[01256407]消防无人机低空灾难监测监控技术

课题来源与背景本课题来源于广东省科技计划项目，项目名称：消防无人机低空灾难监测监控技术，项目编号：2013B020200006。

本项目以无人直升机为平台，在此基础上装载可见光和红外组成的双目摄相机和云台，设计并实现了一套森林火灾的实时监测与跟踪系统。

传统的森林火灾监测有瞭望塔台和人工观察员的方法，这两种方法受到空间的限制，而且通常需要大量的人员，甚至可能对人员的人身安全造成威胁。

随着技术的新发展，过去几十年来，森林火灾监测主要依靠地面火灾监测、无人机和卫星监测。使用无人机进行林火监测的优势在于：1)可在恶劣天气下长时间保持极低高度的飞行，可获取高清晰度和精度的观测数据;2)由于无人直升机具有定点悬停的功能，传感器可在任意高度对任意地点进行任意角度的定点连续观测，不仅观测范围广，对观测条件的限制少，而且有助于提高观测的可靠性;3)无人直升机有任意地点起降的灵活优势，对于突发事件的准备时间短，可提供预警系统的实时性。

一般来说，比较成熟的图像火灾检测是从静态背景的图像中分割出火焰区域，但在无人机上应用图像火灾检测时背景一直处于动态变化中，为了解决这个问题，一些研究学者提出了一些方法。

Miller提出将图像的亮度阈值和运动补偿、模式分类相结合实现背景减除。

Huang在2010年提出了一种累积帧差分法用于检测图像中的运动像素。

作为最有前景的运动分析技术之一，光流法也被广泛应用。

尽管如此，这些方法中的相机运动都是必须事先知道的，因此需要更有效的在线运动估计策略，同时也与选择合适的无人机平台以及传感器、自主导航和控制算法以及无人机与其他遥感技术如何结合等问题有关。

本项目通过在小型无人直升机上搭载摄像头及云台，再对拍摄的图像进行图像处理识别火灾，利用云台带动摄像头转动对火灾进行实时跟踪，可以达到实时有效地进行灾害监测，进行早期预警。

2. 技术原理及性能指标

技术原理：（1）基于红外图像的火灾识别技术;（2）基于云台的火灾跟踪技术;（3）基于小型无人机平台的火场定位技术。

性能指标：

（1）消防无人机系统：GPS/INS定位，自主飞行，操作半径20 公里，巡航速度50公里/小时，飞行时间≥60分钟，图像传输时延≤500毫秒;

（2）早期火源探测达到：0.5平方米火源探测定位精度0.5米（无人机飞行高度50米），0.5平方米火源探测误判率≤15%，（明火暗火、浓烟覆盖，无人机飞行高度50米），设计地面火灾GIS 系统。

3. 技术的创造性与先进性

创造性：

1)面向火灾应急监测的多源多尺度信息采集与融合;基于三维航路传感信息的火场环境重建;

2)无人机自主探测路径规划;多无人机协同灾难监测;

3)实际消防无人机灾难应急立体监测与辅助决策系统示范应用。

先进性：

1)基于红外图像的火灾识别技术，能够很快的提取疑似火灾区域的特征进行识别，实现对图像快速识别，识别率能达到88.31%;

2)基于云台的火灾跟踪技术。引入DSP处理技术，加快对图像的处理识别速度，保证传输的火灾位置信息速率达到云台跟踪要求，使得火灾区域始终在红外图像中;

3)基于小型无人机平台的火场定位技术。通过结合无人机的经纬度、高度和姿态信息以及云台的姿态信息，能够迅速得到当前位置计算出的火灾位置。

经试验，火灾定位的误差为0.3115m，能够实现对火场的精确定位。

技术的成熟程度，适用范围和安全性本项目样机已研制完成，可用于林火监测，经过多次试验调试，目前飞行稳定，搭载视觉系统能准确捕获火源信息。

应用情况及存在的问题目前处于样机研制完成阶段，本项目所使用的路由器传输距离有限，可考虑使用传输距离更远的设备;图传设备传输距离较短，要飞行更远的距离，需采用功率更大、传输距离更远的图传套装;可考虑使用图像采集帧率更高的红外热像仪;云台在跟踪过程有时会出现轻微抖动和卡顿，需改进云台算法，使图像处理与云台控制配合更顺畅。

暂无获奖信息。