CN115300830B - 一种智能森林防火灭火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能森林防火灭火方法，包括设置森林救援无人机、后台单元、数据传输模块，森林救援无人机包括机体、用来发射凝胶型灭火弹的发射器；在火场的周边使用森林救援无人机进行巡航，森林救援无人机还能对防火隔离带待规划区发射凝胶型灭火弹从而构成防火隔离带；森林救援无人机对火场的特定区域发射凝胶型灭火弹进行灭火直至完成灭火作业。本发明通过设置森林救援无人机，在火场的周边使用森林救援无人机进行巡航、远程监控，实时把握火场情况；即能够使用森林救援无人机直接灭火，又能够通过森林救援无人机来设置防火隔离带来阻火、防火，一机多用，实施效果好。

Description

一种智能森林防火灭火方法
技术领域
本发明涉及一种智能森林防火灭火方法，属于无人机技术领域。
背景技术
通常，一旦突发森林火灾需要收集火灾信息、确定火灾等级，启动应急计算，然后组织指挥、建立应急通信、消防车辆调度、后勤保障和医疗服务等。
目前，为节省救援时间，通常都是先派遣无人机的方式，来实时监控火场情况。对火场的灭火，通常还是依赖消防员喷水来进行；而消防员达到火场需要一定的时间。另外，在森林灭火时，尤其是在较为开阔的地带，如果能够设置防火隔离带，能够在短时间内完成阻火、防火的目的。但是目前设置防火隔离带，绝大多数都是人工清理地面的茅草，效率非常低。
基于此，如何争取在火灾初期黄金时间内配合无人机来提高救火效率是具有前瞻性的研究课题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种智能森林防火灭火方法，具体技术方案如下：
一种智能森林防火灭火方法，包括以下步骤：
设置森林救援无人机，所述森林救援无人机包括机体、与机体的底部相连接的起落架、安装在机体底部的摄像头、安装在机体底部的监测器组、数据传输模块、用来发射凝胶型灭火弹的发射器、控制模块，所述监测器组包括红外热成像仪、温度传感器、风速传感器、风向传感器；
后台单元，用于运算、下达控制命令；
摄像头所拍摄的图片或视频、监测器组所接收的信号通过数据传输模块传输给后台处理单元；
在火场的周边使用森林救援无人机进行巡航，对火场的周边进行网格化划分，对划分出的区域进行运算并判断是否为防火隔离带待规划区；
当划分出的区域判断为防火隔离带待规划区时，防火隔离带待规划区的面积大于第一设定值，防火隔离带待规划区的宽度大于第二设定值，防火隔离带待规划区与火场边缘之间的最小间距大于第三设定值；后台单元下达间接灭火命令，通过控制模块控制森林救援无人机飞行至防火隔离带待规划区的上方，森林救援无人机对防火隔离带待规划区发射凝胶型灭火弹，凝胶型灭火弹在防火隔离带待规划区破开并喷射出凝胶型灭火剂，凝胶型灭火剂将防火隔离带待规划区完全覆盖，构成防火隔离带；
后台单元判断火场的特定区域需要进行灭火作业时，后台单元下达直接灭火命令，通过控制模块控制森林救援无人机飞行至火场的特定区域的上方，森林救援无人机对火场的特定区域发射凝胶型灭火弹进行灭火直至完成灭火作业。
上述技术方案的进一步优化，所述发射器包括用来暂存凝胶型灭火弹的料筒，所述料筒的上端呈敞开设置，所述料筒的下部设置有倒锥状筒底，所述筒底的下方设置有供单个凝胶型灭火弹通过的排弹管，所述排弹管的上端与料筒的内腔连通，所述排弹管的下方设置有拨弹仓，所述拨弹仓内腔的横截面为圆形，所述拨弹仓的上端设置有与排弹管下端相连通的第一通孔，所述拨弹仓的下方设置有供单个凝胶型灭火弹通过的出弹管，所述拨弹仓的下端设置有与出弹管上端相连通的第二通孔；所述拨弹仓的内部中央设置有转轴，所述转轴与拨弹仓转动连接，所述拨弹仓的外部设置有用来驱动转轴转动的步进电机，所述转轴的外部固定连接有最少四个呈对称设置的拨板，所述拨板均设置在拨弹仓的内部。
