CN111744122A

CN111744122A - 一种多端协同建立森林火灾隔离带系统

Info

Publication number: CN111744122A
Application number: CN202010419862.3A
Authority: CN
Inventors: 施东庆; 贾文良
Original assignee: Zhejiang Xibeihu Special Vehicle Co ltd
Current assignee: Zhejiang Xibeihu Special Vehicle Co ltd
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2040-05-18
Also published as: CN111744122B

Abstract

本发明公开了一种多端协同建立森林火灾隔离带系统，包括地面作业系统、空中信息采集系统、终端控制系统和卫星系统；其中，所述空中信息监测系统由若干无人机组成，用于接受卫星系统的定位数据、绘测森林树冠外层地图以及采集空中风速；所述地面作业系统由若干智能路面作业车组成，用于获取隔离带作用范围图并完成隔离带的建立；所述终端控制系统用于监测无人机和智能路面作业车的运行轨迹以及监测森林隔离带隔离带是否依照隔离带作业范围图建立。本发明通过地面作业系统、空中信息采集系统、终端控制系统和卫星系统协同有效快速的建立森林火灾隔离带。

Description

一种多端协同建立森林火灾隔离带系统

技术领域

本发明涉及火灾防止技术领域，尤其涉及一种多端协同建立森林火灾隔离带系统。

背景技术

中国森林分布广泛、地理环境复杂多样，森林火灾时有发生。中国每年平均发生森林火灾约1万多次，烧毁森林几十万至上百万公顷，约占全国森林面积的5～8‰。1987年5月黑龙江大兴安岭还发生特大森林火灾，过火面积101万公顷，其中有林面积占70%。森林火灾烧毁林木,烧毁林下植物资源,危害野生动物,引起水土流失,使下游河流水质下降,引起空气污染,威胁人民生命财产安全，而且还严重破坏森林结构和森林环境，导致森林生态系统失去平衡。高强度的大火，能破坏土壤的化学、物理性质，降低土壤的保水性和渗透性，使某些林地和低洼地的地下水位上升，引起沼泽化；另外，由于土壤表面炭化增温，还会加速火烧迹地干燥，导致阳性杂草丛生，不利森林更新或造成耐极端生态条件的低价值森林更替。大量森林火灾表明，最有效的灭火手段是快速建立隔离带，从而有效地隔离火源区域与其他区域之间的连接，防止大火蔓延，而要做到精准、高效、快速地防火、灭火与搜救，在茫茫的森林中，必须能够准确定位才能有效地、快速地建立隔离带。

例如，中国专利文献 CN104208839B公开了“一种防火隔离带形成装置”，火焰探测单元，探测火焰中特定波段的紫外线所发出的脉冲量及持续发生时间并唤醒系统进入工作状态；喷洒单元，当火焰探测单元探测到达到预定值，喷洒单元喷洒水系灭火剂，形成防火隔离带，以阻止火灾的蔓延，其中：喷洒单元包括：壳体，火焰探测单元设置在壳体内；灭火剂储存罐，设置在壳体内；灭火剂自动控制定向喷洒嘴，设置在壳体顶部上，通过喷洒控制电磁阀与灭火剂储存罐相连；控制模块，设置在壳体内，控制模块被火焰探测单元的探测信号唤醒系统后，由控制模块来控制喷洒控制电磁阀的开启；电源模块，设置在壳体内，向控制模块供电。上述专利文献中的防火隔离带形成装置是在检测到火焰中特定波段的紫外线所发出的脉冲量及持续发生时间后才开始行动，且通过喷洒水系灭火剂，形成防火隔离带，装置布置位置距离火灾发生地太近，装置内的检测仪器容易受到林火高温的影响，导致探测结果不准确，无法有效快速的建立隔离带。

发明内容

本发明主要解决原有的火灾隔离带建立系统无法有效快速的建立隔离带的技术问题；提供一种多端协同建立森林火灾隔离带系统，通过地面作业系统、空中信息采集系统、终端控制系统和卫星系统协同有效快速的建立森林火灾隔离带。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括地面作业系统、空中信息采集系统、终端控制系统和卫星系统；

