无人机载森林防火告警系统设计

ｒ
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北斗 接 收模块
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ｕ 光学 红 外 探 系 统 测 器 ＜ 控 制器
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控制
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１
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起 火 点 红外 探 测 模 块

电 路＾
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国 家 自 然科学基金
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１
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通 信联 系 人 Ｅ
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ｍ ａ ｉ ｌ ｚ ｈｗ ２ ５ ０ ５ ５ ＠
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１
６３ ｃ ｏｍ
．
第
１
期

樊浩然
，
等
：
无 人 机 载 森林 防 火 告 警 系 统设 计

７５
１
弓 言 减 少 巡 视 时 间
丨
，
无人 机 通 过 开 发 程 序 规 划 理 想 航
一
准确 地对 起 火 点 进行 定 位
。
，
无 需 人 员 实 时 监视
，
为 森 林 火 灾 预 防及火
灾 的 快 速 扑 救 指 挥 提供 了
种 解 决方 案
；
关键词
：
森林 防火
：
．
；
四 旋 翼 无人 机
北 斗 接 收模 块
：
；
红 外探 测 器Leabharlann Baidu
：
中图 分 类号
Ｓ ７ ７６ ２ ９
，
测 识别 相 关 的 研 究 大 多 采 用 可 见 光影 像 林 火 探 测 工 作 人 员 的方式
虽 然能 准 确 定 位着 火 点 的 位 置
，
，
或 者 直接 传 递 给 消 防 部 门
。
，
为森林火
但 实 灾 的 快 速 扑 救 指 挥 提 供 数 据 支 撑
１
，
系 统 组 成框 图
第
１
２
卷

