一种精准控制火情的直升机吊桶洒水装置的制作方法

本发明涉及直升机上消防救援，具体为一种精准控制火情的直升机吊桶洒水装置。

背景技术：

1、在未通公路的森林、草原这些发生火灾而消防设备无法抵达时，直升机消防救援是基于空中领域以水扑灭森林、草原火灾的一项最直接、最有效的方法之一,具有不受交通、地形限制、洒水比较准确、灭火效率较高、较为安全迅速等优点。但是，直升机吊桶洒水灭火同时具有落点精确度不高、灭火耗时耗力等缺点。目前，直升机吊桶洒水灭火时主要依靠机组人员的技术经验及地勤人员的密切配合，如果遭遇地形恶劣、火场烟雾、风向等条件的制约，在扑火灭火中经常出现洒水落点偏离、精确度较差的情况。目前国内该领域中，没有合适的技术方案解决这个问题，因此，亟待一种改进的直升机吊桶洒水技术来解决现有技术中所存在的这一问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能够在环境恶劣的情况下代替人类做出准确洒水有效灭火的决策，解决洒水落点偏离、精确度较差的问题，同时提供自动地、准确地评估其洒水效果,精准控制火情的直升机吊桶洒水装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精准控制火情的直升机吊桶洒水装置，包括直升机吊桶洒水装置本体，所述直升机吊桶洒水装置本体上设有火源位置搜索模块、航向辅助提示模块、洒水提示模块、水滴传感器模块、数据传输模块、分析显示模块；

3、所述火源位置搜索模块上设有相机和姿态感知模块；

4、所述航向辅助提示模块上设有航向仪、航向偏差计算模块；

5、所述洒水提示模块上设有航速仪、洒水时间确定模块、洒水距离计算模块，所述洒水时间确定模块上设有风速风向仪、直升机高度确定模块、吊桶高度计算模块、洒水时间计算模块，所述直升机高度确定模块上包括激光测距仪、直升机高度计算模块、海拔高度仪、第一高度修正模块、气压仪、温度仪、第二高度修正模块；

6、所述水滴传感器模块上设有水滴传感器阵列，水滴传感器阵列的一连接端设有水滴传感器，所述水滴传感器由传感部件、数据发送部件、控制部件、密封部件构成；

7、所述数据传输模块上设有数据收集组件阵列模块、数据传输模块，所述数据收集组件阵列模块上包括数据收集组件；

8、所述分析显示模块上包括水滴覆盖范围显示模块、水滴覆盖比例计算模块。

9、优选的，所述吊桶高度计算模块的计算公式为

10、

11、

12、

13、其中fl为吊索拉力，fw为侧向风载荷，fy为迎风载荷，fz为空气阻力，g+g′为吊桶与水的合重力，α为吊索在xoy面分量与x轴的夹角，β为在xoy面分量吊索与y轴的夹角，θ为吊索与z轴的夹角，vf为飞行速度，即地速，cd为风阻系数，c为风力系数，ρa为空气密度，ad为吊桶的垂直受风面的面积，vc为侧风速度，为实际风速在垂直于航线方向上的速度分量，即测得风速乘以航向与风向之差的正弦，vy为迎风速度，为实际风速在航线方向上的速度分量，即测得风速乘以航向与风向之差的余弦，l为吊索长度，dx为吊桶的滞后位移，dy为吊桶的侧向位移，dz为吊桶的垂直高度。

14、优选的，所述洒水时间计算模块(324)计算洒水时间的公式为：

15、

16、

17、t＝t1+t2 (6)

18、其中，h1为水滴加速阶段的位移，t为时间，g为重力加速度，v0为水滴下降的初始速度，ve为水滴加速阶段的最终速度，t1为水滴加速下降阶段的时间，dz为吊索的长度，h为直升机的垂直高度，t2为水滴匀速下降阶段的时间，t为上述洒水时间。

