一种森林火场低空无人机监测预警系统及方法转让专利
申请号 : CN202010065549.4
文献号 : CN111243215B
文献日 : 2021-09-17
发明人 : 张水锋 , 吴育宝
申请人 : 南京森林警察学院
摘要 :
权利要求 :
1.一种森林火场低空无人机监测预警方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,获取火场图像
采用高空拍摄手段获取火场的完整图像,根据获取的图像,采用边缘检测算法获取火场图像边缘;
步骤2,根据主风向建立坐标系
得到火场主风向,取主风向上的火场边缘最左侧点A,建立x轴,x轴过A点且与主风向平行,取x轴与火场边缘两交点之间的中点为原点O,过原点建立y轴;
步骤3,根据坐标轴布设无人机
取坐标轴与火场边缘各交点,沿坐标轴在每个交点处远离火场方向距离n和m处分别设置近场和远场无人机,无人机上均搭载有风速风向传感器;
在火场上方设置主视无人机,用于实时获取火场整体边缘;
步骤4,确定火场边缘外侧各无人机布点位置的风向与主风向夹角;
远场无人机和近场无人机分别采集所在位置的风速和风向,计算各无人机布点位置的风向与主风向夹角;
步骤5,计算主风向上的风速大小;
其中:表示主风向上的风速大小,单位:米/秒;i表示近场无人机编号,i=1,2,3,…I;
j表示远场无人机编号,j=1,2,3,…J;vi、vj分别为近场和远场无人机所测风速大小,单位:米/秒;θi、θj分别表示近场和远场无人机所测风向与主风向的夹角;ω1、ω2分别表示近场和远场无人机的风速系数;
步骤6,定期获取火场整体图像并更新各无人机位置通过主视无人机定期获得火场整体图像,并重新执行步骤2‑3,更新近远场无人机和主视无人机的位置。
2.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法,其特征在于:还包括步骤
7,根据火场图像整体移动以及火场边缘风速风向变化,向现场扑救人员发送预警信息。
3.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法,其特征在于:所述步骤1中,火场的完整图像利用卫星图像获取,或采用设置在火场上方高处的无人机拍摄。
4.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法,其特征在于:所述步骤2中,A点的获取方法为:沿主风向画与主风向平行的若干条直线,这些直线与火场边缘产生交点,取最左侧交点为点A。
5.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法,其特征在于:所述步骤3中,位于主风向上且处于下风口的近远场无人机的距离n和m分别乘以一个大于1的系数。
6.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法,其特征在于:所述步骤3中,在坐标轴上过原点做切割线,切割线与火场边缘均形成两个交点,沿切割线在每个交点处远离火场方向距离n和m处分别设置近场和远场无人机,无人机上均搭载有风速风向传感器。
7.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法,其特征在于:所述步骤5中,ω1+ω2=1。
8.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法,其特征在于:近远场和主视无人机上均设置温度传感器,温度传感器获取无人机处的温度并传输至无人机控制器中,当温度超过预先设定的阈值上限时,令无人机升高。
9.一种森林火场低空无人机监测预警系统,其特征在于:包括若干近场无人机、若干远场无人机、主视无人机、数据中心、若干终端,近远场无人机上均搭载有风速风向传感器,传感器获取的数据发送至数据中心和终端;主视无人机上搭载有摄像设备,获取的图像数据传输至数据中心;数据中心用于获取各无人机发送来的数据、进行计算分析后控制无人机,并与终端进行通讯;数据中心包括:图像获取模块,用于获取火场图像,采用高空拍摄手段获取火场的完整图像,根据获取的图像,采用边缘检测算法获取火场图像边缘;
坐标系建立模块,用于根据主风向建立坐标系,得到火场主风向,取主风向上的火场边缘最左侧点A,建立x轴,x轴过A点且与主风向平行,取x轴与火场边缘两交点之间的中点为原点O,过原点建立y轴;
无人机控制模块,用于根据坐标轴布设无人机,取坐标轴与火场边缘各交点,沿坐标轴在每个交点处远离火场方向距离n和m处分别设置近场和远场无人机,无人机上均搭载有风速风向传感器;在火场上方设置主视无人机,用于实时获取火场整体边缘;
计算模块,用于计算主风向上的风速大小;
远场无人机和近场无人机分别采集所在位置的风速和风向,计算各无人机布点位置的风向与主风向夹角;
计算主风向上的风速大小;
其中:表示主风向上的风速大小,单位:米/秒;i表示近场无人机编号,i=1,2,3,…I;