第
１
１
期
大
气
与
环
境
光
学
学
报Ｖ
ｏｌ
．
１
２
Ｎ ａ ｌ
２０ １ ７
年

月 Ｊ Ｏ ＵＲ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ ＡＴ Ｍ Ｏ Ｓ Ｐ Ｈ ＥＲ Ｉ Ｃ Ａ Ｎ Ｄ ＥＮ ＶＩ Ｒ Ｏ Ｎ Ｍ Ｅ Ｎ ＴＡ Ｌ Ｏ Ｐ Ｔ Ｉ Ｃ Ｓ Ｊ ａｎ ２０ １ ７
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ｓ ｓ ｃｈｅ ｍ ｅ
．
Ｔ ｈｅ ｒ ｅｓ ｕ ｌｔ ｓ
ｈｏｗ ｔ ｈ ａｔ ｔ ｈｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ａｎ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｒ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎｔ ｑｕ ｉ ｃ ｋ ｌ ｙ ａｎ ｄ ａ ｃｃ ｕ ｒ ａ ｔｅ ｙ ｗ ｉ ｔｈ ｏ ｕｔ ｐ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎａｌ ｒ ｅ ａ ｌ
．
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．
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３ ６ １ ４ １ ２ ０ １ ７ ０１ ０ １ ０
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＊
Ｌ
歷整
」
无 人机 载 森林 防 火 告警 系 统 设 计
樊浩然
（
＼
王
，
云
＼
张宏伟
？
１
滁州中学
安徽
，
滁 州 ２３ ９０ ０ ０
；
２
电 子工 程 学 院
，
安徽
合 肥 ２ ３ ０ ０ ３ ７
）
摘
要 森 林 防 火 监 测 与 告 警手段 多 样
：
。
无 人 机 平 台 具 有 运 行费 用 少
、
操作 简 便
，
、
机 动 灵 活等 特 点
，
在
巡护 监 测 林 火 中 前 景广 阔 人 机 为 巡 检平 台
的 实用性
，
道周 期的 限制 覆盖区域有限
、
实 时 性和 分 辨 率 受 限
塔 台 观 测 本 方 案 使 用 应 用 广 泛 的 四 旋 翼 无 人 机
，
机上
，
需 要 组 网 配置
。
，
而 地 面 巡 视 存 在 装 载 有 北 斗 接 收 模 块
，
可 以 将 其 接 收 的 无人 机 的
ＦＡ Ｎ Ｈ ａｏ ｒ ａｎ
１
１
，
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１
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，
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，
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（
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Ｃ ｈｕ
，
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ｉ
ｎａ
；
２Ｅ ｌ ｅｃ ｔ ｒ ｏｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ
。
线
近年 来
，
，
具有
Ｖ
自
主运 行 的 能 力
国 内 采 用 的 森 林 火 灾 检 测 手段 主 要
、
包 括 卫 星 遥感
等
Ｗ
。
塔台 观测
、
地 面 巡 视 和 飞 机 巡 护
，
Ｘ Ｈ Ａ ＳＲ
卫 星遥 感 能 做 到 大 面 积 覆 盖
，
但 由 于 受 轨 ２
，
．
１
设 计方 案与 系 统 框 图
，
当 森林 中 存 在 燃
，
，
系 统 以 无 人机 为搭载 平 台
，
利 用 北 斗卫 星 烧 时
，
，
燃 烧 区 域 附 近 温 度会 急 剧 升 高
。
表
１
所示
对 无 人 机进 行精 确 定 位
在 保 证 识 别 率 的 同 时 为 地 物 背 景 与 常 见 林 火 的 温 度
， ， ，
ｓ
ｏ ｏ ｎ
．
Ｂ ａｓ ｅｄ ｏ ｎ
ｉ
ｎ ｆｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔｏ ｒ ｆｏ ｒ ｄ ｅｔ ｅ ｃｔ ｉｏ ｎ ａｎ ｄ ｗ ａ ｒｎ ｉ ｎｇ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｆ ｉｒ ｅ ｐｏ ｉ ｎｔ ａ ｆｏ ｒ ｅ ｓ ｔｆ ｉ ｒ ｅ ｗａ ｒ ｎｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔｅ ｍ
一
种 新 型 的 航 空平 台
、
近 年 来 随 器 来 计 算 起 火 点 与 无 人 机 的 位 置 关 系
。
，
着 技术 的 成 熟 已 在 气 象探 空
灾 情 监 测 等 众 多 领 标 系 的 转 换 计 算 出 起 火 点 的 经 纬 度
最后
控制
域 得 到 应用
。
但是
，
目前使用
无 人 机 进 行 林 火 探 器 将 计 算 结 果 通 过 短 信 收 发 模 块 发 送 给 控 制 中 心
、
优点 突
出
，
但 其 使 用 成 本高
，
难 以 大 规 模 运 行 范 围 内 全 天 候
。
全 天 时 为 各 类 用 户 提 供 髙精 度
，
例 如 安 装 在 西 太平 洋 双 引 擎
Ｐ ｐ ｅｒ
ｉ
纳 瓦霍
Ｎ ７０ Ｚ
飞 高 可 靠 定 位
０ ２ ｍ
．
、
导 航 服务
１
定 位精度
７
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ｆｅ ｉ
２３ ０ ０３ ７ Ｃｈ
，
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７６

大
气
与
环
境
光
学
学
报

１
２
＿
＾
表
Ｔａ ｂ
ｌ
１
背 景 与 热 源 的 温 度北 斗 接 收 模 块 接 收 的 是 定 位 物 体 的 经 纬 度 数

ｅ １
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ｂ ａｃｋ
ｇｒ ｏ ｕ ｎ
ｄ ａｎ ｄ ｈ ｅａ ｔ
据
，
需 要 将 其 转换 到 二 维 坐 标 系 中
。 ，
所以
，
国 内 目
前 多 数 林区 只 在 重 点 防 火 时 期 租 用 块
．
用 来精确 探测
、
告 警 起 火 点 的 位置
，
，
并 经过
飞 机开 展 相 关 护 林作 业
信 号 电 路处 理 将 电 信 号 传 递 给 控 制 器
，
通过控制 再通过坐
，
无 人机 作 为
；
；
ｄ ｅ ｔｅ ｃ ｔ ｏ ｒ
收稿 日 期
：
２０ １ ６
－
０８
－
０２
；
修 改 日 期
ｙ
，
２ ０ １６
－
１
０
－
１１
基金项 目
＊

