CN115212489A - 一种面向森林火灾的无人机灭火救援决策辅助*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种面向森林火灾的无人机灭火救援决策辅助***，包括无人机、机载设备、林火识别定位算法模块、林火区域实时气象分析模块、森林火灾信息底库、林火蔓延动态分析模块、森林火灾灭火救援指挥平台，所述机载设备挂载于无人机，实时采集林火图像并定位林火位置，通过风速风向仪、温湿度模块实时采集林火区域气象信息。本发明可实现在灭火救援过程中实时获取过火面积、火线长度及火场小范围气象信息，并通过无人机设备获取的火场空间位置信息实时匹配更新火场燃烧载荷、坡度坡向等主要地理信息，实现在林火发生期火场状态的实时更新与可视化展现，并开展林火蔓延趋势的动态分析，为灭火救援提供更具时效的精准决策辅助信息。
Description
技术领域
本发明涉及森林消防救援领域，具体涉及一种面向森林火灾的无人机灭火救援决策辅助***。
背景技术
森林火灾是最为严重的自然灾害和公共危机事件之一，具有突发性强，破坏性大，处置救助困难等特点。森林火灾不但造成了人民生命财产的巨大损失，而且也造成了巨大的生态损失。随着森林面积的增加、林区经济活动频繁，以及林区周围游客日益增多等客观因素的影响，森林防火任务一直异常艰巨。为扑救林火耗费了大量人力、物力和财力，森林火灾对森林资源和生态环境的破坏所造成的损失难以估量。
在林火监测的工作过程中，发生火灾后如何能够在最短的时间内确定火源位置，实现对火场扑救工作的快速反应与决策是森林火灾监测工作的重要研究内容。伴随更多监测手段与技术不断涌现，林火监测逐渐趋于多样化。林火监测预警已逐步形成视频监测为主，无人机、星空监测及人工巡护为补充的“星、空、地、人”立体化监测预警及应急响应***。伴随中小型无人机市场化的快速推进，无人机在森林火灾监测、林火扑救决策智慧等方向大显身手。
当前使用无人机在森林火灾灭火救援过程中存在诸多技术缺陷：一是无人机功能使用单一。当前无人机在灭火救援中多扮演火场实时勘查、人员喊话等作业，无人机回传的大量图像信息及火场环境信息仅被用于灭火人员的辅助观察，林火实时发展情况仍然需要专业人员的判别，实时性差，且对救援人员专业水平的要求较高。二是无人机辅助作业智能化程度低。多种无人机负载设备如激光雷达、红外相机、通信挂载等，或缺乏应用于林火现场救援，或多种负载设备尚未实现信息互通与功能完善。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种面向森林火灾的无人机灭火救援决策辅助***，包括无人机(1)、机载设备(2)、林火识别定位算法模块(9)、林火区域实时气象分析模块(10)、森林火灾信息底库(11)、林火蔓延动态分析模块(17)、森林火灾灭火救援指挥平台(18)；
所述机载设备(2)包括自然光相机(3)、红外相机(4)、测距雷达(5)、定位模块(6)、风速风向仪(7)、温湿度模块(8)；
所述森林火灾信息底库(11)包括林木燃烧载荷信息库(12)、地形坡度坡向信息库(13)；
所述机载设备(2)挂载于无人机(1)上；
所述自然光相机(3)、红外相机(4)、测距雷达(5)、定位模块(6)均与林火识别定位算法模块(9)相连接；
所述风速风向仪(7)、温湿度模块(8)均与林火区域实时气象分析模块(10)相连接；
所述林火识别定位算法模块(9)分别与林火区域实时气象分析模块(10)、森林火灾信息底库(11)相连接；
所述林火区域实时气象分析模块(10)与森林火灾灭火救援指挥平台(18)相连接；
所述林木燃烧载荷信息库(12)、地形坡度坡向信息库(13)均与林火蔓延动态分析模块(17)相连接；
所述林火蔓延动态分析模块(17)与森林火灾灭火救援指挥平台(18)相连接；
所述林火识别定位算法模块(9)、林火区域实时气象分析模块(10)、森林火灾信息底库(11)、林火蔓延动态分析模块(17)集成在森林火灾灭火救援指挥平台(18)上。
所述林火识别定位算法模块(9)将计算得出的实时林火空间位置信息传输至森林火灾信息底库(11)并匹配出对应空间位置的林木燃烧载荷信息库(12)中的林木燃烧载荷信息、地形坡度坡向信息库(13)中的地形坡度坡向信息，所述森林火灾信息底库(11)将对应空间位置的林木燃烧载荷信息、地形坡度坡向信息传输至林火蔓延动态分析模块(17)；
林火识别定位算法模块(9)以测距雷达(5)发射处为坐标原点，获得坐标原点与火点位置的距离为s，无人机云台偏转角度α，测距雷达偏转角度为β，无人机(1)实时定位数据为P0＝(x1,y1,z1)，P0是无人机(1)实时定位点，x1,y1,z1分别是P0在空间坐标系中的X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标；解得林火实时位置点P1的坐标为P1＝(x2,y2,z2)：
