CN218142114U - 一种基于无人机的森林防火系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于无人机的森林防火系统，包括无人机飞行平台、地面监控站和控制设备，无人机飞行平台包括防火模块，防火模块包括数据采集模块、数据处理模块和数据存储模块。通过数据采集模块采集火点及周围区域、目标区域和火灾后受损区域的信息，数据处理模块根据采集的数据进行预处理，并将处理后的数据分别发送给地面监控站和数据存储模块，可同时实现森林火灾发生前的监测和预防，以及森林火灾发生时的火势预测、火点定位和火灾后损毁评估，并且具备结构简单易部署、扩展性好等优点。

Description

一种基于无人机的森林防火系统

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种基于无人机的森林防火系统。

背景技术

森林火灾是森林自然灾害中破坏性、危害性极大的灾害之一，其突发性强、扑救难度大，一旦蔓延开来，会对森林资源及林区生态系统造成极大破坏，危及林区人民的生命财产安全。

由于无人机具备灵活性强、可快速到达现场、易于远程操作和成本低等优势被广泛应用于森林防火中，现有的应用于森林防火的无人机系统通常是加装单个或多个传感器来实现防火监测或者火点探测，但是无法同时做到森林火灾发生前的监测和预防，以及森林火灾发生时的火势预测、火点探测和火灾后损毁评估，存在功能单一、效率不高等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于无人机的森林防火系统，解决现有技术中存在的防火功能单一、效率不高等问题，结构简单易部署、扩展性好。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种基于无人机的森林防火系统，包括：无人机飞行平台、地面监控站和控制设备；所述无人机飞行平台包括无人机机体，所述无人机机体上设置有供电单元、动力单元、伺服控制单元、无线通信模块、主控模块、GPS定位模块和防火模块，所述无人机飞行平台通过无线通信模块分别与所述地面监控站和所述控制设备进行通信；所述地面监控站被配置为接收、处理、显示和存储无人机飞行平台发送的数据，以及发送监控命令到无人机飞行平台；所述控制设备被配置为向所述无人机飞行平台发送无人机飞行控制信息；所述主控模块分别与所述控制设备、所述伺服控制单元和所述GPS定位模块连接，其被配置为进行飞行控制和管理；所述供电单元与所述动力单元连接，用于为所述动力单元提供动力；所述伺服控制单元与所述动力单元和主控模块连接，用于根据所述主控模块的指令控制所述无人机飞行；所述GPS定位模块用于实时定位无人机位置，并将位置数据传送给所述主控模块；所述防火模块包括数据采集模块、数据处理模块和数据存储模块，所述数据采集模块被配置为采集火点及周围区域、目标区域和火灾后受损区域的信息，所述数据处理模块被配置为根据采集的数据进行预处理，并将处理后的数据分别发送给地面监控站和数据存储模块，所述数据存储模块被配置为存储处理后的数据，所述防火模块通过无线通信模块与地面监控站通信；所述数据采集模块包括火点信息采集单元、火情采集单元和火损采集单元，所述无人机机体外壳下部设有光电吊舱，所述火点信息采集单元设置在光电吊舱内，所述火情采集单元和火损采集单元分散部署在无人机机体上。

进一步的，所述火点信息采集单元包括高清可见光摄像机、高精度热红外传感器和激光测距仪，所述高清可见光摄像机用于采集监测目标区域的可见光，所述高精度热红外传感器用于采集红外热成像影像视频，所述激光测距仪用于对火点测距。

