本發(fā)明屬于無人機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無人機消防調(diào)度系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著無人機技術(shù)的快速發(fā)展，無人機已經(jīng)在不同領(lǐng)域發(fā)揮出越來越大的優(yōu)勢，尤其是在森林消防領(lǐng)域，無人機可以頂替消防人員進行前期的火情偵察偵查，目前的無人機消防調(diào)度系統(tǒng)大多采用多旋翼結(jié)構(gòu)，構(gòu)造復雜，造價高昂，操控難度大。同時由于森林面積廣大，植被茂密，因而初生火情往往較難發(fā)現(xiàn)，往往火情擴散時，消防系統(tǒng)才會有響應，而此時滅火難度大，對消防員來說，危險系數(shù)也較高。而采用無人機和消防員手持終端向配合的偵查調(diào)度系統(tǒng)，可以在火災初生時提早發(fā)現(xiàn)，及時上報。消防員出動后，為消防員標識危險區(qū)域，火勢走向，為調(diào)度中心提供消防員位置等信息。將整個消防智慧系統(tǒng)統(tǒng)一起來。

中國專利CN204856794U公開了一種基于4G的消防無人機載火災情報處理裝置，該裝置通過數(shù)據(jù)融合模塊并整合其它部件和模塊，提供應用層數(shù)據(jù)訪問協(xié)議，數(shù)據(jù)訪問方便，相關(guān)接收者可以實時接收遙測數(shù)據(jù)；在接收端無需額外的處理設(shè)備，且裝置外形簡單，易于無人機掛載，在執(zhí)行相同任務的情況下，極大減輕了載荷重量，但是該裝置只能通過無人機收集火災情報，無法智能分析和調(diào)控無人機去應對火災現(xiàn)場。中國專利申請CN201510560753.2公開了一種基于無人機的消防監(jiān)控系統(tǒng)，該消防監(jiān)控系統(tǒng)通過在無人機上安裝圖像采集裝置和定位導航裝置，然后將所述圖像采集裝置和定位導航裝置獲取的數(shù)據(jù)通過無線通信的方式發(fā)送給地面控制中心的控制器，所述控制器根據(jù)接收的數(shù)據(jù)分析監(jiān)控區(qū)域內(nèi)是否有火災發(fā)生、火災的嚴重度、相關(guān)路線的路況以及所述監(jiān)控區(qū)域周邊的場所屬性，控制器分析的結(jié)果不但能給消防中心提供更為全面的火災信息以提高消防員的工作效率，還能根據(jù)監(jiān)控區(qū)域周邊的場所屬性進行提前通知以將傷亡率降到最低，使整個系統(tǒng)的功能更加完善。但是該系統(tǒng)無法智能分析火勢的發(fā)展趨勢，而且無法監(jiān)測消防人員的生命體征及位置信息，也無法調(diào)度無人機對火災現(xiàn)場人員進行協(xié)助。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種信息集成度高的智能無人機消防調(diào)度系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以將無人機采集信息和手持終端采集的信息通過云端處理器自動集總分析，智能分析火勢的發(fā)展趨勢，并且可以通過調(diào)度無人機對火災現(xiàn)場人員進行協(xié)助。

為實現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種無人機消防調(diào)度系統(tǒng)，包括：無人機偵查系統(tǒng)、云端處理器、信息中心和手持終端；所述無人機偵查系統(tǒng)包括多架交替飛行的偵查無人機，所述偵查無人機通過安裝在機身前端的數(shù)據(jù)采集裝置采集森林上空的可視圖像、溫度、濕度、風向和熱力分布數(shù)據(jù)，并將上述數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端處理器，云端處理器對接收到的上述數(shù)據(jù)進行集總歸類、分析，并將處理后的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至手持終端進行顯示，手持終端內(nèi)安裝有數(shù)據(jù)采集傳感器，手持終端通過采集傳感器采集手持終端持有者的位置、生命體征信息，并將上述信息傳輸至云端處理器，云端處理器集總偵查無人機收集數(shù)據(jù)和手持終端采集信息，并將集總的數(shù)據(jù)發(fā)送至信息中心，信息中心根據(jù)云端處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)調(diào)度偵查無人機飛行狀態(tài)。