19、优选的，所述直升机高度计算模块计算直升机的高度，其中d为激光测距仪测得的距离，δ为俯仰角，直升机高度计算公式为：

20、h＝dsinδ (7)

21、优选的，所述第一高度修正模块的计算公式为：

22、h＝h0+(h+h0) (8)

23、其中h0为激光测距仪在数据丢失前测得的距离，h为海拔高度仪当前测得的海拔高度，ho为海拔高度仪在激光测距仪数据丢失前测得的海拔高度。

24、优选的，所述直升机高度确定模块上的第二高度修正模块完成高度的修正，为空气专用气体常数，r＝287.05(m2/k·s2)，g为重力加速度，tm为温度仪测得的温度，p0为气压仪在激光测距仪数据丢失前测得的气压，p为气压仪当前所测得的气压，计算直升机高度的公式为：

25、

26、优选的，所述水滴覆盖比例计算模块计算水滴覆盖率的公式为：

27、

28、其中：k为洒水的覆盖率，n1为在理想区域中的实际获得数据的传感器数量，n2为在理想区域中的所有传感器数量。

29、优选的，一种精准控制火情的直升机吊桶洒水装置工作过程包括以下步骤：

30、步骤一、由相机1判断火情的大概位置，利用激光测距仪、海拔高度仪、气压仪、温度仪对火情的具体位置进行测量，测量得到的数据通过直升机高度计算模块、第一高度修正模块、第二高度修正模块计算、吊桶高度计算模块的计算公计算出吊桶的具体空间位置参数；

31、步骤二、将计算得到的具体数据发送到洒水时间计算模块进行计算，最后将计算出的数值传输到分析显示模块；

32、步骤三、通过分析显示模块展示到直升机驾驶员的显示器上，并将计算出的最佳洒水时间提供给直升机驾驶员，驾驶员根据最佳的洒水时间进行洒水操作；

33、步骤四、洒水成功后，地面的水滴传感器模块开始了对具体的洒水区域进行检测，通过单个的水滴传感器感应洒水情况，数据发送部件将传感器的数据发送到数据传输模块，数据传输模块将获得的所有传感器数据传送到数据收集组件阵列的数据收集组件进行数据的阵列排列，排列好的数据通过数据传输模块将数据发送到分析显示模块；

34、步骤五、水滴覆盖范围显示模块将实际的洒水区域显示到驾驶室以及指挥中心的显示屏上，与此同时，分析显示模块获得的数据通过水滴覆盖比例计算模块将实际的洒水区域与理论的洒水区域进行比例计算，计算出的结果为覆盖率k，将计算出的覆盖率发送到指挥中心。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、(1)火源位置搜索模块上设有相机和姿态感知模块，相机用于搜索火源的位置，姿态感知模，用于确定所述火源位置搜索模块的俯仰角与方位角，使得计算机视觉完成自动的、高精确度的着火点识别，并通过姿态感知模块将识别信息转化为精简的俯仰角与方位角传达给其他模块；

37、(2)用于确定直升机的航向，而航向偏差计算模块用于将航向与火源位置搜索模块方位角的差值确定为航向偏差，通过偏差提示使得操作人员纠正航向时更加便捷；

38、(3)数据收集组件阵列模块中的每个数据收集组件用于接收指定编号的水滴传感器模块的传感数据，以及发送传感数据到数据传送模块，数据传输模块用于接收数据收集模块发送的传感数据以及发送传感数据到分析显示模块，通过利用独立编号并分组收集传感数据，能够同时保证数据的有效性与传输的高效性；

39、(4)分析显示模块上包括水滴覆盖范围显示模块、水滴覆盖比例计算模块，水滴覆盖范围显示模块用于显示水滴传感器阵列图像，不同传感数据对应的水滴传感器被区分显示；

40、(5)该装置能够在环境恶劣的情况下代替人类做出准确洒水有效灭火的决策，解决洒水落点偏离、精确度较差的问题，同时提供自动地、准确地评估其洒水效果。