消防救援探测飞行器及其使用方法与流程

本发明属于消防救援探测技术领域，具体涉及一种消防救援探测飞行器及其使用方法。

背景技术：

现有的常规火灾救援体系中，当收到火灾发生消息后，消防救援人员驾驶消防车到达火灾发生地点实施灭火。但是，当火灾发生地点存在盲区，如火灾发生于高层建筑、复杂地形或建筑群内时，火源高温点不易确定。或者，当火灾发生地点有特别危险环境时，如存在爆炸物、粉尘、有毒有害气体等，直接派遣消防救援人员进入火灾发生地点实施灭火，往往使得消防救援人员的生命受到严重威胁。出现诸如以上情况时，不仅会因找不到火源导致灭火措施带有盲目性，且对消防救援人员的生命安全也是一种不负责任的表现。例如2015年8月12日发生于天津滨海新区的塘沽爆炸事件，截止2015年8月24日下午3时，共发现遇难者人数129人，其中消防人员及民警83人，失联者人数44人，其中消防人员及民警12人，受伤人数610人。故急需针对火源不易确定或火灾发生现场具有特别危险环境的情况，设计一种消防救援探测飞行器。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种消防救援探测飞行器，其结构紧凑，设计新颖合理，实现方便，使用寿命长，工作的安全性、可靠性和稳定性高，提高了救援被困人员的效率，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种消防救援探测飞行器，其特征在于：包括飞行器主体和探测系统，所述飞行器主体包括设置在中央位置的云台和连接在云台上且从云台向周围多个方向伸出的多根支撑臂，所述云台顶部设置有保护罩，所述支撑臂未与云台连接的一端连接有旋翼电机，所述旋翼电机的输出轴上连接有旋翼，所述云台的左侧通过第一旋转轴转动连接有左起落架，所述云台的右侧通过第二旋转轴转动连接有右起落架，所述第一旋转轴上连接有用于带动第一旋转轴旋转的第一电机，所述第二旋转轴上连接有用于带动第二旋转轴旋转的第二电机，所述云台底部设置有可旋转探测器，所述可旋转探测器包括可旋转探测器外架和可旋转探测器主体，所述可旋转探测器外架通过第三旋转轴转动连接在云台底部，所述第三旋转轴上连接有用于带动第三旋转轴旋转的第三电机，所述可旋转探测器主体通过第四旋转轴转动连接在可旋转探测器外架上，所述第四旋转轴上连接有用于带动第四旋转轴旋转的第四电机；

所述探测系统包括中央处理器、红外热成像镜头、可见光摄像镜头、激光测距仪和GPS定位器，所述中央处理器和GPS定位器均设置在云台顶部且位于保护罩内，所述云台顶部还设置有位于保护罩内且用于为旋翼电机、第一电机、第二电机、第三电机和第四电机以及为所述探测系统中各用电模块供电的电池，所述红外热成像镜头、可见光摄像镜头和激光测距仪均嵌入安装在可旋转探测器主体内，所述可旋转探测器外架上安装有喇叭，所述红外热成像镜头、可见光摄像镜头、激光测距仪、GPS定位器和喇叭均通过导线与中央处理器和电池连接，多个所述旋翼电机以及第一电机、第二电机、第三电机和第四电机均与中央处理器和电池连接，所述电池顶部设置有位于保护罩内的无线射频天线基座，所述无线射频天线基座上安装有穿出保护罩外部的无线射频天线，所述无线射频天线通过导线与中央处理器连接。

上述的消防救援探测飞行器，其特征在于：所述支撑臂、第三旋转轴和第四旋转轴均为中空结构，连接红外热成像镜头和可见光摄像镜头与中央处理器的导线以及连接红外热成像镜头和可见光摄像镜头与电池的导线均穿过第三旋转轴和第四旋转轴，连接激光测距仪与中央处理器和电池的导线均穿过第三旋转轴，连接喇叭与中央处理器和电池的导线均穿过第三旋转轴，连接GPS定位器与中央处理器和电池的导线置于保护罩内，连接无线射频天线与中央处理器的导线置于保护罩内，连接所述旋翼电机与中央处理器和电池的导线穿过支撑臂。

