森林火灾用智能观测飞行器的制作方法

1.本发明涉及火灾观测技术领域，具体为森林火灾用智能观测飞行器。


背景技术：

2.森林是重要的自然资源，对自然、经济和地球生态都具有重大意义。森林资源的保护，特别是森林火灾的预防和控制，是环境保护的一个重要环节。随着温室效应的增强，全球气候变暖，森林火灾也变得越来越频繁。而为了实现森林火灾的有效控制，森林火灾的快速监测成为必要的前提。
3.针对森林面积广阔，某些地区人迹罕至的特点，有多种途径可以实现森林火灾监测。比如，利用卫星图像系统，我们可以提供地表图像，从而判断是否有火灾发生。但卫星系统存在以下的弱点，(1)时间上的间隔性：目前固定轨道卫星没有提供高清晰度地表图像的服务，而利用环绕地球的卫星系统，一般每天环绕一次或者几次，其时间间隔太长，而且时间无法自主调节。(2)地域的局限性：卫星的飞行路径是确定的，无法按照森林火灾的可能发生的特殊情况做具体调节。(3)轨道高：受云层的影响大，导致从图像上判断火灾的误差大。另外，森林植被的辐射度随各种季节、天气等环境变化，也对从图像上判断火灾带来一定的困难，需要做各种复杂的图像数据转化和修正。
4.空中探测森林火灾的另外一种方式是借鉴气象气球，利用发放气球并载有各种火灾探测传感器件来监测，但气球比较难于实现回收。目前空中监测系统，很难实现完全意义上的实时监测，都是在一定的时间周期和间隔条件下对某些地区采样监测，而实现实时监测，需要在森林地面安放分布式的传感器，其数量上的要求和对信息传递的技术要求，使这种系统的总造价很昂贵，很难在短期内实现。
5.有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种森林火灾用智能观测飞行器，来解决目前探测森林火灾难以实现的问题，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。


技术实现要素：

6.本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
7.为此，本发明所采用的技术方案为：森林火灾用智能观测飞行器，包括：遥控飞行器、监测端盒以及固定安装于监测端盒内部的监测摄像机构、高空监测机构和近地监测机构，所述高空监测机构的一侧固定安装有烟雾监测传感器，所述监测摄像机构和高空监测机构的输出端电性连接有位于监测端盒内部的pcb控制板；所述遥控飞行器包括主控端盒、飞行臂和防护起落架，所述监测端盒固定安装于遥控飞行器的底面，所述遥控飞行器的表面设有隔热防护壳，所述遥控飞行器的输入端电信号连接有用于飞行控制的控制终端；所述监测摄像机构包括摄像组件、旋转舵机和摄像头，所述旋转舵机的输出端与摄像组件的一侧固定连接，所述摄像头固定安装于摄像组件的一侧，所述摄像头的外侧固定套接有防护球头；
8.所述高空监测机构包括热敏监测端盒、红外成像机构、热敏成像端板和热敏元件，所述热敏元件的输出端与热敏成像端板的输入端电性连接，所述红外成像机构的输出端正对热敏元件的表面，所述红外成像机构包括第一透镜、第二透镜、第三透镜以及用于固定各透镜的壳体结构，所述热敏成像端板的输出端与pcb控制板的输入端电性连接；
9.所述近地监测机构包括近地监测机构以及滑动安装于近地监测机构内部的热感活塞，所述近地监测机构的一端设有感应端子，所述近地监测机构的内部开设有膨胀液管，所述膨胀液管的内部填充有热膨液体，且近地监测机构的底面固定连接有感温翅片。
10.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述防护起落架固定安装于飞行臂的底面，且防护起落架为软胶材质构件，所述防护起落架的底面水平高度低于监测摄像机构和高空监测机构的底面水平高度。
11.通过采用上述技术方案，利用防护起落架进行飞行器的起落支撑，避免起降期间与地面撞击对观测设备造成损坏。
12.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述旋转舵机固定安装于监测端盒的内部，且所述摄像组件的两侧与pcb控制板的内侧转动连接，所述摄像头为旋转式360
°
摄像组件结构用于实时摄录影像并进行影像数字信息传递。
13.通过采用上述技术方案，利用旋转使摄像头之间全景扫描式观测，且通过摄像组件的转动驱动，执行摄像头的多角度观测。
