CN209567077U - 一种用于森林防火的监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于森林防火的监测装置，包括飞行器支撑架、无刷电机、螺旋桨、太阳能电板、二轴云台、航拍相机、存储器、减震装置、防热罩、主控芯片、模式选择模块、自稳模块、OSD模块、图像处理模块、图像传输模块、GPS模块、数据处理装置、数传发射装置和电源稳压模块；在支撑架的连接臂四个方位安装了防碰撞装置，底部安装了防热罩，并用锂电池和太阳能供电续航，通过航拍相机和GPS实时监控森林灾情，识别到灾情后，切换为应招模式。本实用新型中的监测装置结构精巧，操作灵活，实用性强，不易被撞毁，飞行速度快，采用模块安装方式易于维修、改装，而且智能化程度高，有效地提高了在森林防火监测的效率，适用范围极广。

Description

一种用于森林防火的监测装置

技术领域

本实用新型属于遥控监测的技术领域，尤其涉及一种用于森林防火的监测装置。

背景技术

森林最怕的是森林火灾，也是林业等最可怕的灾害。我国生态建设的主体是林业，林业在保持经济持续发展和社会稳定发展中扮演着不可替代的角色，我国既有丰富的森林资源，但也是森林火灾频发的国家。该怎样有效地运用高科技等方法来解决林业资源调查、森林火灾防控等问题，是林业工作的重点。现如今，更多的新技术和新设备在国外森林防火中已经应用了，此方面的技术需求在我国也是也日益增强，现有的卫星遥感、飞机巡航、火灾现场监测等技术方法存在监测覆盖面小，监测有死角、烟雾条件下无法观察地下火等问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于森林防火的监测装置，可以有效提高森林防火监测性能。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供的一种用于森林防火的监测装置，包括飞行器支撑架、无刷电机、螺旋桨、太阳能电板、二轴云台、航拍相机、存储器、减震装置、主控芯片、模式选择模块、自稳模块、OSD模块、图像处理模块、图像传输模块、GPS模块、数据处理装置、数传发射装置和电源稳压模块；

所述飞行器支撑架上方安装太阳能电板，所述飞行器支撑架四个方位上均设有连接臂，所述连接臂的末端安装无刷电机和螺旋桨，所述螺旋桨设置在无刷电机上；所述连接臂与飞行器支撑架相连的一侧安装有减震装置，减震装置上安装有主控芯片，所述模式选择模块、自稳模块、OSD模块、图像处理模块、图像传输模块以及GPS模块均与主控芯片连接；所述模式选择模块还与无刷电机、二轴云台、航拍模块、图像处理模块连接；所述自稳模块与数据处理装置、无刷电机相连接；

所述减震装置下方安装有数据处理装置，数据处理装置一侧有数传发射装置，数传发射装置一侧安装有存储器；所述支撑架一侧安装有二轴云台，二轴云台上安装有航拍相机；所述支撑架下方有电池仓，电池仓内安装有可拆卸电池，可拆卸电池一侧安装有电源稳压模块。

作为优选的技术方案，所述连接臂通过螺丝安装在飞行器支撑架上。

作为优选的技术方案，所述太阳能电板与电池通过导线相连接，电池通过导线与电源稳压模块相连接，电源稳压模块通过导线与主控芯片连接。

作为优选的技术方案，所述二轴云台包含X轴和Y轴双电机，该二轴云台通过支架固定在飞行器支撑架下方。

作为优选的技术方案，所述航拍相机通过卡扣固定在二轴云台上，与存储器通过数据线连接。

作为优选的技术方案，所述自稳模块中包括陀螺仪和加速度计传感器。

作为优选的技术方案，所述无刷电机下方安装有防碰撞装置，所述防撞装置通过螺丝固定在连接臂上。

作为优选的技术方案，在连接臂四个方位的下方均设有地面支架，地面支架和连接臂之间通过螺丝固定。

作为优选的技术方案，所述电池仓的下方安装有防热罩，所述防热罩通过螺丝固定在电池仓下方，并包裹整个电池仓。

作为优选的技术方案，所述飞行器支撑架为使用碳纤维复合材料制得的支撑架。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本实用新型采用双模式监测策略，运用监测装置上多个模块协调配合，确定飞行模式。在没有监察到森林火情时，监测装置默认使用巡航模式；当监测装置采集到的照片经过图片处理模块处理后，识别到疑似发生森林火灾后，将会自动启用应招模式，将对疑似火灾的地点进行GPS定位。运用双模式的方式，能够智能地切换模式，解决了以往监测装置无法自主确定森林火灾应对措施，只能依靠人工进行防火监测的缺陷，既节省了人工成本，又节约了资源的损耗

