CN116421908A - 一种固移结合的森林火灾防控方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固移结合的森林火灾防控方法和系统，本发明在常规情况下仅由大范围多光谱扫描成像林火探测装置进行火灾防护巡检，发现火情后通过无人机进行二次确认，通过气象采集装置和北斗/GPS定位装置获取火灾区域的气象信息和位置信息，使用干粉灭火弹扑灭初期林火。本发明采用大范围多光谱扫描成像林火早期探测技术，并结合无人机机动性强的特点，能够及时探测并确认森林火灾，提高森林火灾响应速度和处理效率，减少火灾损失和人员伤亡。
Description
技术领域
本发明属于森林火灾防控技术领域，尤其是涉及一种固移结合的森林火灾防控方法和系统。
背景技术
目前，国内森林火灾监测的方式主要包括以下四种：地面巡护、瞭望塔观测、卫星遥感和飞机巡检；其中，地面巡护，依靠地面人工巡逻来识别森林火灾，缺点是耗时耗力，效率低下；瞭望塔观测，依靠护林员在瞭望塔上观察，以监测森林火灾，观察范围有限，缺点是劳动力密集；卫星遥感，使用卫星的遥感图像来检测和分析森林火灾，成本高，并且由于卫星遥感图像尺度相对宏观，不可能及时发现和准确定位森林起火点，缺点是时效性差，容易延误扑灭火灾的时机；飞机巡检，通过雇用直升机或专业飞行员驾驶的小型飞机进行飞行侦察，费用高，不适合日常高频飞行、侦察；火灾发生时，如果能快速响应并进行合理的人员调度，能够及时挽救更多的生命和财产安全。然而，现有的消防响应机制，都是事后发现、人工确认、人工调度，响应速度低,因此需要一种固移结合的森林火灾防控方法和系统。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种固移结合的森林火灾防控方法和系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明包括如下步骤：
步骤S1，多光谱视频图像的采集及储存：通过林火监测站点的大范围多光谱扫描成像林火探测装置进行周扫实时采集监测区域内的多光谱视频图像，并将采集到的视频图像传输并储存至所述林火监测站点的集中控制系统；
步骤S2：采集视频图像的处理分析：所述站点集中控制系统对采集的多光谱视频图像进行图像处理，采用图像配准融合技术对多通道图像经过降噪、配准处理后依据融合规则实现像素级融合，并进行林火形貌特征的目标识别提取后匹配识别疑似林火；
步骤S3：识别是否有疑似林火：站点集中控制系统若识别出疑似林火，将调派无人机对疑似林火起火点进行抵近侦察确认，并将报警信息传输至森林防火监控中心；若未识别出疑似林火，则继续监视，返回至步骤S1；
步骤S4：无人机抵近侦察确认：无人机根据探测装置所探测疑似林火目标的定位信息，从无人机机库自动起飞，由站点集中控制系统中的无人机飞控系统自主规划无人机飞行路径，飞行至疑似林火区域进行抵近侦察，对疑似林火进行二次确认；
步骤S5：确认是否真正发生林火：无人机飞行至疑似林火区域后，通过其机身上搭载的双光监测云台对疑似林火目标进行识别及观测指向跟踪，并将采集到监测图像通过无线通信模块传输回站点集中控制系统，由其判定确认是否真正发生林火；若确认发生林火，则执行步骤S6；若确认未发生林火，则执行步骤S7；
步骤S6：无人机对林火进行监视及灭火：若确定发生林火，无人机可在起火点周围环绕飞行进行监视，将采集到监测图像实时传输回站点集中控制系统，并由其传输至森林防火监控中心；森林防火监控中心调派起火点附近其他林火监测站点的无人机飞抵起火点进行多机任务协同作业，远程控制无人机的干粉灭火弹投射装置对初期林火进行扑救；
步骤S7：无人机返航：若经确认未发生林火或无人机电量亏电，则无人机将自动返回机库；若林火已被证实扑灭，则可由森林防火监控中心发出指令命令无人机返航。
进一步地，所述步骤S1中光学成像及采集系统，采用将可见光和红外光采集系统将各种光谱采集系统并列平行排布，采用逐行扫描图像传感器实现夜晚等低光源环境下林火目标的分辨。