其中，所述空中信息监测系统由若干无人机组成，用于接受卫星系统的定位数据、绘测森林树冠外层地图以及采集空中风速；

所述地面作业系统由若干智能路面作业车组成，用于获取隔离带作用范围图并完成隔离带的建立；

所述终端控制系统用于监测无人机和智能路面作业车的运行轨迹以及监测森林隔离带森林隔离带是否依照隔离带作业范围图建立。

无人机将绘测的森林树冠外层地图、接收到的卫星系统的定位数据以及采集到的空中风速传送至智能路面作业车，智能路面作业车根据森林树冠外层地图、定位数据、空中风速再结合三维地图中的地形因素精准的确定隔离带作业范围图，智能路面作业车根据隔离带作业范围图建立隔离带，且若干无人机和若干智能路面作业车能够同时开展作业，保证了森林火灾隔离带的有效快速的建立。

作为优选，所述的无人机包括第一主控单元、电源模块、地图绘测模块、风速采集模块、卫星导航模块和信息传输模块A，所述第一主控单元、地图绘测模块、卫星导航模块和风速采集模块分别与信息传输模块A连接，所述电源模块为无人机提供电能，所述信息传输模块A用于与智能路面作业车和终端控制系统进行信息交互。

作为优选，所述的智能路面作业车包括第二主控单元、动力模块、作业模块和信息传输模块B，所述作业模块和信息传输模块B分别与第二主控单元连接，所述动力模块为智能路面作业车提供动力，所述信息传输模块用于与无人机进行信息交互。

作为优选，所述的终端控制系统包括监测单元和信息传输模块C，所述监测单元和信息传输模块C连接，所述信息传输模块C用于与无人机进行信息交互。

作为优选，所述的地面作业系统和空中信息采集系统通过短距离无线电进行通信。

由于树冠下的环境远比空旷的天空环境要复杂，多路径效应会更加显著，更容易出现二次或多次反射波，因此采用频率较低穿透能力更强的短距离无线电用于地面作业系统和空中信息采集系统之间的通信，保证了传输效率和准确率。

作为优选，所述的获取隔离带作用范围图通过下列过程完成：

从无人机绘测的森林树冠外层地图中获取智能路面作业车所在位置离火灾区的直线距离；

通过森林三维地图获取直线距离上的地形因素，结合空中风速计算出林火沿直线距离蔓延到智能路面作业车所在位置所需的时间；

根据智能路面作业车的平均作业速度和S3中林火蔓延所需时间计算获取智能路面作业车作业的范围；

将计算获取的范围以智能路面作业车为中心在森林三维地图中标示，即获取隔离带作业范围图。

从无人机绘测的森林树冠外层地图中获取智能路面作业车所在位置离火灾区的直线距离，通过森林三维地图获取直线距离上的地形因素，结合空中风速计算出林火沿直线距离蔓延到智能路面作业车所在位置所需的时间，再根据智能路面作业车的平均作业速度和林火蔓延所需时间计算获取智能路面作业车作业的范围，以智能路面作业车为中心在森林三维地图中标示隔离带作业范围图，精准的计算出了隔离带的作业范围，保证了隔离带的有效建立。

作为优选，所述的无人机还包括充电模块和电源检测模块，所述充电模块和电源检测模块分别与电源模块连接，所述智能路面作业车上设有与充电模块相对应的供电模块，所述终端控制系统设有相对应的无人机电源监测模块。

当无人机的电量不足时，无人机能够前往智能路面作业车上进行电量的补充，延长了无人机的巡航能力。

作为优选，所述的智能路面作业车设有充电固定装置，所述充电固定装置包括固定套筒、固定杆和气缸，所述固定套筒设置在供电模块外侧，所述固定套筒内设有导轨，所述固定套筒的侧壁设有通孔，所述通孔的外侧延伸设有滑槽，所述固定杆设置在滑槽中，所述固定杆的一侧与气缸的活塞杆固定连接，所述无人机的充电模块外侧设有与固定套筒相对应的安装套筒，所述安装套筒的外侧设有与导轨相对应的导槽，所述安装套筒上设有与通孔相对应的安装通孔。

