本實用新型屬于消防安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

森林火災(zāi)是全球性的林業(yè)重要災(zāi)害之一，每年都會造成林業(yè)資源的重大損失和大范圍的環(huán)境污染。傳統(tǒng)的森林防火監(jiān)測，主要采用地面巡護(hù)、人工瞭望臺觀察、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和衛(wèi)星遙感方式。其中，地面巡護(hù)監(jiān)測范圍小，許多交通不便的地方難以巡護(hù)；瞭望臺觀察效果過于依賴瞭望員的經(jīng)驗，準(zhǔn)確率低、誤差大，并且易受地形地勢限制，覆蓋范圍小、存在火災(zāi)監(jiān)測死角；衛(wèi)星遙感監(jiān)測森林火災(zāi)是近些年來比較普遍的森林火險監(jiān)測手段，具有覆蓋范圍大、及時迅速、連續(xù)完整的特點，然而該方法也存在著遙感圖像分辨率不足、靈活性差等問題，利用無人機(jī)進(jìn)行森林火災(zāi)監(jiān)測可以克服上述缺陷，其部署方便、數(shù)據(jù)采集快捷、信息豐富以及技術(shù)成本較低。因此需要一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警方法，利用現(xiàn)代攝影測量技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)自動識別，實現(xiàn)對森林火災(zāi)信息進(jìn)行全面、細(xì)致、準(zhǔn)確地監(jiān)測，可對森林火災(zāi)預(yù)警和撲救指揮工作提供實用的決策參考信息，并具有電池電量監(jiān)控功能，降低設(shè)備丟失和損壞的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警方法，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，利用現(xiàn)代攝影測量技術(shù)和GPS導(dǎo)航技術(shù)聯(lián)合進(jìn)行火災(zāi)自動識別，在按照預(yù)設(shè)的飛行航線上實時監(jiān)測地面是否存在著火點，采用無線通信的方式，適合于森林大范圍移動信號的發(fā)送，并具有電池電壓監(jiān)控功能，使用操作方便，實用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：包括無人機(jī)和搭載在所述無人機(jī)上的監(jiān)控預(yù)警裝置，所述監(jiān)控預(yù)警裝置包括第一控制器、火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警單元、無人機(jī)控制單元和電池監(jiān)控單元，所述火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警單元包括與第一控制器相接的第二控制器，所述第二控制器接有圖像采集與處理模塊和無線通信模塊，所述無人機(jī)控制單元包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、與第一控制器輸入端相接的傳感器機(jī)構(gòu)和與第一控制器輸入端相接的GPS模塊，所述傳感器機(jī)構(gòu)包括三軸加速度傳感器、氣壓傳感器和地磁傳感器，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括與第一控制器輸出端相接的電機(jī)調(diào)速器模塊和與電機(jī)調(diào)速器模塊相接的飛行器電機(jī)模塊，所述電池監(jiān)控單元包括用于給第一控制器提供電能的供電電池以及設(shè)置在第一控制器和供電電池之間的電池電壓監(jiān)測模塊。

上述的一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述電機(jī)調(diào)速器模塊包括4個電機(jī)調(diào)速器，所述飛行器電機(jī)模塊包括4個飛行器電機(jī)。

上述的一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述無線通信模塊包括芯片SIM800C和插入芯片SIM800C的SIM卡，所述芯片SIM800C通過插座與第二控制器的通信引腳相接。

上述的一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像采集與處理模塊包括型號為ZC0301的攝像頭，所述型號為ZC0301的攝像頭通過USB端口與第二控制器的通信引腳相接。

上述的一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述第二控制器采用OK6410型開發(fā)板，處理器型號為S3C6410。

上述的一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述三軸加速度傳感器為芯片MPU6050，所述芯片MPU6050的SDA引腳經(jīng)電阻R4與+3.3V電壓端相接，所述芯片MPU6050的SCL引腳經(jīng)電阻R5與+3.3V電壓端相接，所述芯片MPU6050的AUX-DA引腳、AUX-CL引腳、AD0引腳和INT引腳均與第一控制器相接，所述芯片MPU6050的VDD引腳與+3.3V電壓端相接。

上述的一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述氣壓傳感器為芯片MS5611，所述芯片MS5611的VDD引腳分兩路，一路與電容C1的一端相接，另一路與+3.3V電壓端相接，所述芯片MS5611的GND引腳分兩路，一路與電容C1的另一端相接，另一路接地，所述芯片MS5611的SCLK引腳和SDI引腳均與第一控制器相接。

上述的一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述地磁傳感器為芯片HMC5883L，所述芯片HMC5883L的VDD引腳分三路，一路與電容C2的一端相接，另一路與電容C3的一端相接，第三路與+3.3V電壓端相接；所述芯片HMC5883L的VDDI0引腳分兩路，一路與電容C4的一端相接，另一路與+3.3V電壓端相接；所述芯片的SCL引腳、SDA引腳和DRDY引腳均與第一控制器相接；所述電容C2的另一端、電容C3的另一端和電容C4的另一端均接地。