进一步地，所述步骤S3中疑似林火目标的定位包括检测到疑似林火目标后，
a在获取测量探测装置位置的经纬度信息、探测装置在水平和垂直方向的夹角以及初始位置的标定、探测装置距离地面的垂直距离的基础信息后。
b识别提取出林火边缘轮廓和质心，根据质心在成像靶面的位置以及光学视场获得目标中心在视场的相对位置信息；
c结合光学位置传感器数据及位置信息，最终可解算出林火目标的经纬度和高度数据。
进一步地，所述步骤S4中无人机飞行路径的自主规划，是依据林火目标定位信息以A*算法生成最优飞行路径,以Dijkstra算法和A*(A-Star)算法生成局部规划的避障路径。
进一步地，所述步骤S5中林火目标识别中，需要实现森林环境背景条件下识别林火目标，采用背景差分法对基于图像序列和参考背景模型相减来实现运动目标的检测，对于地面参考背景模型是通过基于图像配准与稳定矩阵的背景建模法来建立的，所述步骤S5中无人机观测指向跟踪，采用相关法实现，相关法利用模板匹配原理，对两幅图像(实时图和参考图)的相似度进行比较，它们之间的相似度用相关函数来衡量，相关函数使用归一化互相关系数(NCC)公式，所述步骤S5中林火目标精准定位，是对大范围多光谱扫描成像林火探测装置所确定的疑似林火目标粗略坐标进行修正并精准定位。由于探测装置是采用摄像测量原理只能通过探测距离和探测角度得到疑似林火目标坐标，无法准确定位起火点坐标。采用无人机抵近侦察，通过无人机监测云台对林火目标的识别，并结合北斗/GPS定位装置和监测云台观测算法可以得到林火起火点准确的经纬度坐标。
进一步地，所述步骤S6中监视林火面积测算，是采用Freeman链码外轮廓法，将无人机实时画面进行火场区域标示，并自动与GIS地图图像进行同步映射，再利用闭合区域的面积自动测算功能得到林火面积信息。
进一步地，所述步骤S6中多机任务协同作业采用基于小尺度内嵌神经网络冲突避免机制的多机协同任务分配模型，由冲突解决算法形成任务分配方案。
进一步地，所述步骤S6中无人机灭火作业根据无人机气象采集装置所获取的林火目标区域风速和风向信息，以及对林火目标精准定位信息，计算确定干粉灭火弹投弹轨迹，优先对火尾和火翼位置从上风处投放灭火弹。
进一步地，所述步骤S7中无人机自主起降采用结合视觉导航和高精度GPS技术的基于图像识别的无人机近场引导精准起降，利用视觉导航和机库顶部标志物进行视觉引导融合RTK定位信息实现无人机在找到机库的自动近场引导精准起降。
一种固移结合的森林火灾调控系统，包括多个分布设置的林火监测站点和森林防火监控中心，多个所述林火监测站点通过中继通讯基站与所述森林防火监控中心无线通讯连接，所述林火监测站点设置有大范围多光谱扫描成像林火探测装置和无人机集群，所述森林防火监控中心用于调派起火点范围内的林火监测站点的无人机飞抵起火点进行多机任务协同作业，远程控制无人机的干粉灭火弹投射装置对初期林火进行扑救，所述林火监测站点包括采集模块，集中控制系统，林火监控及灭火模块和分析模块：
采集模块：用于实时采集监测区域内的多光谱视频图像，并将采集到的视频图像传输并储存至所述林火监测站点的集中控制系统；
集中控制系统，用于存储和转发火情数据至所述森林防火监控中心并接收所述森林防火监控中心的实时指令；
无人机集群林火监控及灭火模块：用于将无人机采集到监测图像实时传输回站点的集中控制系统，并由其传输至森林防火监控中心；所述无人机上设置有干粉灭火弹投射装置；
分析模块：用于所述站点集中控制系统对采集的多光谱视频图像进行图像处理，采用图像配准融合技术对多通道图像经过降噪、配准处理后依据融合规则实现像素级融合，并进行林火形貌特征的目标识别提取后匹配识别疑似林火；
现有技术相比，本发明提供了一种固移结合的森林火灾调控的方法，具备以下有益效果：
1.本发明在常规情况下仅由大范围多光谱扫描成像林火探测装置进行火灾防护巡检，发现火情后通过无人机进行二次确认，既可以提高发现火情的准确性，又可以解决无人机无法长时间巡检的难题，成本更优，效率更高。
