CN112933461B - 一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统及方法，无人机群、操控平台、RTK定位模块、5G通讯模块、灭火弹、投放器，RTK定位模块和5G通讯模块搭载于无人机机体内，投放器位于无人机机体下方并和无人机机体内电源和5G通讯模块相连，灭火弹挂载在投放器上，与现有的技术方案相比，本发明的有益效果是：在森林、草原发生火灾时，操控无人机群挂载二氧化碳灭火弹，通过爆炸覆土及释放二氧化碳，双重隔绝氧化剂、可燃物进而阻止火势蔓延发展，控制火情，具有高效、安全、便于实施等特点，也避免了爆炸灭火次生灾害的问题，为我国森林、草原火灾扑救作战提供可靠方案，达到减少资源消耗，提高灭火效率的目的。

Description

一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统及方法

技术领域

本发明属于森林、草原消防技术领域，涉及无人机投弹爆炸灭火技术，特别是涉及一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统及方法。

背景技术

当前国内外森林、草原灭火技术主要有四种，分别为机械地面灭火、风力灭火、航空灭火和爆炸灭火，机械地面灭火、风力灭火不仅效率低、费时长，还严重危险消防人员的生命安全，航空灭火技术优势在于机动性强、不受地形限制，缺陷是为了保证飞机安全，需在一定高度泼洒灭火剂，从而导致真正起作用的灭火剂因风力和蒸发大大减小，而且航空灭火费用昂贵，有时因距离限制，补充灭火剂很不便。

随着无人机技术日益成熟，利用无人机投掷灭火弹爆炸灭火，具有高效、成本低、无人员伤亡等优点，但现有的灭火弹仅有干粉灭火弹和泡沫灭火弹，前者附着力有限，后者因泡沫本身难以持久，当火势较大时，此方法形成的隔离带持续时间短暂，难以达到灭火的目的，因此，需要一种采用无人机挂载二氧化碳灭火弹爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火技术，同时继承航空灭火和爆炸灭火技术的优点，既能解决森林、草原火灾区域地形复杂、危险性高的难题，同时又具有高效、安全、便于实施等特点，也避免了爆炸灭火次生灾害的问题。为我国森林、草原火灾扑救作战提供了可靠方案，达到减少资源消耗，提高灭火效率的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统及方法，在森林、草原发生火灾时，操控无人机群挂载二氧化碳灭火弹，通过爆炸覆土及释放二氧化碳，双重隔绝氧化剂、可燃物进而阻止火势蔓延发展，控制火情。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，包括无人机群、操控平台、RTK定位模块、5G通讯模块、灭火弹、投放器，RTK定位模块和5G通讯模块搭载于无人机机体内，投放器位于无人机机体下方并和无人机机体内电源和5G通讯模块相连，灭火弹挂载在投放器上。

所述无人机群以编组形式执行任务，每组包括4架无人机，无人机为多旋翼高载重无人机，可以承载灭火弹的重量平稳升空执行任务。

所述操控平台为手提式操作平台，每编组配置一个操控平台，每个操作平台具有一个无人机操控器、四个灭火弹投放遥控器，所述无人机操控器可同时操控编组内四架无人机，也切换为操控组内单个无人机。

所述5G通讯模块用于实时传输无人机机体上所带的摄影头所拍摄的图像，减少图像传输延时时间，使投弹位置和指令更加精确。

所述灭火弹包括钻地弹头、充装阀、储液管、引爆装置，充装阀位于灭火弹的尾部，与储液管一端连接，液态二氧化碳由充装阀上部充液口进入，充液口连接着单向阀，单向阀与储液管内的储液腔连接，控制液态二氧化碳只进不出，储液管中部位置有四个两两相对且与储液腔贯通的通孔a，通孔a内有用于封堵通孔a的定压片a，储液管另一端与占具灭火弹一半重量的钻地弹头相连，钻地弹头为高密度合金材料制成的圆锥体，可以使投弹后的灭火弹一半扎进土地，其四周有四个两两相对的通孔b，储液管与钻地弹头连接位置有用于封堵的定压片b，引爆装置包括活化器、导线、延时开关、电源，活化器与导线相连且位于储液腔内，延时开关与导线和电源相连且位于充装阀内，其中延时开关激活会在设定的延时时间结束后使电源与活化器接通，从而加热液态二氧化碳，使其受热快速膨胀，冲破定压片a和定压片b。