ｉ
Ｓｕ ｐ ｐ
．
ｏｒｔ ｅ ｄ ｂ
Ｎ
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ｏ ｎ ａｌ Ｎ ａｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｆｏ ｍ ｉ ｔ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ （
时监 视 需 要 耗 费 大量 人 力
同 时 由 于 地 形 复 杂 如 图
，
所示
。
图 像 信 号 传输 可能会被 阻 断
从 而 耽 误 林 火 扑 救 ２
．
２
起 火 点 定 位 理论 计算
，
指挥
系统
。
本文 提 出 了
一
种 基 于 红 外 探 测 的 林 火 告警 红 外 探 测 对 温 度 十 分 敏 感
ｔ ｏ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ
．
Ｔ ｈ ｅｏ ｒ ｅｔ
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ａｌ ｃｕｌ ａｔ ｉ ｏ ｎ ａｎ ｄ ｐ ｒ ａｃｔ ｉ ｃ ａ ｌ

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ｔ ｉ ｍ ｅ ｍ ｏ ｎ ｉｔ
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，
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。
工 作 量 大 效 率 低 的 问 题 相 对 于 其 他手段 而 言 飞 机 空 中 巡 护 监 测 林 火 的 实 时 性和 适 应 性 俱 佳
经 纬 度 实 时 传递 给 控 制 器
、
北 斗卫 星导 航 系 统 由
，
，
空 间 段
地 面段 和 用 户 段三 部 分 组 成
、
可在 全 球
ｙ
．
ｗｏ ｒ ｄ ｓ
：
ｆｏ ｒ ｅｓ ｔ
ｆｉ ｒ ｅ
ｐ
ｒ ｅｖ ｅｎ ｔｉ
ｏｎ
；
ｆ
ｏｕｒ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ｕｎ ｍ ａ ｎｎ ｅ ｄ ａ ｅｒ ｉ ａ ｌ ｖｅ ｈ ｉ ｃｌ ｅ Ｂ ｅ ｉ ｄ ｏ ｕｒ ｅ ｃ ｅｉ ｖｉ ｎ ｏ ｌｅ ｉ ｎ ｆｒ ａｒ ｅ ｄ ｇ ｍ ｄｕ
，
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ｃ ｏ ｓ ｔ ｒ ｏ ｔ ｏｒ
ＵＡＶ ａ ｓ ａ


ｐ
ｌ
ａ ｔ ｆｏ ｒ ｍ
，

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文 献 榇 识 码
Ａ 文 献 编 号
１
６ ７３
－
６ １ ４１
（
２０ １ ７ ） ０ １
－
００ ７ ４ ０ ７
－
Ｄ ｅｓ
ｉ
ｇ ｎ ｏ ｆ ａ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ Ｆ
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ｒ
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Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｕ ｓ ｎ
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３
，
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设地球半径
，
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中心
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无 人 机 平 台发 模块

短信收
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图
Ｆ ｇ
ｉ
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１
系 统组 成 框 图
ｇｒ ａｍ ｏｆ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉｔ ｉｏ ｎ
ｌ
Ｂ
ｌ
ｏ ｃ ｋ ｄｉ ａ
。
，
提出 了
一
种 基 于 红 外探 测 器 对 森 林 起火 点 进 行探 测 和 吿 警
。
采用 低 成 本 四旋 翼无
北 斗接 收模 块 对 无 人 机 定 位 的 森 林 防 火 告警 系 统 通 过理 论计 算 和 实 际 举 例 验 证 了 此方 案
、
结 果 表 明 本 系 统 能 够快速
１ ０ ｍ
，
测速精
机 上 的 红 外林 火 探 测 系 统
处 理 费分 别在
５０ ０
，
其 飞 行 费 和 图 像 判 读度
和
５０ ０
／
Ｓ
，
授 时 精度
０ ｎ ｓ
。
无 人 机上 还装 载 由
美元
／
ｈ
美元
／ｄ
左 右 红 外 探 测 器 和 光学 系 统 组 成 的 起 火 点 红 外 探 测 模