2.本发明的无人机搭载双光监测云台、气象采集装置、北斗/GPS定位装置和干粉灭火弹装置，可以利用视频图像和红外热成像图像综合判定是否发生林火，通过气象采集装置和北斗/GPS定位装置获取火灾区域的气象信息和位置信息，使用干粉灭火弹扑灭初期林火。
3.本发明利用无人机机库实现无人机的存放、自动起降和自动充换电，从而可以适应长时间野外使用及高频巡查作业。
4.本发明森林防火监控中心可以调派林火发生区域附近的多个林火监测站点的无人机对林火进行协同火情侦察和灭火作业，可以为林火扑救提供有效技术手段和辅助决策信息。
5.本发明采用大范围多光谱扫描成像林火早期探测技术，并结合无人机机动性强的特点，能够及时响应调度救援人员，从而快速应对火灾，提高事故响应速度和事故处理效率，减少火灾损失和伤亡。
附图说明
图1为本发明的系统工作示意图。
图2为本发明的系统结构示意图。
图3为本发明站点集中控制系统的示意图。
图4为本发明大范围多光谱扫描成像林火探测装置的示意图。
图5为本发明无人机林火监控及灭火装置的示意图。
图6为本发明的调控方法流程示意图。
具体实施方式
以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供了一种固移结合的森林火灾防控系统，如图2所示，固移结合的森林火灾防控系统由若干林火监测站点(1)、若干通信中继基站(2)和森林防火监控中心(3)共同组成。
如图2所示，每个林火监测站点(1)设有站点集中控制系统(4)、大范围多光谱扫描成像林火探测装置(5)、无人机林火监控及灭火装置(6)、光伏风力供电系统(7)。
如图3所示，站点集中控制系统(4)分别与大范围多光谱扫描成像林火探测装置(5)、无人机林火监控及灭火装置(6)相连，设置有林火探测报警系统、无人机飞控系统和无线通信系统，可以识别判定站点监测范围内是否发生林火并发出报警信息，对无人机进行飞行控制、视频采集、灭火控制，并能将相关报警信息、视频图像通过通信中继基站传输至森林防火监控中心。
如图4所示，大范围多光谱扫描成像林火探测装置(5)包括光学成像及采集系统、图像信号处理器、图像存储器、系统控制器、旋转扫描机构等，用于对多光谱视频图像的采集、森林火灾的识别、林火目标的粗略定位。
如图5所示，无人机林火监控及灭火装置(6)包括无人机(8)和无人机机库(9)。
如图5所示，无人机(8)上搭载双光监测云台、气象采集装置、北斗/GPS定位装置、无线通信模块和干粉灭火弹投射装置，可以实现对森林火灾抵近侦察进行二次确认、对林火目标进行精准定位，并可以对初期林火进行扑救。其中双光监测云台包括可见光视频监视和红外热成像视频监控，用于对林火的识别和监测；气象采集装置主要用于采集环境温度、湿度、风向和风速等气象信息；北斗/GPS定位装置用于无人机及林火位置的定位坐标测定。无线通信模块用于将云台监测图像、气象采样信息和北斗/GPS定位信息传输到站点集中控制系统。干粉灭火弹投射装置用于林火的扑救，尽可能将火灾扑灭在初期，避免产生更大的损失。
如图5所示，无人机机库(9)包括停机坪升降装置、舱门闭合装置、自动归航系统、自动充电系统、UPS供电系统、温湿度控制系统等，用于为无人机提供庇护，可以实现无人机的存放、自动起降和自动充换电。其中停机坪升降装置主要为无人机提供起降平台并将无人机收纳入机库内；舱门闭合装置主要用于打开或关闭无人机机库；自动归航系统用于无人机降落时的精准定位和安全着陆；自动充电系统用于与无人机充电接口对接进行接触式自动充电；UPS供电系统与光伏风力供电系统连接，为无人机机库提供稳定的电源；温湿度控制系统用于调节无人机机场内的环境条件，保证其在高低温及潮湿环境下仍可工作。
光伏风力供电系统(7)采用光伏发电阵列和风力发电机组发电，通过交直流转换和蓄电池为林火监测站点供电。
通信中继基站(2)用于保证各林火监测站点与远程监控中心之间无线传输的稳定性和可靠性。