(2)本实用新型中的用于森林防火的监测装置的自稳模块中装有陀螺仪和加速度计传感器，两个传感器相辅相成，将监测装置实时动态数据传输到主控芯片，调整无刷电机转速，使监测装置在高空中飞行更加稳定。

(3)本实用新型中的用于森林防火的监测装置采用锂电池和太阳能供电两种方式，太阳能电板能在高空中采到更多光源，将光能转化为电能，给锂电池提供源源不断的电能，使监测装置的续航能力大幅度提升。也能在监测装置未执行任务时，通过太阳能自行供电。解决了以往监测装置巡航能力差，飞行时间短，需人工给锂电池充电的弊端。

(4)本实用新型中的用于森林防火的监测装置通过GPS定位和航拍相机实时监控识别森林灾情，同时配合无线传感器技术有利于将监测装置位置信息和森林动态信息传输到地面监测***，便于后台监测***的工作人员及时采取适当的措施，使森林防火监测性能得到提升。本实用新型设计合理，智能化程度高，建设成本低，有效地提高了监测装置在森林防火监测的性能。

(5)本实用新型中的用于森林防火的监测装置在连接臂四个方位安装了防碰撞装置，在支撑架底部安装了防热罩。确保监测装置在飞行时遭到意外情况时，降低监测装置的损坏程度，在执行森林火灾监测任务时，防热罩能确保关键模块不受高温影响，确保监测任务顺利进行。此设计相较于此前的监测装置，损毁率将有所下降，也保证了监测装置能够在更加恶劣的环境中执行监测任务。

(6)本实用新型中的用于森林防火的监测装置的连接臂四个方位都安装有地面支架，以能在更多复杂的地形上顺利起飞，解决了以往的监测装置在应对复杂地形时起飞困难的难题。

附图说明

图1是本实用新型用于森林防火的监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型主控芯片与其他模块连接的结构示意图；

图3为本实用新型自稳模块的结构示意图；

图4为本实用新型电源稳压模块的原理示意图。

附图标号说明：1.飞行器支撑架、2.地面支架、3.无刷电机、4.螺旋桨、5.太阳能电板、6.二轴云台、7.航拍相机、8.存储器、9.减震装置、10.防碰撞装置、11.防热罩、12.主控芯片、13.模式选择模块、14.自稳模块、15.OSD模块、16.图像处理模块、17.图像传输模块、18.GPS模块、19.数据处理装置、20.数传发射装置、21.电池仓、22.电源稳压模块。

具体实施方式

因为要使本实用新型达到预想的效果、所用技术方式及优势清晰明确，因此结合下附图及施用例，对本实用新型进行更完整的解说。所以，当前讲述的案例仅用于解说本实用新型，不限于本实用新型。

实施例

如图1、图2所示，本实施例用于森林防火的监测装置，包括飞行器支撑架1、无刷电机3、螺旋桨4、太阳能电板5、二轴云台6、航拍相机7、存储器8、减震装置9、主控芯片12、模式选择模块13、自稳模块14、OSD模块15、图像处理模块16、图像传输装置17、GPS模块18、数据处理装置19、数传发射装置20和电源稳压模块22。

在本实施例中，所述飞行器支撑架1上方安装太阳能电板5，所述飞行器支撑架1四个方位上均设有连接臂，所述连接臂的末端安装无刷电机3和螺旋桨4，所述螺旋桨4设置在无刷电机上3；所述连接臂与飞行器支撑架1相连的一侧安装有减震装置9，减震装置9上安装有主控芯片12，主控芯片12一侧安装有自稳模块14，自稳模块14一侧安装有模式选择模块13，模式选择模块13一侧安装有OSD模块15，OSD模块15一侧有图像处理模块16，图像处理模块16一侧安装有图像传输模块17，图像传输模块17一侧安装有GPS模块18，所述模式选择模块13、自稳模块14、OSD模块15、图像处理模块16以及GPS模块18均与主控芯片12连接；所述模式选择模块13还与无刷电机3、二轴云台6、航拍相机7、图像处理模块16连接；所述自稳模块14与数据处理装置19、无刷电机3相连接。

