一种用于监测山火的装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及一种山火监测技术，尤其是涉及一种用于监测山火的装置及其使用方法。


背景技术：

2.我国电网使用的输电线路所处地区地形复杂，这些地区独特的地形地貌以及气候条件极易引发山火，山火的发生会影响到输电线路的安全，若不采取有效的防范措施来保障输电线路的安全运行，将给电网的安全运行带来很大的隐患。现有技术中多采用红外成像仪对山火进行监测。然而，在实际山火检测过程中，道路上正常行驶的汽车、村民做饭的炊烟以及工厂的正常生产作业等都有被误当作火灾热源的可能，进而产生山火误报警，造成严重误报，增加运营成本，此外，太阳光中的红外线比较强烈，红外成像仪也容易受到太阳光红外线的干扰而产生山火误报。另外，由于红外成像仪进行成本较高，使用红外成像仪进行山火监测不便于推广。因此，如何采用较低成本实现山火监测，且具有较高的检测精度，能够避免误报警成为当前亟待解决的问题。
3.为了解决误报警问题，专利号为201520719704.4的中国专利公开了一种紫外山火探测一体机，包括控制主机，控制主机上电性连接有供电装置、贮电装置、360度云台、紫外火焰探测器、摄像头和无线通信模块，紫外火焰探测器和摄像头安装在360度云台上，并由360度云台带动旋转。上述紫外山火探测一体机采用紫外火焰探测器探测器代替传统的红外成像仪，解决了红外成像仪成本高的缺陷。但是，该紫外山火探测一体机中对紫外火焰探测器能检测到的紫外波段没有明确阐述，而一旦紫外火焰探测器检测到的紫外光受到与紫外光位于同一波段的其他光线干扰，将会直接导致最终监测精度不高，例如280-380nm波段的紫外光就因为地表上太阳光在此波段非常强烈，很容易受到太阳光的干扰；此外，紫外火焰探测器构建的紫外光路和摄像头构建的可见光光路的视场各自独立，造成紫外火焰探测器获取的山火中紫外信号与摄像头获取的可见光图像毫无关联，进而使得山火中紫外信号与可见光背景产生分离，无法准确定位山火发生位置。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题之一是提供一种在具有较低成本的基础上，能够对山火进行精准定位和准确监测的用于监测山火的装置。
5.本发明解决上述技术问题之一所采用的技术方案为：一种用于监测山火的装置，包括云台、安装在所述的云台上的监测机构以及用于驱动所述的云台实现360
°
循环转动的第一旋转机构，所述的监测机构包括外壳、可见光成像模组、可见光窗片、紫外镜头、紫外单元探测器、信号采集电路和主控电路，所述的紫外镜头能够通过波长在280nm以下的紫外光，所述的可见光成像模组、所述的紫外单元探测器、所述的信号采集电路和所述的主控电路分别设置在所述的壳体内，所述的紫外单元探测器与所述的信号采集电路连接，所述的可见光成像模组、所述的信号采集电路和所述的第一旋转机构分别与所述的主控电路连
接，所述的主控电路通过无线网络与监测室中的终端设备进行通信，所述的外壳上开设有第一开口和第二开口，所述的可见光窗片安装在所述的第一开口处将所述的第一开口封闭，所述的可见光窗片正对所述的可见光成像模组，所述的紫外镜头嵌设在所述的第二开口处，所述的可见光成像模组的光轴和所述的紫外镜头的光轴平行，所述的紫外单元探测器位于所述的紫外镜头的焦点处。