森林防火监控中心(3)建有森林防火监控平台，可以接收各林火监测站点林火探测报警系统的报警信息，通过显示终端可以实时显示各林火监测站点大范围多光谱扫描成像林火探测装置的监控图像、无人机的监测图像和采集信息，并可调派多个林火监测站点的无人机进行协同火情侦察和灭火作业。
本发明还提供了一种固移结合的森林火灾防控系统的调控方法，如图6所示，该调控方法包括以下步骤：
步骤S1，多光谱视频图像的采集及储存：通过林火监测站点的大范围多光谱扫描成像林火探测装置进行周扫实时采集监测区域内的多光谱视频图像，并将采集到的视频图像传输并储存至站点集中控制系统。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S1中光学成像及采集系统，采用将可见光和红外光采集系统相互独立设计，把各种光谱采集系统并列平行排布在一起，这样可以避免各种光路图像互不干扰，结构也比较简单。考虑低照度、高灵敏度的传感要求，采用逐行扫描图像传感器实现夜晚等低光源环境下林火目标的分辨。并且还具有变倍机构、调焦机构、调光机构，可以实现远近、放大、定焦的功能。
步骤S2：采集视频图像的处理分析：站点集中控制系统对采集的多光谱视频图像进行图像处理，采用图像配准融合技术对多通道图像经过降噪、配准处理后依据融合规则实现像素级融合，并进行林火形貌特征的目标识别提取。
步骤S3：识别是否有疑似林火：站点集中控制系统若识别出疑似林火，将调派无人机对疑似林火起火点进行抵近侦察确认，并将报警信息传输至森林防火监控中心。若未识别出疑似林火，则继续监视，返回至步骤S1。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S3中疑似林火目标的定位，是基于摄像测量原理通过成像靶面对应经纬度信息进行反向解算得到。具体方式为：检测到疑似林火目标后，识别提取出林火边缘轮廓和质心，根据质心在成像靶面的位置以及光学视场获得目标中心在视场的相对位置信息，结合其他位置传感器数据及位置信息，最终可解算出林火目标的经纬度、高度数据。在进行起火点的成像靶面位置到实际位置解算之前需要测量探测装置位置的经纬度信息、探测装置在水平和垂直方向的夹角(含初始位置的标定)、探测装置距离地面的垂直距离。探测装置平面与监控场景所在平面之间的空间关系，是两个成根据探测装置平面与监控场景平面远近及大小所成的夹角的空间平面关系，要通过靶面成像来实现对监控目标的精确定位，需要通过空间变换实现上述两个有限区域的对应。转换往往需要两个步骤：畸变校正和测距计算。而畸变校正需要测量外参数矩阵、内参数矩阵和畸变矩阵。外参数矩阵需要求解算出世界坐标到探测装置的坐标的关系；内参矩阵需要求解算出现实中的位置经镜头、针孔成像转换为像素点的关系；畸变矩阵需要解算出像素点和理论位置点之间的偏移和变形关系。
步骤S4：无人机抵近侦察确认：无人机根据探测装置所探测疑似林火目标的定位信息，从无人机机库自动起飞，由站点集中控制系统中的无人机飞控系统自主规划无人机飞行路径，飞行至疑似林火区域进行抵近侦察，对疑似林火进行二次确认。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S4中无人机飞行路径的自主规划，是依据林火目标定位信息以A*(A-Star)算法生成最优飞行路径。当飞行路径遇到障碍物时，在航线上插入航点，以Dijkstra算法和A*(A-Star)算法生成局部规划的避障路径，完成避障后回到原路径继续执行飞行任务。