在本实施例中，所述减震装置9下方安装有数据处理装置19，数据处理装置19一侧有数传发射装置20，数传发射装置一侧安装有存储器8；所述飞行器支撑架1一侧安装有二轴云台6，二轴云台6上安装有航拍相机7；所述支撑架下方有电池仓21，电池仓21内安装有可拆卸电池，可拆卸电池一侧安装有电源稳压模块22。

在本实施例中，所述连接臂通过螺丝安装在飞行器支撑架上。所述太阳能电板与可拆卸电池通过导线相连接，可拆卸电池通过导线与电源稳压模块相连接，电源稳压模块通过导线与主控芯片连接。当然上述连接方式可以根据实际的情况进行调整或者选用其他固定安装方式。

在本实施例中，

所述二轴云台6包含X轴和Y轴双电机，该二轴云台6通过支架固定在飞行器支撑架下方，通二轴云台6实现两个方向上的角度调整。

进一步的，所述航拍相机7通过卡扣固定在二轴云台6上，与存储器8通过数据线连接。

进一步的，所述自稳模块14中包括陀螺仪和加速度计传感器。

为了使监测装置的飞行更加安全，所述无刷电机3下方安装有防碰撞装置10，所述防撞装置10通过螺丝固定在连接臂上。

为了使监测装置降落时更加稳固，在连接臂四个方位的下方均设有地面支架2，地面支架2和连接臂之间通过螺丝固定。

进一步的，所述电池仓21的下方安装有防热罩11，所述防热罩11通过螺丝固定在电池仓21下方，并包裹整个电池仓21。

本实施例中，所述飞行器支撑架1为使用碳纤维复合材料制得的支撑架。当然其他材质制成的飞行器支撑架同样适用。

在本实施例中，平稳的电压电流是维持***正常工作的前提，针对该监测装置，需要选择一个平稳的输入输出电路，故选择持续供电电压为11.1V，容纳量为5200mAH的电池，持续平稳放电倍率为30C的聚合物充电钮电池，可以给电机提供充足的电力和变换出适宜遥控接收端5V电压的电源，为本实用新型提供的最小电源就是经过电子调速器分解的5V电压的电源。3.3V的电压是监测装置中图像传输模块和图像处理模块的工作电压，因此将5V电压提供电压交换为3.3V电压，为配件提供工作电压。本实用新型中采用了LM1117-3V3电路，是一款稳压电路，它能使正电压输出的低压降呈端线性，使提供电压得到限制，防止热量过高、导致线路的短路，本实用新型采用该芯片数据手册上的推荐电路用于转换电路，电路如图4所示，在实际使用中电压转换芯片正常，没有热量过高和短路问题。

本实用新型中主控芯片采用了主流的APM2.8飞控，主芯片为Atmega1280/256,PPM解码芯片为Atmega168/328负责监视模式通道的pwm信号监测，提高***安全性。如图3所示，自稳模块中包含了陀螺仪和加速度计传感器，能使监测装置在高空中应对飞速变化及其他不确定因素，使监测装置飞行更加稳定。

在本实施例中，为了使监测装置要稳定飞行，需要四个无刷电机相互配合，确保受力均匀，其中的自稳模块包括陀螺仪和加速度计传感器，陀螺仪是一个测量瞬时角速度的传感器，其原理就是，当物体处于高速旋转状态时，如果没有外力作用，物体的运动状态是不会改变的，但是由于陀螺仪存在测量误差，随着误差的积累最后的积分值会有偏差，所以单独使用陀螺仪也无法保持飞机的特定航向，还需要借助加速度计，加速度计用于测量加速度，借助一个三轴加速度计可以测得一个固定平台相对地球表面的运动方向，两个传感器相辅相成，将监测装置实时动态数据传输到主控芯片，调整无刷电机转速，确保监测装置稳定飞行。

所述的OSD模块，就是On ScreenDisplay，功能是在屏幕上显示字符或图形。OSD模块就是在操作者一端的显示器上显示飞行器当前的一些重要信息，以辅助操作者进行判断，常见的显示内容包括位置坐标、高度、姿态、电压、电流、速度等等。