上述技术方案的进一步优化，所述凝胶型灭火弹包括球状弹壳，所述弹壳的内部填充有凝胶型灭火剂，所述弹壳的内部还设置有空心金属球；所述弹壳的外部还套设有外球壳，所述弹壳与外球壳之间设置有功能腔，所述功能腔内填充有保护介质，所述保护介质和凝胶型灭火剂均为非牛顿流体；所述功能腔内还设置有最少四个正三棱锥状的空心金属锥；所述功能腔内还设置有用来限制空心金属锥移动范围的限位板组件，所述限位板组件包括第一限位板和第二限位板，所述第一限位板的尾端与弹壳的外壁固定连接，第一限位板的首端与外球壳的内壁之间设置有间隙，所述第二限位板的尾端与外球壳的内壁固定连接，所述第二限位板的首端与弹壳的外壁之间设置有间隙。
上述技术方案的进一步优化，所述弹壳的一侧设置有第一进料孔，所述第一进料孔处安装有第一孔塞，所述第一孔塞的外部覆盖有第一密封层；所述外球壳的一侧设置有第二进料孔，所述第二进料孔处安装有第二孔塞，所述第二孔塞的外部覆盖有第二密封层。
上述技术方案的进一步优化，所述保护介质为玉米淀粉、羧甲基壳聚糖、水按照质量比为310:(1.2~1.3):150的比例混合制成。
上述技术方案的进一步优化，所述凝胶型灭火剂的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将粒径小于或等于20μm的凹凸棒土在流化床中进行活化反应，流化床内的温度为185~190℃，流化床所通的反应气为氢气，反应时间在30min以上；反应完毕后，进行球磨，得到粒径小于或等于12μm的氢化凹凸棒土；
步骤S2、将7质量份粒径小于或等于74μm的钙基蒙脱土、13~15质量份氢化凹凸棒土、7质量份聚乙烯醇、200质量份水在搅拌釜内搅拌混合制成混料；
步骤S3、将12质量份硼酸溶液加入到混料中搅拌，硼酸溶液的质量分数为1.3%，然后加入质量分数为2.6%~2.8%的氢氧化钾溶液使得搅拌釜内的物料pH为8.8~9.3；在60~70℃的温度下静置3~6h，即得到凝胶型灭火剂。
上述技术方案的进一步优化，所述空心金属球的质量体积比为1.33~1.39g/cm3。
上述技术方案的进一步优化，所述空心金属锥的质量体积比为0.73~0.76g/cm3。
本发明的有益效果：
本发明通过设置森林救援无人机，在火场的周边使用森林救援无人机进行巡航、远程监控，实时把握火场情况；即能够使用森林救援无人机直接灭火，又能够通过森林救援无人机来设置防火隔离带来阻火、防火，一机多用，实施效果好。
附图说明
图1为本发明所述森林救援无人机的结构示意图；
图2为本发明所述发射器的结构示意图；
图3为本发明所述凝胶型灭火弹的结构示意图；
图4为本发明所述弹壳的内部示意图；
图5为样品1、2的剪切速率与粘度的曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
所述智能森林防火灭火方法，包括以下步骤：
设置森林救援无人机，如图1、2所示，所述森林救援无人机包括机体11、与机体11的底部相连接的起落架12、安装在机体11底部的摄像头13、安装在机体11底部的监测器组14、数据传输模块、用来发射凝胶型灭火弹30的发射器20、控制模块，所述监测器组14包括红外热成像仪、温度传感器、风速传感器、风向传感器；其中，摄像头13用来实时监控火场情况，同时也可对森林救援无人机飞行周边环境进行监控。红外热成像仪可以让火灾隐患无处遁形，尤其是有效寻找有“死灰复燃”趋势的暗火区域。温度传感器、风速传感器、风向传感器等可将温度、风速、风向等火场常见指标采集并传递给后续的后台单元。
后台单元，用于运算、下达控制命令；后台单元通常是服务器，运算结果可通过显示器显示给消防员，消防员可根据运算结果对服务器下达控制命令。
摄像头13所拍摄的图片或视频、监测器组14所接收的信号（红外热成像数据、温度、风速、风向等数据）通过数据传输模块传输给后台处理单元。
在火场的周边使用森林救援无人机进行巡航，根据摄像头13所拍摄的图片对火场的周边进行网格化划分，对每一格图像采用图像识别算法进行运算，对划分出的区域进行运算并判断是否为防火隔离带待规划区；
当划分出的区域判断为防火隔离带待规划区时，防火隔离带待规划区的面积大于第一设定值，防火隔离带待规划区的宽度大于第二设定值，防火隔离带待规划区与火场边缘之间的最小间距大于第三设定值。例如，常规林内防火隔离带，其宽度为10~40米，基于此，可将第二设定值为10米。
