第1页共13页林火安防预警与应急处理系统设计摘要：为保证林火监测的准确性、实时性和灭火的快速机动性，提出一种用于森林防火系统的设计方案，研究将低照度CCD/红外热像仪的图像融合技术和无人机集群灭火技术集成应用到林火安防领域，能够提升整个林火安防应急水平，具有很好的应用前景。关键词：森林防火；图像融合；无人机；编队飞行：TP393文献标识码：A：1009-3044（2016）11-0177-03森林是人类生存和可持续发展的宝贵资源，森林火灾是危害森林资源的主要灾害。森林火灾形成因素多、突发性强，一旦蔓延，破坏性大，处置救助较为困难。目前，在林火监测方面采用卫星遥感图像、飞机巡逻和视频监测、人工巡检和t望塔方式等，存在着不能实现全天候、全时段监测，成本过高、人为因素多等问题，以致误报漏报频繁发生。在国内，对于林火安防方面的研究也多局限第2页共13页于独立的关键技术，包括林火预警、林火识别、林火定位等[1]。因此，本文对森林防火系统的功能和技术架构进行了分析，对林火安防领域亟待解决的关键问题进行了研究，提出了一种应用于林火安防系统的研究方案，促进多技术集成在安防领域的实用化，提高防火、救灾的能力。1系统架构图1所示为林火安防预警与应急系统总体架构。系统采用低照度CCD/红外热像仪作为监测节点，将两者采集的图像融合提高监测的有效性和精准度；同时，结合机器视觉技术和GIS定位系统，利用多数据信息融合及无线数据链路，实现林火事件的准确判定、林火的精确定位、火场信息的实时传输。监测节点将获取的火情信息实时传输至控制中心后，控制中心利用林火监测软件对火情进行分析处理，计算得出火点位置、轮廓、面积及所需灭火无人机数量、编队信息等，并通过飞行测控系统发送起飞指令；无人机在飞行过程中将其地理数据及编队飞行数据进行实时传输，抵达火场时，将第3页共13页感知的风速等数据传输至控制中心，控制中心进行数据校正后发送投放灭火材料指令，最终及时扑灭林火。2系统设计方案2.1监测系统设计方案在林火情况下，火焰产生的烟雾很大，因此开展非制冷红外探测器理论研究，探讨和分析影响红外探测器的响应率的各种因素，设计具有数字视频接口的低功耗热像仪组件，可有效发现真正的着火点，以及火灾的蔓延趋势，同时将其与低照度CCD信号相结合，开展同视场平行光轴前端光学系统理论研究，设计融合成像系统前端，可为后面的图像配准、图像融合提供高清晰、高画质的图像。在此基础上探索适合硬件实现的低照度CCD/红外图像融合方法并设计低照度CCD/红外图像融合监测系统电路。设计相应监测软件系统，最终实现林火信息的准确判断与定位。利用有线、无线网络技术布局监测节点，使监测范围由点扩大到面，如图2是监测系统图像处理单元所示。第4页共13页2.2无人机集群灭火设计方案无人机具备起飞时间短、速度快、效率高、垂直起降及不受高度限制等特点，在地形复杂的林区，较传统人工灭火有较大优势。本文进行无人机集群灭火方案设计的重点在于无人机编队通信与定位。首先通过对无人机各部分所要实现的功能进行分析，选取符合无人机系统要求的部件，完成无人机控制电路、定位与时间同步电路和无线通信电路的硬件设计，包括各部分的具体实现电路和功能模块之间的连接，并制作无人机系统的PCB板。然后进行无人机系统的软件设计，包括时间同步、定位以及控制无线通信模块的无线收发程序。改进时隙ALOHA算法，避免编队通讯时信道竞争以适合无人机系统，保证各节点数据信息在其专有时隙进行及时、可靠的信息收发，解决传输延迟导致的数据传输率下降和数据之间的碰撞问题，同时将GPS应用到整个系统中，并通过多次测试，实现系统同步和节点定位，最后通过软硬结合对整体系统进行调试，实现监测系统与无人机系统融合，在监测系统发现火情后，无人机集群携第5页共13页灭火材料编队飞行到目的地进行灭火，控制系统功能框见图3。3关键技术3.1林火监测技术野外森林基础设施相对较差，监测面积广，本文提出的系统设计方案采用低照度CCD/红外图像融合技术，森林防火监测系统如图4所示，用以解决全天候野外监测的难题，其中林火的精确定位是关键，主要包括以...