于对现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及摄像头所拍摄的现场画面进行二次处理并进行保存以供后续查询；

所述报警系统与所述智能终端和二次处理系统电性连接，用于判断经过所述二次处理系统处理后的现场风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据超过指定阈值时进行报警并在所述智能终端上进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，其特征在于，所述各类传感器和电气元件包括导航定位模块、红外测温传感器、风速传感器、风向传感器、烟雾传感器、毒气传感器、信号放大器、模数转换器、单片机和蜂鸣器，其中：

所述导航定位模块与所述PCB主板电性连接，用于获取现场的位置信息；

所述红外测温传感器与所述信号放大器电性连接，用于探测人体温度以及监测过高的环境温度；

所述风速传感器与所述信号放大器电性连接，用于感测现场的风速；

所述风向传感器与所述信号放大器电性连接，用于感测现场的风向；

所述烟雾传感器与所述信号放大器电性连接，用于感测现场周围环境中的烟雾浓度；

所述毒气传感器与所述信号放大器电性连接，用于感测现场周围环境中的有毒气体浓度；

所述信号放大器与所述模数转换器电性连接，用于将所述烟雾传感器、红外测温传感器、风速传感器、风向传感器、毒气传感器感测的烟雾浓度、人体温度、环境温度、风速、风向和有毒气体浓度进行放大处理；

所述模数转换器与所述单片机电性连接，用于将经过放大处理后的烟雾浓度、人体温度、环境温度、风速、风向和有毒气体浓度的模拟量转换成数字量传送给所述单片机；

所述蜂鸣器与所述PCB主板电性连接，用于当烟雾浓度、有毒气体浓度的数值超过指定阈值时形成报警信息或者发现受灾群众时发出提示声响。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，其特征在于，所述导航定位模块采用GPS+北斗双模。

4.根据权利要求2所述的一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，其特征在于，所述红外测温传感器选用探测温度范围为零下四十摄氏度至三百摄氏度的红外测温点阵传感器。

5.根据权利要求2所述的一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，其特征在于，所述风速传感器选用铝合金外壳的风速传感器，和/或，所述风向传感器选用铝合金外壳的风向传感器。

6.根据权利要求2所述的一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，其特征在于，所述毒气检测模块包括MQ-2毒气传感器、MQ-3毒气传感器、MQ-4毒气传感器、MQ-5毒气传感器、MQ-6毒气传感器、MQ-7毒气传感器、MQ-8毒气传感器、MQ-9毒气传感器和MQ-135毒气传感器，均与所述信号放大器电性连接，用于检测多种毒气。

7.根据权利要求2所述的一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，其特征在于，所述二次处理系统包括图像处理算法模块和云端数据库，其中：

所述图像处理算法模块并与所述蜂鸣器电性连接，用于处理所述摄像头拍摄的现场画面的图像信息并在图像信息显示有异常情况发生时触发所述蜂鸣器进行报警；

所述云端数据库，用于实时保存现场的风速、风向、温度、烟雾和有毒气体数据以及摄像头所拍摄的现场画面以供后续使用者查询数据库信息。

8.根据权利要求1所述的一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，其特征在于，所述摄像头采用IMX334摄像头模组。

9.根据权利要求1所述的一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，其特征在于，所述智能终端采用台式机电脑、智能手机或平板电脑。

10.根据权利要求1所述的一种基于无人机技术的多用途电子安防巡检系统，其特征在于，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块采用LoRa模块、NB-IoT模块、蓝牙模块、WIFI模块、3G/4G/5G模块、Zigbee模块或DTU模块。

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