公安消防执法用航拍采集无人机及其控制方法

1.一种公安消防执法用航拍采集无人机，其特征在于，包括四组螺旋桨力臂组件、四方架组件、相机组件、电池盒以及托板组件；所述四组螺旋桨力臂组件分别固定在四方架组件的四个端部，所述电池盒固定在四方架组件上，其中所述四方架组件包括四组碳纤维管、管件上夹以及管件下夹，所述管件上夹和管件下夹围合形成容置相互垂直碳纤维管的管型空腔，四组碳纤维管首尾相接，顺次接入四组管形空腔内后，形成四角平衡的方形架体结构，所述四方架组件固定在托板组件的一面，所述相机组件固定在托板组件的另一面，所述电池盒内电池与相机组件电连接，控制终端通过无线通讯连接方式控制螺旋桨力臂组件提供上升动力，并带动四方架组件、相机组件、电池盒以及托板组件脱离地面并升上指定地面进行相机的摄像记录工作，其中每组螺旋桨力臂组件均包括第一旋转结构，所述四方架组件上设置有与第一旋转结构相适配的第二旋转结构，所述第一旋转结构与第二旋转结构对齐后通过轴承进行可旋转连接；螺旋桨力臂组件在无人机启动前处于折叠状态，在无人机启动后处于展开状态。
2.根据权利要求1所述的公安消防执法用航拍采集无人机，其特征在于，所述每组螺旋桨力臂组件还包括延伸杆与螺旋扇叶，所述延伸杆一端与第一旋转结构相连，延伸杆另一端与螺旋扇叶相连，所述延伸杆旋转到与四方架组件上的碳纤维管平行时，螺旋桨力臂组件处于折叠状态；所述延伸杆旋转到处于四方架组件的对角线方向时，螺旋桨力臂组件处于展开状态。
3.根据权利要求1所述的公安消防执法用航拍采集无人机，其特征在于，该航拍采集无人机还包括U型固定支架，所述四方支架组件上设置有与U型固定支架引出端相适配的固定孔，所述托板组件上设置有与U型固定支架槽体相适配的槽体套孔，所述四方支架组件与托板组件之间通过两对称设置的所述U型固定支架固定连接。
4.根据权利要求1所述的公安消防执法用航拍采集无人机，其特征在于，该航拍采集无人机还包括两脚架组件，所述脚架组件呈倒T形脚架形状，所述托板组件上对称伸出两定位耳，所述脚架组件通过螺丝结构对称固定在两定位耳上，且脚架组件倾斜固定在托板组件上。
5.根据权利要求1所述的公安消防执法用航拍采集无人机，其特征在于，所述相机组件包括摄影结构、GPS定位结构以及主控制器，所述摄影结构、GPS定位结构以及电池盒内电池均与主控制器相连，所述摄影结构实时拍摄照片并将照片发送到主控制器中，所述GPS定位结构与定位卫星无线连接，并向主控制器发送该航拍采集无人机的实时位置，所述主控制器通过无线连接方式将实时实地的现场情况发送到控制终端中。
6.根据权利要求1所述的公安消防执法用航拍采集无人机，其特征在于，所述相机组件还包括将图像进行清晰化处理的雾霾净化结构，所述雾霾净化结构包括雾霾浓度检测模块、像素处理模块以及清晰化图获取模块，所述雾霾浓度检测模块检测航拍采集无人机所在区域的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确认雾霾去除强度，再由像素处理模块进行灰度化与彩色化获取图片的像素值，最终由清晰化图获取模块运算获得每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成清晰化图像。
7.一种公安消防执法用航拍采集无人机的控制方法，其具体步骤包括：
S1、起飞前，该航拍采集无人机由脚架组件支撑直立在地面上，展开螺旋桨力臂组件，使螺旋桨力臂组件上的延伸杆处于四方支架组件的对角线位置，同时检查电池仓内电池电量是否充足；
S2、起飞时，四组螺旋桨力臂组件上的马达同时产生垂直起飞所需升力，四组螺旋扇叶带动该航拍采集无人机垂直稳定离地；
S3、在巡航过程中，该航拍采集无人机上的相机收到主控制器的指令，随时进行拍摄，四组螺旋桨力臂组件上的马达根据高度与倾斜角度的需要进行动力大小的调整；
S4、降落时，四组螺旋桨力臂组件上的马达根据主控制器指令进行动力大小的调整，以使得四方支架组件和托板组件均与着陆地面处于平行状态，之后四组螺旋桨力臂组件上的马达逐渐减小升力，在航拍采集无人机自身重力的作用下垂直下降。
8.根据权利要求7所述的公安消防执法用航拍采集无人机的控制方法，该方法还包括对该航拍采集无人机的定位控制方法以及拍摄过程中的雾霾净化方法；定位控制方法是在相机组件中安装GPS定位结构，所述GPS定位结构与定位卫星无线连接，并向主控制器发送该航拍采集无人机的实时位置；雾霾净化方法是通过雾霾浓度检测模块检测航拍采集无人机所在区域的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确认雾霾去除强度，再由像素处理模块进行灰度化与彩色化获取图片的像素值，最终由清晰化图获取模块运算获得每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成清晰化图像。

