[发明专利]一种用于监测煤田火区分布及燃烧态势的无人机及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监测煤田火区分布及燃烧态势的无人机及其方法，适用于煤田火区分布情况和燃烧态势的判定，为煤火防治和利用提供重要的信息支持。

背景技术

作为一个世界普遍存在的全球性灾难，煤火极大地造成了煤炭资源直接和间接的浪费、生态环境的破坏以及人类的健康与安全威胁。煤田火灾是一个世界普遍存在的全球性灾难，其中中国煤火范围最大，其次是美国，印度，南非和澳大利亚，造成了严重的煤炭资源损失、土壤、水及大气环境污染、生态破坏和地质灾害。因此。对于现有及潜在的煤田火灾的防治至关重要。国内外学者提出煤田火区分布范围的探测方法，其中包括依据煤田火多发生于煤岩松散区域的特点，采用地质雷达和瞬变电磁仪测试探测区的电磁波振幅和二次感生电磁场，圈定探测区煤岩松散区的分布范围，并在松散区施工测气钻孔，分析气样组分和浓度以判定各区域的煤火燃烧程度；通过获取目标区域的卫星遥感影像数据计算目标区域中植物的植被指数，以及根据植被指数确定目标区域中的煤火区域；通过获取目标区域的热红外影像、与热红外影像中的DN值信息对应的温度信息以及与温度信息对应的发射率信息，以温度信息确定目标区域中的第一范围，以发射率信息在第一范围中确定煤火范围；以及通过对预定地区地表的裂隙和温度的勘测和监测以获取所述预定地区的地下煤火信息。但是上述对煤火分布的探测具有一定的局限性，一些监测方法的实施要求工作人员亲赴现场采集数据，使得煤火燃烧产生的温度异常和有毒有害气体、地表塌陷风险威胁着职工的生命和健康安全，而一些方法只针对特定的某个位置或区域，无法大范围快速地收集数据，以偏概全，数据分析存在偏差，并且很难对煤火进行系统全面的地形地貌和煤火态势的预测。一些学者布设CO、CO₂、SO₂气体传感器利用GPS信号传输数据对煤火区环境实施实时综合检测，快速地获取煤火区内多种环境参数和定位数据，并绘制煤火区内环境参数的地理分布图，可以及时全面地评估煤火区的空气污染状况，但该方法需要在煤火区布置大量的传感器，且并没有对煤火燃烧态势进行分析。

目前无人机以其安全、便捷、智能、高效等技术特点，已经在航拍、农业、快递运输、灾难救援、观察野生动物、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等领域得到应用，各个国家同时也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。本发明将无人机技术引入煤火领域中，提出一种用于监测煤田火区分布及燃烧态势的无人机及其方法，能够快速地、大范围地仿真拟合煤田火区地形地貌特征、地表温度场分布和预测煤火燃烧态势，对于煤火防治和利用意义重大。

发明内容

本发明目的是，针对煤田火区分布和燃烧态势的判定存在的不安全、不全面、不快速和不精确等问题，提供一种用于监测煤田火区分布及燃烧态势的无人机及其方法，实现大范围地、快速安全地、较为精确地仿真拟合煤田火区地形地貌特征、地表温度场分布和预测煤火燃烧态势。

系统及方法，主要包括无线通信模块、控制系统、数据存储模块、电源、惯性导航系统、空间定位模块、数据监测模块等，其特征在于无线通信模块设置在机头舱里，控制系统、数据存储模块、电源、惯性导航系统、数据监测模块依次设计安装在机身舱内，空间定位模块设计安装在机身中间位置。由地面主机通过无线通信模块向无人机发送控制指令至无人机上控制系统控制无人机运行，同时控制惯性导航系统、空间定位模块和数据监测模块实时获取并同步无人机外方位姿态信息、距地面高度、经纬度、海拔高度、卫星时间等方位信息以及地貌影像及红外热成像信息、指标性气体浓度信息和空气温湿度信息，并存储到数据存储模块，同时通过无线通信模块传送至地面主机，地面主机利用无人机采集的方位信息和地貌影像信息进行仿真拟合得出煤田火区地形地貌特征，并集成红外热成像信息、混合指标性气体的比例指标如CO/CO₂和空气温湿度以预测煤田火区地表温度分布特征以及相应的煤火燃烧态势。