后台单元下达间接灭火命令，通过控制模块控制森林救援无人机飞行至防火隔离带待规划区的上方，森林救援无人机对防火隔离带待规划区发射凝胶型灭火弹30，凝胶型灭火弹30在防火隔离带待规划区破开并喷射出凝胶型灭火剂，凝胶型灭火剂将防火隔离带待规划区完全覆盖，构成防火隔离带；凝胶型灭火剂的设置，使得防火隔离带所在区域暂时无法被燃烧，也就有效阻击火势蔓延。
后台单元判断火场的特定区域需要进行灭火作业时，后台单元下达直接灭火命令，通过控制模块控制森林救援无人机飞行至火场的特定区域的上方，森林救援无人机对火场的特定区域发射凝胶型灭火弹30进行灭火直至完成灭火作业。其中，当消防员通过摄像头13和红外热成像仪所传输回来的数据，根据林区火灾点的位置信息及火势的大小状况，可通过人工或后台单元运算得到的结果，判断火场的特定区域需要进行灭火作业；灭火时，可对火场的特定区域发射凝胶型灭火弹30进行灭火；也可根据火场的火势情况，如果火势很大，先通过凝胶型灭火弹30进行，主要目的是将着火点的火势减小（甚至是熄灭），然后可配合消防员通过消防车上的车载喷水设备进行彻底灭火。
实施例2
基于实施例1，如图2所示，所述发射器20包括用来暂存凝胶型灭火弹30的料筒21，所述料筒21的上端呈敞开设置，所述料筒21的下部设置有倒锥状筒底22，所述筒底22的下方设置有供单个凝胶型灭火弹30通过的排弹管23，所述排弹管23的上端与料筒21的内腔连通，所述排弹管23的下方设置有拨弹仓24，所述拨弹仓24内腔的横截面为圆形，所述拨弹仓24的上端设置有与排弹管23下端相连通的第一通孔，所述拨弹仓24的下方设置有供单个凝胶型灭火弹30通过的出弹管25，所述拨弹仓24的下端设置有与出弹管25上端相连通的第二通孔；所述拨弹仓24的内部中央设置有转轴26，所述转轴26与拨弹仓24转动连接，所述拨弹仓24的外部设置有用来驱动转轴26转动的步进电机，所述转轴26的外部固定连接有最少四个呈对称设置的拨板27，所述拨板27均设置在拨弹仓24的内部。
料筒21内存储有大量的凝胶型灭火弹30，在本实施例中，拨板27优选为六个；步进电机驱动转轴26转动，转轴26每转动60°，可将拨弹仓24内的一个凝胶型灭火弹30拨至出弹管25处，然后在重力的作用下，能够从出弹管25处排出，如此完成凝胶型灭火弹30的发射作业。其中，由于排弹管23只能供单个凝胶型灭火弹30通过，因此，料筒21内堆积的凝胶型灭火弹30通过排弹管23依次落到两个拨板27之间的仓位处，一个仓位只能容纳一个凝胶型灭火弹30；随着转轴26转动，装有凝胶型灭火弹30的仓位顺时针或逆时针转动，当装有凝胶型灭火弹30的仓位转动到出弹管25的上端处，该仓位内的凝胶型灭火弹30会通过出弹管25排出。另外，为便于控制，可通过在转轴26处安装阻尼，从而降低凝胶型灭火弹30的重力对转轴26的影响。
实施例3
基于实施例2，如图3、4所示，所述凝胶型灭火弹30包括球状弹壳31，所述弹壳31的内部填充有凝胶型灭火剂，所述弹壳31的内部还设置有空心金属球33；所述弹壳31的外部还套设有外球壳32，所述弹壳31与外球壳32之间设置有功能腔37，所述功能腔37内填充有保护介质，所述保护介质和凝胶型灭火剂均为非牛顿流体；所述功能腔37内还设置有最少四个正三棱锥状的空心金属锥34；所述功能腔37内还设置有用来限制空心金属锥34移动范围的限位板组件，所述限位板组件包括第一限位板35和第二限位板36，所述第一限位板35的尾端与弹壳31的外壁固定连接，第一限位板35的首端与外球壳32的内壁之间设置有间隙，所述第二限位板36的尾端与外球壳32的内壁固定连接，所述第二限位板36的首端与弹壳31的外壁之间设置有间隙。
其中，外球壳32由耐候聚合物材料制成，如聚乙烯；弹壳31也可由聚乙烯制成。
所述保护介质和凝胶型灭火剂均为非牛顿流体，具有剪切增稠特性。该非牛顿流体在受力缓慢时，产生的阻力较弱；受力剧烈时，产生的阻力就会非常大，甚至会出现固体的形态。
基于此，当凝胶型灭火弹30在受力较小的情况下，保护介质和凝胶型灭火剂均表现为液态的特性。因此，凝胶型灭火弹30在滚动、轻微振动、搬运等情况下，功能腔37内的保护介质主要起到缓冲的作用。