上述的一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述GPS模塊為模塊LEA-5H。

上述的一種基于無人機(jī)的森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述第一控制器為芯片STM32F103RCT6。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本實用新型的結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，實現(xiàn)及使用操作方便。

2、本實用新型利用現(xiàn)代攝影測量技術(shù)和GPS導(dǎo)航技術(shù)聯(lián)合進(jìn)行火災(zāi)自動識別，圖像采集與處理模塊可實時監(jiān)控森林火災(zāi)，避免了利用煙霧傳感器、溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鞯葌鞲衅饔捎诃h(huán)境變化影響監(jiān)控的可靠性和準(zhǔn)確性，傳送監(jiān)控畫面，GPS模塊可準(zhǔn)確快速的獲得火災(zāi)位置數(shù)據(jù)，無人機(jī)在按照預(yù)設(shè)的飛行航線上實時監(jiān)測地面是否存在著火點，實現(xiàn)對森林火災(zāi)信息進(jìn)行全面、細(xì)致、準(zhǔn)確地監(jiān)測，對森林火災(zāi)預(yù)警和撲救指揮工作提供實用的決策參考信息。

3、本實用新型具有電池電壓監(jiān)控功能，當(dāng)供電電池電量低于供電閾值時，第一控制器發(fā)出返航命令，控制飛行器電機(jī)的工作，使無人機(jī)返航，降低無人機(jī)應(yīng)供電不足降落在森林中，減小了設(shè)備丟失和損壞的風(fēng)險。

4、本實用新型采用無線通信的方式，將森林火災(zāi)信息及時發(fā)送到接收端，覆蓋范圍廣、移動性好，適合于森林大范圍移動信號的發(fā)送。

綜上所述，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，利用現(xiàn)代攝影測量技術(shù)和GPS導(dǎo)航技術(shù)聯(lián)合進(jìn)行火災(zāi)自動識別，在按照預(yù)設(shè)的飛行航線上實時監(jiān)測地面是否存在著火點，采用無線通信的方式，適合于森林大范圍移動信號的發(fā)送，并具有電池電壓監(jiān)控功能，使用操作方便，實用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路原理框圖。

圖2為本實用新型第一控制器的電路原理圖。

圖3為本實用新型三軸加速度傳感器的電路原理圖。

圖4為本實用新型氣壓傳感器的電路原理圖。

圖5為本實用新型地磁傳感器的電路原理圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—第一控制器； 2—第二控制器；

3—圖像采集與處理模塊； 4—無線通信模塊；

5—三軸加速度傳感器； 6—氣壓傳感器； 7—地磁傳感器；

8—GPS模塊； 9—供電電池；

10—電池電壓監(jiān)測模塊； 11—電機(jī)調(diào)速器模塊；

12—飛行器電機(jī)模塊。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型包括無人機(jī)和搭載在所述無人機(jī)上的監(jiān)控預(yù)警裝置，所述監(jiān)控預(yù)警裝置包括第一控制器1、火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警單元、無人機(jī)控制單元和電池監(jiān)控單元，所述火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警單元包括與第一控制器1相接的第二控制器2，所述第二控制器2接有圖像采集與處理模塊3和無線通信模塊4，所述無人機(jī)控制單元包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、與第一控制器1輸入端相接的傳感器機(jī)構(gòu)和與第一控制器1輸入端相接的GPS模塊8，所述傳感器機(jī)構(gòu)包括三軸加速度傳感器5、氣壓傳感器6和地磁傳感器7，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括與第一控制器1輸出端相接的電機(jī)調(diào)速器模塊11和與電機(jī)調(diào)速器模塊11相接的飛行器電機(jī)模塊12，所述電池監(jiān)控單元包括用于給第一控制器1提供電能的供電電池9以及設(shè)置在第一控制器1和供電電池9之間的電池電壓監(jiān)測模塊10。

本實施例中，所述電機(jī)調(diào)速器模塊11包括4個電機(jī)調(diào)速器，所述飛行器電機(jī)模塊12包括4個飛行器電機(jī)。

本實施例中，所述無線通信模塊4包括芯片SIM800C和插入芯片SIM800C的SIM卡，所述芯片SIM800C通過插座與第二控制器2的通信引腳相接。

本實施例中，所述圖像采集與處理模塊3包括型號為ZC0301的攝像頭，所述型號為ZC0301的攝像頭通過USB端口與第二控制器2的通信引腳相接。

本實施例中，所述第二控制器2采用OK6410型開發(fā)板，處理器型號為S3C6410。

如圖2所示，本實施例中，所述第一控制器1為芯片STM32F103RCT6。

如圖3所示，本實施例中，所述三軸加速度傳感器5為芯片MPU6050，所述芯片MPU6050的SDA引腳經(jīng)電阻R4與+3.3V電壓端相接，所述芯片MPU6050的SCL引腳經(jīng)電阻R5與+3.3V電壓端相接，所述芯片MPU6050的AUX-DA引腳、AUX-CL引腳、AD0引腳和INT引腳均與第一控制器1相接，所述芯片MPU6050的VDD引腳與+3.3V電壓端相接。具體實施時，所述芯片MPU6050的AUX-DA引腳、AUX-CL引腳、AD0引腳和INT引腳分別與芯片STM32F103RCT6的PC12引腳、PC11引腳、PC10引腳和PC09引腳相接。