充电固定装置保证了在智能路面作业车作业过程中无人机充电的稳定性，不会因智能路面作业车作业前行产生的颠簸震动而导致充电接触不良。

作为优选，所述的充电固定装置还包括支路电源模块、弹簧和卡扣，所述支路电源模块与供电模块连接，所述弹簧的一端与支路电源模块电连接，所述弹簧的另一段与卡固定连接，所述卡扣设在所述供电模块的供电接口处。

当无人机开始充电时，弹簧通过支路电源模块从供电模块处获取电流，受热收缩，带动卡扣卡紧供电模块和充电模块的接口处，保证在充电过程中供电模块和充电模块的接口不会松动，影响充电过程。当供电模块出现过流现像时，弹簧受热急剧回缩，带动卡扣断开供电模块和充电模块的连接，停止为无人机充电，保障了充电安全。

本发明的有益效果是：1）通过地面作业系统、空中信息采集系统、终端控制系统和卫星系统协同有效快速的建立森林火灾隔离带；2）采用频率较低穿透能力更强的短距离无线电用于地面作业系统和空中信息采集系统之间的通信，保证了传输效率和准确率；3）当无人机的电量不足时，无人机能够前往智能路面作业车上进行电量的补充，延长了无人机的巡航能力；4）充电固定装置保证了在智能路面作业车作业过程中无人机充电的稳定性，不会因智能路面作业车作业前行产生的颠簸震动而导致充电接触不良。

附图说明

图1是本发明的一种系统结构框图。

图2是本发明无人机的一种结构框图。

图3是本发明智能路面作业车的一种结构框图。

图4是本发明终端控制系统的一种结构框图。

图5是本发明获取隔离带作业范围图的一种流程示意图。

图6是本发明充电固定装置的一种结构示意图。

图中1、地面作业系统，2、空中信息采集系统，3、终端控制系统，4、卫星系统，5、无人机， 6、智能路面作业车，51、第一主控单元，52、电源模块，53、地图绘测模块，55、风速采集模块，56、信息传输模块A，57、充电模块，58、电源检测模块，59、卫星导航模块，50、卫星接收天线，61、第二主控单元，62、动力模块，63、作业模块，64、供电模块，65信息传输模块B，631、乔木采伐装置，632、灌木收割装置，633、土壤挖掘装置，31、监测单元，32、信息传输模块C，33、无人机电源监测模块，7、充电固定装置，71、固定套筒，72固定杆、73、气缸，74、导轨，75、通孔，76、滑槽，77、压力传感器，78、支路电源模块，79、弹簧，70、卡扣，81、安装套筒，82、安装通孔。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种多端协同建立森林火灾隔离带的系统，如图1所示，包括地面作业系统1、空中信息采集系统2、终端控制系统3和卫星系统4；其中，空中信息监测系统包括若干无人机5，地面作业系统包括若干智能路面作业车6，地面作业系统和空中信息采集系统通过短距离无线通信网络进行通信，空中信息采集系统和终端控制系统之间通过卫星网络进行通信。

如图2所示，无人机包括第一主控单元51、电源模块52、地图绘测模块53、风速采集模块55、信息传输模块A56、充电模块57、电源检测模块58、卫星导航模块59和卫星接收天线50，充电模块和电源检测模块分别与电源模块连接，第一主控单元、地图绘测模块、风速采集模块、电源检测模块和卫星导航模块59分别与信息传输模块A连接，地图绘测模块和风速采集模块分别与第一主控单元连接，卫星导航模块与卫星接收天线连接。电源模块为无人机提供电能，地图绘测模块用于绘测森林树冠外层地图，风速采集模块用于采集风速信息，第一主控单元用于控制无人机的飞行路线以及地图绘测模块和风速采集模块的动作，卫星导航模块通过卫星接收天线连接卫星接收数据获取无人机的定位数据，信息传输模块A56用于与智能路面作业车和终端控制系统进行信息交互，电源检测模块用于检测电源模块的剩余电荷量，充电模块用于为电源模块进行充电。