当凝胶型灭火弹30在高空抛下，落到地面的一瞬间，即使地面是泥地，从急速瞬间静止，瞬间受力剧烈，保护介质和凝胶型灭火剂会表现为固态的特性。受力剧烈的瞬间过去之后，受力会逐步减小，也就使得非牛顿流体会“变稀”。由于外球壳32为软壳，在外球壳32落地变形且保护介质未完全变成固体的那段时间，会促使空心金属锥34的尖端碰触到弹壳31的外壁；当保护介质变为固体时，在双面夹击之下，能够使得空心金属锥34的尖端刺破弹壳31；由于保护介质刚变为固体时，此时的凝胶型灭火剂只是粘度非常大的液态流体，这会使得后续弹壳31内的压力急剧增大，并在弹壳31的破口处宣泄，最终弹壳31能够在短时间内迅速爆开，从而完成爆破过程。为最大限度破开弹壳31和外球壳32，当弹壳31和外球壳32均为空心球状时，空心金属锥34的尖端正好能碰触到弹壳31或外球壳32。
其中，空心金属锥34为正三棱锥状，使得空心金属锥34无论其尖端指向何处，最终都能使得空心金属锥34的其中一个尖端刺破弹壳31。另外，当凝胶型灭火剂和保护介质均变为固体时，在加上空心金属锥34的作用，能够使得弹壳31和外球壳32都被破开并爆开。由于变硬后保护介质的拦截作用，再加上凝胶型灭火剂的粘度会变大，从而能够有效防止凝胶型灭火剂在爆开后大面积、不连续的四溅。
限位板组件中的第一限位板35和第二限位板36呈相互错开，从而构成S形通道，如此设计，一方面确保液态的保护介质仍能在功能腔37内流动；另一方便，第一限位板35和第二限位板36能够将其之间的空心金属锥34给束缚在其附近，使得多个空心金属锥34能够均匀分布在弹壳31的四周。
实施例4
基于实施例3，如图3、4所示，所述弹壳31的一侧设置有第一进料孔，所述第一进料孔处安装有第一孔塞311，所述第一孔塞311的外部覆盖有第一密封层38；所述外球壳32的一侧设置有第二进料孔，所述第二进料孔处安装有第二孔塞321，所述第二孔塞321的外部覆盖有第二密封层39。
通过第一进料孔可向弹壳31内部填充凝胶型灭火剂，填充完毕之后使用第一孔塞311封住，封堵完毕之后使用胶接进一步密封。通过第二进料孔可向外球壳32内部的功能腔37中填充保护介质，填充完毕之后使用第二孔塞321封住，封堵完毕之后使用胶接进一步密封。
实施例5
基于实施例3，所述保护介质为玉米淀粉、羧甲基壳聚糖、水按照质量比为310:(1.2~1.3):150的比例混合制成；优选配比为310:1.2:150，对应的保护介质为样品1。
通常水和玉米淀粉按照质量比（1~2）:3的比例即可形成非牛顿流体，其具有剪切稠化（剪切增稠）的性能。剪切稠化，也称胀流性，是指体系的粘度随剪切速率增加而显著增大，甚至表现出类似固体的性质。由于剪切改变了流体的微结构，变得不易流动。剪切增稠流体可视为一种软物质。非牛顿流体具有剪切增稠或剪切稀化的性质。
实施例6
基于实施例5，所述凝胶型灭火剂的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将粒径小于或等于20μm的凹凸棒土在流化床中进行活化反应，流化床内的温度为185~190℃，流化床所通的反应气为氢气，反应时间在30min以上；反应完毕后，进行球磨，得到粒径小于或等于12μm的氢化凹凸棒土。
步骤S2、将7kg粒径小于或等于74μm的钙基蒙脱土、13~15kg氢化凹凸棒土、7kg聚乙烯醇、200kg水在搅拌釜内搅拌混合制成混料。其中，在本实施例中，氢化凹凸棒土优选为14kg。
步骤S3、将12kg硼酸溶液加入到混料中搅拌，硼酸溶液的质量分数为1.3%，然后加入质量分数为2.6%~2.8%的氢氧化钾溶液使得搅拌釜内的物料pH为8.8~9.3；在60~70℃的温度下静置3~6h，即得到凝胶型灭火剂，对应的凝胶型灭火剂为样品2。
实施例7
所述空心金属球33的质量体积比为1.33~1.39g/cm3。
所述空心金属锥34的质量体积比为0.73~0.76g/cm3。
对照例1
本例与实施例5的区别是，羧甲基壳聚糖替换为同为水溶性壳聚糖的壳聚糖季铵盐，所得为对照品1。