步骤S5：确认是否真正发生林火：无人机飞行至疑似林火区域后，通过其机身上搭载的双光监测云台对疑似林火目标进行识别及观测指向跟踪，并将采集到监测图像通过无线通信模块传输回站点集中控制系统，由其判定确认是否真正发生林火。若确认发生林火，则执行步骤S6；若确认未发生林火，则执行步骤S7。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S5中林火目标识别，需要实现森林环境背景条件下识别林火目标，采用背景差分法对基于图像序列和参考背景模型相减来实现运动目标的检测。对于地面参考背景模型是通过基于图像配准与稳定矩阵的背景建模法来建立的。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S5中无人机观测指向跟踪，采用相关法实现，相关法利用模板匹配原理，对两幅图像(实时图和参考图)的相似度进行比较，它们之间的相似度用相关函数来衡量，相关函数使用归一化互相关系数(NCC)公式。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S5中林火目标精准定位，是对大范围多光谱扫描成像林火探测装置所确定的疑似林火目标粗略坐标进行修正并精准定位。由于探测装置是采用摄像测量原理只能通过探测距离和探测角度得到疑似林火目标坐标，无法准确定位起火点坐标。采用无人机抵近侦察，通过无人机监测云台对林火目标的识别，并结合北斗/GPS定位装置和监测云台观测算法可以得到林火起火点准确的经纬度坐标。
步骤S6：无人机对林火进行监视及灭火：若确定发生林火，无人机可在起火点周围环绕飞行进行监视，将采集到监测图像实时传输回站点集中控制系统，并由其传输至森林防火监控中心。森林防火监控中心可以人工或自动调派起火点附近其他林火监测站点的无人机飞抵起火点进行多机任务协同作业，值班人员还可直接远程控制无人机的干粉灭火弹投射装置对初期林火进行扑救。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S6中监视林火面积测算，是采用Freeman链码外轮廓法，将无人机实时画面进行火场区域标示，并自动与GIS地图图像进行同步映射，再利用闭合区域的面积自动测算功能得到林火面积信息。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S6中多机任务协同作业，是采用基于小尺度内嵌神经网络冲突避免机制的多机协同任务分配模型，由森林防火监控中心的无人机调度控制系统与无人机之间建立信息共享、集成、任务调度，由冲突解决算法形成任务分配方案，实现无人机多机调度及协同任务作业。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S6中无人机灭火作业，将会根据无人机气象采集装置所获取的林火目标区域风速和风向信息，以及对林火目标精准定位信息，计算确定干粉灭火弹投弹轨迹，优先对火尾和火翼位置从上风处投放灭火弹，阻止林火向更多的区域蔓延。
步骤S7：无人机返航：若经确认未发生林火或无人机电量亏电，则无人机将自动返回各自的无人机机库。若林火已被证实扑灭，则可由森林防火监控中心值班人员发出指令命令无人机返航。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S7中无人机自主起降，是采用结合视觉导航和高精度GPS技术的基于图像识别的无人机近场引导精准起降技术，利用视觉导航和机库顶部标志物进行视觉引导，同时融合RTK定位信息，在离开和接近机库时，准确得到机库和无人机之间的相对位置，进而实现无人机在找到机库的自动近场引导精准起降。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1，多光谱视频图像的采集及储存：通过林火监测站点的大范围多光谱扫描成像林火探测装置进行周扫实时采集监测区域内的多光谱视频图像，并将采集到的视频图像传输并储存至所述林火监测站点的集中控制系统；
步骤S2：采集视频图像的处理分析：所述站点集中控制系统对采集的多光谱视频图像进行图像处理，采用图像配准融合技术对多通道图像经过降噪、配准处理后依据融合规则实现像素级融合，并进行林火形貌特征的目标识别，提取后匹配识别疑似林火；
