【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及森林火災(zāi)防控，具體涉及一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、傳統(tǒng)的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)手段主要依賴地面站點(diǎn)和衛(wèi)星遙感，這些方法在空間分辨率和實(shí)時(shí)性上存在不足，難以提供精細(xì)化的火災(zāi)態(tài)勢(shì)信息，導(dǎo)致消防作業(yè)的效率低下，甚至錯(cuò)失最佳撲救時(shí)機(jī)。相比于地面站點(diǎn)和衛(wèi)星遙感，機(jī)載平臺(tái)具有高度的靈活性，能夠快速覆蓋大范圍火場(chǎng)，并根據(jù)需求調(diào)整觀測(cè)角度和范圍。
2、搭載光學(xué)傳感器、紅外傳感器、激光測(cè)距儀、伺服控制系統(tǒng)、組合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的機(jī)載光電吊艙，非常適用于森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)。例如，監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的異常熱點(diǎn)，結(jié)合激光測(cè)距信息及光電吊艙位姿信息實(shí)現(xiàn)火源粗定位。然而當(dāng)前基于機(jī)載監(jiān)測(cè)吊艙的火災(zāi)監(jiān)測(cè)手段自動(dòng)化程度較低，往往將火蔓延的三維面特征降維成一維點(diǎn)特征，沒(méi)有形成高效的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策體系。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于以上問(wèn)題，本專利技術(shù)提出一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法及系統(tǒng)。
2、根據(jù)本專利技術(shù)的一方面，提出一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，該方法包括以下步驟：
3、采集連續(xù)幀圖像并對(duì)幀圖像進(jìn)行第一次處理，以檢測(cè)當(dāng)前幀是否存在火情；
4、對(duì)檢測(cè)到火情的圖像幀進(jìn)行第二次處理，以識(shí)別火前鋒；其中，所述火前鋒定義為火焰向前擴(kuò)展的部分，其輪廓曲線為燃燒區(qū)與未燃區(qū)的交界線；
5、基于火前鋒形態(tài)特征進(jìn)行第三次處理，獲取火前鋒輪廓曲線關(guān)鍵點(diǎn)；
6、計(jì)算所述關(guān)鍵點(diǎn)相對(duì)于該幀
7、對(duì)所述相對(duì)像素坐標(biāo)進(jìn)行第四次處理，以確定機(jī)載光電吊艙上激光測(cè)距儀對(duì)準(zhǔn)各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)所需的伺服系統(tǒng)控制量，并基于所述伺服系統(tǒng)控制量對(duì)各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距；
8、基于測(cè)距獲得的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)與激光測(cè)距儀的相對(duì)位置進(jìn)行第五次處理，計(jì)算獲得火前鋒的位置；
9、根據(jù)所述火前鋒的位置和其他信息對(duì)火勢(shì)蔓延進(jìn)行預(yù)測(cè)；
10、根據(jù)所述火前鋒的位置以及蔓延預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)消防力量撤退路線進(jìn)行實(shí)時(shí)規(guī)劃和動(dòng)態(tài)更新。
11、進(jìn)一步地，所述對(duì)幀圖像進(jìn)行第一次處理，以檢測(cè)當(dāng)前幀是否存在火情包括：所述幀圖像包括可見(jiàn)光圖像和紅外圖像，對(duì)可見(jiàn)光圖像和紅外圖像分別提取不同尺度的特征；將兩種特征進(jìn)行加權(quán)融合，獲取融合特征；將所有尺度的融合特征進(jìn)行拼接，獲取融合多模態(tài)圖像的融合特征圖；將所述融合特征圖輸入基于深度學(xué)習(xí)的火情檢測(cè)模型中進(jìn)行火情檢測(cè)，檢測(cè)確定當(dāng)前幀是否存在火情。
