一种用于森林灭火的灭火弹系统及其控制方法与流程

本发明属于森林灭火技术领域，尤其涉及一种用于森林灭火的灭火弹系统及其控制方法。

背景技术：

森林大火给自然环境和人民生活带来巨大的危害，是恶性的自然灾害。森林灭火弹是用于森林火灾扑灭过程中，通过在弹药中填充灭火剂，发射或投放到火灾区域位置，通过引爆弹药，抛出弹药壳体内的灭火剂，覆盖着火区域，达到扑灭火焰的效果，是一种高效的灭火方法。

但森林灭火弹存在一定的缺陷，主要在于森林灭火弹无法对全部区域进行扑灭，受其有效半径约束，未被扑灭的火焰继续引火，因此灭火弹难以实现大面积的有效灭火效果，灭火的灵活性差，容易造成对同一区域反复投放灭火弹，无法起到灭火效果的同时，还造成弹药的浪费，因此，亟需一种高效的灭火系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种用于森林灭火的灭火弹系统，通过本灭火弹系统实现了对灭火弹的组网并协同对火灾区域进行攻击，形成协同调配的灭火方案。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种用于森林灭火的灭火弹系统，所述灭火弹系统至少包括红外摄像头、控制终端和若干灭火弹；所述红外摄像头与控制终端安装于飞机之上，并经线缆相互连接；所述控制终端与各灭火弹通过无线数据链连接；各灭火弹基于控制终端的控制指令运动至灭火落弹点完成相应区域灭火形成灭火隔离带，并基于灭火弹上搭载的温度传感器实现落弹点温度信息持续监测。

根据一个优选的实施方式，所述灭火弹至少包括红外图像传感器、弹上gps模组和航姿参考系统，所述控制终端基于实时获取的各灭火弹的红外图像传感器采集的图像信息、弹上gps模组采集弹体gps定位信息、弹药的姿态信息完成火焰线位置坐标信息的更新获取。

根据一个优选的实施方式，所述控制终端基于火焰线位置坐标信息的更新数据完成火焰线推进速度计算，所述控制终端根据火焰线坐标信息、推进速度信息以及灭火弹的灭火剂有效作用半径，完成各灭火弹的落弹点分配；且各灭火弹基于分配的落弹点位置信息运动至相应区域完成灭火并形成连续的灭火隔离带。

根据一个优选的实施方式，所述灭火弹为分段式结构，所述灭火弹的尾部舱段设有温度传感器，且所述温度传感器设置于灭火弹尾部的外表面；所述控制终端基于所述温度传感器持续采集的温度数据和该区域历史红外图像数据完成火线是否突破灭火隔离带的监测，并在火焰突破所述灭火隔离带时进行灭火弹的再次投放。

根据一个优选的实施方式，所述灭火弹为三段式结构，分别为头部舱段、中部舱段和尾部舱段，其中，头部舱段内设置有红外图像传感器和红外信息处理器；尾部舱段至少设置有舵机、舵片、航姿参考系统、无线通信模组、弹上gps模组、弹上控制器和弹上电源。

根据一个优选的实施方式，红外图像传感器与红外信息处理器电气连接，所述无线通信模组一端与控制终端相连，另一端分别与红外信息处理器、温度传感器、航姿参考系统、弹上gps模组电气连接。

根据一个优选的实施方式，所述中部舱段为弹药本体，所述弹药本体包括引信、抛撒药柱、灭火剂和弹药壳体，引信、抛撒药柱和灭火剂设置于弹药壳体内部；其中抛撒药柱安装于弹药壳体内的轴心处，外层包裹灭火剂，引信与抛撒药柱紧密贴合。