进一步的，所述数据处理模块还包括火点信息数据处理设备，所述火点信息数据处理设备包括火点信息处理运算器和火点信息通信单元。

进一步的，所述火情采集单元包括温湿度传感器、风速风向传感器、大气传感器和烟感传感器，所述温湿度传感器包括温度采集单元和湿度采集单元，所述温度采集单元用于采集目标区域温度数据，所述湿度采集单元用于采集目标区域湿度数据，所述风速风向传感器包括风速采集单元和风向采集单元，所述风速采集单元用于采集目标区域的风速数据，所述风向采集单元用于采集目标区域的风向数据，所述大气传感器包括烟尘颗粒采集单元、污染物气体采集单元和有毒气体采集单元，所述烟尘颗粒采集单元用于采集目标区域的烟尘颗粒数据，所述污染物气体采集单元用于采集目标区域的污染物气体数据，所述有毒气体采集单元用于采集目标区域的有毒气体数据，所述烟感传感器包括烟雾浓度采集单元和烟雾方向采集单元，所述烟雾浓度采集单元用于采集目标区域的烟雾浓度数据，所述烟雾方向采集单元用于采集目标区域的烟雾方向数据。

进一步的，所述数据处理模块还包括火情数据处理设备，所述火情数据处理设备包括火情处理运算器和火情数据通信单元。

进一步的，所述火损采集单元包括高清摄像机。

进一步的，所述数据处理模块还包括火损数据处理设备，所述火损数据处理设备包括火损数据处理运算器和火损数据通信单元。

进一步的，所述防火模块还包括报警单元，所述报警单元被配置为发现火险时向地面监控站发送报警信号。

进一步的，地面监控站包括地面监控模块、基站硬件、光电报警单元和GIS定位模块，所述基站硬件包括无线信号收发装置和后台服务器，所述无线信号收发装置被配置为收发无线通信信号，所述后台服务器被配置为处理和存储无人机飞行平台发送的数据，所述地面监控模块用于处理和存储监控数据以及发送监控命令，所述GIS定位模块用于处理和存储无人机飞行平台发送的位置数据，所述光电报警单元被配置为当接收到所述报警单元发出的报警信号时被触发并发出声、光二种警报信号。

进一步的，所述后台服务器包括监控服务器和GIS定位服务器，所述地面监控模块部署在所述监控服务器上，所述监控服务器被配置为接收、显示、处理和存储无人机飞行平台发送的监控数据，所述GIS定位模块部署在所述GIS定位服务器上，所述GIS定位服务器被配置为接收、显示、处理和存储无人机飞行平台发送的位置数据。

上述技术方案中，通过数据采集模块采集火点及周围区域、目标区域和火灾后受损区域的信息，数据处理模块根据采集的数据进行预处理，并将处理后的数据分别发送给地面监控站和数据存储模块，可同时实现森林火灾发生前的监测和预防，以及森林火灾发生时的火势预测、火点定位和火灾后损毁评估，并且具备结构简单、易部署等优点；通过在无人机机体外壳下部设置光电吊舱，将火点信息采集单元部署在光电吊舱内进行火点信息采集，保证了数据的准确性且拆装便捷；将火情采集单元和火损采集单元分散部署在无人机机体上，在保证数据准确性的同时兼顾了无人机的机体平衡，且拆装便捷；在地面监控站部署了后台服务器可实时处理和显示无人机飞行平台发回的数据，为工作人员提供森林火灾预防、救援和损失评估依据；在地面监控站部署了GIS定位服务器，GIS定位服务器可结合激光测距仪测量的距离数据、GPS定位模块发送的无人机位置数据和GIS技术对目标点坐标信息进行准确定位，并计算最佳救援路线，使得工作人员在第一时间内掌握火点的位置及火势情况以便及时、有效地进行火灾救援；防火模块包括的报警单元被配置为发现火险时向地面监控模块发送报警信号，地面监控站包括的声光报警单元在接收到报警单元发出的报警信号时被触发并发出声、光二种警报信号，可及时有效的对地面监控人员进行火灾提示。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型防火模块的结构示意图；

