无人机载超宽带雷达消防定位系统 |
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| 申请号 | CN201710357387.X | 申请日 | 2017-05-19 | 公开(公告)号 | CN107167766A | 公开(公告)日 | 2017-09-15 |
| 申请人 | 江苏速度电子科技有限公司; | 发明人 | 黄莹珠; 徐忠建; 朱必亮; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种无人机载超宽带雷达消防 定位 系统，该定位系统包括超宽带雷达基站、无人机、定位标签、多波段 微波 辐射 计、红外热成像仪、视频 监控系统 、基于Tango技术的实时现场 图像采集 系统、控制平台；所述超宽带雷达基站、视频监控系统、多波段微波辐射计和红外热成像仪安装在无人机上，定位标签和基于Tango技术的实时现场图像采集系统安装在消防员头盔上，所述超宽带雷达基站、视频监控系统、基于Tango技术的实时现场图像采集系统、多波段微波辐射计/红外热成像仪和定位标签分别与控制平台之间以无线方式连接。本发明解决应用于任何火灾现场的室内定位系统、能够提取火势信息的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种无人机载超宽带雷达消防定位系统，其特征在于，该定位系统包括超宽带雷达基站、视频监控系统、多波段微波辐射计、红外热成像仪、无人机、定位标签、基于Tango技术的实时现场图像采集系统、控制平台；所述超宽带雷达基站、视频监控系统、多波段微波辐射计和红外热成像仪安装在无人机上，定位标签和基于Tango技术的实时现场图像采集系统安装在消防员头盔上；所述超宽带雷达基站、视频监控系统、基于Tango技术的实时现场图像采集系统、多波段微波辐射计、红外热成像仪和定位标签分别与控制平台之间以无线方式连接。 |
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| 说明书全文 | 无人机载超宽带雷达消防定位系统技术领域背景技术[0002] 近年来，随着近距离无线电技术的高速发展和无线局域网技术的进步，使得室内定位技术突飞猛进。在户外，全球定位系统GPS和北斗能够提供非常精确的定位信息，与此同时，人们对室内定位信息的需求也与日俱增，机场、展会、写字楼、地下停车场、安保监控、军事训练、物流管理以及消防领域都需要使用精确的室内定位信息。 [0003] 现有多种无线技术可以进行室内定位，包括室内GPS、RFID、IR、蓝牙和超宽带(UWB) 雷达。尤其是超宽带雷达技术是近几年兴起的崭新无线电技术，最早出现在军事上的应用，由于突出的性能优势也非常适合于民用的各领域。相比于其它定位技术，超宽带雷达具有标识能力强、定位精度高、相应速度快、通信能力好等优点。 [0004] 目前，已有多家公司宣称能够提供应用于消防领域的超宽带雷达室内定位系统，但现有方案大多存在如下不足: [0006] (2)由于火灾现场不一定安装有室内定位系统，所以现有方案不能满足所有场合； 发明内容[0008] 技术问题：本发明的目的在于提供一种无人机载超宽带雷达消防定位系统及其定位方法，将超宽带雷达室内定位系统结合了无人机、微波辐射计、红外成像等技术，旨在解决应用于任何火灾现场的室内定位系统、能够提取火势信息的问题。 [0009] 技术方案：本发明的一种无人机载超宽带雷达消防定位系统包括超宽带雷达基站、视频监控系统、多波段微波辐射计、红外热成像仪、无人机、定位标签、基于Tango技术的实时现场图像采集系统、控制平台；所述超宽带雷达基站、视频监控系统、多波段微波辐射计和红外热成像仪安装在无人机上，定位标签和基于Tango技术的实时现场图像采集系统安装在消防员头盔上；所述超宽带雷达基站、视频监控系统、基于Tango技术的实时现场图像采集系统、多波段微波辐射计、红外热成像仪和定位标签分别与控制平台之间以无线方式连接。 [0010] 其中： [0011] 所述定位标签用于发送无线超窄脉冲信号到超宽带雷达基站，根据不同标签发送的脉冲信号到达不同位置基站的时间来计算标签到基站的距离，最终得到标签的定位位置。 [0012] 所述超宽带雷达基站计算定位信息，并通过ZigBee技术发送到控制平台上，控制平台对接收的定位信号进行滤波、采样、A/D及提取，计算得到最终距离信息，并显示在控制平台屏幕上。 [0013] 所述多波段微波辐射计采用被动测量的技术，红外热成像仪对火灾现场的物体表面温度进行测量，将火灾现场的温度信号通过ZigBee技术发送到控制平台上，控制平台根据不同基站的位置和测量温度信号，计算出火势分布信息，并显示在控制平台屏幕上，便于消防指挥员调度安排。 [0014] 所述视频监控系统提取火灾现场的视频信号，通过ZigBee技术发送到控制平台显示出来； [0015] 所述基于Tango技术的实时现场图像采集系统，通过ZigBee技术发送到控制平台；根据现场图像数据进行运动追踪、深度感知和区域学习，实时确定现场建筑结构通过ZigBee技术发送到控制平台，实现现场建模。 [0016] 所述控制平台同时接收来自基站的位置信息、温度信息和视频信号，并且向基站发送控制无人机姿态的控制信号，实现处理定位信息、提取火势信息、视频信号、Tango技术提取的实时图像、控制无人机姿态。 [0017] 所述无人机至少3台，其中至少一架无人机上安装有多波段微波辐射计、红外热成像仪。 [0018] 有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0019] (1)本发明中超宽带雷达基站安装在旋翼无人机上，可以在任何地形地貌、任何形状建筑物的周边进行快速的部署，由于超宽带信号具有较强的穿透能力，所以本系统对任何材料构成的建筑都可以提供精确的定位能力； [0020] (2)本发明中微波辐射计/红外热成像仪可以对火势进行精确测量，将信息及时提供给消防员和消防指挥员，便于现场指挥； [0021] (3)本发明中无人机可以提供视频信息，让消防指挥员及时了解现场信息； [0023] 图1是本发明的火灾现场的部署示意图。 [0024] 图2是本发明的系统框图。 [0025] 图3是本发明的控制平台的功能框图。 具体实施方式[0026] 本发明的一种无人机载超宽带雷达消防定位系统，该定位系统包括超宽带雷达基站、无人机、定位标签、多波段微波辐射计、红外热成像仪、视频监控系统、基于Tango技术的实时现场图像采集系统、后台软件和控制平台；所述超宽带雷达基站、视频监控系统、多波段微波辐射计和红外热成像仪安装在无人机上，定位标签和基于Tango技术的实时现场图像采集系统安装在消防员头盔上，所述超宽带雷达基站、视频监控系统、基于Tango 技术的实时现场图像采集系统、多波段微波辐射计/红外热成像仪和定位标签分别与控制平台之间以无线方式连接；其中： [0027] 定位标签用于发送无线超窄脉冲信号到超宽带雷达基站，根据不同标签发送的脉冲信号到达不同位置基站的时间来计算标签到基站的距离，最终通过处理软件得到标签的位置； [0029] 微波辐射计采用了被动测量的技术，红外热成像仪对火灾现场的物体表面温度进行测量，将火灾现场的温度信号通过ZigBee技术发送到控制平台上，控制平台根据不同基站的位置和测量温度信号，计算出火势分布信息，并显示在屏幕上，便于消防指挥员调度安排； [0030] 视频监控系统提取火灾现场的视频信号，通过ZigBee技术发送到控制平台显示出来； [0031] 基于Tango技术的实时现场图像采集系统，通过ZigBee技术发送到控制平台的后台软件； [0032] 后台软件根据现场图像数据进行运动追踪、深度感知和区域学习，实时确定现场建筑结构通过ZigBee技术发送到控制平台的后台软件，实现现场建模； [0033] 控制平台同时接收来自基站的位置信息、温度信息和视频信号，并且向基站发送控制无人机姿态的控制信号，实现处理定位信息、提取火势信息、视频信号、Tango技术提取的实时图像、控制无人机姿态。 [0034] 所述无人机至少3台，其中至少一架无人机上安装有多波段微波辐射计/红外热成像仪。 [0035] 本发明的一种无人机载超宽带雷达消防定位系统采用定位方法如下： [0036] 定位标签发送无线超窄脉冲信号到超宽带雷达基站，超宽带雷达基站根据不同标签发送的脉冲信号到达不同位置超宽带雷达基站的时间来计算标签到基站的距离，并通过 ZigBee技术发送到控制平台上，控制平台对接收的定位信号进行滤波、采样、A/D及提取，再根据定位处理算法得到最终距离信息，最终通过处理软件得到标签的位置；并显示在控制台屏幕上； [0037] 微波辐射计采用被动测量的技术，红外热成像仪对火灾现场的物体表面温度进行测量，将火灾现场的温度信号通过ZigBee技术发送到控制平台上，控制平台根据不同超宽带雷达基站基站的位置和测量温度信号，计算出火势分布信息，并显示在屏幕上，便于消防指挥员调度安排； [0038] 视频监控系统提取火灾现场的视频信号，通过ZigBee技术发送到控制平台显示出来； [0039] 基于Tango技术的实时现场图像采集系统，通过无线传输技术发送至后台软件，后台软件根据现场图像数据进行运动追踪、深度感知和区域学习，实时确定现场建筑结构通过 ZigBee技术发送到控制平台的后台软件，实现现场建模； [0040] 控制平台同时接收来自基站的位置信息、温度信息和视频信号，并且向基站发送控制无人机姿态的控制信号，实时处理定位信息、提取火势信息、视频信号、Tango技术提取的实时图像、控制无人机姿态。 [0041] 所述无人机悬停高度高于火灾现场。 [0042] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例，对本发明进行进一步详细说明。 [0043] 本发明是这样实现的: [0044] a.将超宽带雷达基站被安装在多架旋翼无人机上(至少3架以上)，定位标签安装在消防员头盔上，无人机部署在火灾现场外围的各个位置(悬停高度要高于火灾现场)，由于超宽带信号具有较强的穿透能力，所以本系统能够提供精确的定位能力。 [0045] b.至少一架无人机上安装有多波段微波辐射计/红外热成像仪，微波辐射计采用被动方式接收来自火灾现场的微波能量，红外热成像仪用于反映火灾现场的物体表面温度，二种技术相互结合，可以对火灾现场的明火/暗火进行精确测量。 [0046] c.无人机上可安装视频监控系统，提取火灾现场的视频信号。 [0047] d.在消防员头盔上安装基于Tango技术的实时现场图像采集系统，通过无线传输技术发送至后台软件。后台软件根据现场图像数据进行运动追踪(Motion Tracking)、深度感知(Depth Perception)和区域学习(Area Learning)。实时确定现场建筑结构，为消防指挥员提供参考。 [0048] e.本系统含有一部便携式的控制平台，实现处理定位信息、提取火势信息、视频信号、Tango技术提取的实时图像、控制无人机姿态等多种功能，本控制平台可以安装在消防车上，或由消防指挥员携带。 [0049] 超宽带雷达定位标签用于发送无线超窄脉冲，设计尺寸小于10×6×0.8cm，工作频段在S波段，根据不同标签发送的脉冲到达不同位置基站的时间来计算标签到基站的距离，最终通过处理软件得到标签的位置。本方案的测距精度可以达到2-10厘米，定位范围大于 500m。根据三点定位的原理，一套系统中携带基站的无人机至少在3台以上。无人机悬停高度必须高于火灾现场，防止定位标签发出的脉冲信号没有被基站接收到。如图-1所示。 [0050] 定位信息由基站计算，并通过ZigBee技术发送到控制平台上。控制平台对接收的定位信号进行滤波、采样、A/D及提取，再根据定位处理算法得到最终距离信息，并显示在控制台屏幕上。 [0051] 微波辐射计采用了被动测量的技术，红外热成像仪对火灾现场的物体表面温度进行测量，二者结合可以对现场火势进行精确地测量。微波辐射计/红外热成像仪被安装在某几台无人机上，将火灾现场的温度信号通过ZigBee发送到控制平台上。控制平台根据不同基站的位置和测量温度信号，计算出火势分布信息，并显示在屏幕上，便于消防指挥员调度安排。 [0052] 无人机上安装有摄像头，可以提取火灾现场的视频信号，通过ZigBee发送到控制平台显示出来。 [0053] 消防员头盔上安装有基于Tango技术的实时现场图像采集系统，通过ZigBee发送到控制平台的后台软件，实现现场建模。 [0054] 控制平台同时接收来自基站的位置信息、温度信息和视频信号，并且能向基站发送控制无人机姿态的控制信号。另外，控制平台还能向定位标签发送语音信息。如图2和图3 所示。 |
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