根据一个优选的实施方式，所述弹上控制器分别与航姿参考系统和舵机电气连接，所述舵片通过舵机轴与所述舵机连接。

根据一个优选的实施方式，所述弹上电源包括弹上电池、电源管理组件和短路销；其中，电源管理组件分别与弹上电池和短路销电气连接。

根据一个优选的实施方式，所述中部舱段与尾部舱段为分离式结构设计，且所述中部舱段与尾部舱段经螺钉相互连接。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：通过发明公开的本灭火弹系统，实现了各灭火弹协同制导，灭火弹可通过飞机投放到火灾区域，并空中完成组网，协同对火灾区域进行攻击，形成协同调配的灭火方案，从而完成灭火隔离带的建立。并能对灭火隔离带进行实时监测，以对突破隔离带处的火情进行精确的定位，以完成再次灭火。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明灭火弹的功能模块示意图；

图3是本发明灭火弹的结构示意图；

图4是本发明灭火弹进行隔离带建立时的分布示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

实施例1：

参考图1至图4所示，本发明公开了一种用于森林灭火的灭火弹系统，所述灭火弹系统至少包括红外摄像头、控制终端和若干灭火弹。

优选地，所述红外摄像头与控制终端安装于飞机之上，并经线缆相互连接。所述控制终端与各灭火弹通过无线数据链连接。

各灭火弹基于控制终端的控制指令运动至灭火落弹点完成相应区域灭火形成灭火隔离带，并基于灭火弹上搭载的温度传感器实现落弹点温度信息持续监测。即是，协同制导灭火弹可通过飞机投放到火灾区域，灭火弹在空中完成组网，协同对火灾区域进行攻击，形成协同调配的灭火方案。

灭火弹为分段式结构。优选地，所述灭火弹为三段式结构，分别为头部舱段、中部舱段和尾部舱段。

优选地，所述中部舱段与尾部舱段为分离式结构设计，且所述中部舱段与尾部舱段经螺钉相互连接。例如，在中部舱段与尾部舱段的连接处采用对称分布的多个螺钉，抛撒药柱触发后切断螺钉，使得中部舱段与尾部舱段分离。

优选地，头部舱段内设置有红外图像传感器和红外信息处理器。

优选地，所述中部舱段为弹药本体。所述弹药本体包括引信、抛撒药柱、灭火剂和弹药壳体，引信、抛撒药柱和灭火剂设置于弹药壳体内部；其中抛撒药柱安装于弹药壳体内的轴心处，外层包裹灭火剂，引信与抛撒药柱紧密贴合。

优选地，尾部舱段至少设置有舵机、舵片、航姿参考系统、无线通信模组、温度传感器、弹上gps模组、弹上控制器和弹上电源。

优选地，所述弹上电源包括弹上电池、电源管理组件和短路销；其中，电源管理组件分别与弹上电池和短路销电气连接。进一步地，短路销固定在电源管理组件上，通过尾舱侧壁开孔，伸出外表面，短路销拔出后，电源管理组件上电。

优选地，所述电源管理组件同信息感知与回传组件中所有元素电气连接，并为其提供电能。进一步地，信息感知与回传组件包括红外图像传感器、温度传感器、gps模组、红外信息处理器、无线通信模组、航姿参考系统。

优选地，电源管理组件与弹上控制器、惯性测量组合、舵机电气连接，为其提供电能；无线通信模组与弹上控制器电气连接；gps模组、航姿参考系统分别与弹上控制器电气连接。

优选地，所述弹上控制器分别与航姿参考系统和舵机电气连接，所述舵片通过舵机轴与所述舵机连接。

优选地，红外图像传感器与红外信息处理器电气连接，所述无线通信模组一端与控制终端相连，另一端分别与红外信息处理器、温度传感器、航姿参考系统、弹上gps模组电气连接。

优选地，所述控制终端基于实时获取的各灭火弹的红外图像传感器采集的图像信息、弹上gps模组采集弹体gps定位信息、弹药的姿态信息完成火焰线位置坐标信息的更新获取。

优选地，所述控制终端基于火焰线位置坐标信息的更新数据完成火焰线推进速度计算，所述控制终端根据火焰线坐标信息、推进速度信息以及灭火弹的灭火剂有效作用半径，完成各灭火弹的落弹点分配。且各灭火弹基于分配的落弹点位置信息运动至相应区域完成灭火并形成连续的灭火隔离带。