对照品1为玉米淀粉、壳聚糖季铵盐、水按照质量比为310:1.2:150的比例混合制成。
对照例2
将玉米淀粉、水按照质量比为311.2:150混合，制成对照品2。
对照例3
本例与实施例6不同之处是：凹凸棒土不进行氢化步骤，直接使用。所述凝胶型灭火剂的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将7kg粒径小于或等于74μm的钙基蒙脱土、14kg粒径小于或等于12μm的凹凸棒土、7kg聚乙烯醇、200kg水在搅拌釜内搅拌混合制成混料。
步骤S2、将12kg硼酸溶液加入到混料中搅拌，硼酸溶液的质量分数为1.3%，然后加入质量分数为2.6%~2.8%的氢氧化钾溶液使得搅拌釜内的物料pH为8.8~9.3；在60~70℃的温度下静置3~6h，即得到对照品3。
对照例4
本例与实施例6不同之处是：不使用氢化凹凸棒土，全部用钙基蒙脱土。所述凝胶型灭火剂的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将21kg粒径小于或等于74μm的钙基蒙脱土、7kg聚乙烯醇、200kg水在搅拌釜内搅拌混合制成混料。
步骤S1、将12kg硼酸溶液加入到混料中搅拌，硼酸溶液的质量分数为1.3%，然后加入质量分数为2.6%~2.8%的氢氧化钾溶液使得搅拌釜内的物料pH为8.8~9.3；在60~70℃的温度下静置3~6h，即得到对照品4。
对照例5
本例与实施例6不同之处是：使用酸化凹凸棒土代替氢化凹凸棒土。所述凝胶型灭火剂的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、取1mol/L的盐酸2L，加入250g凹凸棒土，在室温下搅拌2h，过滤，对滤渣用去离子水洗涤至洗涤水呈中性，在200℃下烘干，烘干后即得酸化凹凸棒土。
步骤S2、将7kg粒径小于或等于74μm的钙基蒙脱土、14kg酸化凹凸棒土、7kg聚乙烯醇、200kg水在搅拌釜内搅拌混合制成混料。
步骤S3、将12kg硼酸溶液加入到混料中搅拌，硼酸溶液的质量分数为1.3%，然后加入质量分数为2.6%~2.8%的氢氧化钾溶液使得搅拌釜内的物料pH为8.8~9.3；在60~70℃的温度下静置3~6h，即得到对照品5。
对照例6
本例与实施例6不同之处是，本例的对照弹1与实施例6中的凝胶型灭火弹30不同之处是，本例中的对照弹1使用水作为灭火剂；而实施例6中的凝胶型灭火弹30使用凝胶型灭火剂作为灭火剂。
对照例7
本例与实施例6不同之处是，本例的对照弹2与实施例6中的凝胶型灭火弹30不同之处是，本例中所述功能腔37内填充有凝胶型灭火剂，弹壳31的内部填充有保护介质。实施例6中所述功能腔37内填充有保护介质，弹壳31的内部填充有凝胶型灭火剂。
对照例8
本例与实施例6不同之处是，本例的对照弹3与实施例6中的凝胶型灭火弹30不同之处是，本例中所述功能腔37、弹壳31的内部均填充有样品1（保护介质）。实施例6中所述功能腔37内填充有保护介质，弹壳31的内部填充有凝胶型灭火剂。
对照例9
本例与实施例6不同之处是，本例的对照弹4与实施例6中的凝胶型灭火弹30不同之处是，本例中所述功能腔37、弹壳31的内部均填充有样品2（凝胶型灭火剂）。实施例6中所述功能腔37内填充有保护介质，弹壳31的内部填充有凝胶型灭火剂。
对照例10
本例与实施例6不同之处是，本例中的对照弹5中未设置空心金属球33。实施例6中所述凝胶型灭火弹30设置有空心金属球33。
《非牛顿流体验证试验》
试验A：用手指搅动样品流体，观察手指搅动的时候样品流体是否是液体状态。
样品1、2在试验A过程中，明显发现样品1、2在手指搅动的时候均为液体状态。
试验B：采用5kg的铁锤对样品流体进行锤击，观察以及感受锤击时样品流体的性状表现。
样品1、2在试验B过程中，明显在锤击时如固体一般坚硬。
试验C：
通过旋转粘度计测定样品流体的剪切速率，单位为s-1，可由旋转粘度仪的角速度进行换算。旋转粘度计还能测定样品的粘度，单位为Pa·s。