6.所述的第一旋转机构采用第一马达实现，所述的可见光成像模组包括可见光镜头、可见光成像器件、用于驱动所述的可见光成像器件工作的驱动电路，以及用于对所述的可见光镜头进行变焦或对焦的第二马达，所述的可见光镜头与所述的第二马达连接，所述的主控电路包括cpu、图像处理模块、4g模块、第一马达控制模块和第二马达控制模块，所述的cpu分别与所述的图像处理模块、所述的4g模块、所述的第一马达控制模块和所述的第二马达控制模块连接，所述的图像处理模块分别与所述的4g模块和所述的驱动电路相连接，所述的4g模块与终端设备通过无线网络进行通讯，终端设备能够通过所述的4g模块与所述的cpu之间进行通信；所述的cpu与所述的信号采集电路相连接，所述的第一马达控制模块和所述的第一马达连接，所述的第一马达控制模块用于在所述的cpu控制下驱动所述的第一马达转动使所述的云台同步转动，所述的第二马达控制模块和所述的第二马达连接，所述的第二马达控制模块用于在所述的cpu控制下驱动所述的第二马达转动对所述的可见光镜头进行变焦或对焦。
7.所述的紫外镜头为汇聚透镜，将所述的紫外镜头焦距记为f，其中20mm《f《400mm，将所述的紫外镜头视场角记为β，所述的可见光镜头的视场角记为γ，其中60
°
≥γ》5
°
，2
°
《β≤60
°
，并且γ≥β，将所述的可见光镜头的光轴和所述的紫外镜头的光轴的距离记为l，其中20mm《l《500mm；该结构中，当可见光镜头的视场角大于或等于紫外镜头的视场角时，便于判断山火在背景目标中的相对位置。
8.所述的紫外单元探测器为gan(氮化镓)紫外探测器、sic(碳化硅)紫外探测器中的任意一种，响应波段为280nm以下。
9.所述的山火监测装置的供电方式采用太阳能供电或风力发电或二者互补发电。
10.与现有技术相比，本发明的装置的优点在于通过外壳、可见光成像模组、可见光窗片、紫外镜头、紫外单元探测器、信号采集电路和主控电路构成监测机构，紫外镜头能够通过波长在280nm以下的紫外光，可见光成像模组、紫外单元探测器、信号采集电路和主控电路分别设置在壳体内，紫外单元探测器与信号采集电路连接，可见光成像模组、信号采集电路和第一旋转机构分别与主控电路连接，主控电路通过无线网络与监测室中的终端设备进行通信，外壳上开设有第一开口和第二开口，可见光窗片安装在第一开口处将第一开口封闭，可见光窗片正对可见光成像模组，紫外镜头嵌设在第二开口处，可见光成像模组的光轴和紫外镜头的光轴平行，紫外单元探测器位于紫外镜头的焦点处，当工作人员在终端设备处生成工作指令发送给主控电路时，用于监测山火的装置进入工作状态，此时主控电路每间隔设定时间控制第一旋转机构沿同一方向转动一次，转动角度为α，α等于紫外镜头视场角，云台在第一旋转机构驱动下同步转动α，监测区域内目标产生的光线分别照射到可见光成像模组和紫外镜头上，信号采集电路对紫外单元探测器的输出信号进行实时采集并生成采样信号发送给主控电路，主控电路基于信号采集电路输出的采样信号实时判定是否存在紫外光，当目标产生的光线中不包括紫外光时，紫外镜头处无紫外光透过，紫外单元探测器
无法探测到紫外光，主控电路判定为当前不存在紫外光，此时第一旋转机构的当前工作状态不变；当目标产生的光线中包括紫外光时，紫外光透过紫外镜头后汇聚在紫外单元探测器上，紫外单元探测器探测到紫外光，主控电路判定为当前存在紫外光，此时主控电路控制第一旋转机构停止转动，主控电路控制可见光成像模组生成清晰的山火可见光及其背景图像，主控电路获取山火可见光及其背景图像并进行图像处理后得到处理图像发送给终端设备，实现山火监测，本发明采用监测机构代替传统的昂贵的红外成像仪，降低了检测成本，便于在基层中进行推广，可见光成像模组的光轴和所述的紫外镜头的光轴平行，实现了对目标的精准检测，对波长在280nm以下的紫外光进行检测，避免了太阳光和日光灯在该波段的干扰，误报率低，由此本发明在具有较低成本的基础上，能够对山火进行精准定位和准确监测。
