一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置及方法制造方法及图纸

一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置及方法，包括飞行控制单元，地面基站，无人机载体，机载红外热成像模块，机载可见光相机模块，火灾识别软件模块，同步触发软件模块，图像处理模块，图传软件模块，数据存储模块，定位模块，电池及无线通信模块；本发明专利技术弥补各单项技术的不足，从大到小，逐步缩小范围，使得本发明专利技术能够准确地确认着火点的中心位置、温度值，为后续灭火提供依据。在煤矸石山着火点监测领域具有重要意义，有很好的商业前景。

UAV device and method for monitoring ignition point of coal gangue hill

An UAV device and method used for monitoring the ignition point of Coal Gangue Mountain, including flight control unit, ground base station, unmanned aerial vehicle, airborne infrared thermal imaging module, airborne visible light camera module, fire recognition software module, synchronous trigger software module, image processing module, graph transmission software module, data storage, and data storage. The invention can make up for the central position of the ignition point and the temperature value of the ignition point, and provide the basis for the subsequent fire extinguishing. It is of great significance in the field of coal gangue fire monitoring and has good commercial prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置及方法
本专利技术涉及煤矸石山着火点监测管理设备领域，特别涉及一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置及方法。
技术介绍
煤炭作为最重要的能源物质一直受到重视，并保持大量开采，煤矸石是煤炭开采中的伴生可燃物，产出量约占煤炭产量的10％～20％，年产量约为3.5～7亿吨。由于我国煤矸石综合利用率不高，煤矸石堆积不可避免。目前，我国现存矸石山量大，堆积量达50亿吨。煤矸石堆积不仅对矿区环境造成了严重的污染，且易发生自燃、爆炸、垮塌等生态灾难，已经成为国内外关注的热点和治理难点。自燃煤矸石山综合治理的关键点是煤矸石堆放、着火点准确确定、灭火、植被恢复，其中着火点的准确确定直接关系到整个治理工程的成败。煤矸石的燃烧原理复杂，而且着火点都在地下，因此单一的测温技术很难准确的确定着火点。目前，常见的技术有以下几种；第一，凭借经验大概的确定着火的范围，这种施工常常会导致材料的严重浪费，着火点不能准确的确定，注浆过程中极易引起“井喷”事故；第二，表面测温，这种方式只能初步确定高温异常区域，不能确定着火点位置；第三，内部测温，这种方式测温深度不准确，而且只能确定着火范围，但是不能确定着火点中心位置。当前使用测温方法单一、检测效率低、着火点位置确定精度较低等缺点。针对以上技术不能准确确定着火点的中心位置和着火范围的缺点和不足，研究一种综合的测温方法，包括表面“点测温法”、“全景测温法”以及“着火点综合确定方法”等，可以准确的确定着火点的中心位置、着火范围、温度梯度就显得尤为必要。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置及方法，利用无人机结合热红外成像进行全面监测，能够机动灵活的对煤矸石山进行全面着火点监测，实时发现着火点并实时反馈，减少煤矸石山存在的火灾隐患，从而尽量减少环境大气污染。在煤矸石山着火点监测领域具有重要意义，有很好的商业前景。为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，包括飞行控制单元，地面基站，无人机载体，机载红外热成像模块11，机载可见光相机模块12，火灾识别软件模块，同步触发软件模块，图像处理模块，图传软件模块，数据存储模块，定位模块，电池10及无线通信模块7；所述无人机载体包括一机身1，机身1采用一体化碳纤维复合材料，机身1向四周延伸出多个轴2，每个轴2的端部通过接头3固连一电机4，电机4上配套有旋翼5，旋翼5外设置有防止碰撞的护罩13，机身1下部形成中空的架体9，架体9内固定电池10，电池10为整个设备供电，架体下通过螺栓固定有机载红外热成像模块11，机载可见光相机模块12；所述机载红外热成像模块采用XGA面阵非制冷红外焦平面探测器，像元尺寸14μm，阵列规模达到XGA规模1024×768，噪声等效温差NETD小于50mK；采用ARM多核处理器，嵌入式linux系统，可以写入火点识别和图像处理算法，设备前端对火点完成识别，直接输出报警信息，降低对数据链路的要求；所述机载可见光相机模块采用1"ProgressiveScanCCD传感器；1个RJ4510M/100M/1000M自适应以太网口,1个RS-485接口；采用JPEG编码，图片质量可设；所述火灾识别软件模块，由红外相机拍摄热辐射图像，红外14bit原始图像进入嵌入式linux系统，火灾报警程序对红外图像进行温升、温差、绝对温度值处理，确定红外图像中温度值最高的区域，对高温区域进行标记和跟踪并输出高温的温度值；其中温度值以灰度值表示，同时对比报警阈值，高温区域的温度值高于阈值时，通过网络向地面基站输出报警信号，同时通过IO接口向飞行控制单元发送指令，使无人机悬停，记录当前GPS信息；所述