样品1在试验C过程中，其剪切速率与粘度的曲线图如图5所示。通过图5可知，随着剪切速率的增大，样品1、2的粘度均显著增大；说明样品1、2均满足剪切增稠的特性。同时，由样品1、2的曲线可知，当剪切速率在大于350s-1时，在同等剪切速率的情况下，样品1所对应的粘度明显大于样品2；由此可知，在高剪切速率的情况下，当样品1刚变为固体时，此时的样品2只是粘度非常大的液态流体。
通过试验A、B、C可知，样品1、2均为非牛顿流体，同时都具备剪切增稠的特性。
《稳定性试验》
取样品放入到玻璃量筒（高度超过60cm，样品在玻璃量筒中的初始离地高度为50cm）中，然后再向玻璃量筒处放入磁球（球状钕铁硼磁铁），磁球沿着玻璃量筒的内壁放置；当放置时间过去n天后观察磁球的位置，n=1、3、5、7、9……；观察磁球位置的方法，通过在玻璃量筒的外壁撒铁粉，观察铁粉富集的那块区域所对应的离地高度（单位cm）。（其中，玻璃量筒的零刻度线所对应的即为离地高度的零刻度标识）。
在《稳定性试验》中，样品为样品1时，其对应的磁球，其密度与空心金属锥34的密度（质量体积比）相同。
在《稳定性试验》中，样品为样品2时，其对应的磁球，其密度与空心金属球33的密度（质量体积比）相同。
对样品1、样品2、对照品1均进行《稳定性试验》，离地高度随着静置时间的变化结果见表1：
表1
1天 2天 3天 5天 6天 7天 15天 30天 60天
样品1 49 cm 49 cm 47 cm 43 cm 41 cm 31 cm 23 cm 9 cm 9 cm
样品2 47cm 47 cm 47 cm 45 cm 39 cm 31 cm 25 cm 17 cm 17 cm
对照品1 47 cm 43 cm 33 cm 11 cm 3 cm 0 0 0 0
对照品2 47 cm 39 cm 21 cm 7 cm 0 0 0 0 0
表1中的样品1在放置1天后的离地高度为49cm，其余以此类推。
由表1可知，样品1的稳定性明显优于对照品1、2，因此，空心金属锥34在保护介质中能够较长时间处于“悬浮”状态；即使沉底，外球壳32在经常颠簸运动的过程中，也能有利于将空心金属锥34“拉回”“悬浮”状态。如果空心金属锥34长期处于“触底”状态，影响外球壳32的使用寿命。还说明，在非牛顿流体（玉米淀粉糊）中添加羧甲基壳聚糖，有助于提高其稳定性；但是，如果添加的是壳聚糖季铵盐，则对其稳定性改善帮助不大。
空心金属球33在凝胶型灭火剂中也能较长时间处于“悬浮”状态；空心金属球33的密度较大，当凝胶型灭火弹30在触地的过程中，空心金属球33与空心金属锥34双重作用，易刺破弹壳31、外球壳32。另外，由于空心金属球33没有尖锐结构，因为对弹壳31的使用寿命影响较小。
《附着时间的稳定性试验》
步骤1、样品液分别放置0、1、2、3……天后，取试样液。
步骤2、将取直径30cm的PVC片，在其正面滴有5mL的试样液，静置30min后，将该PVC片倒置，使得PVC片的正面朝下，以此为起始点，记录PVC片表面向下滴落的第一滴液滴的时间，该时间为附着时间。
样品液取自样品2、对照品3~5，所测得的附着时间见表2：
表2
0天 1天 3天 5天 10天 15天 30天 60天 90天
样品2 4.5min 4.5min 4.4min 4.6min 5.1min 5.5min 5.5min 5.7min 5.7min
对照品3 3.2min 3.0min 2.3min 2.7min 1.5min 0.1min 0.1min 0.2min 0.1min
对照品4 3.3min 3.2min 2.7min 2.1min 1.1min 0.2min 0.2min 0.2min 0.1min
对照品5 2.6min 2.2min 1.8min 1.0min 0.5min 0.2min 0.1min 0.1min 0.1min
表2中的样品2在放置1天后的附着时间为4.5min；其余以此类推。
附着时间的意义是：如果附着时间过长，则会导致后续的最大飞溅距离变小；如果附着时间过小，则会造成防灭火效果差。附着时间优选在4~6min。样品2在放置90天后，附着时间的变化幅度不超过30%，仍处在4~6min的区间内，满足使用要求。对照品3~5，无法存放90天；即使只存放10天，附着时间的变化幅度超过50%，已无法使用。