11.本发明所要解决的技术问题之二是提供一种在具有较低成本的基础上，能够对山火进行精准定位和准确监测的用于监测山火的装置的使用方法。
12.本发明解决上述技术问题之二所采用的技术方案为：一种用于监测山火的装置的使用方法，包括以下步骤：
13.(1)工作人员在终端设备处生成工作指令，该工作指令通过无线网络发送至所述的主控电路，此时，用于监测山火的装置进入工作状态；
14.(2)所述的主控电路每间隔设定时间控制所述的第一旋转机构沿同一方向转动一次，转动角度为α，α等于所述的紫外镜头视场角，所述的云台在所述的第一旋转机构驱动下同步转动α，监测区域内目标产生的光线分别照射到所述的可见光成像模组和所述的紫外镜头上，所述的信号采集电路对所述的紫外单元探测器的输出信号进行实时采集并生成采样信号发送给所述的主控电路；
15.(3)所述的主控电路基于所述的信号采集电路输出的采样信号实时判定是否存在紫外光，当目标产生的光线中不包括紫外光时，所述的紫外镜头处无紫外光透过，所述的紫外单元探测器无法探测到紫外光，所述的主控电路判定为当前不存在紫外光，此时所述的第一旋转机构的当前工作状态不变；当目标产生的光线中包括紫外光时，紫外光透过所述的紫外镜头后汇聚在所述的紫外单元探测器上，所述的紫外单元探测器探测到紫外光，所述的主控电路判定为当前存在紫外光，此时所述的主控电路控制所述的第一旋转机构停止转动，所述的主控电路控制所述的可见光成像模组生成清晰的山火可见光及其背景图像，所述的主控电路获取山火可见光及其背景图像并进行图像处理后得到处理图像发送给终端设备，实现山火监测。
16.所述的第一旋转机构采用第一马达实现，所述的可见光成像模组包括可见光镜头、可见光成像器件、用于驱动所述的可见光成像器件工作的驱动电路，以及用于对所述的可见光镜头进行变焦或对焦的第二马达，所述的可见光镜头与所述的第二马达连接，所述的主控电路包括cpu、图像处理模块、4g模块、第一马达控制模块和第二马达控制模块，所述的cpu分别与所述的图像处理模块、所述的4g模块、所述的第一马达控制模块和所述的第二马达控制模块连接，所述的图像处理模块分别与所述的4g模块和所述的驱动电路相连接，所述的4g模块与终端设备通过无线网络进行通讯，终端设备能够通过所述的4g模块与所述的cpu之间进行通信；所述的cpu与所述的信号采集电路相连接，所述的第一马达控制模块和所述的第一马达连接，所述的第一马达控制模块用于在所述的cpu控制下驱动所述的第
一马达转动使所述的云台同步转动，所述的第二马达控制模块和所述的第二马达连接，所述的第二马达控制模块用于在所述的cpu控制下驱动所述的第二马达转动对所述的可见光镜头进行变焦或对焦；所述的步骤(1)中当工作人员在终端设备处生成的工作指令通过所述的4g模块发送至所述的cpu，此时用于监测山火的装置进入工作状态；所述的步骤(2)中，所述的cpu控制所述的第一马达控制模块每间隔设定时间驱动所述的第一马达沿同一方向转动一次，转动角度为α，所述的云台在所述的第一马达驱动下同步转动α，监测区域内目标产生的光线分别照射到所述的可见光镜头和所述的紫外镜头上，所述的信号采集电路对所述的紫外单元探测器的输出信号进行实时采集并生成采样信号发送给所述的cpu；所述的步骤(3)中所述的cpu基于所述的信号采集电路输出的采样信号实时判定是否存在紫外光，当目标产生的光线中不包