[發明專利]一種森林火場低空無人機監測預警系統及方法

有效

• 申請號: 202010065549.4
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111243215B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 張水鋒;吳育寶
• 申請（專利權）人: 南京森林警察學院
• 主分類號: G08B17/00
• 分類號: G08B17/00;G08B17/12
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

1.一種森林火場低空無人機監測預警方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，獲取火場圖像

采用高空拍攝手段獲取火場的完整圖像，根據獲取的圖像，采用邊緣檢測算法獲取火場圖像邊緣；

步驟2，根據主風向建立坐標系

得到火場主風向，取主風向上的火場邊緣最左側點A，建立x軸，x軸過A點且與主風向平行，取x軸與火場邊緣兩交點之間的中點為原點O，過原點建立y軸；

步驟3，根據坐標軸布設無人機

取坐標軸與火場邊緣各交點，沿坐標軸在每個交點處遠離火場方向距離n和m處分別設置近場和遠場無人機，無人機上均搭載有風速風向傳感器；

在火場上方設置主視無人機，用于實時獲取火場整體邊緣；

步驟4，確定火場邊緣外側各無人機布點位置的風向與主風向夾角；

遠場無人機和近場無人機分別采集所在位置的風速和風向，計算各無人機布點位置的風向與主風向夾角；

步驟5，計算主風向上的風速大小；

其中：表示主風向上的風速大小，單位：米/秒；i表示近場無人機編號，i＝1,2,3,…I；j表示遠場無人機編號，j＝1,2,3,…J；v_i、v_j分別為近場和遠場無人機所測風速大小，單位：米/秒；θi、θj分別表示近場和遠場無人機所測風向與主風向的夾角；ω₁、ω₂分別表示近場和遠場無人機的風速系數；

步驟6，定期獲取火場整體圖像并更新各無人機位置

通過主視無人機定期獲得火場整體圖像，并重新執行步驟2-3，更新近遠場無人機和主視無人機的位置。

2.根據權利要求1所述的森林火場低空無人機監測預警方法，其特征在于：還包括步驟7，根據火場圖像整體移動以及火場邊緣風速風向變化，向現場撲救人員發送預警信息。

3.根據權利要求1所述的森林火場低空無人機監測預警方法，其特征在于：所述步驟1中，火場的完整圖像利用衛星圖像獲取，或采用設置在火場上方高處的無人機拍攝。

4.根據權利要求1所述的森林火場低空無人機監測預警方法，其特征在于：所述步驟2中，A點的獲取方法為：沿主風向畫與主風向平行的若干條直線，這些直線與火場邊緣產生交點，取最左側交點為點A。

5.根據權利要求1所述的森林火場低空無人機監測預警方法，其特征在于：所述步驟3中，位于主風向上且處于下風口的近遠場無人機的距離n和m分別乘以一個大于1的系數。

6.根據權利要求1所述的森林火場低空無人機監測預警方法，其特征在于：所述步驟3中，在坐標軸上過原點做切割線，切割線與火場邊緣均形成兩個交點，沿切割線在每個交點處遠離火場方向距離n和m處分別設置近場和遠場無人機，無人機上均搭載有風速風向傳感器。

7.根據權利要求1所述的森林火場低空無人機監測預警方法，其特征在于：所述步驟5中，ω₁+ω₂＝1。

8.根據權利要求1所述的森林火場低空無人機監測預警方法，其特征在于：近遠場和主視無人機上均設置溫度傳感器，溫度傳感器獲取無人機處的溫度并傳輸至無人機控制器中，當溫度超過預先設定的閾值上限時，令無人機升高。

9.一種森林火場低空無人機監測預警系統，其特征在于：包括若干近場無人機、若干遠場無人機、主視無人機、數據中心、若干終端，近遠場無人機上均搭載有風速風向傳感器，傳感器獲取的數據發送至數據中心和終端；主視無人機上搭載有攝像設備，獲取的圖像數據傳輸至數據中心；數據中心用于獲取各無人機發送來的數據、進行計算分析后控制無人機，并與終端進行通訊；數據中心包括：

圖像獲取模塊，用于獲取火場圖像，采用高空拍攝手段獲取火場的完整圖像，根據獲取的圖像，采用邊緣檢測算法獲取火場圖像邊緣；

坐標系建立模塊，用于根據主風向建立坐標系，得到火場主風向，取主風向上的火場邊緣最左側點A，建立x軸，x軸過A點且與主風向平行，取x軸與火場邊緣兩交點之間的中點為原點O，過原點建立y軸；

無人機控制模塊，用于根據坐標軸布設無人機，取坐標軸與火場邊緣各交點，沿坐標軸在每個交點處遠離火場方向距離n和m處分別設置近場和遠場無人機，無人機上均搭載有風速風向傳感器；在火場上方設置主視無人機，用于實時獲取火場整體邊緣；

計算模塊，用于計算主風向上的風速大小；

遠場無人機和近場無人機分別采集所在位置的風速和風向，計算各無人機布點位置的風向與主風向夾角；

計算主風向上的風速大小；

其中：表示主風向上的風速大小，單位：米/秒；i表示近場無人機編號，i＝1,2,3,…I；j 表示遠場無人機編號，j＝1,2,3,…J；v_i、v_j分別為近場和遠場無人機所測風速大小，單位：米/秒；θi、θj分別表示近場和遠場無人機所測風向與主風向的夾角；ω₁、ω₂分別表示近場和遠場無人機的風速系數；

更新模塊，用于定期獲取火場整體圖像并更新各無人機位置；通過主視無人機定期獲得火場整體圖像，并重新執行坐標系建立模塊和無人機控制模塊，更新近遠場無人機和主視無人機的位置；

預警模塊，用于根據近遠場無人機獲取的風速風向數據，及時向現場撲救人員發送數據及發出預警。