12、進(jìn)一步地，所述對(duì)檢測(cè)到火情的圖像幀進(jìn)行第二次處理包括：對(duì)檢測(cè)到火情的圖像幀進(jìn)行圖像分割，獲取二值圖像；使用canny算法提取二值圖像中燃燒區(qū)域的邊緣；計(jì)算相鄰幀之間的光流，進(jìn)而得到光流速度；將光流速度大于預(yù)設(shè)速度閾值的像素所構(gòu)成的曲線識(shí)別為火前鋒輪廓曲線。
13、進(jìn)一步地，所述基于火前鋒形態(tài)特征進(jìn)行第三次處理，獲取火前鋒輪廓曲線關(guān)鍵點(diǎn)包括：沿火前鋒曲線輪廓計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的曲率值，對(duì)全部曲率值進(jìn)行排序，并為每個(gè)點(diǎn)分配一個(gè)索引i；其中，曲率值最大的點(diǎn)分配索引值為1，曲率值最小的點(diǎn)分配索引值為n，n表示火前鋒曲線輪廓上火點(diǎn)的個(gè)數(shù)；設(shè)機(jī)載光電吊艙上激光測(cè)距儀的可連續(xù)探測(cè)點(diǎn)數(shù)為p，火前鋒曲線輪廓上索引值小于等于p的各點(diǎn)為激光測(cè)距儀待測(cè)距的火前鋒輪廓曲線關(guān)鍵點(diǎn)。
14、進(jìn)一步地，所述對(duì)所述相對(duì)像素坐標(biāo)進(jìn)行第四次處理，以確定機(jī)載光電吊艙上激光測(cè)距儀對(duì)準(zhǔn)各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)所需的伺服系統(tǒng)控制量包括：將相對(duì)像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為歸一化相機(jī)坐標(biāo)；在歸一化相機(jī)坐標(biāo)系中計(jì)算水平和垂直方向的角度偏差；根據(jù)角度偏差，按下式計(jì)算獲得伺服系統(tǒng)控制量：
15、δαx＝kx·θx，δαy＝ky·θy
16、式中，δαx表示伺服系統(tǒng)在水平方向上的調(diào)整角度，δαy表示伺服系統(tǒng)在垂直方向上的調(diào)整角度，kx和ky為伺服系統(tǒng)的增益系數(shù)；θx，θy分別表示水平和垂直方向的角度偏差。
17、進(jìn)一步地，所述基于測(cè)距獲得的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)與激光測(cè)距儀的相對(duì)位置進(jìn)行第五次處理，計(jì)算獲得火前鋒的位置包括：
18、若激光測(cè)距儀的可連續(xù)探測(cè)點(diǎn)數(shù)p等于1，通過(guò)激光測(cè)距儀到地面的距離、像素尺寸及焦距計(jì)算像素采樣距離，以火前鋒關(guān)鍵點(diǎn)為參考點(diǎn)，通過(guò)其余像素與關(guān)鍵點(diǎn)之間的像素距離及像素采樣距離計(jì)算各像素與參考點(diǎn)的實(shí)際相對(duì)位置；結(jié)合關(guān)鍵點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)計(jì)算出火前鋒曲線輪廓上其余各點(diǎn)的實(shí)際位置；
19、若激光測(cè)距儀的可連續(xù)探測(cè)點(diǎn)數(shù)p等于2，基于兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的像素距離與實(shí)際距離計(jì)算像素與實(shí)際距離轉(zhuǎn)換比例因子；求解兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)像素所在直線的方程；計(jì)算曲線輪廓上其余各點(diǎn)到所述直線的像素距離；根據(jù)像素距離與實(shí)際距離轉(zhuǎn)換比例因子計(jì)算火前鋒曲線輪廓上其余各點(diǎn)與所述直線的實(shí)際距離；根據(jù)所述直線上各點(diǎn)的實(shí)際位置、火前鋒曲線輪廓上其余各點(diǎn)距直線的實(shí)際距離，計(jì)算出火前鋒曲線輪廓上其余各點(diǎn)的實(shí)際位置；
20、若激光測(cè)距儀的可連續(xù)探測(cè)點(diǎn)數(shù)p大于或等于3，則對(duì)于火前鋒曲線輪廓上各點(diǎn)，依次選擇與其最相鄰的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)建立局部平面；通過(guò)像素平面與該局部平面之間的透視投影關(guān)系，將火前鋒曲線輪廓上其余各點(diǎn)的二維像素坐標(biāo)映射到三維空間，從而確定火前鋒曲線輪廓上其余各點(diǎn)的實(shí)際位置。
