本發(fā)明涉及環(huán)境探測技術領域，尤其涉及一種特種環(huán)境偵查系統(tǒng)及特種環(huán)境的快速偵察方法。

背景技術：

易燃、易爆、有毒、有害氣體泄漏，常常是造成重大安全事故的直接原因，一旦發(fā)生火災、爆炸或有害氣體的大范圍泄漏，將嚴重威脅人民群眾的生命及財產(chǎn)安全，對救援人員自身安全也構成極大威脅。目前，對危險環(huán)境偵查的研究較多，主要的技術手段為視頻信息采集，即通過無人車或無人飛行器搭載攝像頭，將現(xiàn)場視頻信息攝錄并發(fā)送回主控端；或在目標區(qū)域預先布設無線傳感器，組建無線傳感網(wǎng)絡，以實現(xiàn)對區(qū)域環(huán)境信息的實時監(jiān)測。這些研究取得了一些進展，但仍存在一些不足，如：空間中的危險氣體通常無法通過視頻或圖像信息進行辨識，因此單純依靠攝像頭所能采集的有效信息非常有限；而預先布設無線傳感器，組建無線傳感網(wǎng)絡的方法成本高、靈活度差、實現(xiàn)難度大，且需要電源或電池供電。常規(guī)的環(huán)境傳感器由于功耗較大，在使用電池的條件下工作時間較短，難以滿足長時間工作的要求；而采用外部電源則會增加系統(tǒng)的復雜程度，且當危險狀況發(fā)生時外部電源極易失效或被迫主動關閉，使傳感網(wǎng)絡無法工作。因此，有必要提供一種環(huán)境偵測方法，解決傳統(tǒng)的基于視頻信息采集的環(huán)境偵查方式所能提供的有效信息十分有限，以及布設式無線傳感網(wǎng)絡在外部電源失效情況下無法工作，且造價高、維護困難、靈活度差的問題。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種基于微型移動式無線傳感節(jié)點的特種環(huán)境偵查系統(tǒng)及特種環(huán)境的快速偵察方法，用以解決現(xiàn)有方法存在的問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

提供一種特種環(huán)境偵查系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：微型飛行器、控制終端。

多個微型飛行器通過控制終端組成微型移動式無線傳感網(wǎng)絡。

微型飛行器搭載設備包括：嵌入式處理器、微電機及配套槳葉、電池、微型高清攝像頭及控制機構、微慣性測量單元、微環(huán)境傳感器、無線通訊模塊、衛(wèi)星定位接收機。

具體的，

所述電池為鋰電池；

所述微電機及配套槳葉用于實現(xiàn)微型飛行器的飛行；

所述微型高清攝像頭用于進行視頻拍攝，控制機用于進行微型高清攝像頭的姿態(tài)調整；

所述嵌入式處理器為arm架構的微處理器，運行微型飛行器的控制程序；

所述微慣性測量單元用于實時計算微型飛行器的姿態(tài)角度；

所述微環(huán)境傳感器用于實時測量周圍環(huán)境的溫濕度、氣壓、目標氣體濃度；

所述微慣性測量單元與微環(huán)境傳感器通過i²c(inter-integratedcircuit)總線將測量信息發(fā)送到嵌入式處理器；

所述無線通訊模塊包括數(shù)據(jù)無線傳輸模塊和視頻無線傳輸模塊，數(shù)據(jù)無線傳輸模塊為支持spi數(shù)據(jù)總線和2.4g無線通訊的芯片級產(chǎn)品，視頻無線傳輸模塊壓縮并發(fā)送微型高清攝像頭攝錄的視頻數(shù)據(jù)；

所述衛(wèi)星定位接收機通過串口將定位數(shù)據(jù)發(fā)送到嵌入式處理器。

進一步的，嵌入式處理器的控制程序實現(xiàn)：嵌入式處理器時鐘、外設、總線的初始化、無線通訊模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)控制、微慣性測量單元及微環(huán)境傳感器的設置與測量數(shù)據(jù)讀取、衛(wèi)星定位接收機的定位信息讀取、微型高清攝像頭的控制以及微型飛行器的飛行控制。

具體的，所述控制終端包括：計算機、控制手柄和無線通訊模塊；

控制手柄和無線通訊模塊通過usb接口與計算機相連；

無線通訊模塊，用于進行數(shù)據(jù)和控制命令的收發(fā)，包括數(shù)據(jù)無線傳輸模塊和視頻無線傳輸模塊，數(shù)據(jù)無線傳輸模塊為支持spi數(shù)據(jù)總線和2.4g無線通訊的產(chǎn)品，視頻無線傳輸模塊用于接收并解壓縮微型高清攝像頭攝錄的視頻數(shù)據(jù)；