上述的消防救援探测飞行器，其特征在于：所述保护罩的形状为半球形。

上述的消防救援探测飞行器，其特征在于：所述支撑臂的数量为八个，相邻两个支撑臂之间的夹角均为45^°，每个所述支撑臂的长度均相等。

上述的消防救援探测飞行器，其特征在于：所述中央处理器包括微处理器模块以及与微处理器模块相接的数据存储器和无线射频通信模块，所述无线射频天线通过导线与无线射频通信模块连接，所述红外热成像镜头、可见光摄像镜头、激光测距仪和GPS定位器均与微处理器模块的输入端连接，所述微处理器模块的输入端还接有用于对电池的电量进行实时检测的电池电量检测电路，所述微处理器模块的输出端接有旋翼电机驱动器、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器、第四电机驱动器和语音播放电路，所述旋翼电机通过导线与旋翼电机驱动器的输出端连接，所述第一电机通过导线与第一电机驱动器的输出端连接，所述第二电机通过导线与第二电机驱动器的输出端连接，所述第三电机通过导线与第三电机驱动器的输出端连接，所述第四电机通过导线与第四电机驱动器的输出端连接，所述喇叭通过导线与语音播放电路的输出端连接。

本发明还提供了一种方法步骤简单、实现方便、工作可靠性和稳定性高的消防救援探测飞行器的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、当消防员携带所述消防救援探测飞行器到达火灾发生地点附近后，消防员通过遥控器操控所述消防救援探测飞行器起飞，向火灾发生地点移动，并悬停于火灾发生地点上空；

步骤二、所述中央处理器控制第三电机和第四电机旋转，所述第三电机带动所述第三旋转轴旋转，所述第三旋转轴旋转时，带动可旋转探测器外架在水平方向上沿第三旋转轴旋转；所述第四电机带动所述第四旋转轴旋转，所述第四旋转轴旋转时，带动可旋转探测器主体在竖直方向沿第四旋转轴旋转，从而使可旋转探测器主体的正面对准火灾发生地点；

步骤三、所述红外热成像镜头拍摄火灾发生地点的红外图像并将拍摄到的红外图像传输给中央处理器，同时，所述可见光摄像镜头拍摄同一视角、同一时间火灾发生地点的可见光图像并将拍摄到的可见光图像传输给中央处理器，中央处理器将其接收到的红外图像和可见光图像通过无线射频天线发送出去，供地面计算机通过射频传输系统接收；

步骤四、所述中央处理器通过无线射频天线接收到地面计算机根据红外图像、可见光图像和火源的图像处理方法得到并发送给其的火源方向信息后，控制第三电机和第四电机旋转，所述第三电机带动所述第三旋转轴旋转，所述第三旋转轴旋转时，带动可旋转探测器外架在水平方向上沿第三旋转轴旋；所述第四电机带动所述第四旋转轴旋转，所述第四旋转轴旋转时，带动可旋转探测器主体在竖直方向沿第四旋转轴旋转，从而使激光测距仪对准火源方向，激光测距仪测量火源到所述消防救援探测飞行器的距离和角度，得到火源相对于所述消防救援探测飞行器的位置，并将火源相对于所述消防救援探测飞行器的位置信息传输给中央处理器，中央处理器将火源相对于所述消防救援探测飞行器的位置信息通过无线射频天线发送出去，供地面计算机通过射频传输系统接收；

步骤五、中央处理器控制GPS定位器对所述消防救援探测飞行器的位置进行定位，待GPS定位器完成定位后，将所述消防救援探测飞行器的位置信息传输给中央处理器，中央处理器将所述消防救援探测飞行器的位置信息通过无线射频天线发送出去，供地面计算机通过射频传输系统接收。