所述自然光相机(3)、红外相机(4)获取林火图像信息，所述林火识别定位算法模块(9)将基于林火图像信息计算得出的火线长度、过火面积传输至林火蔓延动态分析模块(17)，所述林火区域实时气象分析模块(10)将计算得出的包括火场风速风向、温湿度的林火区域实时气象信息流传输至林火蔓延动态分析模块(17)；
基于林火图像信息分别获取的火线长度Xrat、过火面积Srat表示为：
其中，L和S分别表示自然光相机(3)获取的图像林火的水平像素总数和全幅像素总数，Rmax和Rmin分别为林火火线在自然光相机(3)获取的图像中的起点的水平像素坐标和终点的水平像素坐标，Is是自然光相机(3)获取的图像中林火火线的像素总数。
所述林火蔓延动态分析模块(17)基于实时的林火位置林木燃烧载荷信息、地形坡度坡向信息、火线长度、过火面积、火场风速风向、温湿度传输至森林火灾灭火救援指挥平台(18)作可视化展示，为林火灭火救援提供实时决策辅助。
本发明的有益效果在于：
(1)本方案通过将自然光相机、红外相机、测距雷达、定位模块、风速风向仪及湿度模块等集中整合并搭载于无人机，实现在森林火灾灭火救援过程中火场上方多源信息的集中采集。与此同时，通过设计林火识别与定位算法、林火区域实时气象分析算法，实现在无人机对火场信息的在线智能化提取与智慧平台的信息互通。
(2)本方案通过继续利用并挖掘无人机负载获取的多源火场环境信息，实现基于测距雷达的林火精准定位，并通过与匹配对应位置的林木燃烧载荷、地形坡度坡向，实现火场情况在灭火救援指挥平台的三维可视化展现。
(3)本方案还可以通过复用实时林火图像信息，通过获取的火线长度、过火面积等信息，并通过时其他负载设备获取的实时气象信息、匹配的林木燃烧载荷、地形坡度坡向信息，实现林火蔓延趋势的实时动态分析，提升林火趋势分析的准确性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明的***示意图。
具体实施方式
参阅图1，本发明提供了一种面向森林火灾的无人机灭火救援决策辅助***，包括无人机1、机载设备2、林火识别定位算法模块9、林火区域实时气象分析模块10、森林火灾信息底库11、林火蔓延动态分析模块17、森林火灾灭火救援指挥平台18，所述机载设备2包括自然光相机3、红外相机4、测距雷达5、定位模块6、风速风向仪7、温湿度模块8，所述森林火灾信息底库11包括林木燃烧载荷信息库12、地形坡度坡向信息库13。
所述机载设备2挂载于无人机1，所述自然光相机3、红外相机4依次连接至林火识别定位算法模块9连接，所述测距雷达5、定位模块6依次连接至林火识别定位算法模块9连接，所述风速风向仪7、温湿度模块8依次连接至林火区域实时气象分析模块10，所述林火识别定位算法模块9连接至林火区域实时气象分析模块10，所述林火区域实时气象分析模块10连接至森林火灾灭火救援指挥平台18。
所述林火识别定位算法模块9连接至森林火灾信息底库11，所述森林火灾信息底库11包含的林木燃烧载荷信息库12、地形坡度坡向信息库13依次连接至林火蔓延动态分析模块17，所述林火蔓延动态分析模块17连接至森林火灾灭火救援指挥平台18。
在本发明的描述中，所述无人机及负载、识别定位、蔓延分析及救援指挥***，各部分硬件设施如自然光相机3、测距雷达5等在各子***发挥效用，但硬件设施互为联动且信息共享，共同构成本发明无人机灭火救援决策辅助***，这也是本发明重点权力保护与有益之处。各子***实施流程说明如下：
实时林火识别定位实施流程。林火识别定位算法模块9将计算得出的实时林火空间位置信息传输至森林火灾信息底库11并匹配出对应空间位置的林木燃烧载荷信息库12、地形坡度坡向信息库13，所述森林火灾信息底库11将对应林火位置的林木燃烧载荷、地形坡度坡向等传输至林火蔓延动态分析模块17。林火识别定位以测距雷达5发射处为坐标原点，获得与火点位置的距离为s，无人机云台偏转角度α，测距雷达偏转角度为β，无人机1实时定位数据为P0＝(x1,y1,z1)，解得林火位置为P1＝(x2,y2,z2)：
实时林火状态分析实施流程。林火识别定位算法模块9将计算得出的火线长度14、过火面积15传输至林火蔓延动态分析模块17，所述林火区域实时气象分析模块10将计算得出的火场风速风向、温湿度等林火区域实时气象信息流16传输至林火蔓延动态分析模块17。基于获取的林火图像信息分别获取的火线长度14、过火面积15表示为：
这里，L和S表示自然光相机图像林火的水平像素总数以及全幅像素总数，Rmax和Rmin为林火火线在图像中的起点与终点的水平像素坐标，Is则是图像中林火火线的像素总数。
灭火救援决策辅助实施流程。林火蔓延动态分析模块17基于实时的林火位置林木燃烧载荷、地形坡度坡向、火线长度、过火面积、火场风速风向、温湿度等无人机采集并计算得到的信息，进行林火蔓延动态分析并传输至森林火灾灭火救援指挥平台18作可视化展示，为林火灭火救援提供实时决策辅助。