对比分析表2可知，如果凹凸棒土不进行氢化步骤，直接使用，无法构成交联网络，其附着时间的稳定性变差。同样的，如果原料中去掉氢化凹凸棒土，无法构成交联网络，其附着时间的稳定性变差。如果是对凹凸棒土进行酸化，得到来代替氢化凹凸棒土，也无法构成交联网络，其附着时间的稳定性变差。
研究表明，在110~200℃对凹凸棒土进行处理能够增大其比表面积。
研究发现，如果添加聚丙烯酰胺，也能够提高附着时间，但是添加聚丙烯酰胺的流体，其为剪切稀化流体，不适用于本发明。
《爆破试验》
将样品弹在25米的高空处自由落体到待测试地面，如果样品弹未爆开，则记录为“未爆”；如果样品弹爆开，样品弹落在待测试地面所砸的凹坑为圆心，测量样品弹爆开所喷射的射流最远点与圆心之间的间距，该间距即为最大飞溅距离；样品弹落在待测试地面所砸的凹坑为圆心，以皮尺作为半径画圆，所画的圆形区域如果全部被样品弹爆开所喷射的物料给覆盖，则该区域为覆膜区；不断增长皮尺的长度，从而增大覆膜区的面积；一旦出现所画的圆形区域如果有一处未被样品弹爆开所喷射的物料给覆盖，停止增加皮尺的长度，以上一次皮尺的长度为最大覆膜半径。
试验1、本发明所述凝胶型灭火弹30（如实施例6所示，其直径为30cm）标记为样品3。样品弹为样品3。待测试地面为干土地。
试验2、待测试地面为湿地，湿地是在干土地表面洒水、静置最少30min后，湿地表面的含水率为35~50%。
对样品3、对照弹1~5进行测量最大飞溅距离和最大覆膜半径。同时，根据试验1~2的要求按照《爆破试验》测量最大飞溅距离和最大覆膜半径。结果见表3：
表3
最大飞溅距离（m） 最大覆膜半径（m）
样品3 3.5 1.2
对照弹1 6.7 0.6
对照弹2 2.8 0.3
对照弹3 2.5 0.3
对照弹4 2.1 0.3
对照弹5 /（未爆） /（未爆）
试验2 3.3 0.9
根据表3可知，本发明所述凝胶型灭火弹30无论是在干土地还是湿地，都能爆开，爆开后能形成较大的覆膜区，从而提高防火灭火效果。如果将凝胶型灭火剂换成水，其形成的水膜与附着物之间的附着效果较差，不如本发明所述凝胶型灭火剂。如果所述功能腔37内部填充的是凝胶型灭火剂，而弹壳31的内部填充的是保护介质，弹壳31和外球壳32不易大面积爆开。如果所述功能腔37、弹壳31的内部均填充有保护介质，保护介质本身的覆膜效果差，保护介质无法用于灭火防火。如果所述功能腔37、弹壳31的内部均填充有凝胶型灭火剂，弹壳31和外球壳32不易大面积爆开。如果未设置空心金属球33，弹壳31和外球壳32不会爆开。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能森林防火灭火方法，其特征在于包括以下步骤：
设置森林救援无人机，所述森林救援无人机包括机体（11）、与机体（11）的底部相连接的起落架（12）、安装在机体（11）底部的摄像头（13）、安装在机体（11）底部的监测器组（14）、数据传输模块、用来发射凝胶型灭火弹（30）的发射器（20）、控制模块，所述监测器组（14）包括红外热成像仪、温度传感器、风速传感器、风向传感器；
后台单元，用于运算、下达控制命令；
摄像头（13）所拍摄的图片或视频、监测器组（14）所接收的信号通过数据传输模块传输给后台处理单元；
在火场的周边使用森林救援无人机进行巡航，对火场的周边进行网格化划分，对划分出的区域进行运算并判断是否为防火隔离带待规划区；
当划分出的区域判断为防火隔离带待规划区时，防火隔离带待规划区的面积大于第一设定值，防火隔离带待规划区的宽度大于第二设定值，防火隔离带待规划区与火场边缘之间的最小间距大于第三设定值；后台单元下达间接灭火命令，通过控制模块控制森林救援无人机飞行至防火隔离带待规划区的上方，森林救援无人机对防火隔离带待规划区发射凝胶型灭火弹（30），凝胶型灭火弹（30）在防火隔离带待规划区破开并喷射出凝胶型灭火剂，凝胶型灭火剂将防火隔离带待规划区完全覆盖，构成防火隔离带；