上述的方法，其特征在于：步骤三之后，消防员能够通过查看显示在地面计算机上的红外图像和可见光图像，发现被困人员，当需要向被困人员喊话时，消防员通过遥控器操控所述消防救援探测飞行器靠近被困人员所在位置，对被困人员实时喊话，实时喊话时，消防人员对准连接在地面计算机上的话筒说话，地面计算机通过射频传输系统将接收到的语音信息传输至所述消防救援探测飞行器，所述消防救援探测飞行器的中央处理器通过无线射频天线接收到语音信息，并通过喇叭发出。

上述的方法，其特征在于：步骤一中当所述消防救援探测飞行器起飞后，中央处理器控制第一电机和第二电机旋转，第一电机带动第一旋转轴旋转，第一旋转轴带动左起落架旋转至与支撑臂所在平面平行的位置；第二电机带动第二旋转轴旋转，第二旋转轴带动右起落架旋转至与支撑臂所在平面平行的位置。

上述的方法，其特征在于：步骤一至步骤五的过程中，所述电池的电量信息反馈给中央处理器，中央处理器将电池电量信息通过无线射频天线发送出去，供地面计算机通过射频传输系统接收，当电池电量低于设定的电池电量阈值时，地面计算机发出报警信号，此时，消防人员通过遥控器操控所述消防救援探测飞行器返航，避免所述消防救援探测飞行器因动力不足发生坠毁或其他事故。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明消防救援探测飞行器的结构紧凑，设计新颖合理，实现方便。

2、本发明的使用操作便捷，利用飞行器的制空优势，能够扫除地面观测的盲区，优选八轴旋翼式飞行器结构，能够提高飞行器飞行过程及悬停状态的稳定性，保证探测过程所得画面的清晰度及相关信息的准确性。

3、本发明消防救援探测飞行器上安装有红外热成像镜头、可见光摄像镜头、激光测距仪和GPS定位器，结合红外图像、可见光图像可找到火源，再通过激光测距仪获得火源相对于飞行器的位置，最后结合GPS定位得到火源具体位置，功能完备。

4、本发明通过设置喇叭，能够实时喊话，能够安抚被困人员情绪，还能够告知被困人员自救的方法、逃生路线等，还能够告知被困人员等待救援以及等待救援过程中的注意事项，提高了救援被困人员的效率。

5、本发明的消防救援探测飞行器，可旋转探测器外架能够在水平方向上沿第三旋转轴做360°旋转，可旋转探测器主体能够在竖直方向上沿第四旋转轴做90°旋转，保证了能够探测到飞行器水平方向以及位于飞行器水平方向以下的火源。

6、本发明的消防救援探测飞行器，通过设置保护罩，并设置可旋转探测器，不仅避免了不良环境对探测过程的影响，还避免了保护罩内各部件，以及嵌入安装在可旋转探测器主体内的各部件与周围不良环境的长时间接触导致的损坏，延长了各部件的使用寿命。

7、本发明的消防救援探测飞行器，能够对电池电量进行实时检测，并通过地面计算机报警，避免了飞行器因动力不足发生坠毁或其他事故，提高了工作的安全性和可靠性。

8、本发明的消防救援探测飞行器，左起落架和右起落架能够在起飞后向两侧旋起，避免了探测过程中阻挡镜头。

9、本发明消防救援探测飞行器的使用方法的方法步骤简单，实现方便，工作可靠性和稳定性高。

10、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明设计新颖合理，实现方便，使用寿命长，工作的安全性、可靠性和稳定性高，提高了救援被困人员的效率，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明消防救援探测飞行器的结构示意图。

图2为本发明保护罩内部结构示意图。

图3为本发明可旋转探测器的结构示意图。

图4为本发明探测系统的电路原理框图。

附图标记说明:

