[发明专利]一种森林火场低空无人机监测预警系统及方法

权利要求书

1.一种森林火场低空无人机监测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，获取火场图像

采用高空拍摄手段获取火场的完整图像，根据获取的图像，采用边缘检测算法获取火场图像边缘；

步骤2，根据主风向建立坐标系

得到火场主风向，取主风向上的火场边缘最左侧点A，建立x轴，x轴过A点且与主风向平行，取x轴与火场边缘两交点之间的中点为原点O，过原点建立y轴；

步骤3，根据坐标轴布设无人机

取坐标轴与火场边缘各交点，沿坐标轴在每个交点处远离火场方向距离n和m处分别设置近场和远场无人机，无人机上均搭载有风速风向传感器；

在火场上方设置主视无人机，用于实时获取火场整体边缘；

步骤4，确定火场边缘外侧各无人机布点位置的风向与主风向夹角；

远场无人机和近场无人机分别采集所在位置的风速和风向，计算各无人机布点位置的风向与主风向夹角；

步骤5，计算主风向上的风速大小；

其中：表示主风向上的风速大小，单位：米/秒；i表示近场无人机编号，i＝1,2,3,…I；j表示远场无人机编号，j＝1,2,3,…J；v_i、v_j分别为近场和远场无人机所测风速大小，单位：米/秒；θi、θj分别表示近场和远场无人机所测风向与主风向的夹角；ω₁、ω₂分别表示近场和远场无人机的风速系数；

步骤6，定期获取火场整体图像并更新各无人机位置

通过主视无人机定期获得火场整体图像，并重新执行步骤2-3，更新近远场无人机和主视无人机的位置。

2.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法，其特征在于：还包括步骤7，根据火场图像整体移动以及火场边缘风速风向变化，向现场扑救人员发送预警信息。

3.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法，其特征在于：所述步骤1中，火场的完整图像利用卫星图像获取，或采用设置在火场上方高处的无人机拍摄。

4.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法，其特征在于：所述步骤2中，A点的获取方法为：沿主风向画与主风向平行的若干条直线，这些直线与火场边缘产生交点，取最左侧交点为点A。

5.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法，其特征在于：所述步骤3中，位于主风向上且处于下风口的近远场无人机的距离n和m分别乘以一个大于1的系数。

6.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法，其特征在于：所述步骤3中，在坐标轴上过原点做切割线，切割线与火场边缘均形成两个交点，沿切割线在每个交点处远离火场方向距离n和m处分别设置近场和远场无人机，无人机上均搭载有风速风向传感器。

7.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法，其特征在于：所述步骤5中，ω₁+ω₂＝1。

8.根据权利要求1所述的森林火场低空无人机监测预警方法，其特征在于：近远场和主视无人机上均设置温度传感器，温度传感器获取无人机处的温度并传输至无人机控制器中，当温度超过预先设定的阈值上限时，令无人机升高。

9.一种森林火场低空无人机监测预警系统，其特征在于：包括若干近场无人机、若干远场无人机、主视无人机、数据中心、若干终端，近远场无人机上均搭载有风速风向传感器，传感器获取的数据发送至数据中心和终端；主视无人机上搭载有摄像设备，获取的图像数据传输至数据中心；数据中心用于获取各无人机发送来的数据、进行计算分析后控制无人机，并与终端进行通讯；数据中心包括：

图像获取模块，用于获取火场图像，采用高空拍摄手段获取火场的完整图像，根据获取的图像，采用边缘检测算法获取火场图像边缘；

坐标系建立模块，用于根据主风向建立坐标系，得到火场主风向，取主风向上的火场边缘最左侧点A，建立x轴，x轴过A点且与主风向平行，取x轴与火场边缘两交点之间的中点为原点O，过原点建立y轴；

无人机控制模块，用于根据坐标轴布设无人机，取坐标轴与火场边缘各交点，沿坐标轴在每个交点处远离火场方向距离n和m处分别设置近场和远场无人机，无人机上均搭载有风速风向传感器；在火场上方设置主视无人机，用于实时获取火场整体边缘；

计算模块，用于计算主风向上的风速大小；

远场无人机和近场无人机分别采集所在位置的风速和风向，计算各无人机布点位置的风向与主风向夹角；

计算主风向上的风速大小；

其中：表示主风向上的风速大小，单位：米/秒；i表示近场无人机编号，i＝1,2,3,…I；j 表示远场无人机编号，j＝1,2,3,…J；v_i、v_j分别为近场和远场无人机所测风速大小，单位：米/秒；θi、θj分别表示近场和远场无人机所测风向与主风向的夹角；ω₁、ω₂分别表示近场和远场无人机的风速系数；

更新模块，用于定期获取火场整体图像并更新各无人机位置；通过主视无人机定期获得火场整体图像，并重新执行坐标系建立模块和无人机控制模块，更新近远场无人机和主视无人机的位置；

预警模块，用于根据近远场无人机获取的风速风向数据，及时向现场扑救人员发送数据及发出预警。