括紫外光时，所述的紫外镜头处无紫外光透过，所述的紫外单元探测器无法探测到紫外光，所述的cpu判定为当前不存在紫外光，此时所述的第一马达控制模块的当前工作状态不变；当目标产生的光线中包括紫外光时，紫外光透过所述的紫外镜头后汇聚在所述的紫外单元探测器上，所述的紫外单元探测器探测到紫外光，所述的cpu判定为当前存在紫外光，此时所述的cpu通过所述的第一马达控制模块控制所述的第一马达停止转动，并通过所述的第二马达控制模块控制所述的第二马达转动，对所述的可见光镜头进行变焦或对焦，当所述的可见光镜头变焦或者对焦完成后，所述的cpu通过所述的第二马达控制模块控制所述的第二马达停止转动，所述的cpu控制所述的驱动模块驱动所述的可见光成像器件生成山火中可见光及其背景图像，所述的图像处理模块通过所述的驱动模块从所述的可见光成像器件处获取清晰的山火中可见光及其背景图像进行图像处理得到处理图像，并通过所述的4g模块发送给终端设备，实现山火监测。
17.所述的紫外镜头为汇聚透镜，将所述的紫外镜头焦距记为f，其中20mm《f《400mm，将所述的紫外镜头视场角记为β，所述的可见光镜头的视场角记为γ，其中60
°
≥γ》5
°
，2
°
《β≤60
°
，并且γ≥β，将所述的可见光镜头的光轴和所述的紫外镜头的光轴的距离记为l，其中20mm《l《500mm。
18.所述的紫外单元探测器为gan(氮化镓)紫外探测器、sic(碳化硅)紫外探测器中的任意一种，响应波段为280nm以下。
19.所述的山火监测装置的供电方式采用太阳能供电或风力发电或二者互补发电。
20.与现有技术相比，本发明的使用方法的优点在于采用由外壳、可见光成像模组、可见光窗片、紫外镜头、紫外单元探测器、信号采集电路和主控电路构成的监测机构进行山火监测，工作人员在终端设备处生成工作指令，该工作指令通过无线网络发送至主控电路，此时，用于监测山火的装置进入工作状态，主控电路每间隔设定时间控制第一旋转机构沿同一方向转动一次，转动角度为α，α等于紫外镜头视场角，云台在第一旋转机构驱动下同步转动α，监测区域内目标产生的光线分别照射到可见光成像模组和紫外镜头上，信号采集电路对紫外单元探测器的输出信号进行实时采集并生成采样信号发送给主控电路，主控电路基于信号采集电路输出的采样信号实时判定是否存在紫外光，当目标产生的光线中不包括紫外光时，紫外镜头处无紫外光透过，紫外单元探测器无法探测到紫外光，主控电路判定为当前不存在紫外光，此时第一旋转机构的当前工作状态不变；当目标产生的光线中包括紫外光时，紫外光透过紫外镜头后汇聚在紫外单元探测器上，紫外单元探测器探测到紫外光，主控电路判定为当前存在紫外光，此时主控电路控制第一旋转机构停止转动，主控电路控制
可见光成像模组生成清晰的山火可见光及其背景图像，主控电路获取山火可见光及其背景图像并进行图像处理后得到处理图像发送给终端设备，实现山火监测，本发明采用监测机构代替传统的昂贵的红外成像仪，降低了检测成本，便于在基层中进行推广，可见光成像模组的光轴和紫外镜头的光轴平行，实现了对目标的精准检测，对波长在280nm以下的紫外光进行检测，避免了太阳光和日光灯在该波段的干扰，误报率低，由此本发明在具有较低成本的基础上，能够对山火进行精准定位和准确监测。
附图说明
21.图1为本发明的用于监测山火的装置的结构图；
22.图2为本发明的用于监测山火的装置的主控电路的结构框图。
具体实施方式
23.本发明公开了一种用于监测山火的装置，以下结合附图实施例对本发明的用于监测山火的装置作进一步详细描述。