在本实施例中，使用前，工作人员对监测装置内部程序线路进行设定，检查监测装置内部的原件是否正常运行，确保监测装置内部固定连接和有接蓄电池正常运行。

在本实施例中，监测装置飞行至森林上空，航拍相机对森林火灾情况进行实时摄影录像，并传输至存储器模块，存储器模块将图片信息传输到图片处理模块，由监测装置进行初步处理(处理过程采用常规的图像处理技术)，如果未发现疑似森林火灾时，监测装置默认使用巡查模式，不会把所拍的图片传输至地面上位机软件。当监测装置发现疑似森林火情时，应招模式将会开启，监测装置将会把疑似火灾的图片和位置信息传送至地面上位机软件进行二次处理(处理过程采用常规的图像处理技术)，监测装置将有目的性的拍摄其火灾区域，地面的上位机软件收到图片后，将会对图片进行灰度处理，分析森林火灾面积、强度，并提示警报。

在本实施例中，监测装置内部的GPS模块对森林火灾的具***置进行定位，并将定位的信息传输至数据处理装置，由数控发射器一同将数据发射至地面控制台。由地面工作人员进行审核确认后，对该地区的救灾工作进行部署。

综上所述，本实用新型通过监测装置内部的主控芯片与各数据发射模块相连接，以及模式选择模块、自稳模块、二轴云台、航拍相机、GPS模块配合设置，解决了传统森林火灾远程检查***只能静态监测某一区域森林火灾发生后所形成的局部烟雾，再确定火灾地点的弊端，达到了实现多地区动态监测，灵活飞行灵活监测，避免了传统森林火灾无法对火灾位置精准定位，大大的使监测效果得到提升，实现了森林火灾精确判定的目的。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于森林防火的监测装置，其特征在于，包括飞行器支撑架、无刷电机、螺旋桨、太阳能电板、二轴云台、航拍相机、存储器、减震装置、主控芯片、模式选择模块、自稳模块、OSD模块、图像处理模块、图像传输模块、GPS模块、数据处理装置、数传发射装置和电源稳压模块；

所述飞行器支撑架上方安装太阳能电板，所述飞行器支撑架四个方位上均设有连接臂，所述连接臂的末端安装无刷电机和螺旋桨，所述螺旋桨设置在无刷电机上；所述连接臂与飞行器支撑架相连的一侧安装有减震装置，减震装置上安装有主控芯片，所述模式选择模块、自稳模块、OSD模块、图像处理模块、图像传输模块以及GPS模块均与主控芯片连接；所述模式选择模块还与无刷电机、二轴云台、航拍模块、图像处理模块连接；所述自稳模块与数据处理装置、无刷电机相连接；

所述减震装置下方安装有数据处理装置，数据处理装置一侧有数传发射装置，数传发射装置一侧安装有存储器；所述支撑架一侧安装有二轴云台，二轴云台上安装有航拍相机；所述支撑架下方有电池仓，电池仓内安装有可拆卸电池，可拆卸电池一侧安装有电源稳压模块。

2.根据权利要求1所述用于森林防火的监测装置，其特征在于，所述连接臂通过螺丝安装在飞行器支撑架上。

3.根据权利要求1所述用于森林防火的监测装置，其特征在于，所述太阳能电板与电池通过导线相连接，电池通过导线与电源稳压模块相连接，电源稳压模块通过导线与主控芯片连接。

4.根据权利要求1所述用于森林防火的监测装置，其特征在于，所述二轴云台包含X轴和Y轴双电机，该二轴云台通过支架固定在飞行器支撑架下方。

5.根据权利要求1或4所述用于森林防火的监测装置，其特征在于，所述航拍相机通过卡扣固定在二轴云台上，与存储器通过数据线连接。

6.根据权利要求1所述用于森林防火的监测装置，其特征在于，所述自稳模块中包括陀螺仪和加速度计传感器。

7.根据权利要求1所述用于森林防火的监测装置，其特征在于，所述无刷电机下方安装有防碰撞装置，所述防碰撞装置通过螺丝固定在连接臂上。

8.根据权利要求1所述用于森林防火的监测装置，其特征在于，在连接臂四个方位的下方均设有地面支架，地面支架和连接臂之间通过螺丝固定。

9.根据权利要求1所述用于森林防火的监测装置，其特征在于，所述电池仓的下方安装有防热罩，所述防热罩通过螺丝固定在电池仓下方，并包裹整个电池仓。

10.根据权利要求1所述用于森林防火的监测装置，其特征在于，所述飞行器支撑架为使用碳纤维复合材料制得的支撑架。