21、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述火前鋒的位置以及蔓延預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)消防力量撤退路線進(jìn)行實(shí)時(shí)規(guī)劃和動(dòng)態(tài)更新包括：基于火場(chǎng)周邊區(qū)域地形特征計(jì)算該區(qū)域柵格地圖內(nèi)各柵格的疏散能力指數(shù)eci；基于當(dāng)前火前鋒位置及蔓延預(yù)測(cè)結(jié)果計(jì)算各柵格的綜合安全指數(shù)csi；結(jié)合疏散能力指數(shù)eci、綜合安全指數(shù)csi建立潛在安全路徑評(píng)價(jià)函數(shù)；以最大化潛在安全路徑評(píng)價(jià)函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，采用a*算法求解獲取撤退路線；結(jié)合光電吊艙的實(shí)時(shí)火前鋒位置和火災(zāi)蔓延態(tài)勢(shì)，動(dòng)態(tài)更新各柵格的疏散能力指數(shù)eci和綜合安全指數(shù)csi，實(shí)時(shí)調(diào)整撤退路線。
22、進(jìn)一步地，所述疏散能力指數(shù)eci的計(jì)算公式為：
23、
24、其中，s(i,j)表示柵格(i,j)的坡度；d(i,j)表示柵格內(nèi)障礙物密度；α1和α2表示調(diào)節(jié)系數(shù)；
25、所述綜合安全指數(shù)csi的計(jì)算公式為：
26、csi(i,j)＝ω1·tsi(i,j)+ω2·ssi(i,j)
27、其中，tsi表示時(shí)間安全指數(shù)，tsafe(i,j)表示柵格(i,j)在火災(zāi)蔓延到達(dá)之前的安全時(shí)間，tarrival表示消防力量抵達(dá)柵格所需的時(shí)間；ssi表示空間安全指數(shù)，dfire(i,j)表示柵格(i,j)到火前鋒的距離，ω1和ω2為權(quán)重。
28、進(jìn)一步地，所述潛在安全路徑評(píng)價(jià)函數(shù)的表達(dá)式為：
29、pathscore(i,j)＝λ1·eci(i,j)+λ2·csi(i,j)
30、其中，λ1和λ2表示疏散能力指數(shù)和綜合安全指數(shù)的權(quán)重。
31、進(jìn)一步地，所述其他信息包括：火場(chǎng)局地氣象信息、地形地勢(shì)信息、可燃物屬性信息。
32、根據(jù)本專利技術(shù)的另一方面，提出一種基于機(jī)載光電吊本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，所述對(duì)幀圖像進(jìn)行第一次處理，以檢測(cè)當(dāng)前幀是否存在火情包括：所述幀圖像包括可見(jiàn)光圖像和紅外圖像，對(duì)可見(jiàn)光圖像和紅外圖像分別提取不同尺度的特征；將兩種特征進(jìn)行加權(quán)融合，獲取融合特征；將所有尺度的融合特征進(jìn)行拼接，獲取融合多模態(tài)圖像的融合特征圖；將所述融合特征圖輸入基于深度學(xué)習(xí)的火情檢測(cè)模型中進(jìn)行火情檢測(cè)，檢測(cè)確定當(dāng)前幀是否存在火情。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，所述對(duì)檢測(cè)到火情的圖像幀進(jìn)行第二次處理包括：對(duì)檢測(cè)到火情的圖像幀進(jìn)行圖像分割，獲取二值圖像；使用Canny算法提取二值圖像中燃燒區(qū)域的邊緣；計(jì)算相鄰幀之間的光流，進(jìn)而得到光流速度；將光流速度大于預(yù)設(shè)速度閾值的像素所構(gòu)成的曲線識(shí)別為火前鋒輪廓曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，所述基于火前鋒形態(tài)特征進(jìn)行第三
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，所述對(duì)所述相對(duì)像素坐標(biāo)進(jìn)行第四次處理，以確定機(jī)載光電吊艙上激光測(cè)距儀對(duì)準(zhǔn)各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)所需的伺服系統(tǒng)控制量包括：將相對(duì)像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為歸一化相機(jī)坐標(biāo)；在歸一化相機(jī)坐標(biāo)系中計(jì)算水平和垂直方向的角度偏差；根據(jù)角度偏差，按下式計(jì)算獲得伺服系統(tǒng)控制量：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，所述基于測(cè)距獲得的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)與激光