計算機運行可視化控制程序并顯示、存儲微型飛行器發(fā)送的數(shù)據(jù)；

控制手柄產(chǎn)生的控制命令經(jīng)計算機解讀后通過無線通訊模塊發(fā)送到微型飛行器。

本發(fā)明還提供一種特種環(huán)境的快速偵察方法，包括步驟：

步驟s1.通過控制終端控制多個微型飛行器進入特種環(huán)境空間；

步驟s2.所述多個微型飛行器通過控制終端組建微型移動式無線傳感網(wǎng)絡；

步驟s3.所述多個微型飛行器通過搭載的微環(huán)境傳感器和微型高清攝像頭偵查特種環(huán)境空間；

步驟s4.所述多個微型飛行器通過機載無線通信模塊將信息回傳；

步驟s5.控制終端分析回傳的信息。

其中，步驟s1中控制終端通過手動控制微型飛行器進入特種環(huán)境空間，或者通過設定微型飛行器的目標姿態(tài)角度，并通過控制終端的無線通訊模塊將目標姿態(tài)角度發(fā)送至微型飛行器。

步驟s3進一步包括：微型飛行器進入目標空間后，嵌入式處理器讀取微環(huán)境傳感器采集的信息，并將信息通過spi總線發(fā)送到無線通訊模塊，以無線通訊的方式傳回控制終端。

步驟s3中，控制終端通過可視化控制程序向高清攝像頭發(fā)送攝錄指令及調整攝錄方向指令。

步驟s5中，控制終端的可視化控制程序對數(shù)據(jù)和微型飛行器的空間分布信息進行圖形化顯示，或者顯示特種環(huán)境空間內信息的分布云圖。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明通過搭載微環(huán)境傳感器、微慣性測量單元、微型高清攝像頭、衛(wèi)星定位接收機的微型飛行器，實現(xiàn)了對存在危險、人員不宜進入的特種環(huán)境空間的多點、快速無線偵察，提高了對視距范圍外特種空間的環(huán)境認知能力，進一步實現(xiàn)對特種環(huán)境空間的大范圍、快速偵察。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1為微型飛行器的結構示意圖；

圖2為控制終端的結構示意圖；

圖3為特種環(huán)境的快速偵察方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

本發(fā)明的具體實施例分別公開了一種特種環(huán)境偵查系統(tǒng)和特種環(huán)境偵查方法，所述特種環(huán)境是：充滿有毒有害物質或/和存在爆炸、坍塌等高風險，人員無法或不宜進入，但微型飛行器可在其中飛行的環(huán)境空間。

本發(fā)明的第一具體實施例，公開了一種特種環(huán)境偵查系統(tǒng)，包括：微型飛行器1、控制終端2；多個微型飛行器組成微型移動式無線傳感網(wǎng)絡。

微型飛行器搭載設備包括：嵌入式處理器3、微電機及配套槳葉4、電池5、微型高清攝像頭及控制機構6、微慣性測量單元7、微環(huán)境傳感器8、無線通訊模塊9、衛(wèi)星定位接收機10。

其中，整個微型飛行器通過電池5供電，該電池具體采用鋰電池。

微電機及配套槳葉4用于實現(xiàn)微型飛行器的飛行。

微型高清攝像頭6用于進行視頻拍攝，控制機構6用于進行微型高清攝像頭的姿態(tài)調整。微型高清攝像頭拍攝的視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到嵌入式處理器，再通過無線通訊模塊發(fā)送出去。

嵌入式處理器3為arm架構的微處理器，可通過調制pwm信號的占空比對微電機及配套槳葉的轉速進行控制，實現(xiàn)對微型飛行器升力的調節(jié)。

微慣性測量單元7可實時計算微型飛行器的姿態(tài)角度。

微環(huán)境傳感器8可實時測量周圍環(huán)境的溫濕度、氣壓、目標氣體濃度。

微慣性測量單元與微環(huán)境傳感器通過i²c總線將測量信息發(fā)送到嵌入式處理器。

無線通訊模塊9包括數(shù)據(jù)無線傳輸模塊和視頻無線傳輸模塊。數(shù)據(jù)無線傳輸模塊為支持spi數(shù)據(jù)總線和2.4g無線通訊的芯片級產(chǎn)品；視頻無線傳輸模塊可壓縮并發(fā)送微型高清攝像頭攝錄的視頻數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)無線傳輸模塊和視頻無線傳輸模塊的尺寸小于1cm×1cm，最大通訊距離大于100m，質量小于1g。

衛(wèi)星定位接收機10通過串口將定位數(shù)據(jù)發(fā)送到嵌入式處理器。

嵌入式處理器內運行微型飛行器的控制程序，其功能是：實現(xiàn)嵌入式處理器時鐘、外設、總線的初始化、無線通訊模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)控制、微慣性測量單元及微環(huán)境傳感器的設置與測量數(shù)據(jù)讀取、衛(wèi)星定位接收機的定位信息讀取、微型高清攝像頭的控制以及微型飛行器的飛行控制。

控制終端2包括：計算機11、控制手柄12和無線通訊模塊13?？刂剖直蜔o線通訊模塊通過usb接口與計算機相連。無線通訊模塊包括數(shù)據(jù)無線傳輸模塊和視頻無線傳輸模塊。數(shù)據(jù)無線傳輸模塊為支持spi數(shù)據(jù)總線和2.4g無線通訊的產(chǎn)品，視頻無線傳輸模塊可接收并解壓縮微型高清攝像頭攝錄的視頻數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)無線傳輸模塊和視頻無線傳輸模塊的最大通訊距離大于100m。計算機運行可視化控制程序并顯示、存儲微型飛行器發(fā)送的數(shù)據(jù)。控制手柄產(chǎn)生的控制命令經(jīng)計算機解讀后通過無線通訊模塊發(fā)送到微型飛行器。微型飛行器發(fā)來的數(shù)據(jù)也經(jīng)無線通訊模塊接收后輸出至計算機進行存儲與顯示。