如图3所示，智能路面作业车包括第二主控单元61、动力模块62、作业模块63、供电模块64、信息传输模块B65和充电固定装置7，作业模块、供电模块、充电固定装置和信息传输模块B分别与第二主控单元连接，作业模块包括乔木采伐装置631、灌木收割装置632和土壤挖掘装置633，乔木采伐装置、灌木收割装置和土壤挖掘装置在智能路面作业车上的安装位置相互之间各不干扰。动力模块为智能路面作业车提供动力，作业模块用于隔离带的建立，第二主控单元用于生成隔离带作业范围图、控制作业模块的运行、控制供电模块为无人机补充电量以及控制充电固定装置动作，信息传输模块B用于与无人机进行信息交互，供电模块用于为无人机补充电量。

如图4所示，终端控制系统包括监测单元31、信息传输模块C32和无人机电源监测模块33，监测单元和无人机电源监测模块分别与信息传输模块C连接。监测单元用于监测无人机和智能路面作业车的运行轨迹以及监测森林隔离带的建立情况，森林隔离带的建立情况指隔离带是否按照隔离带作业范围图进行建立，信息传输模块C用于与无人机进行信息交互，无人机电源监测模块用于监测无人机的电量情况。

如图5所示，获取隔离带作用范围图通过下列过程完成：

通过森林三维地图获取直线距离上的地形因素，结合风速信息计算出林火沿直线距离蔓延到智能路面作业车所在位置所需的时间；

根据智能路面作业车的平均作业速度和林火蔓延所需时间计算获取智能路面作业车作业的范围；

将计算获取的范围以智能路面作业车为中心在森林三维地图中标示，即获取隔离带作用范围图。

如图6所示，智能车上的充电固定装置包括固定套筒71、固定杆72和气缸73，固定套筒设置在供电模块外侧，固定套筒内设有导轨74，固定套筒的侧壁开有通孔75，通孔的外侧延伸设有滑槽76，固定杆设置在滑槽中，固定杆的一侧与气缸的活塞杆固定连接，固定套筒的底部固定安装有压力传感器77、无人机的充电模块外侧设有与固定套筒相对应的安装套筒81，安装套筒的外侧设有与导轨相对应的导槽，安装套筒上开有与通孔相对应的安装通孔82。无人车的供电模块还连接有支路电源模块78，支路电源模块与弹簧的一端79电连接，弹簧的另一端与卡扣70相连接，卡扣安装在供电模块的供电接口处。

本实施例的工作原理：无人机绘测森林树冠外层地图、接收卫星系统的定位数据并采集空中风速，无人机将上述信息传送至智能路面作业车，智能路面作业车从无人机绘测的森林树冠外层地图中获取智能路面作业车所在位置离火灾区的直线距离，通过森林三维地图获取直线距离上的地形因素，结合地形因素和空中风速计算出林火沿直线距离蔓延到智能路面作业车所在位置所需的时间，再根据智能路面作业车的平均作业速度和林火蔓延所需时间计算获取智能路面作业车作业的范围，以智能路面作业车为中心在森林三维地图中标示以此获取隔离带作业范围图，智能路面作业车根据作业范围内的植被情况选择乔木采伐装置、灌木收割装置和土壤挖掘装置三种装置中的一种或者多种进行隔离带的建设。

无人机将绘测的森林树冠外层地图发送至终端控制系统，终端控制系统根据无人机绘测的森林树冠外层地图来实现对隔离带建立情况的监测；无人机将定位数据发送至终端控制系统，以此实现终端控制系统对无人机和智能路面作业车的运行轨迹的监测。