測(cè)距儀的相對(duì)位置進(jìn)行第五次處理，計(jì)算獲得火前鋒的位置包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，所述根據(jù)所述火前鋒的位置以及蔓延預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)消防力量撤退路線進(jìn)行實(shí)時(shí)規(guī)劃和動(dòng)態(tài)更新包括：基于火場(chǎng)周邊區(qū)域地形特征計(jì)算該區(qū)域柵格地圖內(nèi)各柵格的疏散能力指數(shù)ECI；基于當(dāng)前火前鋒位置及蔓延預(yù)測(cè)結(jié)果計(jì)算各柵格的綜合安全指數(shù)CSI；結(jié)合疏散能力指數(shù)ECI、綜合安全指數(shù)CSI建立潛在安全路徑評(píng)價(jià)函數(shù)；以最大化潛在安全路徑評(píng)價(jià)函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，采用A*算法求解獲取撤退路線；結(jié)合光電吊艙的實(shí)時(shí)火前鋒位置和火災(zāi)蔓延態(tài)勢(shì)，動(dòng)態(tài)更新各柵格的疏散能力指數(shù)ECI和綜合安全指數(shù)CSI，實(shí)時(shí)調(diào)整撤退路線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，所述疏散能力指數(shù)ECI的計(jì)算公式為：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，所述其他信息包括：火場(chǎng)局地氣象信息、地形地勢(shì)信息、可燃物屬性信息。
10.一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策系統(tǒng)，其特征在于，包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，所述對(duì)幀圖像進(jìn)行第一次處理，以檢測(cè)當(dāng)前幀是否存在火情包括：所述幀圖像包括可見(jiàn)光圖像和紅外圖像，對(duì)可見(jiàn)光圖像和紅外圖像分別提取不同尺度的特征；將兩種特征進(jìn)行加權(quán)融合，獲取融合特征；將所有尺度的融合特征進(jìn)行拼接，獲取融合多模態(tài)圖像的融合特征圖；將所述融合特征圖輸入基于深度學(xué)習(xí)的火情檢測(cè)模型中進(jìn)行火情檢測(cè)，檢測(cè)確定當(dāng)前幀是否存在火情。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，所述對(duì)檢測(cè)到火情的圖像幀進(jìn)行第二次處理包括：對(duì)檢測(cè)到火情的圖像幀進(jìn)行圖像分割，獲取二值圖像；使用canny算法提取二值圖像中燃燒區(qū)域的邊緣；計(jì)算相鄰幀之間的光流，進(jìn)而得到光流速度；將光流速度大于預(yù)設(shè)速度閾值的像素所構(gòu)成的曲線識(shí)別為火前鋒輪廓曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策方法，其特征在于，所述基于火前鋒形態(tài)特征進(jìn)行第三次處理，獲取火前鋒輪廓曲線關(guān)鍵點(diǎn)包括：沿火前鋒曲線輪廓計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的曲率值，對(duì)全部曲率值進(jìn)行排序，并為每個(gè)點(diǎn)分配一個(gè)索引i；其中，曲率值最大的點(diǎn)分配索引值為1，曲率值最小的點(diǎn)分配索引值為n，n表示火前鋒曲線輪廓上火點(diǎn)的個(gè)數(shù)；設(shè)機(jī)載光電吊艙上激光測(cè)距儀的可連續(xù)探測(cè)點(diǎn)數(shù)為p，火前鋒曲線輪廓上索引值小于等于p的各點(diǎn)為激光測(cè)距儀待測(cè)距的火前鋒輪廓曲線關(guān)鍵點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于機(jī)載光電吊艙的森林火災(zāi)消防作業(yè)輔助決策...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李興東，林傳營(yíng)，郭贊?rùn)?quán)，馬越，胡壯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北林業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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