图3是本实用新型火点信息数据处理设备的结构示意图；

图4是本实用新型火情数据处理设备的结构示意图；

图5是本实用新型火损数据处理设备的结构示意图；

图6是本实用新型基站硬件的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1：

参照图1-2所示，本实用新型实施例提供一种基于无人机的森林防火系统，包括：无人机飞行平台1、地面监控站2和控制设备3；所述无人机飞行平台1包括无人机机体10，所述无人机机体10上设置有供电单元11、动力单元12、伺服控制单元13、无线通信模块14、主控模块15、GPS定位模块16和防火模块17，所述无人机飞行平台1通过无线通信模块14分别与所述地面监控站2和所述控制设备3通信；所述地面监控站2被配置为接收、处理、显示和存储无人机飞行平台1发送的数据，以及发送监控命令到无人机飞行平台1；所述控制设备3被配置为向所述无人机飞行平台1发送无人机飞行控制信息；所述主控模块15分别与所述控制设备3、所述伺服控制单元13和所述GPS定位模块16连接，其被配置为进行飞行控制和管理；所述供电单元11与所述动力单元12连接，用于为所述动力单元12提供动力；所述伺服控制单元13与所述动力单元12和主控模块15连接，用于根据所述主控模块15的指令控制所述无人机飞行；所述GPS定位模块16用于实时定位无人机位置，并将位置数据传送给所述主控模块15；所述防火模块17包括数据采集模块172、数据处理模块173和数据存储模块174，所述数据采集模块172被配置为采集火点及周围区域、目标区域和火灾后受损区域的信息，所述数据处理模块173被配置为根据采集的数据进行预处理，并将处理后的数据分别发送给所述地面监控站2和所述数据存储模块174，所述数据存储模块174被配置为存储处理后的数据，所述防火模块17通过无线通信模块14与所述地面监控站2通信；所述数据采集模块172包括火点信息采集单元1721、火情采集单元1722和火损采集单元1723，所述无人机机体10外壳下部设有光电吊舱，所述火点信息采集单元1721设置在光电吊舱内，所述火情采集单元1722和火损采集单元1723分散部署在无人机机体10上。

在使用本实用新型所述的基于无人机的森林防火系统时，先部署好无人机飞行平台1、地面监控站2和控制设备3，在所述无人机机体10上安装好防火模块17，其中将部署了火点信息采集单元1721的光电吊舱挂设在无人机机体10下部，将火情采集单元1722和火损采集单元1723分散部署在无人机机体10上。一切准备就绪后使用控制设备3操控无人机起飞并对森林中的目标区域进行巡查，所述火情采集单元1722处于持续工作中用以采集目标区域的信息，然后将采集的信息送至数据处理模块173，数据处理模块173根据采集到的信息进行预处理，处理后的数据分别传送到数据存储模块174及通过无线通信模块14传送到地面监控站2，工作人员可以通过地面监控站2及时、准确的掌握目标区域的实时火情，实现森林火灾发生前的监测和预防。当无人机在巡查中发现火情时，将同时开启火点信息采集单元1721进行火点及周围区域的信息采集，然后将采集的信息送至数据处理模块173，数据处理模块173根据采集到的数据进行预处理，再将处理后的数据分别传送到数据存储模块174及通过无线通信模块14传送到地面监控站2，地面监控站2可将火点信息和目标区域的火情信息结合起来，实现森林火灾发生时火点的火势预测、火点定位，使得工作人员在第一时间内掌握火点的位置及火势情况以便及时、有效地进行火灾救援。灾后地面监控站2发送监控指令给无人机飞行平台1，执行任务的无人机飞行至指定区域，开启火损采集单元1723采集发生火灾区域的信息经数据预处理后，再传送至地面监控站2，地面监控站2可根据采集到的信息进行火灾后损毁评估。应用时可以根据森林防火需求设置无人机的数量，可以设置无人机机组来执行任务。

本实用新型以无人机为载体，在无人机飞行平台1设置防火模块17，并部署了地面监控站2，可同时实现森林火灾发生前的监测和预防，以及森林火灾发生时的火势预测、火点定位和火灾后损毁评估，并尽早将火情现场的实时数据传回地面监控站2，使工作人员对森林资源、生态环境及野生生物等进行有效监控，发生火灾时可以尽早采用响应的救火措施，从而使损失降到最低。该系统还具备结构简单易部署、扩展性好等优点。