1—遥控器；2—地面计算机；3—可见光摄像镜头；

4—云台；5—支撑臂；6—旋翼电机；

7—旋翼；8—无线射频天线；9—中央处理器；

9-1—微处理器模块；9-2—数据存储器；9-3—无线射频通信模块；

9-4—旋翼电机驱动器； 9-5—第一电机驱动器； 9-6—第二电机驱动器；

9-7—第三电机驱动器； 9-8—语音播放电路；9-9—第四电机驱动器；

9-10—电池电量检测电路； 10—射频传输系统； 11—电池；

12—激光测距仪；13—喇叭；14—第三旋转轴；

15—第四旋转轴；16—第一旋转轴；17—第二旋转轴；

18—第三电机；19—第四电机；20—第一电机；

21—第二电机；22—左起落架；23—右起落架；

24—保护罩；25—GPS定位器；26—无线射频天线基座；

27—可旋转探测器；28—可旋转探测器外架；

29—可旋转探测器主体；30—红外热成像镜头。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的消防救援探测飞行器，包括飞行器主体和探测系统，所述飞行器主体包括设置在中央位置的云台4和连接在云台4上且从云台4向周围多个方向伸出的多根支撑臂5，所述云台4顶部设置有保护罩24，所述支撑臂5未与云台4连接的一端连接有旋翼电机6，所述旋翼电机6的输出轴上连接有旋翼7，所述云台4的左侧通过第一旋转轴16转动连接有左起落架22，所述云台4的右侧通过第二旋转轴17转动连接有右起落架23，所述第一旋转轴16上连接有用于带动第一旋转轴16旋转的第一电机20，所述第二旋转轴17上连接有用于带动第二旋转轴17旋转的第二电机21，所述云台4底部设置有可旋转探测器27，所述可旋转探测器27包括可旋转探测器外架28和可旋转探测器主体29，所述可旋转探测器外架28通过第三旋转轴14转动连接在云台4底部，所述第三旋转轴14上连接有用于带动第三旋转轴14旋转的第三电机18，所述可旋转探测器主体29通过第四旋转轴15转动连接在可旋转探测器外架28上，所述第四旋转轴15上连接有用于带动第四旋转轴15旋转的第四电机19；

所述探测系统包括中央处理器9、红外热成像镜头30、可见光摄像镜头3、激光测距仪12和GPS定位器25，所述中央处理器9和GPS定位器25均设置在云台4顶部且位于保护罩24内，所述云台4顶部还设置有位于保护罩24内且用于为旋翼电机6、第一电机20、第二电机21、第三电机18和第四电机19以及为所述探测系统中各用电模块供电的电池11，所述红外热成像镜头30、可见光摄像镜头3和激光测距仪12均嵌入安装在可旋转探测器主体29内，所述可旋转探测器外架28上安装有喇叭13，所述红外热成像镜头30、可见光摄像镜头3、激光测距仪12、GPS定位器25和喇叭13均通过导线与中央处理器9和电池11连接，多个所述旋翼电机6以及第一电机20、第二电机21、第三电机18和第四电机19均与中央处理器9和电池11连接，所述电池11顶部设置有位于保护罩24内的无线射频天线基座26，所述无线射频天线基座26上安装有穿出保护罩24外部的无线射频天线8，所述无线射频天线8通过导线与中央处理器9连接。

本实施例中，如图1所示，所述支撑臂5、第三旋转轴14和第四旋转轴15均为中空结构，连接红外热成像镜头30和可见光摄像镜头3与中央处理器9的导线以及连接红外热成像镜头30和可见光摄像镜头3与电池11的导线均穿过第三旋转轴14和第四旋转轴15，连接激光测距仪12与中央处理器9和电池11的导线均穿过第三旋转轴14，连接喇叭13与中央处理器9和电池11的导线均穿过第三旋转轴14，连接GPS定位器25与中央处理器9和电池11的导线置于保护罩24内，连接无线射频天线8与中央处理器9的导线置于保护罩24内，连接所述旋翼电机6与中央处理器9和电池11的导线穿过支撑臂5。

