本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于消防領(lǐng)域的結(jié)合了無人機(jī)、微波輻射計、紅外成像儀、tango技術(shù)、超寬帶雷達(dá)的定位方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著近距離無線電技術(shù)的高速發(fā)展和無線局域網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，使得室內(nèi)定位技術(shù)突飛猛進(jìn)。在戶外，全球定位系統(tǒng)gps和北斗能夠提供非常精確的定位信息，與此同時，人們對室內(nèi)定位信息的需求也與日俱增，機(jī)場、展會、寫字樓、地下停車場、安保監(jiān)控、軍事訓(xùn)練、物流管理以及消防領(lǐng)域都需要使用精確的室內(nèi)定位信息。

現(xiàn)有多種無線技術(shù)可以進(jìn)行室內(nèi)定位，包括室內(nèi)gps、rfid、ir、藍(lán)牙和超寬帶(uwb)雷達(dá)。尤其是超寬帶雷達(dá)技術(shù)是近幾年興起的嶄新無線電技術(shù)，最早出現(xiàn)在軍事上的應(yīng)用，由于突出的性能優(yōu)勢也非常適合于民用的各領(lǐng)域。相比于其它定位技術(shù)，超寬帶雷達(dá)具有標(biāo)識能力強(qiáng)、定位精度高、相應(yīng)速度快、通信能力好等優(yōu)點(diǎn)。

目前，已有多家公司宣稱能夠提供應(yīng)用于消防領(lǐng)域的超寬帶雷達(dá)室內(nèi)定位系統(tǒng)，但現(xiàn)有方案大多存在如下不足:

(1)定位標(biāo)簽安裝在消防員頭盔，信號收發(fā)機(jī)安裝在室內(nèi)，但由于火災(zāi)現(xiàn)場的環(huán)境十分惡劣，而且可能停電，所以這種方案實(shí)用性不強(qiáng)；

(2)由于火災(zāi)現(xiàn)場不一定安裝有室內(nèi)定位系統(tǒng)，所以現(xiàn)有方案不能滿足所有場合；

(3)現(xiàn)有技術(shù)只是能夠指示消防員位置，對火勢信息沒有采集能力，無法提供充足的火災(zāi)現(xiàn)場信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的在于提供一種無人機(jī)載超寬帶雷達(dá)消防定位方法，將超寬帶雷達(dá)室內(nèi)定位系統(tǒng)結(jié)合了無人機(jī)、微波輻射計、紅外成像等技術(shù)，旨在解決應(yīng)用于任何火災(zāi)現(xiàn)場的室內(nèi)定位系統(tǒng)、能夠提取火勢信息的問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種無人機(jī)載超寬帶雷達(dá)消防定位方法，所述定位方法如下：

定位標(biāo)簽發(fā)送無線極窄脈沖信號到超寬帶雷達(dá)基站，超寬帶雷達(dá)基站根據(jù)不同定位標(biāo)簽發(fā)送的脈沖信號到達(dá)不同位置超寬帶雷達(dá)基站的時間來計算標(biāo)簽到基站的距離，并通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺上，控制平臺對接收的定位信號進(jìn)行濾波、采樣、a/d及提取，計算得到最終距離信息，最終得到標(biāo)簽的位置，并顯示在控制臺屏幕上；

微波輻射計采用被動測量的技術(shù)，紅外熱成像儀對火災(zāi)現(xiàn)場的物體表面溫度進(jìn)行測量，將火災(zāi)現(xiàn)場的溫度信號通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺上，控制平臺根據(jù)不同超寬帶雷達(dá)基站的位置和測量溫度信號，計算出火勢分布信息，并顯示在屏幕上，便于消防指揮員調(diào)度安排；

視頻監(jiān)控系統(tǒng)提取火災(zāi)現(xiàn)場的視頻信號，通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺顯示出來；

基于tango技術(shù)的實(shí)時現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)，通過無線傳輸技術(shù)發(fā)送至控制平臺，控制平臺根據(jù)現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動追蹤、深度感知和區(qū)域?qū)W習(xí)，實(shí)時確定現(xiàn)場建筑結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場建模；

控制平臺同時接收來自基站的位置信息、溫度信息和視頻信號，并且向基站發(fā)送控制無人機(jī)姿態(tài)的控制信號，實(shí)時處理定位信息、提取火勢信息、視頻信號、tango技術(shù)提取的實(shí)時圖像、控制無人機(jī)姿態(tài)。

本發(fā)明采用了無人機(jī)載超寬帶雷達(dá)消防定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該定位系統(tǒng)包括超寬帶雷達(dá)基站、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、多波段微波輻射計、紅外熱成像儀、無人機(jī)、定位標(biāo)簽、基于tango技術(shù)的實(shí)時現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)、控制平臺；所述超寬帶雷達(dá)基站、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、多波段微波輻射計和紅外熱成像儀安裝在無人機(jī)上，定位標(biāo)簽和基于tango技術(shù)的實(shí)時現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)安裝在消防員頭盔上；所述超寬帶雷達(dá)基站、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、基于tango技術(shù)的實(shí)時現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)、多波段微波輻射計、紅外熱成像儀和定位標(biāo)簽分別與控制平臺之間以無線方式連接。