24.实施例：如图1和图2所示，一种用于监测山火的装置，包括云台1、安装在云台1上的监测机构以及用于驱动云台1实现360
°
循环转动的第一旋转机构，监测机构包括外壳2、可见光成像模组3、可见光窗片4、紫外镜头5、紫外单元探测器6、信号采集电路7和主控电路8，紫外镜头5能够通过波长在280nm以下的紫外光，可见光成像模组3、紫外单元探测器6、信号采集电路7和主控电路8分别设置在壳体内，紫外单元探测器6与信号采集电路7连接，可见光成像模组3、信号采集电路7和第一旋转机构分别与主控电路8连接，主控电路8通过无线网络与监测室中的终端设备进行通信，外壳2上开设有第一开口和第二开口，可见光窗片4安装在第一开口处将第一开口封闭，可见光窗片4正对可见光成像模组3，紫外镜头5嵌设在第二开口处，可见光成像模组3的光轴和紫外镜头5的光轴平行，紫外单元探测器6位于紫外镜头5的焦点处。
25.本实施例中，第一旋转机构采用第一马达9实现，可见光成像模组3包括可见光镜头、可见光成像器件、用于驱动可见光成像器件工作的驱动电路，以及用于对可见光镜头进行变焦或对焦的第二马达10，可见光镜头与第二马达10连接，主控电路8包括cpu、图像处理模块、4g模块、第一马达控制模块和第二马达控制模块，cpu分别与图像处理模块、4g模块、第一马达控制模块和第二马达控制模块连接，图像处理模块分别与4g模块和驱动电路相连接，4g模块与终端设备通过无线网络进行通讯，终端设备能够通过4g模块与cpu之间进行通信；cpu与信号采集电路7相连接，第一马达控制模块和第一马达9连接，第一马达控制模块用于在cpu控制下驱动第一马达9转动使云台1同步转动，第二马达控制模块和第二马达10连接，第二马达控制模块用于在cpu控制下驱动第二马达10转动对可见光镜头进行变焦或对焦。
26.本实施例中，紫外镜头5为汇聚透镜，将紫外镜头5焦距记为f，其中20mm《f《400mm，将紫外镜头5视场角记为β，可见光镜头的视场角记为γ，其中60
°
≥γ》5
°
，2
°
《β≤60
°
，并且γ≥β，将可见光镜头的光轴和紫外镜头5的光轴的距离记为l，其中20mm《l《500mm；
27.本实施例中，紫外单元探测器6为gan紫外探测器、sic紫外探测器、紫外光电倍增管中的任意一种，响应波段为280nm以下。cpu、图像处理模块、4g模块、第一马达控制模块和
第二马达控制模块均采用其技术领域的成熟产品实现，cpu为arm、单片机、dsp和fpga芯片中的任意一种。
28.本实施例中，山火监测装置的供电方式采用太阳能供电或风力发电或二者互补发电。
29.本发明还公开了一种用于监测山火的装置的使用方法，以下结合附图实施例对本发明的用于监测山火的装置的使用方法作进一步详细描述。
30.实施例：一种用于监测山火的装置的使用方法，包括以下步骤：
31.(1)将用于监测山火的装置设置在山火监测区，工作人员在终端设备处生成工作指令，该工作指令通过无线网络发送至主控电路8，此时，用于监测山火的装置进入工作状态；
32.(2)主控电路8每间隔设定时间控制第一旋转机构沿同一方向转动一次，转动角度为α，α等于紫外镜头5视场角，云台1在第一旋转机构驱动下同步转动α，监测区域内目标产生的光线分别照射到可见光成像模组3和紫外镜头5上，信号采集电路7对紫外单元探测器6的输出信号进行实时采集并生成采样信号发送给主控电路8；