本实施例中，如图1和图2所示，所述保护罩24的形状为半球形。

本实施例中，如图1所示，所述支撑臂5的数量为八个，相邻两个支撑臂5之间的夹角均为45°，每个所述支撑臂5的长度均相等。这样的设置，使得所述飞行器主体为八轴旋翼式飞行器，能够提高所述消防救援探测飞行器飞行过程及悬停状态的稳定性，保证探测过程红外热成像镜头30和可见光摄像镜头3所得画面的清晰度及相关信息的准确性。

本实施例中，如图4所示，所述中央处理器9包括微处理器模块9-1以及与微处理器模块9-1相接的数据存储器9-2和无线射频通信模块9-3，所述无线射频天线8通过导线与无线射频通信模块9-3连接，所述红外热成像镜头30、可见光摄像镜头3、激光测距仪12和GPS定位器25均与微处理器模块9-1的输入端连接，所述微处理器模块9-1的输入端还接有用于对电池11的电量进行实时检测的电池电量检测电路9-10，所述微处理器模块9-1的输出端接有旋翼电机驱动器9-4、第一电机驱动器9-5、第二电机驱动器9-6、第三电机驱动器9-7、第四电机驱动器9-9和语音播放电路9-8，所述旋翼电机6通过导线与旋翼电机驱动器9-4的输出端连接，所述第一电机20通过导线与第一电机驱动器9-5的输出端连接，所述第二电机21通过导线与第二电机驱动器9-6的输出端连接，所述第三电机18通过导线与第三电机驱动器9-7的输出端连接，所述第四电机19通过导线与第四电机驱动器9-9的输出端连接，所述喇叭13通过导线与语音播放电路9-8的输出端连接。

本发明的消防救援探测飞行器的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、当消防员携带所述消防救援探测飞行器到达火灾发生地点附近后，消防员通过遥控器1操控所述消防救援探测飞行器起飞，向火灾发生地点移动，并悬停于火灾发生地点上空；具体而言，所述消防救援探测飞行器的起飞、移动、转弯、降落等动作都是通过所述中央处理器9控制八个旋翼电机6，以使八个旋翼电机6以不同转速旋转，旋翼电机6再带动旋翼7以不同转速旋转实现的；

步骤二、所述中央处理器9控制第三电机18和第四电机19旋转，所述第三电机18带动所述第三旋转轴14旋转，所述第三旋转轴14旋转时，带动可旋转探测器外架28在水平方向上沿第三旋转轴14旋转；所述第四电机19带动所述第四旋转轴15旋转，所述第四旋转轴15旋转时，带动可旋转探测器主体29在竖直方向沿第四旋转轴15旋转，从而使可旋转探测器主体29的正面对准火灾发生地点；具体实施时，所述可旋转探测器外架28能够在水平方向上沿第三旋转轴14做360°旋转，所述可旋转探测器主体29能够在竖直方向上沿第四旋转轴15做90°旋转；所述可旋转探测器主体29的正面对准火灾发生地点，能够保证所述消防救援探测飞行器能够探测到所述消防救援探测飞行器水平方向以及位于所述消防救援探测飞行器水平方向以下的火源；通过设置保护罩24，并设置可旋转探测器27，不仅避免了不良环境对探测过程的影响，还避免了保护罩24内各部件，以及嵌入安装在可旋转探测器主体29内的各部件与周围不良环境的长时间接触导致的损坏，延长了各部件的使用寿命；

步骤三、所述红外热成像镜头30拍摄火灾发生地点的红外图像并将拍摄到的红外图像传输给中央处理器9，同时，所述可见光摄像镜头3拍摄同一视角、同一时间火灾发生地点的可见光图像并将拍摄到的可见光图像传输给中央处理器9，中央处理器9将其接收到的红外图像和可见光图像通过无线射频天线8发送出去，供地面计算机2通过射频传输系统10接收；由于火源温度明显高于周围环境温度，因此可使用所述红外热成像镜头30拍摄火灾发生地点的红外图像；