步骤S3：识别是否有疑似林火：站点集中控制系统若识别出疑似林火，将调派无人机对疑似林火起火点进行抵近侦察确认，并将报警信息传输至森林防火监控中心；若未识别出疑似林火，则继续监视，返回至步骤S1；
步骤S4：无人机抵近侦察确认：无人机根据探测装置所探测疑似林火目标的定位信息，从无人机机库自动起飞，由站点集中控制系统中的无人机飞控系统自主规划无人机飞行路径，飞行至疑似林火区域进行抵近侦察，对疑似林火进行二次确认；
步骤S5：确认是否真正发生林火：无人机飞行至疑似林火区域后，通过其机身上搭载的双光监测云台对疑似林火目标进行识别及观测指向跟踪，并将采集到监测图像通过无线通信模块传输回站点集中控制系统，由其判定确认是否真正发生林火；若确认发生林火，则执行步骤S6；若确认未发生林火，则执行步骤S7；
步骤S6：无人机对林火进行监视及灭火：若确定发生林火，无人机可在起火点周围环绕飞行进行监视，将采集到监测图像实时传输回站点集中控制系统，并由其传输至森林防火监控中心；森林防火监控中心调派起火点附近其他林火监测站点的无人机飞抵起火点进行多机任务协同作业，远程控制无人机的干粉灭火弹投射装置对初期林火进行扑救；
步骤S7：无人机返航：若经确认未发生林火或无人机电量亏电，则无人机将自动返回机库；若林火已被证实扑灭，则可由森林防火监控中心发出指令命令无人机返航。
2.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法和系统，其特征在于：所述步骤S1中光学成像及采集系统，采用将可见光和红外光采集系统将各种光谱采集系统并列平行排布，采用逐行扫描图像传感器实现夜晚等低光源环境下林火目标的分辨。
3.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：所述步骤S3中疑似林火目标的定位包括检测到疑似林火目标后，
a在获取测量探测装置位置的经纬度信息、探测装置在水平和垂直方向的夹角以及初始位置的标定、探测装置距离地面的垂直距离的基础信息后。
b识别提取出林火边缘轮廓和质心，根据质心在成像靶面的位置以及光学视场获得目标中心在视场的相对位置信息；
c结合光学位置传感器数据及位置信息，最终可解算出林火目标的经纬度和高度数据。
4.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：所述步骤S4中无人机飞行路径的自主规划，是依据林火目标定位信息以A*算法生成最优飞行路径,以Dijkstra算法和A*(A-Star)算法生成局部规划的避障路径。
5.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：所述步骤S5中林火目标识别中，需要实现森林环境背景条件下识别林火目标，采用背景差分法对基于图像序列和参考背景模型相减来实现运动目标的检测，对于地面参考背景模型是通过基于图像配准与稳定矩阵的背景建模法来建立的，无人机观测指向跟踪，采用相关法实现，相关法利用模板匹配原理，对实时图像和参考图像的相似度进行比较，它们之间的相似度用相关函数来衡量，相关函数使用归一化互相关系数(NCC)公式，所述林火目标精准定位，是对大范围多光谱扫描成像林火探测装置所确定的疑似林火目标粗略坐标进行修正并精准定位。由于探测装置是采用摄像测量原理只能通过探测距离和探测角度得到疑似林火目标坐标，无法准确定位起火点坐标。采用无人机抵近侦察，通过无人机监测云台对林火目标的识别，并结合北斗/GPS定位装置和监测云台观测算法可以得到林火起火点准确的经纬度坐标。
6.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：所述步骤S6中监视林火面积测算，是采用Freeman链码外轮廓法，将无人机实时画面进行火场区域标示，并自动与GIS地图图像进行同步映射，再利用闭合区域的面积自动测算功能得到林火面积信息。