14.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述防护球头包括高温防护球壳，所述高温防护球壳为耐高温有机玻璃材质，所述高温防护球壳的顶面设有与摄像头外侧相适配的连接端口，所述高温防护球壳的内测设有聚像透镜，所述聚像透镜呈弧面凸起结构。
15.通过采用上述技术方案，利用防护球头对摄像头进行隔热保护，以及防止烟尘干扰。
16.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜依次从下至上布置于壳体结构内部，所述第一透镜的外周设有调节环，且所述调节环的外侧与壳体结构内部螺纹连接，且所述热敏元件位于第三透镜的焦点处。
17.通过采用上述技术方案，通过第一透镜的螺纹扭转调节第一透镜与第二透镜的间距，调节成像焦距，便于在不同飞行高度进行清晰成像。
18.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述热敏监测端盒为双曲面凸透镜结构，所述第二透镜为单曲面凹透镜结构，所述第三透镜为单曲面凸透镜结构，所述第一透镜和第三透镜为锗玻璃材质构件，所述第二透镜为硒化锌玻璃材质构件，所述红外成像机构的通光的波长λ＝10640nm。
19.通过采用上述技术方案，利用硒化锌(znse)和锗(ge)高精度窗口片对可见光进行过滤，吸收和引导波长为10640nm远红外光线，进行火灾点位的精确识别。
20.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述膨胀液管内部填充的热膨液体为酒精、煤油或汞液中的一种，所述热感活塞的外侧活动套接有与近地监测机构内部相抵接的回复弹簧，所述近地监测机构和感温翅片为金属材质构件。
21.通过采用上述技术方案，通过感温翅片将环境热量传递至膨胀液管内部的热膨液体中，利用液体的受热膨胀推动热感活塞运动，进行机械式触发高温报警，反应更加稳定。
22.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述感应端子包括感应端子和设置于
感应端子内部的第一电极端子，以及活动套接于热感活塞外侧第二电极环套，所述第一电极端子位于热感活塞的一侧，所述第一电极端和第二电极环套的端部电连接有报警模块，所述报警器位于遥控飞行器的控制终端，用于执行高温报警提醒。
23.通过采用上述技术方案，将液体的受热膨胀推动热感活塞运动转换为电信号他用过遥控飞行器的遥控控制信号传输进行输送，便于操作人员及时了解飞行器所处状态调整飞行高度，避免火灾环境的热气流导致飞行器坠毁。
24.本发明所取得的有益效果为：
25.1.本发明中，通过在小型飞行器上携带机载热红外传感和图像摄取系统，利用热敏元件以探测火灾所呈现的远红外光，配合监测摄像机构所采集的信息以及图像，将通过飞行器无线传输的方式，发送到地面遥控控制终端，以进行解析和做出判断，造价低经济实用，且便于操作控制可进行循环利用。
26.2.本发明中，通过布置无明火烟感检测和红外监测结合的低空观测结构，利用烟感、热敏器件以及图像系统，在低矮灌木区进行低空飞行观测，查找微小火点、无明火式等火灾隐情，实现对森林火警的提前预知和检测，提高该火灾观测飞行器的实用性。
27.3.本发明中，通过设置安全保障机制，利用遥控飞行器下方机械式温度感知结构，利用膨胀液管内部热膨液体驱动式温度感应报警结构，可有效监测飞行器所处环境温度，稳定监测火灾上空热浪，避免热浪造成的飞行器升力不足造成设备坠落的影响，机械式感温结构可有效避免传统温度传感器误报以及过热损坏的问题。
附图说明
28.图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；
29.图2为本发明一个实施例的监测端盒结构示意图；
30.图3为本发明一个实施例的监测端盒内部结构示意图；
31.图4为本发明一个实施例的防护球头结构示意图；
32.图5为本发明一个实施例的热敏监测端盒内部结构示意图；
33.图6为本发明一个实施例的红外成像机构结构示意图；
34.图7为本发明一个实施例的近地监测机构内部结构示意图；
35.图8为本发明一个实施例的图7的a处结构示意图。
36.附图标记：
37.100、遥控飞行器；110、主控端盒；120、飞行臂；130、防护起落架；140、隔热防护壳；
38.200、监测端盒；210、pcb控制板；