所述灭火弹引爆后，一部分二氧化碳气体从钻地弹头通孔a释放，用于爆炸覆土隔绝氧化剂、可燃物进而阻止火势蔓延发展控制火情，一部分气体从储液管通孔b释放，利用二氧化碳的密度比空气大，不可燃、不助燃性质，覆盖在可燃物上方，将可燃物与周边的空气隔开，两种方式结合从而达到双重灭火目的。

所述投放器在灭火弹投放遥控器操控下，投放灭火弹的同时会激活灭火弹内的延时开关。

一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火方法，包括如下步骤：

1)森林、草原发生火灾后，由汽车或其他运输工具将所述爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统运送至火灾附近安全平地位置，对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统进行安装；

2)对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统各组件及功能进行检查和测试，根据火情及现场情况确定无人机群编组数，进行任务部署；

3)无人机分组执行起飞命令，飞向火灾现场，通过无人机搭载的5G通讯模块将摄像头拍摄的画面传输至操控平台，现场指挥人员设定投弹位置，操控无人机到达指定位置上空，通过灭火弹投放遥控器进行投弹及激活灭火弹中延时开关；

4)根据火场情况，在指挥人员指挥下，各组无人机分别完成投弹任务；

5)灭火任务完成后，操控无人机返回安全位置，根据需要更换电池，重新挂载灭火弹，再次执行下个任务，无任务时拆解爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，安全送回。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统及方法，在森林、草原发生火灾时，操控无人机群挂载二氧化碳灭火弹，通过爆炸覆土及释放二氧化碳，双重隔绝氧化剂、可燃物进而阻止火势蔓延发展，控制火情。

采用无人机挂载二氧化碳灭火弹爆炸覆土灭火技术，既解决森林、草原火灾中的地形复杂、危险性等技术难题，又同时具有高效、安全、便于实施等特点，也避免了爆炸灭火次生灾害的问题，为我国森林、草原火灾快速控制火势，高效、快速、安全扑灭火源提供新的方案，达到减少资源消耗，提高灭火效率的目的。

附图说明

图1是爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统的结构框图；

图2是灭火弹的结构示意图；

图3是爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火方法流程图。

图中：1-钻地弹头；2-充装阀；3-储液管；4-引爆装置；5-充液口；6-单向阀；7-储液腔；8-通孔a；9-定压片a；10-通孔b；11-定压片b；12-活化器；13-导线；14-延时开关；15-电源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进一步说明：

如图1-图3所示，一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，包括无人机群、操控平台、RTK定位模块、5G通讯模块、灭火弹、投放器，RTK定位模块和5G通讯模块搭载于无人机机体内，投放器位于无人机机体下方并和无人机机体内电源和5G通讯模块相连，灭火弹挂载在投放器上。

见图1，所述无人机群以编组形式执行任务，每组包括4架无人机，无人机为多旋翼高载重无人机，可以承载灭火弹的重量平稳升空执行任务。

见图1，所述操控平台为手提式操作平台，每编组配置一个操控平台，每个操作平台具有一个无人机操控器、四个灭火弹投放遥控器，所述无人机操控器可同时操控编组内四架无人机，也切换为操控组内单个无人机。

见图1，所述5G通讯模块用于实时传输无人机机体上所带的摄影头所拍摄的图像，减少图像传输延时时间，使投弹位置和指令更加精确。

见图2，所述灭火弹包括钻地弹头1、充装阀2、储液管3、引爆装置4，充装阀2位于灭火弹的尾部，与储液管3一端连接，液态二氧化碳由充装阀2上部充液口5进入，充液口5连接着单向阀6，单向阀6与储液管3内的储液腔7连接，控制液态二氧化碳只进不出，储液管3中部位置有四个两两相对且与储液腔7贯通的通孔a8，通孔a8内有用于封堵通孔a8的定压片a9，储液管3另一端与占具灭火弹一半重量的钻地弹头1相连，钻地弹头1为高密度合金材料制成的圆锥体，可以使投弹后的灭火弹一半扎进土地，其四周有四个两两相对的通孔b10，储液管3与钻地弹头1连接位置有用于封堵的定压片b11，引爆装置4包括活化器12、导线13、延时开关14、电源15，活化器12与导线13相连且位于储液腔7内，延时开关14与导线13和电源15相连且位于充装阀2内，其中延时开关14激活会在设定的延时时间结束后使电源15与活化器12接通，从而加热液态二氧化碳，使其受热快速膨胀，冲破定压片a9和定压片b11。