具体实现中，本申请提供计算机存储介质以及对应的数据处理单元，其中，该计算机存储介质能够存储计算机程序，所述计算机程序通过数据处理单元执行时可运行本发明提供的一种面向森林火灾的无人机灭火救援决策辅助***的发明内容以及各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，ROM)或随机存储记忆体(random access memory，RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术方案可借助计算机程序以及其对应的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机程序即软件产品的形式体现出来，该计算机程序软件产品可以存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台包含数据处理单元的设备(可以是个人计算机，服务器，单片机。MUU或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本发明提供了一种面向森林火灾的无人机灭火救援决策辅助***，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (4)
1.一种面向森林火灾的无人机灭火救援决策辅助***，其特征在于，包括无人机(1)、机载设备(2)、林火识别定位算法模块(9)、林火区域实时气象分析模块(10)、森林火灾信息底库(11)、林火蔓延动态分析模块(17)、森林火灾灭火救援指挥平台(18)；
所述机载设备(2)包括自然光相机(3)、红外相机(4)、测距雷达(5)、定位模块(6)、风速风向仪(7)、温湿度模块(8)；
所述森林火灾信息底库(11)包括林木燃烧载荷信息库(12)、地形坡度坡向信息库(13)；
所述机载设备(2)挂载于无人机(1)上；
所述自然光相机(3)、红外相机(4)、测距雷达(5)、定位模块(6)均与林火识别定位算法模块(9)相连接；
所述风速风向仪(7)、温湿度模块(8)均与林火区域实时气象分析模块(10)相连接；
所述林火识别定位算法模块(9)分别与林火区域实时气象分析模块(10)、森林火灾信息底库(11)相连接；
所述林火区域实时气象分析模块(10)与森林火灾灭火救援指挥平台(18)相连接；
所述林木燃烧载荷信息库(12)、地形坡度坡向信息库(13)均与林火蔓延动态分析模块(17)相连接；
所述林火蔓延动态分析模块(17)与森林火灾灭火救援指挥平台(18)相连接；
所述林火识别定位算法模块(9)、林火区域实时气象分析模块(10)、森林火灾信息底库(11)、林火蔓延动态分析模块(17)集成在森林火灾灭火救援指挥平台(18)上。
2.根据权利要求书1所述的***，其特征在于，所述林火识别定位算法模块(9)将计算得出的实时林火空间位置信息传输至森林火灾信息底库(11)并匹配出对应空间位置的林木燃烧载荷信息库(12)中的林木燃烧载荷信息、地形坡度坡向信息库(13)中的地形坡度坡向信息，所述森林火灾信息底库(11)将对应空间位置的林木燃烧载荷信息、地形坡度坡向信息传输至林火蔓延动态分析模块(17)；
林火识别定位算法模块(9)以测距雷达(5)发射处为坐标原点，获得坐标原点与火点位置的距离为s，无人机云台偏转角度α，测距雷达偏转角度为β，无人机(1)实时定位数据为P0＝(x1,y1,z1)，P0是无人机(1)实时定位点，x1,y1,z1分别是P0在空间坐标系中的X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标；解得林火实时位置点P1的坐标为P1＝(x2,y2,z2)：
3.根据权利要求书2所述的***，其特征在于，所述自然光相机(3)、红外相机(4)获取林火图像信息，所述林火识别定位算法模块(9)将基于林火图像信息计算得出的火线长度、过火面积传输至林火蔓延动态分析模块(17)，所述林火区域实时气象分析模块(10)将计算得出的包括火场风速风向、温湿度的林火区域实时气象信息流传输至林火蔓延动态分析模块(17)；
基于林火图像信息分别获取的火线长度Xrat、过火面积Srat表示为：
其中，L和S分别表示自然光相机(3)获取的图像林火的水平像素总数和全幅像素总数，Rmax和Rmin分别为林火火线在自然光相机(3)获取的图像中的起点的水平像素坐标和终点的水平像素坐标，Is是自然光相机(3)获取的图像中林火火线的像素总数。
4.根据权利要求书3所述的***，其特征在于，所述林火蔓延动态分析模块(17)基于实时的林火位置林木燃烧载荷信息、地形坡度坡向信息、火线长度、过火面积、火场风速风向、温湿度传输至森林火灾灭火救援指挥平台(18)作可视化展示，为林火灭火救援提供实时决策辅助。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221021 |