一种采用伞降灭火弹扑灭林火的方法

本发明属于伞降灭火弹，具体而言，涉及一种采用伞降灭火弹扑灭林火的方法。

背景技术：

1、林火是一种危害极为严重的自然灾害，每年都会给全球带来巨大的生态环境损失和经济损失。根据统计数据，全球每年因林火造成的直接经济损失高达数十亿美元。而且，林火不但会直接烧毁大量林木和野生动植物，还会产生大量有毒烟雾，对周边地区的大气环境和居民健康带来严重威胁。

2、因此，及时有效的扑救林火，降低林火对生态环境和人类生命财产安全的影响，一直是全球性的重大课题。目前，世界各国普遍采用的林火扑救手段主要包括人工扑救、机械扑救和无人机载弹扑救等。

3、其中，人工扑救是指由专业消防人员或林务人员组成小分队，携带简单的铁锹、水桶等工具，在林火发生时第一时间赶赴现场进行扑救。人工扑救具有机动灵活的优势，但也存在人员有限、安全风险大等明显缺陷。

4、机械扑救则是利用推土机、铲车等大型机械设备在林火周边开设防火线，从而阻止火势蔓延。这种方式适用于平坦地区，有效范围广，但难以深入复杂地形区域，且设备笨重、成本较高。

5、相比之下，无人机载弹扑救则能避免这一问题，具体是采用无人机在火灾上空一定高度投放伞降灭火弹，灭火弹引信到达时间后，爆炸喷出阻燃剂，实现灭火。

6、但是，采用无人机投放伞降灭火弹扑救林火时,由于无人机的飞行高度受到火场环境的限制,无法在最优高度投放。而批量生产的伞降灭火弹引信时长是固定的,无法根据实际高度动态调整。这就导致伞降灭火弹的爆炸高度与最佳爆炸高度存在偏差,造成灭火范围覆盖不精确,难以充分发挥灭火效能,降低了整体扑救效果。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种采用伞降灭火弹扑灭林火的方法，能够解决现有技术使用无人机投放伞降灭火弹扑救林火时，存在伞降灭火弹的爆炸高度与最佳爆炸高度存在偏差,造成灭火范围覆盖不精确,难以充分发挥灭火效能,降低了整体扑救效果的技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明的第一方面提供一种采用伞降灭火弹扑灭林火的方法，其中，包括以下步骤：

4、s10、获取带扑灭林火的红外遥感图像及摄像头拍摄的监控图像；

5、s20、以所述监控图像为基础，将所述红外遥感图像进行对齐，并将所述监控图像分为多个网格，其中每个网格的大小为伞降灭火弹有效灭火范围的内接正方形大小；

6、s30、对划分网格后的所述监控图像以及对齐后的红外遥感图像融合得到融合图像；

7、s40、采用预先训练好的火灾三维温度模型，输入所述融合图像，得到三维温度向量集，所述三维温度向量集包括每个网格的温度向量，每个温度向量用于描述不同高度的温度；

8、s50、根据三维温度向量集合，利用空气动力学，计算伞降灭火弹的最佳开伞高度；

9、s60、根据所述最佳开伞高度，以及投放伞降灭火弹的无人机的安全飞行高度，计算所述伞降灭火弹的最优引信时长；

10、s70、基于所述最优引信时长，调整所述伞降灭火弹的引信后，使用所述无人机载弹并投放。

11、在上述技术方案的基础上，本发明的一种采用伞降灭火弹扑灭林火的方法还可以做如下改进:

12、其中，所述步骤s20的具体步骤包括：将所述红外遥感图像与所述监控图像进行对齐；采用基于特征点的配准方法，利用sift算法或surf算法提取两幅图像的特征点，通过特征点的匹配求解仿射变换矩阵，将红外图像与监控图像对齐；将对齐后的监控图像划分为多个网格，每个网格的边长等于伞降灭火弹有效灭火范围半径的根号2倍，相邻网格的重叠度为10％至30％。