见图1，所述灭火弹引爆后，一部分二氧化碳气体从钻地弹头通孔a释放，用于爆炸覆土隔绝氧化剂、可燃物进而阻止火势蔓延发展控制火情，一部分气体从储液管通孔b释放，利用二氧化碳的密度比空气大，不可燃、不助燃性质，覆盖在可燃物上方，将可燃物与周边的空气隔开，两种方式结合从而达到双重灭火目的。

见图1，所述投放器在灭火弹投放遥控器操控下，投放灭火弹的同时会激活灭火弹内的延时开关。

见图3，一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火方法，包括如下步骤：

1)森林、草原发生火灾后，由汽车或其他运输工具将所述爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统运送至火灾附近安全平地位置，对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统进行安装；

2)对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统各组件及功能进行检查和测试，根据火情及现场情况确定无人机群编组数，进行任务部署；

3)无人机分组执行起飞命令，飞向火灾现场，通过无人机搭载的5G通讯模块将摄像头拍摄的画面传输至操控平台，现场指挥人员设定投弹位置，操控无人机到达指定位置上空，通过灭火弹投放遥控器进行投弹及激活灭火弹中延时开关；

4)根据火场情况，在指挥人员指挥下，各组无人机分别完成投弹任务；

5)灭火任务完成后，操控无人机返回安全位置，根据需要更换电池，重新挂载灭火弹，再次执行下个任务，无任务时拆解爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，安全送回。

实施例1：

某村村民刘某在其责任田干农活时，将抽完的烟头扔到旁边的荒田中引燃杂草引发森林火灾。

具体工艺实施步骤如下：

1)森林火灾发生后，由汽车将所述爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统运送至火灾附近安全平地位置，对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统进行安装；

2)对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统各组件及功能进行检查和测试，根据火情及现场情况确定无人机群编组数为1组，进行任务部署；

3)无人机执行起飞命令，飞向火灾现场，通过无人机搭载的5G通讯模块将摄像头拍摄的画面传输至操控平台，现场指挥人员设定投弹位置，操控无人机到达指定位置上空，通过灭火弹投放遥控器进行投弹及激活灭火弹中延时开关；

4)根据火场情况，在指挥人员指挥下，各组无人机分别完成投弹任务；

5)灭火任务完成后，操控无人机返回安全位置，拆解爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，安全送回。

实施例2：

具体工艺实施步骤如下：

1)森林火灾后，由货车将所述爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统运送至火灾附近安全平地位置，对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统进行安装；

2)对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统各组件及功能进行检查和测试，根据火情及现场情况确定无人机群编组数为2组，进行任务部署；

3)无人机分组执行起飞命令，飞向火灾现场，通过无人机搭载的5G通讯模块将摄像头拍摄的画面传输至操控平台，现场指挥人员设定投弹位置，操控无人机到达指定位置上空，通过灭火弹投放遥控器进行投弹及激活灭火弹中延时开关；

4)根据火场情况，在指挥人员指挥下，各组无人机分别完成投弹任务；

5)灭火任务完成后，操控无人机返回安全位置，拆解爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，安全送回。

实施例3：

村民冯某某在本村自家耕地内焚烧麦茬时不慎引起森林火灾。

具体工艺实施步骤如下：

1)森林火灾后，由汽车将所述爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统运送至火灾附近安全平地位置，对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统进行安装；

2)对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统各组件及功能进行检查和测试，根据火情及现场情况确定无人机群编组数为3组，进行任务部署；

3)无人机分组执行起飞命令，飞向火灾现场，通过无人机搭载的5G通讯模块将摄像头拍摄的画面传输至操控平台，现场指挥人员设定投弹位置，操控无人机到达指定位置上空，通过灭火弹投放遥控器进行投弹及激活灭火弹中延时开关；

4)根据火场情况，在指挥人员指挥下，各组无人机分别完成投弹任务；

5)灭火任务完成后，操控无人机返回安全位置，拆解爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，安全送回。

实施例4：

李某因吸烟后烟头处理不当，导致三个村子的草场发生草原大火。

具体工艺实施步骤如下：

1)草原发生火灾后，由汽车将所述爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统运送至火灾附近安全平地位置，对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统进行安装；