后台单元判断火场的特定区域需要进行灭火作业时，后台单元下达直接灭火命令，通过控制模块控制森林救援无人机飞行至火场的特定区域的上方，森林救援无人机对火场的特定区域发射凝胶型灭火弹（30）进行灭火直至完成灭火作业；
所述凝胶型灭火弹（30）包括球状弹壳（31），所述弹壳（31）的内部填充有凝胶型灭火剂，所述弹壳（31）的内部还设置有空心金属球（33）；所述弹壳（31）的外部还套设有外球壳（32），所述弹壳（31）与外球壳（32）之间设置有功能腔（37），所述功能腔（37）内填充有保护介质，所述保护介质和凝胶型灭火剂均为非牛顿流体；所述功能腔（37）内还设置有最少四个正三棱锥状的空心金属锥（34）；所述功能腔（37）内还设置有用来限制空心金属锥（34）移动范围的限位板组件，所述限位板组件包括第一限位板（35）和第二限位板（36），所述第一限位板（35）的尾端与弹壳（31）的外壁固定连接，第一限位板（35）的首端与外球壳（32）的内壁之间设置有间隙，所述第二限位板（36）的尾端与外球壳（32）的内壁固定连接，所述第二限位板（36）的首端与弹壳（31）的外壁之间设置有间隙。
2.根据权利要求1所述的一种智能森林防火灭火方法，其特征在于：所述发射器（20）包括用来暂存凝胶型灭火弹（30）的料筒（21），所述料筒（21）的上端呈敞开设置，所述料筒（21）的下部设置有倒锥状筒底（22），所述筒底（22）的下方设置有供单个凝胶型灭火弹（30）通过的排弹管（23），所述排弹管（23）的上端与料筒（21）的内腔连通，所述排弹管（23）的下方设置有拨弹仓（24），所述拨弹仓（24）内腔的横截面为圆形，所述拨弹仓（24）的上端设置有与排弹管（23）下端相连通的第一通孔，所述拨弹仓（24）的下方设置有供单个凝胶型灭火弹（30）通过的出弹管（25），所述拨弹仓（24）的下端设置有与出弹管（25）上端相连通的第二通孔；所述拨弹仓（24）的内部中央设置有转轴（26），所述转轴（26）与拨弹仓（24）转动连接，所述拨弹仓（24）的外部设置有用来驱动转轴（26）转动的步进电机，所述转轴（26）的外部固定连接有最少四个呈对称设置的拨板（27），所述拨板（27）均设置在拨弹仓（24）的内部。
3.根据权利要求1所述的一种智能森林防火灭火方法，其特征在于：所述弹壳（31）的一侧设置有第一进料孔，所述第一进料孔处安装有第一孔塞（311），所述第一孔塞（311）的外部覆盖有第一密封层（38）；所述外球壳（32）的一侧设置有第二进料孔，所述第二进料孔处安装有第二孔塞（321），所述第二孔塞（321）的外部覆盖有第二密封层（39）。
4.根据权利要求1所述的一种智能森林防火灭火方法，其特征在于：所述保护介质为玉米淀粉、羧甲基壳聚糖、水按照质量比为310:(1.2~1.3):150的比例混合制成。
5.根据权利要求1所述的一种智能森林防火灭火方法，其特征在于，所述凝胶型灭火剂的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将粒径小于或等于20μm的凹凸棒土在流化床中进行活化反应，流化床内的温度为185~190℃，流化床所通的反应气为氢气，反应时间在30min以上；反应完毕后，进行球磨，得到粒径小于或等于12μm的氢化凹凸棒土；
步骤S2、将7质量份粒径小于或等于74μm的钙基蒙脱土、13~15质量份氢化凹凸棒土、7质量份聚乙烯醇、200质量份水在搅拌釜内搅拌混合制成混料；
步骤S3、将12质量份硼酸溶液加入到混料中搅拌，硼酸溶液的质量分数为1.3%，然后加入质量分数为2.6%~2.8%的氢氧化钾溶液使得搅拌釜内的物料pH为8.8~9.3；在60~70℃的温度下静置3~6h，即得到凝胶型灭火剂。
6.根据权利要求1所述的一种智能森林防火灭火方法，其特征在于：所述空心金属球（33）的质量体积比为1.33~1.39g/cm3。
7.根据权利要求1所述的一种智能森林防火灭火方法，其特征在于：所述空心金属锥（34）的质量体积比为0.73~0.76g/cm3。
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