13、其中，所述步骤s30的具体步骤包括：采用拉普拉斯金字塔融合方法，将网格化后的监控图像与对齐后的红外遥感图像进行融合，得到融合图像；将监控图像和红外图像分别分解为不同尺度的高频分量和低频分量；对低频分量，选取监控图像的低频分量；对高频分量，采用加权平均方法融合两种图像的高频分量；重构获得融合后的图像；在融合过程中，对两种图像的亮度、对比度进行归一化处理。

14、其中，所述步骤s40的具体步骤包括：采用基于深度学习的三维温度模型，将融合图像作为输入，利用卷积神经网络、循环神经网络提取特征图和上下文信息；通过全连接层和上采样层还原出每个网格的高维温度向量；每个温度向量的维度对应不同高度，长度为10至20，温度范围为0至1200摄氏度；在训练阶段，采用监督学习，以真实场景温度数据为标签，最小化模型输出与标签的差异。

15、其中，所述步骤s50的具体步骤包括：根据三维温度向量集，遍历每个温度向量，找到第一个低于500摄氏度阈值的高度，作为该网格的开伞高度候选值；以网格中心为坐标源点，利用拖曳公式计算该高度的最大水平漂移距离；如果漂移距离小于网格边长的一半，则该高度为可行解，否则增大开伞高度；遍历所有网格，取可行解的最小高度作为最佳开伞高度；引入气象参数和数值模拟提高漂移预测精度。

16、其中，所述步骤s60的具体步骤包括：确定无人机的安全飞行高度h，计算h与最佳开伞高度h之差d，d的取值范围为50至100米；利用的动力学公式为：

17、h＝0.5×g×t2+v0×t；

18、其中，引信时长t，其中g为重力加速度，v0为弹体初始速度；对t进行余量设计；实时监测无人机高度、姿态参数，动态计算引信时长的校正值。

19、其中，所述步骤s70的具体步骤包括：根据最优引信时长，对灭火弹进行相应设置，通过编程写入弹体控制电路；无人机携带多枚灭火弹前往林火目标区域；到达作业区收拢航线、减速飞行，自主寻找安全投放点；逐一投放弹体，或开启自动投放模式；监控引信延时和飞行状态，对误投或遗漏区域第一时间补投或重新作业。

20、其中，所述火灾三维温度模型结构为编码器-解码器结构，编码器包括卷积神经网络层和长短期记忆网络层，用于对输入融合图像提取特征及捕捉上下文信息；解码器包括反卷积层和上采样层，将编码器输出的特征图还原为三维温度场；所述模型的训练数据集包括真实火场采集数据、模拟火场实验数据以及经过数据增广处理的数据，所有数据均经过预处理使数据格式一致。

21、进一步的，所述火灾三维温度模型在训练过程中引入注意力机制模块和基于物理约束的损失函数项，以提高温度场重建精度并满足热力学规律。

22、进一步的，所述伞降灭火弹包括壳体、爆炸装置、阻燃降落伞，其中，所述爆炸装置设置在所述壳体内，所述爆炸装置包括可调引信时长的引爆器、保险器组和炸药部，所述壳体内填充有水基无卤液态阻燃剂，所述壳体顶部固定连接有所述阻燃降落伞。

23、与现有技术相比较，本发明提供的一种采用伞降灭火弹扑灭林火的方法的有益效果是：本发明方法基于红外热成像和视觉监控，能够精确获取火场三维温度场分布信息；并结合计算机模型，优化计算出伞降灭火弹的最佳开伞高度和最优引信时长，从而实现精准投放，灭火弹能够均匀高效覆盖整个火场。大幅提高了扑救的精确性和效率，避免浪费。解决了现有技术使用无人机投放伞降灭火弹扑救林火时，存在伞降灭火弹的爆炸高度与最佳爆炸高度存在偏差,造成灭火范围覆盖不精确,难以充分发挥灭火效能,降低了整体扑救效果的技术问题。