2)对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统各组件及功能进行检查和测试，根据火情及现场情况确定无人机群编组数为4组，进行任务部署；

3)无人机分组执行起飞命令，飞向火灾现场，通过无人机搭载的5G通讯模块将摄像头拍摄的画面传输至操控平台，现场指挥人员设定投弹位置，操控无人机到达指定位置上空，通过灭火弹投放遥控器进行投弹及激活灭火弹中延时开关；

4)根据火场情况，在指挥人员指挥下，各组无人机分别完成投弹任务；

5)灭火任务完成后，操控无人机返回安全位置，更换电池，重新挂载灭火弹，再次执行任务，火灾结束后拆解爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，安全送回。

Claims (6)

1.一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，其特征在于，包括无人机群、操控平台、RTK定位模块、5G通讯模块、灭火弹、投放器，RTK定位模块和5G通讯模块搭载于无人机机体内，投放器位于无人机机体下方并和无人机机体内电源和5G通讯模块相连，灭火弹挂载在投放器上，所述灭火弹包括钻地弹头、充装阀、储液管、引爆装置，充装阀位于灭火弹的尾部，与储液管一端连接，液态二氧化碳由充装阀上部充液口进入，充液口连接着单向阀，单向阀与储液管内的储液腔连接，控制液态二氧化碳只进不出，储液管中部位置有四个两两相对且与储液腔贯通的通孔a，通孔a内有用于封堵通孔a的定压片a，储液管另一端与占具灭火弹一半重量的钻地弹头相连，钻地弹头为高密度合金材料制成的圆锥体，可以使投弹后的灭火弹一半扎进土地，其四周有四个两两相对的通孔b，储液管与钻地弹头连接位置有用于封堵的定压片b，引爆装置包括活化器、导线、延时开关、电源，活化器与导线相连且位于储液腔内，延时开关与导线和电源相连且位于充装阀内，其中延时开关激活会在设定的延时时间结束后使电源与活化器接通，从而加热液态二氧化碳，使其受热快速膨胀，冲破定压片a和定压片b；灭火弹引爆后，一部分二氧化碳气体从钻地弹头通孔a释放，用于爆炸覆土隔绝氧化剂、可燃物进而阻止火势蔓延发展控制火情，一部分气体从储液管通孔b释放，利用二氧化碳的密度比空气大，不可燃、不助燃性质，覆盖在可燃物上方，将可燃物与周边的空气隔开，两种方式结合从而达到双重灭火目的。

2.根据权利要求1所述一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，其特征在于，所述无人机群以编组形式执行任务，每组包括4架无人机，无人机为多旋翼高载重无人机，可以承载灭火弹的重量平稳升空执行任务。

3.根据权利要求1所述一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，其特征在于，所述操控平台为手提式操作平台，每编组配置一个操控平台，每个操作平台具有一个无人机操控器、四个灭火弹投放遥控器，所述无人机操控器可同时操控编组内四架无人机，也切换为操控组内单个无人机。

4.根据权利要求1所述一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，其特征在于，所述5G通讯模块用于实时传输无人机机体上所带的摄影头所拍摄的图像，减少图像传输延时时间，使投弹位置和指令更加精确。

5.根据权利要求1所述一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，其特征在于，所述投放器在灭火弹投放遥控器操控下，投放灭火弹的同时会激活灭火弹内的延时开关。

6.一种使用权利要求1所述的爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)森林、草原发生火灾后，由汽车或其他运输工具将所述爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统运送至火灾附近安全平地位置，对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统进行安装；

2)对爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统各组件及功能进行检查和测试，根据火情及现场情况确定无人机群编组数，进行任务部署；

3)无人机分组执行起飞命令，飞向火灾现场，通过无人机搭载的5G通讯模块将摄像头拍摄的画面传输至操控平台，现场指挥人员设定投弹位置，操控无人机到达指定位置上空，通过灭火弹投放遥控器进行投弹及激活灭火弹中延时开关；

4)根据火场情况，在指挥人员指挥下，各组无人机分别完成投弹任务；

5)灭火任务完成后，操控无人机返回安全位置，根据需要更换电池，重新挂载灭火弹，再次执行下个任务，无任务时拆解爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火系统，安全送回。

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