基于APM飞控航模的侦测吊舱在森林防火预警中应用

来源: 发布时间:2019-09-18 浏览次数:340

基本信息

第一作者姓名:丁琢恒

性别:男

民族:汉族

第一作者学校:常德芷兰实验学校

第一作者人所在年级:七年级

第一作者人所在年级:

性别:

民族:

第二作者人所在学校:

第二作者人所在年级:

辅导教师姓名:张才友


作品摘要

*结构组成:

Arduino主控、APM自动飞控、航模飞机、侦测吊舱、火焰传感器、MQ-2烟雾传感器、

GPS/短信模块、5.8Ghz无线图传系统

*主要特征:

1、利用低成本高效率的航模,代替日常的森林防火巡查。

2、此设备防火巡查不仅速度快,而且每天可以操作多次。

3、人员不宜行走的地方,可以快速完成巡查。

4、设备监测到异常情况,会通过GPS/短信模块向管理平台发送位置信息。

5、APM飞控+5.8Ghz无线图传系统,飞控定义路线、高度,图传可以实时查看图像,并可以人工接

*主要用途:

用于侦测小型林场异常的烟雾、起火或者有人生火,并发送异常地点位置到控制中心;机身安装远程的图传设备,管理者可以直接看见巡查实况。 

*创新点:

1、弥补卫星运用在小型林场防火预警中的不足。

2、GPS/短信模块+arduino主控、火焰传感器、烟雾传感器与航模飞机结合,应用于小型林场防火预警,巡查速度快,定位准确,反馈及时。


作品说明

*问题提出:

*提出的问题和解决的问题:

虽然卫星已经运用在森林防火中,但是有些小型林场不一定能及时得到卫星数据。小型林场防火中还需要人工巡查,耗时耗力。目前航模飞机自动飞行技术已比较成熟,我们能否利用低成本效率高的航模代替我们日常的巡查呢?

研究问题的原因和意义:

森林火灾直接危害到国家的财产和人民的生命,现有的小型林场火灾预警系统还不够完善,卫星技术虽然已经运用在森林防火中,但是有些小型的林场不一定能及时得到卫星数据。

*解决方案:

解决问题的办法:

 ①首先我们利用APM自动飞控安装在航模飞机上,前期通过GPS定义飞行的巡查线路。再利用遥控起降飞机,起飞后即可进入自动飞行工作模式。大致阶段分为手动模式(起降)、巡航模式、返航模式,这样我们就只需要20分钟就可以跑完平时5-8小时都难走完的山路;

 ②为了侦测异常,我们在飞机下方开发一个侦测吊舱,里面配置设备:火焰传感器,可以侦测火焰燃烧产生的紫外线(对红外线不敏感);MQ-2烟雾传感器,我们可以侦测山异常的烟雾,可以检测出起火或者有人生火;GPS/短信模块+arduino主控,在检测数据达到我们预设的值,或者单位时间检测异常的次数过,可以发送异常地点位置内容短信回到控制中心 ;

  ③机身上安装了5.8Ghz无线图传系统,管理者可以直接查看实况。

发明研究的重点:

森林火焰、烟雾侦测传感器的选择与测试;数据的传输速度和稳定性。

发明研究的难点:

设备测试高度与实际使用高度,传感器对烟雾和火焰的灵敏度;

设备返航时着陆的精确度。

发明研究的难点:

设备测试高度与实际使用高度,传感器对烟雾和火焰的灵敏度;

设备返航时着陆的精确度。

本发明使用方法、附图说明性文字:

遥控起飞---起飞后GPS定义飞行的巡查线路,进入自动飞行模式---设备检测到异常数据

---发送信息与数据到管理平台---管理者通过无线图传系统查看现场情况

---确认信息是否准确---通知相关部门灭火---设备返航

*使用或试用效果:

经过多次调试和改进判定的算法,各传感器都有较高的识别率,Arduino主板运行也很正常。我们常德市体育中心,进行了试飞,航模飞机完全可以承受吊舱重量,吊舱设备电量足够,整个装置具有较好智能性、精确性。

*优点:

1、智能设备监测+实时图像传输让监测更准确,及时发现火灾隐患。

2、无人机飞行速度快,使得预警侦测高效,为灭火赢得宝贵时间。

3、可弥补卫星在小型林场火警预警的不足,节省人力物力财力。

4、可操作性强,运行稳定。

*还需进一步研究的问题:

1、虽然装置测试效果较好,但还可以调整程序和侦测吊舱结构,让系统检测和控制更精准。

2、可以考虑选择更加精密的传感器,增强检测灵敏度。

3、设备抗干扰能力不强,容易受外界环境的影响(温度、湿度、灰尘等因素)。


作品图片


查新说明

*查新网址与关键词:

本发明经过我和老师查询资料和请教专家,均没有发现有完全相同之处,本发明有独到之处。我们国家知识产权局专利检索及分析网站、中国专利信息网、中国知网、百度、google等地方进行了查新。查询到有森林火警终端装置、森林火警预警系统等,但是没有查询到智能装置结合无人机在侦测在小型林场防火预警中应用的相关发明。

*与本发明最相近的发明专利、研究文献的名称与摘要:

CN201711438334.7 “一种高效的森林火灾预警系统”

摘要:本发明提供了一种高效的森林火灾预警系统,包括第一信息采集单元、第二信息采集单元、分析单元和预警单元,所述第一信息采集单元用于采集森林不同的遥感源图像,对不同源图像进行图像融合,并将融合后的图像传送至分析单元,所述第二信息采集单元用于采集森林中的温度信号和视频信号,并将采集到的信号传送至分析单元,所述分析单元用于根据融合图像和采集到的信号分析发生森林火灾的可能性,所述预警单元用于根据分析结果发出森林火灾预警。本发明的有益效果为:实现了森林火灾的准确预警,提高了森林防火水平。 

CN201610275445.X “一种微生物燃料电池供电的森林火灾预警系统”

摘要:本发明涉及一种微生物燃料电池供电的森林火灾预警系统,包括GSM传输系统,所述GSM传输系统与若干ZigBee协调器连接,每一ZigBee协调器与若干采集终端节点连接,所述采集终端节点以星型拓扑结构设置于森林中以采集森林的温度、湿度、烟雾浓度、压力及光照强度数据;所述GSM传输系统还与集中控制器连接,所述集中控制器与远程设置的PC机连接;还包括微生物燃料电池,所述微生物燃料电池与所述采集终端节点、ZigBee协调器、GSM传输系统连接,为其供电;本发明还涉及一种微生物燃料电池供电的森林火灾预警系统的实现方法。本发明无需使用人工电源就能对系统提供不间断的能源供给,对森林火灾的持续实时检测和预警意义重大。

*自我查新结论:

新颖