实施例2：

参照图1-5所示，本实施例是在实施例1的基础上做的进一步优化，进一步的，所述火点信息采集单元1721包括高清可见光摄像机、高精度热红外传感器和激光测距仪，所述高清可见光摄像机用于采集监测目标区域的可见光，所述高精度热红外传感器用于采集红外热成像影像视频，所述激光测距仪用于对火点测距，所述数据处理模块173还包括火点信息数据处理设备1731，所述火点信息数据处理设备1731包括火点信息处理运算器1701和火点信息通信单元1702。

本实施例中火点信息通信单元1702被配置为接收火点信息采集单元1721采集的数据和发送处理后的数据，火点信息处理运算器1701被配置为对采集的数据进行预处理。

应用时，火点信息采集单元1721采集到的信息包括火点及周边区域的可见光、红外热成像影像和火点距离等数据，火点信息通信单元1702在接收到采集到的火点信息后将其传送给火点信息处理运算器1701进行标注、标准化等预处理，火点信息通信单元1702再将处理后的数据分别传送到数据存储模块174及通过无线通信模块14传送到地面监控站2，地面监控站2可实现森林火灾发生时火点的火势预测、火点定位，使得工作人员在第一时间内掌握火点的位置及火势情况以便及时、有效地进行火灾救援。火点信息采集单元1721部署在光电吊舱内，挂设在无人机机体10下部中间位置，保证了数据的准确性且拆装便捷。应用时，火点信息采集单元1721各设备的类型和数量可根据实际需求进行适应性调整。

本实施例中火情采集单元1722包括温湿度传感器、风速风向传感器、大气传感器和烟感传感器，所述温湿度传感器包括温度采集单元和湿度采集单元，所述温度采集单元用于采集目标区域温度数据，所述湿度采集单元用于采集目标区域湿度数据，所述风速风向传感器包括风速采集单元和风向采集单元，所述风速采集单元用于采集目标区域的风速数据，所述风向采集单元用于采集目标区域的风向数据，所述大气传感器包括烟尘颗粒采集单元、污染物气体采集单元和有毒气体采集单元，所述烟尘颗粒采集单元用于采集目标区域的烟尘颗粒数据，所述污染物气体采集单元用于采集目标区域的污染物气体数据，所述有毒气体采集单元用于采集目标区域的有毒气体数据，所述烟感传感器包括烟雾浓度采集单元和烟雾方向采集单元，所述烟雾浓度采集单元用于采集目标区域的烟雾浓度数据，所述烟雾方向采集单元用于采集目标区域的烟雾方向数据。火情数据处理设备1732包括火情处理运算器1703和火情数据通信单元1704。数据处理模块173还包括火情数据处理设备1732，所述火情数据处理设备1732包括火情处理运算器1703和火情数据通信单元1704。

本实施例中火情数据通信单元1704被配置为接收火情采集单元1722采集的数据和发送处理后的数据，火情处理运算器1703被配置为对采集的数据进行预处理。应用时，火情采集单元1722将采集到的信息传送至火情数据处理设备1732，火情数据通信单元1704在接收到采集到的火情数据后将其传送给火情处理运算器1703进行标注、标准化等预处理，火情数据通信单元1704再将处理后的数据分别传送到数据存储模块174及通过无线通信模块14传送到地面监控站2，接收端可以通过地面监控站2及时、准确的掌握目标区域的实时火情，实现森林火灾发生前的监测和预防。应用时，火情采集单元1722各设备的类型和数量可根据实际需求进行适应性调整。