33.(3)主控电路8基于信号采集电路7输出的采样信号实时判定是否存在紫外光，当目标产生的光线中不包括紫外光时，紫外镜头5处无紫外光透过，紫外单元探测器6无法探测到紫外光，主控电路8判定为当前不存在紫外光，此时第一旋转机构的当前工作状态不变；当目标产生的光线中包括紫外光时，紫外光透过紫外镜头5后汇聚在紫外单元探测器6上，紫外单元探测器6探测到紫外光，主控电路判定为当前存在紫外光，此时主控电路8控制第一旋转机构停止转动，主控电路8控制可见光成像模组3生成清晰的山火可见光及其背景图像，主控电路8获取山火可见光及其背景图像并进行图像处理后得到处理图像发送给终端设备，实现山火监测。
34.本实施例中，第一旋转机构采用第一马达9实现，可见光成像模组3包括可见光镜头、可见光成像器件、用于驱动可见光成像器件工作的驱动电路，以及用于对可见光镜头进行变焦或对焦的第二马达10，可见光镜头与第二马达10连接，主控电路8包括cpu、图像处理模块、4g模块、第一马达控制模块和第二马达控制模块，cpu分别与图像处理模块、4g模块、第一马达控制模块和第二马达控制模块连接，图像处理模块分别与4g模块和驱动电路相连接，4g模块与终端设备通过无线网络进行通讯，终端设备能够通过4g模块与cpu之间进行通信；cpu与信号采集电路7相连接，第一马达控制模块和第一马达9连接，第一马达控制模块用于在cpu控制下驱动第一马达9转动使云台1同步转动，第二马达控制模块和第二马达10连接，第二马达控制模块用于在cpu控制下驱动第二马达10转动对可见光镜头进行变焦或对焦；步骤(1)中当工作人员在终端设备处生成的工作指令通过4g模块发送至cpu，此时用于监测山火的装置进入工作状态；步骤(2)中，cpu控制第一马达控制模块每间隔设定时间驱动第一马达9沿同一方向转动一次，转动角度为α，云台1在第一马达9驱动下同步转动α，监测区域内目标产生的光线分别照射到可见光镜头和紫外镜头5上，信号采集电路7对紫外单元探测器6的输出信号进行实时采集并生成采样信号发送给cpu；步骤(3)中cpu基于信号采集电路7输出的采样信号实时判定是否存在紫外光，当目标产生的光线中不包括紫外光时，紫外镜头5处无紫外光透过，紫外单元探测器6无法探测到紫外光，cpu判定为当前不存在紫外光，此时第一马达控制模块的当前工作状态不变；当目标产生的光线中包括紫外光
时，紫外光透过紫外镜头5后汇聚在紫外单元探测器6上，紫外单元探测器6探测到紫外光，cpu判定为当前存在紫外光，此时cpu通过第一马达控制模块控制第一马达9停止转动，并通过第二马达控制模块控制第二马达10转动，对可见光镜头进行变焦或对焦，当可见光镜头变焦或者对焦完成后，cpu通过第二马达控制模块控制第二马达10停止转动，cpu控制驱动模块驱动可见光成像器件生成山火中可见光及其背景图像，图像处理模块通过驱动模块从可见光成像器件处获取清晰的山火中可见光及其背景图像进行图像处理得到处理图像，并通过4g模块发送给终端设备，实现山火监测。
35.本实施例中，紫外镜头5为汇聚透镜，将紫外镜头5焦距记为f，其中20mm《f《400mm，将紫外镜头5视场角记为β，可见光镜头的视场角记为γ，其中60
°
≥γ》5
°
，2
°
《β≤60
°
，并且γ≥β，将可见光镜头的光轴和紫外镜头5的光轴的距离记为l，其中20mm《l《500mm。
36.本实施例中，紫外单元探测器6为gan紫外探测器、sic紫外探测器、紫外光电倍增管中的任意一种，响应波段为280nm以下。cpu、图像处理模块、4g模块、第一马达控制模块和第二马达控制模块均采用其技术领域的成熟产品实现，cpu为arm、单片机、dsp和fpga芯片中的任意一种。
37.本实施例中，山火监测装置的供电方式采用太阳能供电或风力发电或二者互补发电。