如圖4所示，本實施例中，所述氣壓傳感器6為芯片MS5611，所述芯片MS5611的VDD引腳分兩路，一路與電容C1的一端相接，另一路與+3.3V電壓端相接，所述芯片MS5611的GND引腳分兩路，一路與電容C1的另一端相接，另一路接地，所述芯片MS5611的SCLK引腳和SDI引腳均與第一控制器1相接。具體實施時，所述芯片MS5611的SCLK引腳和SDI引腳分別與芯片STM32F103RCT6的PC05引腳和PC04引腳相接。

如圖5所示，本實施例中，所述地磁傳感器7為芯片HMC5883L，所述芯片HMC5883L的VDD引腳分三路，一路與電容C2的一端相接，另一路與電容C3的一端相接，第三路與+3.3V電壓端相接；所述芯片HMC5883L的VDDI0引腳分兩路，一路與電容C4的一端相接，另一路與+3.3V電壓端相接；所述芯片的SCL引腳、SDA引腳和DRDY引腳均與第一控制器1相接；所述電容C2的另一端、電容C3的另一端和電容C4的另一端均接地。具體實施時，所述芯片的SCL引腳、SDA引腳和DRDY引腳分別與芯片STM32F103RCT6的PC08引腳、PC07引腳和PC06引腳相接。

本實施例中，所述GPS模塊8為模塊LEA-5H。

具體實施時，在無人機(jī)開始飛行前，在地面站預(yù)設(shè)無人機(jī)的飛行航線，飛行航線信息包括經(jīng)緯度、高度、時間和飛行航向，地面站根據(jù)飛行航線的信息計算無人機(jī)的偏航量，以此控制無人機(jī)的飛行，無人機(jī)開始飛行后，進(jìn)入自主巡航飛行模式，可按照預(yù)設(shè)的飛行航向飛行。利用GPS模塊8實現(xiàn)無人機(jī)飛行到指定區(qū)域并巡航，利用三軸加速度傳感器5讀取無人機(jī)的加速度值和角速度值，利用氣壓傳感器6實現(xiàn)飛行高度的穩(wěn)定，利用地磁傳感器7實現(xiàn)空間方向的確定，第一控制器1通過接收到的加速度值、角速度值、飛行高度和空間方向的數(shù)據(jù)，控制電機(jī)調(diào)速器模塊11中的四個電機(jī)調(diào)速器，以此控制飛行器電機(jī)模塊12中的四個飛行器電機(jī)的工作，確保無人機(jī)的自主起降和穩(wěn)定飛行。電池電壓監(jiān)測模塊10檢測供電電池9的電壓并將電池電壓傳送給第一控制器1，當(dāng)?shù)谝豢刂破?接收到的電池電壓小于設(shè)定的電池電壓最小值時，第一控制器1發(fā)出控制命令給控制電機(jī)調(diào)速器模塊11，無人機(jī)即按照原飛行路線自主返航，避免無人機(jī)因電量過低意外降落在森林中，造成設(shè)備丟失或損壞。

圖像采集與處理模塊3在按照預(yù)設(shè)的飛行航線上實時監(jiān)測地面是否存在著火點，并將監(jiān)測畫面?zhèn)鬏斀o第二控制器2，第二控制器2對監(jiān)測畫面進(jìn)行處理，如出現(xiàn)火源圖像，通過無線通信模塊4以無線通信的方式，向地面站發(fā)出報警信號。利用攝像頭采集火源圖像，可靠性高，避免了利用煙霧傳感器、溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鞯葌鞲衅饔捎诃h(huán)境變化影響監(jiān)控的可靠性和準(zhǔn)確性。無線通信模塊4利用S IM卡實現(xiàn)GSM短消息傳輸，發(fā)送端能夠獲知接收端是否收到消息，通信方式可靠，且具有極好的移動性，覆蓋范圍廣，免維護(hù)，適用于森林大范圍內(nèi)移動信號的發(fā)送。實現(xiàn)了對森林火災(zāi)信息進(jìn)行全面、細(xì)致、準(zhǔn)確地監(jiān)測，對森林火災(zāi)預(yù)警和撲救指揮工作提供實用的決策參考信息。

以上所述，僅是本實用新型的實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。