本实施例中火损采集单元1723是高清摄像机，数据处理模块173还包括火损数据处理设备1733，火损数据处理设备1733包括火损处理运算器1705和火损数据通信单元1706。本实施例中火损数据通信单元1706被配置为接收火损采集单元1723采集的数据和发送处理后的数据，火损处理运算器1705被配置为对采集的数据进行预处理。火灾发生后通过高清摄像机采集发生火灾区域的信息，传送至火损数据处理设备1733，火情数据通信单元1704在接收到采集到的火损信息后将其传送给火损处理运算器1705进行标注、标准化等预处理，火损数据通信单元1706再将处理后的数据分别传送到数据存储模块174及通过无线通信模块14传送到地面监控站2。应用时，火损采集单元1723各设备的类型和数量可根据实际需求进行适应性调整。

实施例3：

参照图1-6所示，本实施例是在实施例2的基础上做的进一步优化，进一步的，所述防火模块17还包括报警单元171，所述报警单元171被配置为发现火险时向地面监控站2发送报警信号，地面监控站2包括地面监控模块21、基站硬件22、光电报警单元23和GIS定位模块24，所述基站硬件22包括无线信号收发装置221和后台服务器222，所述无线信号收发装置221被配置为收发无线通信信号，所述后台服务器222被配置为处理和存储无人机飞行平台1发送的数据，所述地面监控模块21被配置为接收和显示监控数据以及发送监控命令，所述光电报警单元23被配置为当接收到所述报警单元171发出的报警信号时被触发并发出声、光二种警报信号。通过在无人机飞行平台1设置报警单元171和在地面监控站2设置光电报警单元23可及时有效的对地面监控人员进行火灾提示。

本实施例中后台服务器222包括监控服务器223和GIS定位服务器224，所述地面监控模块21部署在所述监控服务器223上，监控服务器223被配置为处理和存储无人机飞行平台1发送的监控数据，可以实时显示无人机飞行平台1回传的信息并进行存储，为工作人员提供森林防火防控、监测和救援支撑；所述GIS定位模块24部署在所述GIS定位服务器224上，所述GIS定位服务器224被配置为处理和存储无人机飞行平台1发送的位置数据，GIS定位服务器224可结合激光测距仪测量的距离数据、GPS定位模块16发送的无人机位置数据和GIS技术对目标点坐标信息进行准确定位，并计算最佳救援路线，使得工作人员在第一时间内掌握火点的位置及火势情况以便及时、有效地进行火灾救援。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于无人机的森林防火系统，包括：无人机飞行平台(1)、地面监控站(2)和控制设备(3)，其特征在于，所述无人机飞行平台(1)包括无人机机体(10)，所述无人机机体(10)上设置有供电单元(11)、动力单元(12)、伺服控制单元(13)、无线通信模块(14)、主控模块(15)、GPS定位模块(16)和防火模块(17)，所述无人机飞行平台(1)通过无线通信模块(14)分别与所述地面监控站(2)和所述控制设备(3)通信；所述地面监控站(2)被配置为接收、处理、显示和存储无人机飞行平台(1)发送的数据，以及发送监控命令到无人机飞行平台(1)；所述控制设备(3)被配置为向所述无人机飞行平台(1)发送无人机飞行控制信息；所述主控模块(15)分别与所述控制设备(3)、所述伺服控制单元(13)和所述GPS定位模块(16)连接，其被配置为进行飞行控制和管理；所述供电单元(11)与所述动力单元(12)连接，用于为所述动力单元(12)提供动力；所述伺服控制单元(13)与所述动力单元(12)和主控模块(15)连接，用于根据所述主控模块(15)的指令控制所述无人机飞行；所述GPS定位模块(16)用于实时定位无人机位置，并将位置数据传送给所述主控模块(15)；

所述防火模块(17)包括数据采集模块(172)、数据处理模块(173)和数据存储模块(174)，所述数据采集模块(172)被配置为采集火点及周围区域、目标区域和火灾后受损区域的信息，所述数据处理模块(173)被配置为根据采集的数据进行预处理，并将处理后的数据分别发送给所述地面监控站(2)和所述数据存储模块(174)，所述数据存储模块(174)被配置为存储处理后的数据，所述防火模块(17)通过无线通信模块(14)与所述地面监控站(2)通信；