在上述技術(shù)方案中，手持終端持有者可以根據(jù)無人機采集的可視圖像、溫度、濕度、風向和熱力分布數(shù)據(jù)判斷火災發(fā)生的可能性、火災發(fā)生的危險區(qū)域、火勢走向等信息，從而為手持終端持有者的活動提供參考，避免危險；同時手持終端通過采集傳感器采集手持終端持有者的位置、生命體征信息，并將上述信息傳輸至云端處理器，然后通過云端處理器發(fā)送至信息中心，信息中心可以根據(jù)上述信息調(diào)度無人機對手持終端持有者進行營救。

優(yōu)選的，所述無人機偵查系統(tǒng)包括兩架交替飛行的偵查無人機，所述偵查無人機上安裝有熱成像相機和普通光學相機，偵查無人機按照測繪技術(shù)人員確定的航線飛行，偵查無人機在飛行過程中向云端服務器實時傳輸拍攝圖像，云端服務器根據(jù)拍攝圖像生成區(qū)域熱力分布圖。

優(yōu)選的，所述偵查無人機包括手動控制模式和自動飛行模式，切換到手動飛行模式，通過信息中心操作人員人為控制偵查無人機的飛行路線、軌跡、高度和調(diào)整相機的角度；切換到自動飛行模式，偵查無人機沿測繪技術(shù)人員確定的航線飛行。

優(yōu)選的，所述手持終端包括安裝有用于采集手持終端持有者位置信息、生命體征信息的智能手環(huán)，以及集定位、通信、信息顯示于一體的終端穿戴設(shè)備。

優(yōu)選的，所述云端處理器根據(jù)偵查無人機采集的可視圖像、溫度、濕度、風向和熱力分布數(shù)據(jù)生成區(qū)域熱力圖像，圖形內(nèi)容包括火場范圍、各個火點從內(nèi)向外溫度指示；通過不同的顏色區(qū)分火場溫度，火場溫度從低溫到高溫依次為綠色-藍色-黃色-橙色-紅色。

優(yōu)選的，所述云端處理器結(jié)合區(qū)域熱力圖像和地區(qū)風速風向，自動評估火勢發(fā)展趨勢，確定危險區(qū)域，確定火勢發(fā)展區(qū)域；火勢的發(fā)展趨勢以覆蓋層的方式展示，邊界采用黑色虛線，區(qū)域內(nèi)黑色點狀陰影，顏色采用火場溫度從低溫到高溫依次為綠色-藍色-黃色-橙色-紅色的溫度標識顏色，覆蓋層為半透明狀。

優(yōu)選的，所述火勢發(fā)展趨勢的評估方法如下：

R＝0.13F

式中：R------較平坦地面上的火蔓延速度，km/h

對于草地，F(xiàn)計算如下：

$F=2.0\exp [-23.6+5.07\ln B+0.0281T_a-0.226H_a^{0.5}+0.633U^{0.5}]$

式中：F------火險指數(shù)

B------可燃物的處理程度，％

T_a----氣溫，℃

H_a---相對濕度，％

U------在10m高處測得的平均風速，m/min；

對于樹葉林地，F(xiàn)計算如下

F＝2.0exp[-0.405+0.987lnD'-0.0456H_a+0.348T_a+0.0234U]

式中，D'------干旱碼

其它意義同上；

對于有斜坡的地面(地面坡度為θ)上的火蔓延速度簡化為：

R_θ＝R·exp(0.069θ)。

優(yōu)選的，所述信息中心根據(jù)云端處理器評估后的火勢發(fā)展趨勢及手持終端持有者的位置、生命體征信息，指引手持終端持有者的走向，并調(diào)度偵查無人機進行協(xié)助。

本發(fā)明提供的一種無人機消防調(diào)度系統(tǒng)的有益效果在于：1)本無人機消防調(diào)度系統(tǒng)可以根據(jù)無人機采集的可視圖像、溫度、濕度、風向和熱力分布數(shù)據(jù)判斷火災發(fā)生的可能性、火災發(fā)生的危險區(qū)域、火勢走向等信息，從而為手持終端持有者的活動提供參考，避免危險；2)本無人機消防調(diào)度系統(tǒng)可以將無人機采集信息和手持終端采集的信息通過云端處理器自動集總分析，智能分析火勢的發(fā)展趨勢，并且可以通過調(diào)度無人機對火災現(xiàn)場人員進行協(xié)助。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的調(diào)度信息示意圖。