同步触发软件模块，配合无人机载体、地面基站、机载红外热成像模块，机载可见光相机模块协同工作，地面基站规划好飞行航线和拍照信息后，将飞行数据写入飞行控制单元中，飞行控制单元按照设置的数据自动规划飞行速度、线路和拍照方式；同步触发软件模块的指令由无人机飞行控制单元发出首先进入机载红外热成像模块，机载红外热成像模块收到指令后启动存储图像准备，同时通过串口分别给机载可见光相机模块和无人机飞行控制模块反馈命令，反馈命令启动可见光相机抓拍和飞行控制单元的GPS记录；机载红外热成像模块和机载可见光相机模块存储照片和GPS记录通过控制通信的顺序和时间差，把延迟精确控制在10ms内，提高信息同步的精度；所述图像处理模块，自适应多种品牌的红外相机，通过相机的LVDS串口读取和解析相机的图像信息和各种控制信息，通过处理器对获得的红外图像进行优化和格式定义，通过网络传输红外的视频流；所述图传模块，工作于5.8GhzISM频段，可流畅地传输H.264编码格式的1080P高清视频。进一步的，所述一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置还可设置激光、雷达，多种传感器。进一步的，所述机载红外热像模块对温度感应敏锐，能识别0.05℃的温度差异。进一步的，所述拍照信息包括拍照方式、重叠度，相机参数。进一步的，所述定位模块采用GPS系统。进一步的，所述无人机载体的轴在近机身侧采用可折叠结构设置。进一步的，所述无人机载体设置有六个周向均匀分布轴，每个轴端部设置一电机及旋翼。一种基于无人机的煤矸石山着火点检测方法，采用无人机对矸石山进行全表面温度快速飞行勘测，实时检测无烟高温点及冒烟点的温度，对表面热辐射图像进行绝对值计算、温差计算、温升计算，确定表面异常温度区域的范围；结合GPS的经纬度信息，确定异常温度点的坐标位置；GPS信息，对数据进行拼接，形成煤矸石山全景航拍热图，温度异常点分布图；从而对煤矸石山的着火点进行检测。进一步的，上述一种基于无人机的煤矸石山着火点检测方法，包括如下步骤：步骤一、地面基站根据煤矸石山的具体形状设定飞行区域，飞行高度，设置相机参数：分辨率，镜头焦距，像元尺寸；拍照方式:按照航点拍摄，距离拍摄，定点拍摄；图像重叠度，系统自动生成飞行轨迹；步骤二、将飞行轨迹写入飞行控制单元；步骤三、无人机按照设置轨迹飞行，飞行控制单元按照设定的拍照方式，自动发送拍照指令，指令首先进入机载红外热成像模块，机载红外热成像模块收到指令后启动存储图像准备，同时通过串口分别给机载可见光相机模块和无人机飞行控制单元反馈命令，反馈命令启动机载可见光相机模块抓拍和飞行控制单元GPS记录；步骤四、火灾识别系统实时分析红外热辐射图像，当有异常温度时识别系统通过网络图传系统向地面基站发送报警信号，并记录报警时的图像和GPS信息；步骤五、地面基站通过网络图传系统实时观看热像仪和可见光的画面，实时掌握飞行区域的动态；步骤六、飞行结束后，通过网络图传下载拍摄的红外、可见光图像和飞行控制单元中的GPS信息；步骤七、通过专业的图像分析系统导入图像和GPS信息生成检测区域的全景图；步骤八、通过专业的红外图像分析软件，分析画面中温度异常的区域，通过GPS定位异常区域的位置，为下一步灭火提供准确的数据。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，利用无人机结合热红外成像进行全面监测，能够机动灵活的对煤矸石山进行全面着火点监测，实时发现着火点并实时反馈，减少煤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，其特征在于，包括飞行控制单元，地面基站，无人机载体，机载红外热成像模块(11)，机载可见光相机模块(12)，火灾识别软件模块，同步触发软件模块，图像处理模块，图传软件模块，数据存储模块，定位模块，电池(10)及无线通信模块(7)；所述无人机载体包括一机身(1)，机身(1)采用一体化碳纤维复合材料，机身(1)向四周延伸出多个轴(2)，每个轴(2)的端部通过接头(3)固连一电机(4)，电机(4)上配套有旋翼(5)，旋翼(5)外设置有防止碰撞的护罩(13)，机身(1)下部形成中空的架体(9)，架体(9)内固定电池(10)，电池(10)为整个设备供电，架体下通过螺栓固定有机载红外热成像模块(11)，机载可见光相机模块(12)；所述机载红外热成像模块采用XGA面阵非制冷红外焦平面探测器，像元尺寸14μm，阵列规模达到XGA规模1024×768，噪声等效温差NETD小于50mK；采用ARM多核处理器，嵌入式linux系统，可以写入火点识别和图像处理算法，设备前端对火点完成识别，直接输出报警信息，降低对数据链路的要求；所述机载可见光相机模块采用1"Progressive Scan CCD传感器；1个RJ45 10M/100M/1000M自适应以太网口,1个RS‑485接口；采用JPEG编码，图片质量可设；所述火灾识别软件模块，由红外相机拍摄热辐射图像，红外14bit原始图像进入嵌入式linux系统，火灾报警程序对红外图像进行温升、温差、绝对温度值处理，确定红外图像中温度值最高的区域，对高温区域进行标记和跟踪并输出高温的温度值；其中温度值以灰度值表示，同时对比报警阈值，高温区域的温度值高于阈值时，通过网络向地面基站输出报警信号，同时通过IO接口向飞行控制单元发送指令，使无人机悬停，记录当前GPS信息；所述同步触发软件模块，配合无人机载体、地面基站、机载红外热成像模块，机载可见光相机模块协同工作，地面基站规划好飞行航线和拍照信息后，将飞行数据写入飞行控制单元中，飞行控制单元按照设置的数据自动规划飞行速度、线路和拍照方式；同步触发软件模块的指令由无人机飞行控制单元发出首先进入机载红外热成像模块，机载红外热成像模块收到指令后启动存储图像准备，同时通过串口分别给机载可见光相机模块和无人机飞行控制模块反馈命令，反馈命令启动可见光相机抓拍和飞行控制单元的GPS记录；机载红外热成像模块和机载可见光相机模块存储照片和GPS记录通过控制通信的顺序和时间差，把延迟精确控制在10ms内，提高信息同步的精度；所述图像处理模块，自适应多种品牌的红外相机，通过相机的LVDS串口读取和解析相机的图像信息和各种控制信息，通过处理器对获得的红外图像进行优化和格式定义，通过网络传输红外的视频流；所述图传模块，工作于5.8Ghz ISM频段，可流畅地传输H.264编码格式的1080P高清视频。...