39.300、监测摄像机构；310、摄像组件；320、旋转舵机；330、摄像头；340、防护球头；341、高温防护球壳；342、连接端口；343、聚像透镜；
40.400、高空监测机构；410、热敏监测端盒；420、红外成像机构；430、热敏成像端板；440、热敏元件；421、第一透镜；422、第二透镜；423、第三透镜；
41.500、近地监测机构；510、近地监测机构；520、热感活塞；530、感应端子；511、膨胀液管；512、感温翅片；521、回复弹簧；531、触头盒；532、第一电极端子；533、第二电极环套；
42.600、烟雾监测传感器。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
45.下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的森林火灾用智能观测飞行器。
46.结合图1
‑
8所示，本发明提供的森林火灾用智能观测飞行器，包括：遥控飞行器100、监测端盒200以及固定安装于监测端盒200内部的监测摄像机构300、高空监测机构400和近地监测机构500，高空监测机构400的一侧固定安装有烟雾监测传感器600，监测摄像机构300和高空监测机构400的输出端电性连接有位于监测端盒200内部的pcb控制板210，利用pcb控制板210对观测数据进行集成控制和解析处理，便于通过飞行器的图传模块进行信息实时传输；遥控飞行器100包括主控端盒110、飞行臂120和防护起落架130，监测端盒200固定安装于遥控飞行器100的底面，遥控飞行器100的表面设有隔热防护壳140，利用耐高温隔热防护壳140隔绝外界环境高温对飞行器的影响，避免高温对飞行器内部电子元件损害，遥控飞行器100的输入端电信号连接有用于飞行控制的控制终端，飞行器为现有技术，可选用大疆air系列无人机；监测摄像机构300包括摄像组件310、旋转舵机320和摄像头330，旋转舵机320的输出端与摄像组件310的一侧固定连接，摄像头330固定安装于摄像组件310的一侧，摄像头330的外侧固定套接有防护球头340，对摄像头330进行防护，避免烟尘干扰；
47.高空监测机构400包括热敏监测端盒410、红外成像机构420、热敏成像端板430和热敏元件440，热敏元件440的输出端与热敏成像端板430的输入端电性连接，红外成像机构420的输出端正对热敏元件440的表面，通过红外成像机构420将远红外光线导向至热敏元件440表面进行远红外感应观测火灾，红外成像机构420包括第一透镜421、第二透镜422、第三透镜423以及用于固定各透镜的壳体结构，利用多透镜组建红外光滤波结构，执行火灾的远红外火灾识别，热敏成像端板430的输出端与pcb控制板210的输入端电性连接；
48.近地监测机构500包括近地监测机构510以及滑动安装于近地监测机构510内部的热感活塞520，近地监测机构510的一端设有感应端子530，近地监测机构510的内部开设有膨胀液管511，膨胀液管511的内部填充有热膨液体，热膨液体的一侧与热感活塞520的一端相抵接，且近地监测机构510的底面固定连接有感温翅片512，利用感温翅片512进行环境温度的热传导升温，并将热量传导至热捧液体，提高感温的灵敏性。
49.在该实施例中，防护起落架130固定安装于飞行臂120的底面，且防护起落架130为软胶材质构件，防护起落架130的底面水平高度低于监测摄像机构300和高空监测机构400的底面水平高度，利用防护起落架130进行飞行器的起落支撑，避免起降期间与地面撞击对观测设备造成损坏。
50.在该实施例中，旋转舵机320固定安装于监测端盒200的内部，且摄像组件310的两侧与pcb控制板210的内侧转动连接，摄像头330为旋转式360
°
摄像组件结构用于实时摄录影像并进行影像数字信息传递。
51.具体的，利用旋转使摄像头330之间全景扫描式观测，且通过摄像组件310的转动驱动，执行摄像头330的多角度观测。
52.在该实施例中，防护球头340包括高温防护球壳341，高温防护球壳341为耐高温有
机玻璃材质，高温防护球壳341的顶面设有与摄像头330外侧相适配的连接端口342，高温防护球壳341的内测设有聚像透镜343，聚像透镜343呈弧面凸起结构，弧面凸起结构可组成凸透镜，利用防护球头340对摄像头330进行隔热保护，以及防止烟尘干扰。