圖中：100、森林；200、無人機消防調(diào)度系統(tǒng)；300、云端處理器；400、信息中心；500、手持終端。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。本領(lǐng)域普通人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，均屬于本發(fā)明的保護范圍。

實施例1：一種無人機消防調(diào)度系統(tǒng)。

參照圖1所示，一種無人機消防調(diào)度系統(tǒng)，包括：無人機偵查系統(tǒng)、云端處理器、信息中心和手持終端；所述無人機偵查系統(tǒng)包括多架交替飛行的偵查無人機，所述偵查無人機通過安裝在機身前端的數(shù)據(jù)采集裝置采集森林上空的可視圖像、溫度、濕度、風向和熱力分布數(shù)據(jù)，并將上述數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端處理器，云端處理器對接收到的上述數(shù)據(jù)進行集總歸類、分析，并將處理后的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至手持終端進行顯示，手持終端內(nèi)安裝有數(shù)據(jù)采集傳感器，手持終端通過采集傳感器采集手持終端持有者的位置、生命體征信息，并將上述信息傳輸至云端處理器，云端處理器集總偵查無人機收集數(shù)據(jù)和手持終端采集信息，并將集總的數(shù)據(jù)發(fā)送至信息中心，信息中心根據(jù)云端處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)調(diào)度偵查無人機飛行狀態(tài)。

在上述技術(shù)方案中，手持終端持有者可以根據(jù)無人機采集的可視圖像、溫度、濕度、風向和熱力分布數(shù)據(jù)判斷火災發(fā)生的可能性、火災發(fā)生的危險區(qū)域、火勢走向等信息，從而為手持終端持有者的活動提供參考，避免危險；同時手持終端通過采集傳感器采集手持終端持有者的位置、生命體征信息，并將上述信息傳輸至云端處理器，然后通過云端處理器發(fā)送至信息中心，信息中心可以根據(jù)上述信息調(diào)度無人機對手持終端持有者進行營救。

在上述技術(shù)方案中，無人機偵查系統(tǒng)由兩架無人機相互替換飛行，每架無人機可飛行三個小時，兩架飛機交替飛行可對區(qū)域?qū)崿F(xiàn)24小時不間斷監(jiān)控。無人機搭載可變焦熱成像照相機和光學可變焦攝像機，可拍攝巡邏區(qū)域的圖像，也可以在電腦斷實時操作相機，觀察特定區(qū)域。拍攝圖像傳回云端處理器，生成區(qū)域溫度分布圖像區(qū)域溫度圖像，氣象信息，火情預警信息，消防員位置，等會展示在信息中心，也會實時推送至消防員手持終端上。

在上述技術(shù)方案中，偵查無人機包括手動控制模式和自動飛行模式，切換到手動飛行模式，通過信息中心操作人員人為控制偵查無人機的飛行路線、軌跡、高度和調(diào)整相機的角度；切換到自動飛行模式，偵查無人機沿測繪技術(shù)人員確定的航線飛行。

在上述技術(shù)方案中，無人機空中圖像采集按照如下方法進行：

1、起飛前由操作人員在地面站地圖上標示無人機所檢測的區(qū)域，及無人機的飛行高度；

2、系統(tǒng)計算無人機飛行軌跡，并確定拍照方式，具體方法為：

A.依據(jù)設(shè)定的飛行高度和地圖中所存儲的地區(qū)海拔信息，確定飛機攝像頭所能拍攝的視場面積。取視場面積中心區(qū)域向外4/5為有效面積，該面積形狀為長方形，長款比例為所采用攝像機的長寬比例；

B.系統(tǒng)計算操作人員劃定的檢測區(qū)域的最小外接矩形。之后將視場有效面積的長方形填充如該最小外接矩形中，之后記錄所有填入視場有效面積長方形的中心點坐標，并以該中心點坐標作為無人機的航點；

C.依據(jù)記錄的航點，計算無人機飛行路徑，路徑保證無人機不出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎等危險飛行行為；