所述数据采集模块(172)包括火点信息采集单元(1721)、火情采集单元(1722)和火损采集单元(1723)，所述无人机机体(10)外壳下部设有光电吊舱，所述火点信息采集单元(1721)设置在光电吊舱内，所述火情采集单元(1722)和火损采集单元(1723)分散部署在无人机机体(10)上。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的森林防火系统，其特征在于，所述火点信息采集单元(1721)包括高清可见光摄像机、高精度热红外传感器和激光测距仪，所述高清可见光摄像机用于采集监测目标区域的可见光，所述高精度热红外传感器用于采集红外热成像影像视频，所述激光测距仪用于对火点测距。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于无人机的森林防火系统，其特征在于，所述数据处理模块(173)还包括火点信息数据处理设备(1731)，所述火点信息数据处理设备(1731)包括火点信息处理运算器(1701)和火点信息通信单元(1702)。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的森林防火系统，其特征在于，所述火情采集单元(1722)包括温湿度传感器、风速风向传感器、大气传感器和烟感传感器，所述温湿度传感器包括温度采集单元和湿度采集单元，所述温度采集单元用于采集目标区域温度数据，所述湿度采集单元用于采集目标区域湿度数据，所述风速风向传感器包括风速采集单元和风向采集单元，所述风速采集单元用于采集目标区域的风速数据，所述风向采集单元用于采集目标区域的风向数据，所述大气传感器包括烟尘颗粒采集单元、污染物气体采集单元和有毒气体采集单元，所述烟尘颗粒采集单元用于采集目标区域的烟尘颗粒数据，所述污染物气体采集单元用于采集目标区域的污染物气体数据，所述有毒气体采集单元用于采集目标区域的有毒气体数据，所述烟感传感器包括烟雾浓度采集单元和烟雾方向采集单元，所述烟雾浓度采集单元用于采集目标区域的烟雾浓度数据，所述烟雾方向采集单元用于采集目标区域的烟雾方向数据。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于无人机的森林防火系统，其特征在于，所述数据处理模块(173)还包括火情数据处理设备(1732)，所述火情数据处理设备(1732)包括火情处理运算器(1703)和火情数据通信单元(1704)。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的森林防火系统，其特征在于，所述火损采集单元(1723)包括高清摄像机。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于无人机的森林防火系统，其特征在于，所述数据处理模块(173)还包括火损数据处理设备(1733)，所述火损数据处理设备(1733)包括火损处理运算器(1705)和火损数据通信单元(1706)。

8.根据权利要求1所述的一种基于无人机的森林防火系统，其特征在于，所述防火模块(17)还包括报警单元(171)，所述报警单元(171)被配置为发现火险时向地面监控站(2)发送报警信号。

9.根据权利要求8所述的一种基于无人机的森林防火系统，其特征在于，地面监控站(2)包括地面监控模块(21)、基站硬件(22)、光电报警单元(23)和GIS定位模块(24)，所述基站硬件(22)包括无线信号收发装置(221)和后台服务器(222)，所述无线信号收发装置(221)被配置为收发无线通信信号，所述后台服务器(222)被配置为处理和存储无人机飞行平台(1)发送的数据，所述地面监控模块(21)用于处理和存储监控数据以及发送监控命令，所述GIS定位模块(24)用于处理和存储无人机飞行平台(1)发送的位置数据，所述光电报警单元(23)被配置为当接收到所述报警单元(171)发出的报警信号时被触发并发出声、光二种警报信号。

10.根据权利要求9所述的一种基于无人机的森林防火系统，其特征在于，所述后台服务器(222)包括监控服务器(223)和GIS定位服务器(224)，所述地面监控模块(21)部署在所述监控服务器(223)上，所述监控服务器(223)被配置为接收、显示、处理和存储无人机飞行平台(1)发送的监控数据，所述GIS定位模块(24)部署在所述GIS定位服务器(224)上，所述GIS定位服务器(224)被配置为接收、显示、处理和存储无人机飞行平台(1)发送的位置数据。

Images