j 表示远场无人机编号,j=1,2,3,…J;vi、vj分别为近场和远场无人机所测风速大小,单位:米/秒;θi、θj分别表示近场和远场无人机所测风向与主风向的夹角;ω1、ω2分别表示近场和远场无人机的风速系数;
更新模块,用于定期获取火场整体图像并更新各无人机位置;通过主视无人机定期获得火场整体图像,并重新执行坐标系建立模块和无人机控制模块,更新近远场无人机和主视无人机的位置;
预警模块,用于根据近远场无人机获取的风速风向数据,及时向现场扑救人员发送数据及发出预警。
说明书 :
一种森林火场低空无人机监测预警系统及方法
技术领域
背景技术
在火灾易发、高发区域布设传感器等措施,并结合护林员的巡逻和瞭望进行预防,但这只适
用于火灾发生前的预防阶段,一旦火情开始蔓延,静态的传感器则无法适应动态监控的需
要。
能够预测火场的发展趋势,则能够针对性地进行火情处理和临近地区的火灾预防,能够挽
回更多的损失。目前也有一些火场预测方式,多是通过地形进行预测,但在实际应用中,我
们发现这样预测的误差极大。
发明内容
测,并实现精确及时的预警。
小,单位:米/秒;θi、θj分别表示近场和远场无人机所测风向与主风向的夹角;ω1、ω2分别
表示近场和远场无人机的风速系数;
无人机上均搭载有风速风向传感器。
上均搭载有风速风向传感器,传感器获取的数据发送至数据中心和终端,主视无人机上搭
载有摄像设备,获取的图像数据传输至数据中心;数据中心用于获取各无人机发送来的数
据、进行计算分析后控制无人机,并与终端进行通讯;数据中心包括:
高。
附图说明
具体实施方式
组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
往往无法取得令人满意的效果,究其原因在于气象站获取的数据覆盖面积较广,且有滞后
性,并非火场位置的实时数据。此外,由于火场燃烧造成的风向变化和气旋较为复杂,光靠
一个广泛区域的气象数据无法较为全面地反应火场风向和风速情况,更无法得到更为精确
的结果。
风向平行。A点的获取方法为,沿主风向画与主风向平行的若干条直线,直线应密集均匀。这
些直线与火场边缘产生交点,取最左侧交点为点A。取x轴与火场边缘两交点之间的中点为
原点O,过原点建立y轴。x轴与火场边缘交点分别为A、B,y轴与火场边缘交点分别为C、D。
两侧分别距离火场边缘较远距离处设置风向监测无人机,共计四台,计算它们的均值来确
定主风向。
在A左方距离m处空中布设远场无人机。在C下方距离n处空中布设近场无人机,在C下方距离
m处空中布设远场无人机。在D上方距离n处空中布设近场无人机,在D上方距离m处空中布设
远场无人机。由此,在火场边缘布设8架无人机。本例中n取30米,m取50米。无人机高度根据
森林林木总体高度设置,例如20‑30m。
火场蔓延方向。还能够进一步根据近场远场的风向风速预估火场边缘风向风速变化。近远
场无人机上还可搭载更多气象传感器,以便进行更为精细的预警和判断。
高度。因火场上方气流复杂且不稳定,顶部无人机上不设置风向风速传感器。
m处分别设置近场和远场无人机,无人机上均搭载有风速风向传感器,进一步提高边缘近远
场无人机的密集度,从而提供更多气象预警。图中切割线数量夹角仅为示例,可以根据需要
设置切割线数量,并调整它们与x,y轴的夹角。
度超过预先设定的阈值上限时,令无人机升高一段距离直至温度低于阈值上限,以防止因
高温导致无人机损坏,提高安全性。
与主风向夹角;
vi、vj分别为近场和远场无人机所测风速大小,单位:米/秒;θi、θj分别表示近场和远场无人
机所测风向与主风向的夹角;ω1、ω2分别表示近场和远场无人机的风速系数,ω1+ω2=1。
实验设定)内的现场人员发送位于火场和人员之间且距离人员最近的无人机测得的风速风
向数据,以提供更为精细化的数据参考,增加安全性。
信息。例如当扑救人员位于火场边缘风向下风口时提示扑救人员撤离。火场附近设置的无
人机可直接与扑救人员通讯以及时发送风速风向变化信息,无人机获取的数据还可传输至
数据中心,由数据中心进行分析后发出具体的警告讯息。
搭载有风速风向传感器,传感器获取的数据能够发送至数据中心和终端。主视无人机上搭
载有摄像设备,获取的图像数据传输至数据中心。数据中心用于获取各无人机发送来的数
据、进行计算分析后控制无人机,并与终端进行通讯。具体地说,数据中心包括图像获取模
块、用于获取火场图像(即实现步骤1功能);坐标系建立模块,用于根据主风向建立坐标系
(即实现步骤2功能);无人机控制模块,用于根据坐标轴布设无人机(即实现步骤3功能);计
算模块,用于确定火场边缘外侧各无人机布点位置的风向与主风向夹角并计算主风向上的
风速大小(即实现步骤4,5功能);更新模块,用于定期获取火场整体图像并更新各无人机位
置(即实现步骤6功能),预警模块,用于根据计算模块获得的风速数据以及近远场无人机获
取的风速风向数据,及时向现场扑救人员发送数据并发出预警(即实现步骤7功能)。以上模
块为软件模块,可在计算机系统中实现。
来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为
本发明的保护范围。