所述無人機(jī)至少3臺，其中至少一架無人機(jī)上安裝有多波段微波輻射計、紅外熱成像儀。

所述無人機(jī)懸停高度高于火災(zāi)現(xiàn)場。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明方法中超寬帶雷達(dá)基站安裝在旋翼無人機(jī)上，可以在任何地形地貌、任何形狀建筑物的周邊進(jìn)行快速的部署，由于超寬帶信號具有較強(qiáng)的穿透能力，所以本系統(tǒng)對任何材料構(gòu)成的建筑都可以提供精確的定位能力；

(2)本發(fā)明方法中微波輻射計/紅外熱成像儀可以對火勢進(jìn)行精確測量，將信息及時提供給消防員和消防指揮員，便于現(xiàn)場指揮；

(3)本發(fā)明方法中無人機(jī)可以提供視頻信息，讓消防指揮員及時了解現(xiàn)場信息；

(4)本發(fā)明方法采用tango技術(shù)實(shí)時提取建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，實(shí)時呈現(xiàn)火場環(huán)境和建筑結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的火災(zāi)現(xiàn)場的部署示意圖。

圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。

圖3是本發(fā)明的控制平臺的功能框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的一種無人機(jī)載超寬帶雷達(dá)消防定位方法，其特征在于，所述定位方法如下：

定位標(biāo)簽發(fā)送無線極窄脈沖信號到超寬帶雷達(dá)基站，超寬帶雷達(dá)基站根據(jù)不同定位標(biāo)簽發(fā)送的脈沖信號到達(dá)不同位置超寬帶雷達(dá)基站的時間來計算標(biāo)簽到基站的距離，并通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺上，控制平臺對接收的定位信號進(jìn)行濾波、采樣、a/d及提取，計算得到最終距離信息，最終得到標(biāo)簽的位置，并顯示在控制臺屏幕上；

微波輻射計采用被動測量的技術(shù)，紅外熱成像儀對火災(zāi)現(xiàn)場的物體表面溫度進(jìn)行測量，將火災(zāi)現(xiàn)場的溫度信號通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺上，控制平臺根據(jù)不同超寬帶雷達(dá)基站的位置和測量溫度信號，計算出火勢分布信息，并顯示在屏幕上，便于消防指揮員調(diào)度安排；

視頻監(jiān)控系統(tǒng)提取火災(zāi)現(xiàn)場的視頻信號，通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺顯示出來；

基于tango技術(shù)的實(shí)時現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)，通過無線傳輸技術(shù)發(fā)送至控制平臺，控制平臺根據(jù)現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動追蹤、深度感知和區(qū)域?qū)W習(xí)，實(shí)時確定現(xiàn)場建筑結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場建模；

控制平臺同時接收來自基站的位置信息、溫度信息和視頻信號，并且向基站發(fā)送控制無人機(jī)姿態(tài)的控制信號，實(shí)時處理定位信息、提取火勢信息、視頻信號、tango技術(shù)提取的實(shí)時圖像、控制無人機(jī)姿態(tài)。

本發(fā)明采用了無人機(jī)載超寬帶雷達(dá)消防定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該定位系統(tǒng)包括超寬帶雷達(dá)基站、無人機(jī)、定位標(biāo)簽、多波段微波輻射計、紅外熱成像儀、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、基于tango技術(shù)的實(shí)時現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)、后臺軟件和控制平臺；所述超寬帶雷達(dá)基站、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、多波段微波輻射計和紅外熱成像儀安裝在無人機(jī)上，定位標(biāo)簽和基于tango技術(shù)的實(shí)時現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)安裝在消防員頭盔上，所述超寬帶雷達(dá)基站、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、基于tango技術(shù)的實(shí)時現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)、多波段微波輻射計/紅外熱成像儀和定位標(biāo)簽分別與控制平臺之間以無線方式連接；其中：

定位標(biāo)簽用于發(fā)送無線極窄脈沖信號到超寬帶雷達(dá)基站，根據(jù)不同標(biāo)簽發(fā)送的脈沖信號到達(dá)不同位置基站的時間來計算標(biāo)簽到基站的距離，最終通過處理軟件得到標(biāo)簽的位置；

超寬帶雷達(dá)基站計算定位信息，并通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺上，控制平臺對接收的定位信號進(jìn)行濾波、采樣、a/d及提取，再根據(jù)定位處理算法得到最終距離信息，并顯示在控制臺屏幕上；

微波輻射計采用了被動測量的技術(shù)，紅外熱成像儀對火災(zāi)現(xiàn)場的物體表面溫度進(jìn)行測量，將火災(zāi)現(xiàn)場的溫度信號通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺上，控制平臺根據(jù)不同基站的位置和測量溫度信號，計算出火勢分布信息，并顯示在屏幕上，便于消防指揮員調(diào)度安排；