53.在该实施例中，第一透镜421、第二透镜422、第三透镜423依次从下至上布置于壳体结构内部，第一透镜421的外周设有调节环，且调节环的外侧与壳体结构内部螺纹连接，且热敏元件440位于第三透镜423的焦点处。
54.具体的，通过第一透镜421的螺纹扭转调节第一透镜421与第二透镜422的间距，调节成像焦距，便于在不同飞行高度进行清晰成像。
55.在该实施例中，热敏监测端盒410为双曲面凸透镜结构，第二透镜422为单曲面凹透镜结构，第三透镜423为单曲面凸透镜结构，第一透镜421和第三透镜423为锗玻璃材质构件，第二透镜422为硒化锌玻璃材质构件，红外成像机构420的通光的波长λ＝10640nm。
56.具体的，利用硒化锌(znse)和锗ge高精度窗口片对可见光进行过滤，吸收和引导波长为10640nm远红外光线，通过在焦点处的热敏元件440接收远红外光，形成弥散大小都在7
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14微米之间的宽光束图，在整个热敏元件440的像面上呈现，进行火灾点位的精确识别。
57.在该实施例中，膨胀液管511内部填充的热膨液体为酒精、煤油或汞液中的一种，热感活塞520的外侧活动套接有与近地监测机构510内部相抵接的回复弹簧521，近地监测机构510和感温翅片512为金属材质构件。
58.具体的，通过感温翅片512将环境热量传递至膨胀液管511内部的热膨液体中，利用液体的受热膨胀推动热感活塞520运动，进行机械式触发高温报警，反应更加稳定。
59.在该实施例中，感应端子530包括感应端子530和设置于感应端子530内部的第一电极端子532，以及活动套接于热感活塞520外侧第二电极环套533，第一电极端子532位于热感活塞520的一侧，第一电极端532和第二电极环套533的端部电连接有报警模块，报警器位于遥控飞行器100的控制终端，用于执行高温报警提醒，将液体的受热膨胀推动热感活塞520运动转换为电信号他用过遥控飞行器100的遥控控制信号传输进行输送，便于操作人员及时了解飞行器所处状态调整飞行高度，避免火灾环境的热气流导致飞行器坠毁。
60.本发明的工作原理及使用流程：
61.在使用该观测飞行器时，可通过遥控飞行器100的控制终端遥控飞行高度和飞行状态，在飞行器进行高空大范围监控飞行的过程中，可通过监测摄像机构300进行实时图像回传，利用旋转舵机320的旋转驱动调节摄像组件310和摄像头330的偏转倾角，执行范围区域内扫描观测；并通过红外成像机构420进行飞行器路径下方的实时红外影像传输，利用多透镜结构传导波长为10640纳米的远红外光，例如火灾中火源所发出的光线，通过在焦点处的热敏元件440接收远红外光，形成弥散大小都在7
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14微米之间的宽光束图，在整个热敏元件440的像面上呈现，可充分满足热敏元件的成像需求，通过热敏感知实现火灾点位；
62.在飞行器低空精确扫描飞行中，通过高空监测机构400、近地监测机构500和烟雾监测传感器600的配合，通过高空监测机构400红外热成像扫描的过程中，利用烟雾监测传感器600感知无明火的烟雾识别，继续火点隐情的及时感知观测，并利用近地监测机构500在识别观测中感知飞行器路径下方温度，及时触发高温报警，由感温翅片512将环境热量传递至膨胀液管511内部的热膨液体中，利用液体的受热膨胀推动热感活塞520运动，接通感
应端子530从而发出电信号进行自动报警，避免飞行器进入火灾热浪中导致的升力不足掉落损毁的问题。
63.在本发明中,术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如，“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接；“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
64.需要说明的是，当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
65.在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
66.尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。