本發(fā)明的第二具體實施例，公開了一種特種環(huán)境的快速偵察方法，如圖3所示，包括以下步驟：

步驟s1.通過控制終端控制多個微型飛行器進入特種環(huán)境空間。

控制終端可手動控制微型飛行器進入特種環(huán)境空間，也可通過設定微型飛行器的目標姿態(tài)角度，并通過控制終端的無線通訊模塊將目標姿態(tài)角度發(fā)送至微型飛行器。微型飛行器的無線通訊模塊將接收到得數(shù)據(jù)發(fā)送給嵌入式處理器，嵌入式處理器通過i²c總線讀取微慣性測量單元輸出的當前姿態(tài)角度并與目標姿態(tài)角度對比，得到偏差角度，將偏差通過映射關系得到各個槳葉相應的轉速差值，從而實現(xiàn)對微型飛行器飛行方向和線路的實時控制?？刂平K端支持對多個微型飛行器的參數(shù)設定及控制，可使若干個微型飛行器進入目標區(qū)域。

步驟s2.組建微型移動式無線傳感網(wǎng)絡。

多個微型飛行器進入特種環(huán)境空間后，控制終端可分別對各個微型飛行器的飛行狀態(tài)和功能進行控制，既可控制微型飛行器向不同方向飛行，也可控制微型飛行器保持固定位置?？刂平K端通過控制進入特種環(huán)境空間的微型飛行器的飛行區(qū)域和功能，以及多個微型飛行器通過搭載的無線通信模塊組成無線自組網(wǎng)，無線自組網(wǎng)可以組建具有多個移動式無線傳感節(jié)點的網(wǎng)絡。

具體地，通過保持在固定位置的微型飛行器作為聯(lián)系其他不同機動位置的微型飛行器的連接節(jié)點，擴大無線自組網(wǎng)的覆蓋面積及穩(wěn)定性。

如果事先已經(jīng)獲取到特種環(huán)境的空間參數(shù)，可以預先設置各個微型飛行器的位置，包括固定位置及機動位置。

步驟s3.微型飛行器通過搭載的微環(huán)境傳感器及微型高清攝像頭偵查特種環(huán)境空間。

控制終端可開啟或關閉微型飛行器的微環(huán)境傳感器和微型高清攝像頭，操作人員可根據(jù)具體情況控制各個微型飛行器通過微環(huán)境傳感器采集目標氣體含量等環(huán)境信息，并通過微型高清攝像頭對周圍環(huán)境進行攝錄。

微型飛行器搭載的微環(huán)境傳感器，可實時檢測所處環(huán)境的氣壓、溫度、濕度、目標氣體濃度信息。

微型飛行器進入目標空間后，控制終端通過可視化控制程序向高清攝像頭發(fā)送攝錄指令及調整攝錄方向指令，微型飛行器搭載的微型高清攝像頭可實時采集視頻信息并可通過攝像頭控制機構調整攝錄方向，獲取最佳的攝錄視角。

步驟s4.微型飛行器通過機載無線通信模塊將信息回傳。

嵌入式處理器可將微環(huán)境傳感器測量的數(shù)據(jù)封裝處理后通過無線通訊模塊的數(shù)據(jù)無線傳輸模塊通過無線自組網(wǎng)回傳到控制終端；微型高清攝像頭采集的視頻數(shù)據(jù)則經(jīng)壓縮后通過無線通訊模塊的視頻無線傳輸模塊通過無線自組網(wǎng)回傳到控制終端。

步驟s5.控制終端分析回傳的信息。

控制終端通過地面無線通訊模塊接收微型飛行器回傳的視頻、溫濕度、氣壓、目標氣體濃度數(shù)據(jù)，可視化控制程序對數(shù)據(jù)和微型飛行器的空間分布信息進行分析并圖形化顯示，既可顯示多組特種環(huán)境空間不同位置、不同攝錄角度的實時視頻畫面，也可顯示特種環(huán)境空間內溫濕度、氣壓、目標氣體含量等信息的分布云圖，供控制終端操作人員進行分析與決策。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種基于微型移動式無線傳感節(jié)點的特種環(huán)境快速偵查方法，實現(xiàn)了對存在危險、人員不宜進入的特種環(huán)境空間的多點、快速無線偵察，可有效提高對視距范圍外特種空間的環(huán)境認知能力，這對于特殊環(huán)境救援的決策具有重要意義。采用移動式偵察平臺，既搭載視頻攝錄設備，又搭載可采集重要環(huán)境參數(shù)的微傳感器，利用移動式偵察平臺的可控飛行能力，可組建無線偵察網(wǎng)絡，容易實現(xiàn)對特種環(huán)境空間的大范圍、快速偵察。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。