进一步地，所述温度传感器设置于所述灭火弹的尾部舱段，且所述温度传感器设置于灭火弹尾部的外表面。

所述控制终端基于所述温度传感器持续采集的温度数据和该区域历史红外图像数据完成火线是否突破灭火隔离带的监测，并在火焰突破所述灭火隔离带时进行灭火弹的再次投放。

本发明还公开了灭火弹系统的控制实施方法，本方法包括：火焰线自动侦察步骤；协同制导设置隔离带步骤；落点温度信息持续监控与反馈步骤。

具体地，所述火焰线自动侦察步骤包括：

火焰线自动侦察的目的是观察火灾状态，实时分析火情发展趋势。

[1]飞机飞到沿火焰线飞到火灾区域上空后，飞机上搭载的红外摄像头捕获着火区域，gps模组持续定位。

[2]飞机投放若干灭火弹，在投放的时刻通过挂钩拉开短路销，弹上电源上电。

[3]灭火弹药投放后，弹药上的无线通信模组与控制终端的接收装置建立连接。

[4]红外图像传感器获取视野内红外图像信息，弹上gps模组持续定位；

[5]弹上航姿参考系统实时捕获灭火弹药的俯仰角、滚转角、航向角；

[6]红外图像传感器信息通过红外信息处理器压缩处理，将压缩处理后的信息同gps定位信息和姿态信息通过无线数据链发送到控制终端；

[7]在控制终端上，系统根据红外图像传感器位置信息、gps定位信息、弹药的姿态信息融合匹配，计算精确的火焰线位置坐标；

[8]将每一发弹药步骤7中的信息都发送给控制终端，实时融合匹配，更新火焰线位置坐标。

具体地，所述协同制导设置隔离带步骤包括：

为每发灭火弹分配最佳的落弹点，如图4所示。

[1]控制终端根据侦察到的火焰线分布坐标，以及持续的观测信息，计算火焰线推进速度。

[2]控制终端根据火焰线坐标、推进速度以及已知的灭火剂有效作用半径，为灭火弹分配理想落点坐标。

[3]控制终端将理想落点坐标通过无线数据链发送到灭火弹上。

[4]灭火弹根据落点坐标、当前gps定位坐标及航姿参考信息，通过弹上控制器控制舵机带动舵片转动产生气动力，进而在弹药上产生法向加速度。

[5]通过比例导引律控制弹药在法向加速度的作用下飞向落点。

[6]弹药落地后，引信根据弹药前冲惯性信号触发，引爆抛撒药柱，灭火剂覆盖落点区域。

[7]每发弹药根据分配的落点协同制导，最终形成连续的隔离带。

具体地，所述落点温度信息持续监控与反馈步骤包括：

[1]各弹药落地后，抛撒药柱产生的冲击波作用在尾舱的端面上，使得螺钉切断，尾部舱端与前端分离；

[2]弹上控制器采集温度传感器信息，并实时回传至控制终端；

[3]弹上gps定位模组持续获取落点信息，并通过无线数据链回传到控制终端；

[4]控制终端将落点的温度信息与历史观测到的图像信息融合处理，判断温度是否异常，如果异常，则判定火焰突破隔离带；

[5]如果落点区域未能成功设置隔离带，则再次投放一枚灭火弹，灭火弹的落点坐标为检测到温度异常的区域。

从而，通过发明公开的本灭火弹系统，实现了各灭火弹协同制导，灭火弹可通过飞机投放到火灾区域，并空中完成组网，协同对火灾区域进行攻击，形成协同调配的灭火方案，从而完成灭火隔离带的建立。并能对灭火隔离带进行实时监测，以对突破隔离带处的火情进行精确的定位，以完成再次灭火。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除