視頻監(jiān)控系統(tǒng)提取火災(zāi)現(xiàn)場的視頻信號，通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺顯示出來；

基于tango技術(shù)的實(shí)時現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)，通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺的后臺軟件；

后臺軟件根據(jù)現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動追蹤、深度感知和區(qū)域?qū)W習(xí)，實(shí)時確定現(xiàn)場建筑結(jié)構(gòu)通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺的后臺軟件，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場建模；

控制平臺同時接收來自基站的位置信息、溫度信息和視頻信號，并且向基站發(fā)送控制無人機(jī)姿態(tài)的控制信號，實(shí)現(xiàn)處理定位信息、提取火勢信息、視頻信號、tango技術(shù)提取的實(shí)時圖像、控制無人機(jī)姿態(tài)。

所述無人機(jī)至少3臺，其中至少一架無人機(jī)上安裝有多波段微波輻射計/紅外熱成像儀。

所述無人機(jī)懸停高度高于火災(zāi)現(xiàn)場。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施案例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:

a.將超寬帶雷達(dá)基站被安裝在多架旋翼無人機(jī)上(至少3架以上)，定位標(biāo)簽安裝在消防員頭盔上，無人機(jī)部署在火災(zāi)現(xiàn)場外圍的各個位置(懸停高度要高于火災(zāi)現(xiàn)場)，由于超寬帶信號具有較強(qiáng)的穿透能力，所以本系統(tǒng)能夠提供精確的定位能力。

b.至少一架無人機(jī)上安裝有多波段微波輻射計/紅外熱成像儀，微波輻射計采用被動方式接收來自火災(zāi)現(xiàn)場的微波能量，紅外熱成像儀用于反映火災(zāi)現(xiàn)場的物體表面溫度，二種技術(shù)相互結(jié)合，可以對火災(zāi)現(xiàn)場的明火/暗火進(jìn)行精確測量。

c.無人機(jī)上可安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提取火災(zāi)現(xiàn)場的視頻信號。

d.在消防員頭盔上安裝基于tango技術(shù)的實(shí)時現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)，通過無線傳輸技術(shù)發(fā)送至后臺軟件。后臺軟件根據(jù)現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動追蹤(motiontracking)、深度感知(depthperception)和區(qū)域?qū)W習(xí)(arealearning)。實(shí)時確定現(xiàn)場建筑結(jié)構(gòu)，為消防指揮員提供參考。

e.本系統(tǒng)含有一部便攜式的控制平臺，實(shí)現(xiàn)處理定位信息、提取火勢信息、視頻信號、tango技術(shù)提取的實(shí)時圖像、控制無人機(jī)姿態(tài)等多種功能，本控制平臺可以安裝在消防車上，或由消防指揮員攜帶。

超寬帶雷達(dá)定位標(biāo)簽用于發(fā)送無線極窄脈沖，設(shè)計尺寸小于10×6×0.8cm，工作頻段在s波段，根據(jù)不同標(biāo)簽發(fā)送的脈沖到達(dá)不同位置基站的時間來計算標(biāo)簽到基站的距離，最終通過處理軟件得到標(biāo)簽的位置。本方案的測距精度可以達(dá)到2-10厘米，定位范圍大于500m。根據(jù)三點(diǎn)定位的原理，一套系統(tǒng)中攜帶基站的無人機(jī)至少在3臺以上。無人機(jī)懸停高度必須高于火災(zāi)現(xiàn)場，防止定位標(biāo)簽發(fā)出的脈沖信號沒有被基站接收到。如圖-1所示。

定位信息由基站計算，并通過zigbee技術(shù)發(fā)送到控制平臺上。控制平臺對接收的定位信號進(jìn)行濾波、采樣、a/d及提取，再根據(jù)定位處理算法得到最終距離信息，并顯示在控制臺屏幕上。

微波輻射計采用了被動測量的技術(shù)，紅外熱成像儀對火災(zāi)現(xiàn)場的物體表面溫度進(jìn)行測量，二者結(jié)合可以對現(xiàn)場火勢進(jìn)行精確地測量。微波輻射計/紅外熱成像儀被安裝在某幾臺無人機(jī)上，將火災(zāi)現(xiàn)場的溫度信號通過zigbee發(fā)送到控制平臺上。控制平臺根據(jù)不同基站的位置和測量溫度信號，計算出火勢分布信息，并顯示在屏幕上，便于消防指揮員調(diào)度安排。

無人機(jī)上安裝有攝像頭，可以提取火災(zāi)現(xiàn)場的視頻信號，通過zigbee發(fā)送到控制平臺顯示出來。

消防員頭盔上安裝有基于tango技術(shù)的實(shí)時現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)，通過zigbee發(fā)送到控制平臺的后臺軟件，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場建模。

控制平臺同時接收來自基站的位置信息、溫度信息和視頻信號，并且能向基站發(fā)送控制無人機(jī)姿態(tài)的控制信號。另外，控制平臺還能向定位標(biāo)簽發(fā)送語音信息。如圖2和圖3所示。