【技术特征摘要】
1.一种用于煤矸石山着火点监测的无人机装置，其特征在于，包括飞行控制单元，地面基站，无人机载体，机载红外热成像模块(11)，机载可见光相机模块(12)，火灾识别软件模块，同步触发软件模块，图像处理模块，图传软件模块，数据存储模块，定位模块，电池(10)及无线通信模块(7)；所述无人机载体包括一机身(1)，机身(1)采用一体化碳纤维复合材料，机身(1)向四周延伸出多个轴(2)，每个轴(2)的端部通过接头(3)固连一电机(4)，电机(4)上配套有旋翼(5)，旋翼(5)外设置有防止碰撞的护罩(13)，机身(1)下部形成中空的架体(9)，架体(9)内固定电池(10)，电池(10)为整个设备供电，架体下通过螺栓固定有机载红外热成像模块(11)，机载可见光相机模块(12)；所述机载红外热成像模块采用XGA面阵非制冷红外焦平面探测器，像元尺寸14μm，阵列规模达到XGA规模1024×768，噪声等效温差NETD小于50mK；采用ARM多核处理器，嵌入式linux系统，可以写入火点识别和图像处理算法，设备前端对火点完成识别，直接输出报警信息，降低对数据链路的要求；所述机载可见光相机模块采用1"ProgressiveScanCCD传感器；1个RJ4510M/100M/1000M自适应以太网口,1个RS-485接口；采用JPEG编码，图片质量可设；所述火灾识别软件模块，由红外相机拍摄热辐射图像，红外14bit原始图像进入嵌入式linux系统，火灾报警程序对红外图像进行温升、温差、绝对温度值处理，确定红外图像中温度值最高的区域，对高温区域进行标记和跟踪并输出高温的温度值；其中温度值以灰度值表示，同时对比报警阈值，高温区域的温度值高于阈值时，通过网络向地面基站输出报警信号，同时通过IO接口向飞行控制单元发送指令，使无人机悬停，记录当前GPS信息；所述同步触发软件模块，配合无人机载体、地面基站、机载红外热成像模块，机载可见光相机模块协同工作，地面基站规划好飞行航线和拍照信息后，将飞行数据写入飞行控制单元中，飞行控制单元按照设置的数据自动规划飞行速度、线路和拍照方式；同步触发软件模块的指令由无人机飞行控制单元发出首先进入机载红外热成像模块，机载红外热成像模块收到指令后启动存储图像准备，同时通过串口分别给机载可见光相机模块和无人机飞行控制模块反馈命令，反馈命令启动可见光相机抓拍和飞行控制单元的GPS记录；机载红外热成像模块和机载可见光相机模块存储照片和GPS记录通过控制通信的顺序和时间差，把延迟精确控制在10ms内，提高信息同步的精度；所述图像处理模块，自适应多种品牌的红外相机，通过相机的LVDS串口读取和解析相机的图像信息和各种控制信息，通过处理器对获得的红外图像进行优化和格式定义，通过网络传输红外的视频流；所述图传模块，工作于5.8GhzI...

【专利技术属性】
技术研发人员：费金彪，邓军，金永飞，文虎，陈晓坤，翟小伟，刘文永，王凯，郭军，何毅，
申请(专利权)人：西安科技大学，西安天河矿业科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61