一款用于森林防火的小型无人机设计

摘要

随着全球气候变暖和人类活动增多，森林火灾趋于频繁，危险性不断增大，难控性逐渐增强。为尽早监测到森林火灾的发生以减小损失，本文设计了一款可用于森林防火的小型无人机。
　　本文首先分析了用于森林防火的小型无人机的类型、特点及适用范围，并根据森林防火任务需求给出了无人机选型依据。针对用于森林防火的固定翼小型无人机进行了总体参数设计，利用CST方法编写程序实现对翼型的参数优化，并结合多岛遗传算法和序列二次规划法进行翼型优化设计以获取最大升阻比，建立全机三维模型并作全机气动特性分析，最后规划了森林防火无人机的作业流程。
　　用于森林防火的小型无人机最重要的任务载荷是视频图像采集装置，本文论述了可见光和热成像视频图像采集装置及其原理，并基于佳能EOS100D摄像机设计了三自由度稳定云台。建立了云台三维模型和云台坐标系，并推导坐标系变换矩阵，设计了云台PID控制律，并利用Simulink进行仿真。阶跃响应和正弦跟踪结果显示，云台具有较好的稳定性和快速响应能力。
　　林火检测方法是将无人机应用于森林防火技术研究的重要内容。本文基于无人机采集的可见光森林视频图像，设计了基于图像检索的林火检测方法和基于图像运动前景提取和颜色模型的多级林火检测方法，获得了较高的检测准确度和检测速度。作为补充，设计了基于热成像视频图像和灰度阈值的林火检测方法，获得了较好的检测效果。
　　本文可用于森林防火的小型无人机设计可为相关研究和实际应用提供参考。

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注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 小型无人机研究进展

1.3 森林防火技术研究进展

1.4 本文研究目的和内容安排

第二章 可用于森林防火的小型无人机设计

2.1 森林防火无人机的类型选择

2.2 固定翼小型无人机设计方案

2.3 森林防火小型无人机的作业流程

2.4 小结

第三章 森林防火小型无人机的任务载荷设计

3.1 无人机图像采集装置

3.2 无人机三自由度稳定云台设计

3.3 小结

第四章 基于机采森林视频图像的林火检测方法

4.1 机采图像处理基础

4.2 基于机采可见光视频图像的林火检测方法

4.3 基于机采热成像视频图像和灰度阈值的林火检测方法

4.4 小结

第五章 总结和展望

5.1 工作总结

5.2 后续研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文