D.航點計算完成后會展示在地面站屏幕上，操作人員可以選擇飛機直接起飛或者手動修改飛行軌跡；

3、無人機按照設(shè)定好的航線飛行，到達航點后拍攝多張熱力圖像，錄入系統(tǒng)，系統(tǒng)處理后更新該地區(qū)熱力圖信息。

在上述技術(shù)方案中，無人機留空時間有限，因而在前一架次無人機燃料即將耗盡需要返航時，必須有另一架無人機前來接替工作。因而需要控制系統(tǒng)控制兩架無人機無縫對接。系統(tǒng)確定換崗區(qū)域，后一架無人機直接飛至換崗區(qū)域進行拍攝作業(yè)，而前一架無人機在拍攝完換崗區(qū)域前一區(qū)域后直接返航。系統(tǒng)自動切換接收前來換崗的飛機所拍攝的新的照片用于區(qū)域熱力圖像繪制。

在上述技術(shù)方案中，手持終端由消防員攜帶。手持終端可現(xiàn)實當前區(qū)域的熱力圖像，風向等氣象信息，各個消防員的位置信息，生命體征等。同時在消防員處于火情下風帶或者處于高危地帶時向消防員報警。調(diào)度中心變更命令時也會向消防員推送命令信息。手持終端可以接收和展示云端處理器推送來的各種信息，也將傳感器采集到的信息上傳到云端。手持終端上安裝有定位系統(tǒng)，警報器，生命監(jiān)測系統(tǒng)。定位系統(tǒng)獲取消防員位置，生命監(jiān)測系統(tǒng)用于監(jiān)測消防員的生命體征；當消防員處于危險區(qū)或者指揮中心更改命令時警報器會報警告知消防員。遇到緊急情況，消防員也可操作手持終端向指揮中心呼叫支援。

在上述技術(shù)方案中，信息中心用于調(diào)度指揮，信息中心顯示最新的火情信息，氣象信息，消防員位置，生命體征信息，消防車輛配置情況等。

在上述技術(shù)方案中，云端服務器用于處理無人機和終端推送來的信息，包括生成熱力圖像，結(jié)合氣象信息估算危險區(qū)域及火情發(fā)展趨勢等，向消防員推送命令，預警等信息，儲存數(shù)據(jù)等功能。所述云端處理器根據(jù)偵查無人機采集的可視圖像、溫度、濕度、風向和熱力分布數(shù)據(jù)生成區(qū)域熱力圖像，圖形內(nèi)容包括火場范圍、各個火點從內(nèi)向外溫度指示；通過不同的顏色區(qū)分火場溫度，火場溫度從低溫到高溫依次為綠色-藍色-黃色-橙色-紅色。

在上述技術(shù)方案中，云端處理器結(jié)合區(qū)域熱力圖像和地區(qū)風速風向，自動評估火勢發(fā)展趨勢，確定危險區(qū)域，確定火勢發(fā)展區(qū)域?；饎莸陌l(fā)展趨勢以覆蓋層的方式展示，邊界采用黑色虛線，區(qū)域內(nèi)黑色點狀陰影，顏色采用火場溫度從低溫到高溫依次為綠色-藍色-黃色-橙色-紅色的溫度標識顏色，覆蓋層為半透明狀。

在上述技術(shù)方案中，云端處理器結(jié)合區(qū)域熱力圖像和地區(qū)風速風向按照如下計算公式進行火勢發(fā)展趨勢的評估：

R＝0.13F

式中：R------較平坦地面上的火蔓延速度，km/h；

對于草地，F(xiàn)計算如下：

$F=2.0\exp [-23.6+5.07\ln B+0.0281T_a-0.226H_a^{0.5}+0.633U^{0.5}]$

式中：F------火險指數(shù)

B------可燃物的處理程度，％

T_a----氣溫，℃

H_a---相對濕度，％

U------在10m高處測得的平均風速，m/min；

對于樹葉林地，F(xiàn)計算如下

F＝2.0exp[-0.405+0.987lnD'-0.0456H_a+0.348T_a+0.0234U]

式中，D'------干旱碼

其它意義同上；

對于有斜坡的地面(地面坡度為θ)上的火蔓延速度簡化為：

R_θ＝R·exp(0.069θ)。

在上述技術(shù)方案中，信息中心根據(jù)云端處理器評估后的火勢發(fā)展趨勢及手持終端持有者的位置、生命體征信息，指引手持終端持有者的走向，并調(diào)度偵查無人機進行協(xié)助。

以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容，所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。