步骤四、所述中央处理器9通过无线射频天线8接收到地面计算机2根据红外图像、可见光图像和火源的图像处理方法得到并发送给其的火源方向信息后，控制第三电机18和第四电机19旋转，所述第三电机18带动所述第三旋转轴14旋转，所述第三旋转轴14旋转时，带动可旋转探测器外架28在水平方向上沿第三旋转轴14旋；所述第四电机19带动所述第四旋转轴15旋转，所述第四旋转轴15旋转时，带动可旋转探测器主体29在竖直方向沿第四旋转轴15旋转，从而使激光测距仪12对准火源方向，激光测距仪12测量火源到所述消防救援探测飞行器的距离和角度，得到火源相对于所述消防救援探测飞行器的位置，并将火源相对于所述消防救援探测飞行器的位置信息传输给中央处理器9，中央处理器9将火源相对于所述消防救援探测飞行器的位置信息通过无线射频天线8发送出去，供地面计算机2通过射频传输系统10接收；

步骤五、中央处理器9控制GPS定位器25对所述消防救援探测飞行器的位置进行定位，待GPS定位器25完成定位后，将所述消防救援探测飞行器的位置信息传输给中央处理器9，中央处理器9将所述消防救援探测飞行器的位置信息通过无线射频天线8发送出去，供地面计算机2通过射频传输系统10接收。

具体实施时，消防人员能够根据步骤三中地面计算机2接收到的红外图像和可见光图像，分析得到火势大小；消防人员能够根据步骤四中地面计算机2接收到的火源相对于所述消防救援探测飞行器的位置信息和步骤五中地面计算机2接收到的所述消防救援探测飞行器的位置信息，推算出火源具体位置；消防人员能够根据火势大小和火源具体位置确定消防救援方案。

本实施例中，步骤三之后，消防员能够通过查看显示在地面计算机2上的红外图像和可见光图像，发现被困人员，当需要向被困人员喊话时，消防员通过遥控器1操控所述消防救援探测飞行器靠近被困人员所在位置，对被困人员实时喊话，实时喊话时，消防人员对准连接在地面计算机2上的话筒说话，地面计算机2通过射频传输系统10将接收到的语音信息传输至所述消防救援探测飞行器，所述消防救援探测飞行器的中央处理器9通过无线射频天线8接收到语音信息，并通过喇叭13发出。当被困人员有慌张等不利于救援脱困的情绪时，通过实时喊话，能够安抚被困人员情绪；另外，具体实施时，消防人员还能够通过实时传输的红外图像和可见光图像，判断被困人员是否可在短时间内实施自救，如果可以，通过喇叭13对其喊话，告知被困人员自救的方法、逃生路线等；如果不能在短时间实施自救，则可通过喇叭13对其喊话，告知被困人员等待救援以及等待救援过程中的注意事项，同时立即派遣消防人员或智能救援机器人等实施救援。

本实施例中，步骤一中当所述消防救援探测飞行器起飞后，中央处理器9控制第一电机20和第二电机21旋转，第一电机20带动第一旋转轴16旋转，第一旋转轴16带动左起落架22旋转至与支撑臂5所在平面平行的位置；第二电机21带动第二旋转轴17旋转，第二旋转轴17带动右起落架23旋转至与支撑臂5所在平面平行的位置。这样就能够避免左起落架22和右起落架23在探测过程中阻挡红外热成像镜头30和可见光摄像镜头3，保证了成像质量。

本实施例中，步骤一至步骤五的过程中，所述电池11的电量信息反馈给中央处理器9，中央处理器9将电池电量信息通过无线射频天线8发送出去，供地面计算机2通过射频传输系统10接收，当电池电量低于设定的电池电量阈值时，地面计算机2发出报警信号，此时，消防人员通过遥控器1操控所述消防救援探测飞行器返航，避免所述消防救援探测飞行器因动力不足发生坠毁或其他事故。

具体实施时，所述射频传输系统10可以采用5.8G无线射频信号传输，保证信号传输的稳定性及大数据的实时传输。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。