7.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：所述步骤S6中多机任务协同作业采用基于小尺度内嵌神经网络冲突避免机制的多机协同任务分配模型，由冲突解决算法形成任务分配方案。
8.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：所述步骤S6中无人机灭火作业根据无人机气象采集装置所获取的林火目标区域风速和风向信息，以及对林火目标精准定位信息，计算确定干粉灭火弹投弹轨迹，优先对火尾和火翼位置从上风处投放灭火弹。
9.根据权利要求1所述的一种固移结合的森林火灾防控方法，其特征在于：所述步骤S7中无人机自主起降采用结合视觉导航和高精度GPS技术的基于图像识别的无人机近场引导精准起降，利用视觉导航和机库顶部标志物进行视觉引导融合RTK定位信息实现无人机在找到机库的自动近场引导精准起降。
10.一种固移结合的森林火灾调控系统，其特征在于，包括多个分布设置的林火监测站点和森林防火监控中心，多个所述林火监测站点通过中继通讯基站与所述森林防火监控中心无线通讯连接，所述林火监测站点设置有大范围多光谱扫描成像林火探测装置和无人机集群，所述森林防火监控中心用于调派起火点范围内的林火监测站点的无人机飞抵起火点进行多机任务协同作业，远程控制无人机的干粉灭火弹投射装置对初期林火进行扑救，所述林火监测站点包括采集模块，集中控制系统，林火监控及灭火模块和分析模块：
采集模块：用于实时采集监测区域内的多光谱视频图像，并将采集到的视频图像传输并储存至所述林火监测站点的集中控制系统；
集中控制系统，用于存储和转发火情数据至所述森林防火监控中心并接收所述森林防火监控中心的实时指令；
无人机集群林火监控及灭火模块：用于将无人机采集到监测图像实时传输回站点的集中控制系统，并由其传输至森林防火监控中心；所述无人机上设置有干粉灭火弹投射装置；
分析模块：用于所述站点集中控制系统对采集的多光谱视频图像进行图像处理，采用图像配准融合技术对多通道图像经过降噪、配准处理后依据融合规则实现像素级融合，并进行林火形貌特征的目标识别提取后匹配识别疑似林火。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117115644A (zh) * | 2023-08-08 | 2023-11-24 | 江苏省地质调查研究院 | 基于图像数据的灾害分析方法和装置 |
| CN117423017A (zh) * | 2023-11-07 | 2024-01-19 | 广州天海翔航空科技有限公司 | 一种基于无人机的巡检处理方法、系统、设备及介质 |
| CN117592759A (zh) * | 2024-01-18 | 2024-02-23 | 国家林业和草原局西北调查规划院 | 一种基于无人机的林草资源网格化巡护方法 |
| CN118229832A (zh) * | 2024-05-24 | 2024-06-21 | 南昌理工学院 | 一种火灾隔离带绘制方法、系统、存储介质及计算机 |
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2023
- 2023-04-07 CN CN202310368475.5A patent/CN116421908A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN117423017A (zh) * | 2023-11-07 | 2024-01-19 | 广州天海翔航空科技有限公司 | 一种基于无人机的巡检处理方法、系统、设备及介质 |
| CN117592759A (zh) * | 2024-01-18 | 2024-02-23 | 国家林业和草原局西北调查规划院 | 一种基于无人机的林草资源网格化巡护方法 |
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