当无人机的电源检测模块检测到无人机电源模块的剩余电量小于设定值时，电源检测模块发送无人机编号信息至终端控制系统的无人机电源监测模块，无人机电源监测模块接受到信息后，通知工作人员，工作人员根据无人机编号信息手动操控无人机前往智能路面作业车指定位置进行充电，在无人机下降的过程中，无人机充电模块外侧的安装套筒沿固定套筒的导轨向下运动直至安装套筒的底部与固定套筒的底部接触，压力传感器产生信号并将信号发送第二主控单元，第二主控单元控制气缸动作，活塞杆伸出，带动固定杆沿滑槽向内运动贯穿通孔和安装通孔，将充电模块和供电模块进行固定，保证了充电的稳定性。当无人机开始充电时，弹簧通过支路电源模块从供电模块处获取电流，受热收缩，带动卡扣卡紧供电模块和充电模块的接口处，保证在充电过程中供电模块和充电模块的接口不会松动，影响充电过程。当供电模块出现过流现像时，弹簧受热急剧回缩，带动卡扣断开供电模块和充电模块的连接，停止为无人机充电，保障了充电安全。

Claims

1.一种多端协同建立森林火灾隔离带系统，其特征在于包括地面作业系统、空中信息采集系统、终端控制系统和卫星系统；

所述地面作业系统由若干智能路面作业车组成，用于获取隔离带作业范围图并完成隔离带的建立；

所述终端控制系统用于监测无人机和智能路面作业车的运行轨迹以及监测森林隔离带是否依照隔离带作业范围图建立。

2.根据权利要求1所述的一种多端协同建立森林火灾隔离带系统，其特征在于所述无人机包括第一主控单元、电源模块、地图绘测模块、风速采集模块、卫星导航模块和信息传输模块A，所述第一主控单元、地图绘测模块、卫星导航模块和风速采集模块分别与信息传输模块A连接，所述电源模块为无人机提供电能，所述信息传输模块A用于与智能路面作业车和终端控制系统进行信息交互。

3.根据权利要求1所述的一种多端协同建立森林火灾隔离带系统，其特征在于所述智能路面作业车包括第二主控单元、动力模块、作业模块和信息传输模块B，所述作业模块和信息传输模块B分别与第二主控单元连接，所述动力模块为智能路面作业车提供动力，所述信息传输模块用于与无人机进行信息交互。

4.根据权利要求1所述的一种多端协同建立森林火灾隔离带系统，其特征在于所述终端控制系统包括监测单元和信息传输模块C，所述监测单元和信息传输模块C连接，所述信息传输模块C用于与无人机进行信息交互。

5.根据权利要求1所述的一种多端协同建立森林火灾隔离带系统，其特征在于所述地面作业系统和空中信息采集系统通过短距离无线通信进行信息交互。

6.根据权利要求1所述的一种多端协同建立森林火灾隔离带系统，其特征在于所述获取隔离带作业范围图通过下列过程完成：

7.根据权利要求2所述的一种多端协同建立森林火灾隔离带系统，其特征在于所述无人机还包括充电模块和电源检测模块，所述充电模块和电源检测模块分别与电源模块连接，所述智能路面作业车上设有与充电模块相对应的供电模块，所述终端控制系统设有相对应的无人机电源监测模块。

8.根据权利要求7所述的一种多端协同建立森林火灾隔离带系统，其特征在于所述智能路面作业车设有充电固定装置，所述充电固定装置包括固定套筒、固定杆和气缸，所述固定套筒设置在供电模块外侧，所述固定套筒内设有导轨，所述固定套筒的侧壁设有通孔，所述通孔的外侧延伸设有滑槽，所述固定杆设置在滑槽中，所述固定杆的一侧与气缸的活塞杆固定连接，所述无人机的充电模块外侧设有与固定套筒相对应的安装套筒，所述安装套筒的外侧设有与导轨相对应的导槽，所述安装套筒上设有与通孔相对应的安装通孔。

9.根据权利要求8所述的一种多端协同建立森林火灾隔离带系统，其特征在于所述充电固定装置还包括支路电源模块、弹簧和卡扣，所述支路电源模块与供电模块连接，所述弹簧的一端与支路电源模块电连接，所述弹簧的另一段与卡扣固定连接，所述卡扣设在所述供电模块的供电接口处。