森林守护者——基于四旋翼的无人机消防巡检灭火系统
1 问题背景
无人机中低空监测系统具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点，具有对地快速实时巡察监测能力，是一种新型的中低空实时电视成像和红外成像快速获取系统。可以在地面巡护无法顾及的偏远地区发生林火的早期发现以及对重大森林火灾现场的各种动态信息的准确把握和及时了解；也可以解决飞机巡护无法夜航、烟雾造成能见度降低无法飞行等问题
无人机的作用不仅仅局限在灾情侦查。消防部队所面对的各类灾害事故现场往往瞬息万变，在灾害事故的处置过程中，利用无人机进行实时监控追踪，能够提供精准的灾情变化情况，便于各级指挥部及时掌握动态灾害情况，从而作出快速、准确的对策，最大限度的最大限度的减少损失

2 项目介绍

2.1 项目整体设计
团队制作的基于无人机的森林消防巡检灭火系统集自主巡检、火灾识别、区域自燃等级划分、自主通信、实时信息回传、自主灭火、后勤补给检修等功能于一体，采用yolov5、神经网络等算法，使得本系统在能实现其基本功能的前提下具有可靠性高，状态稳定等特点。使用下位机对于系统进行控制，并通过通讯模块连接上位机，能够及时上传数据以更好调配资源，同时也使本系统在具备一定自主性的基础上，使用者也能够 及时介入以应对各类突发情况。

主要分为三个部分：
(1) 智能巡检飞机，通过飞机上的图传系统和定位系统把实时 信息传输到工作人员计算机里，计算机再通过 yolov5 算法和神经网 络 matlab 进行火焰识别和自燃等级划分。通过自燃等级划分，对自 燃等级较高的区域进行密切关注。识别到火焰之后，计算机通过无人 机传回来的数据包将里面的位置信息提取出来，然后再传输给灭火飞机。

(2) 智能灭火飞机，通过巡检飞机定位信息到达火灾区域，然
后投放灭火弹进行灭火，完成灭火后将信息数据传输到指定人手里。
(3)飞机供电系统，设立一个机场供电站，通过太阳能发电+ 电力电子技术对电能实施变换、储能，最后给停靠的巡检、灭火无人 机供电。利用物联网技术接收和回传实时数据，在下位机进行数据分析，评估此次灭火任务是否完成。

           2.2 项目应用及推广价值

        该项目除开应用在森林消防外，还可用于建筑物灭火，石油化工 设施灭火，大型活动火灾预防，高温环境作业，电力线路灭火，偏远地区灭火，草原灭火等地。

          3 创新点

（1）结构合理化
（2）操作一体化
（3）灭火高效化
（4）算法可靠化 
（5）控制灵活化
（6）响应迅速化
（7）模块集成化
（8）绿色环保化
（9）检测精准化
  本项目主要依托基于四旋翼无人机平台及太阳能供电系统的智能消防系统的搭建，逐步推动森林消防巡检灭火系统在森林消防等其他行业的应用，致力于带动消防行业的发展，为消防产业提供一定的支持

4 科学性：

最为主要的是，无人机具备垂直起降和悬停等功能， 对环境的接受程度高， 无论是恶劣天气还是危险区域， 均可以实时准确地获得有价值的信息。无人机具备双重控制模式， 准备时间短，应用在一些紧急险情时，能在第一时间发挥自身作用，在 侦查方面具有着无可替代的优势价值。无人机本身具备的网络平台，能实现定位、摄影、测绘、通信等功能，通过这些功能模块，可全面的反馈火灾灾情，从而在最短时间内实现灭火救援工作。

森林的维护工作一直是令人困扰的话题。多年来，国家不断增加森林保护经费。在林火防护方式上，始终还是通过人员定期，定时巡查为主，但是因为面积太大不能测地检查，而且巡查频率，有限，使得浪费了大量人力却并没有取得很好的效果，根据相关论文我们发现中小型无人机在森林预警防火方面具有很好的优势。

5 先进性
无人机中低空监测系统具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点，具有对地快速实时巡察监测能力，是一种新型的中低空实时电视成像和红外成像快速获取系统。

结合相关论文，了解到无人机的发展还存在着导航、动力和灵活性方面的问题，我们对以上方面做出了改进：

1）国内无人机控制水平较低，在巡航方面大多采用国外的技术，本项目则采用我国自主研发的北斗卫星导航系统。

2）目前无人机大多采用金属材料对机身进行构建，导致机身重量大，运行笨重，本项目采用新型非金属复合材料，以降低无人机机身重量，提高灵活性，提高其使用频率。

3）无人机运行大多依赖卫星遥感技术，使得地面分辨率较低无法及时发现险情，本项目具有中低空实时电视成像和红外成像快速获取系统，能够让指导员快速发现险情。

          4）本项目在四旋翼无人机的基础上加装了各种模块，使其能够实现各种功能，例如火焰烟雾识别，自燃等级划分，实时信息传输，定位等。
6 实用性
应用在森林消防外，还可以应用在以下场景。

（1）森林消防

在森林消防中，利用智能消防无人机系统可以更快速、更准确、 更高效的对森林进行巡检，使得工作人员更便捷。灭火无人机可以快 速、安全地抵达火灾现场，可以在复杂的地形中飞行，减少消防员在灭火过程中的风险。

（2）电力线路灭火

在输电线路火灾中，无人机可以快速到达火灾现场，进行灭火和 修复工作，降低停电损失。且利用无人机来进行作业，避免对救援人员自生造成伤害。
   （3）建筑物灭火

无人机可以携带灭火器材飞到建筑物上方进行灭火，特别是在高层建筑物中，灭火无人机具有更高的灵活性和效率。

（4）大型活动火灾预防

在大型活动中，智能消防无人机系统可以在人群密区域进行火灾预警。一旦发现火源，可以迅速定位并进行灭火，降低对人群的伤害。

（5）石油化工设备灭火

在石油、天然气和化学品工厂等易燃易爆环境中，智能消防无人 机系统可以在较远的距离进行火源检测和早期火灾预警。一旦发现火源，无人机可以迅速抵达现场。

（6）高温环境作业灭火

无人机可以在高温、高辐射环境下进行灭火作业，减少消防员在火场中的危险。

（7）家庭和商业火灾预防

在家庭和商业场所，无人机可以进行定期巡逻，检测潜在火源。 一旦发现火源，智能消防无人机系统可以立即通知用户进行扑灭，防止火灾蔓延。

（8）火场物资运输

灭火无人机可以携带救援物资（如水带、救生器材等），快速将物资送达火场指定位置，提高灭火救援效率。

（9）火场人员搜救

无人机可以在火场内进行人员搜救，快速定位被困人员，为救援行动提供实时信息支持。

（10）偏远地区灭火

在偏远地区发生火灾时，由于道路和交通条件的限制，消防员难 以及时到达现场。这时，无人机可以发挥重要作用，快速响应火灾，降低损失。