公安消防执法用航拍采集无人机及其控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及航拍无人机的技术领域，尤其涉及一种公安消防执法用航拍采集无人机及其控制方法。\n背景技术\n[0002] 无人机，即无人驾驶飞机，其英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几大类。从用途方面分类可分为军用无人机和民用无人机。军用方面，可用于完成战场侦察和监视、定位校射、毁伤评估、电子战，而民用方面，可用于边境巡逻、核辐射探测、航空摄影、航空探矿、灾情监视、交通巡逻和治安监控。\n[0003] 当前，各国公安执法与消防部门均面临着日益复杂的灭火救援和社会救助形势，对各类犯罪现场、地震救援、抗洪抢险、山岳救助及大跨度或高层火灾等情况，传统现场侦查手段的局限性已日益凸显，其存在监控面狭窄、监控不实时以及无法克服雾霾天气影响的缺陷。如何有效实施消防预警和现场侦测，并迅速、准确获取现场情况显得尤为重要。无人机应用技术及系统解决方案的成熟运用，使得无人侦察机平台结合视频、红外等监控及传送设备，通过空中对设定巡查区域进行巡查及现场救援指挥成为消防部门新的选择。\n发明内容\n[0004] 针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种结构简单、携带方便的公安消防执法用航拍采集无人机及其控制方法。\n[0005] 为了达到上述目的，本发明一种公安消防执法用航拍采集无人机，包括四组螺旋桨力臂组件、四方架组件、相机组件、电池盒以及托板组件；所述四组螺旋桨力臂组件分别固定在四方架组件的四个端部，所述电池盒固定在四方架组件上，所述四方架组件固定在托板组件的一面，所述相机组件固定在托板组件的另一面，所述电池盒内电池与相机组件电连接，控制终端通过无线通讯连接方式控制螺旋桨力臂组件提供上升动力，并带动四方架组件、相机组件、电池盒以及托板组件脱离地面并升上指定地面进行相机的摄像记录工作，螺旋桨力臂组件在无人机启动前处于折叠状态，在无人机启动后处于展开状态。\n[0006] 其中，所述四方架组件包括四组碳纤维管、管件上夹以及管件下夹，所述管件上夹和管件下夹围合形成容置相互垂直碳纤维管的管型空腔，四组碳纤维管首尾相接，顺次接入四组管形空腔内后，形成四角平衡的方形架体结构。\n[0007] 其中，每组螺旋桨力臂组件包括第一旋转结构，所述四方架组件上设置有与第一旋转结构相适配的第二旋转结构，所述第一旋转结构与第二旋转结构对齐后通过轴承进行可旋转连接。\n[0008] 其中，每组螺旋桨力臂组件还包括延伸杆与螺旋扇叶，所述延伸杆一端与第一旋转结构相连，延伸杆另一端与螺旋扇叶相连，所述延伸杆旋转到与四方架组件上的碳纤维管平行时，螺旋桨力臂组件处于折叠状态；所述延伸杆旋转到处于四方架组件的对角线方向时，螺旋桨力臂组件处于展开状态。\n[0009] 其中，该航拍采集无人机还包括U型固定支架，所述四方支架组件上设置有与U型固定支架引出端相适配的固定孔，所述托板组件上设置有与U型固定支架槽体相适配的槽体套孔，所述四方支架组件与托板组件之间通过两对称设置的所述U型固定支架固定连接。\n[0010] 其中，该航拍采集无人机还包括两脚架组件，所述脚架组件呈倒T形脚架形状，所述托板组件上对称伸出两定位耳，所述脚架组件通过螺丝结构对称固定在两定位耳上，且脚架组件倾斜固定在托板组件上。\n[0011] 其中，所述相机组件包括摄影结构、GPS定位结构以及主控制器，所述摄影结构、GPS定位结构以及电池盒内电池均与主控制器相连，所述拍摄结构实时拍摄照片并将照片发送到主控制器中，所述GPS定位结构与定位卫星无线连接，并向主控制器发送该航拍采集无人机的实时位置，所述主控制器通过无线连接方式将实时实地的现场情况发送到控制终端中。\n[0012] 其中，所述相机组件还包括将图像进行清晰化处理的雾霾净化结构，所述雾霾净化结构包括雾霾浓度检测模块、像素处理模块以及清晰化图获取模块，所述雾霾浓度检测模块检测航拍采集无人机所在区域的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确认雾霾去除强度，再由像素处理模块进行灰度化与彩色化获取图片的像素值，最终由清晰化图获取模块运算获得每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成清晰化图像。\n[0013] 本发明还公开了一种公安消防执法用航拍采集无人机的控制方法，其具体步骤包括：\n[0014] S1、起飞前，该航拍采集无人机由脚架组件支撑直立在地面上，展开螺旋桨力臂组件，使螺旋桨力臂组件上的延伸杆处于四方支架组件的对角线位置，同时检查电池仓内电池电量是否充足；\n[0015] S2、起飞时，四组螺旋桨力臂组件上的马达同时产生垂直起飞所需升力，四组螺旋扇叶带动该航拍采集无人机垂直稳定离地；\n[0016] S3、在巡航过程中，该航拍采集无人机上的相机收到主控制器的指令，随时进行拍摄，四组螺旋桨力臂组件上的马达根据高度与倾斜角度的需要进行动力大小的调整；\n[0017] S4、降落时，四组螺旋桨力臂组件上的马达根据主控制器指令进行动力大小的调整，以使得四方支架组件与托板组件均与着陆地面处于平行状态，之后四组螺旋桨力臂组件上的马达逐渐减小升力，在航拍采集无人机自身重力的作用下垂直下降。\n[0018] 其中，该方法还包括对该航拍采集无人机的定位控制方法以及拍摄过程中的雾霾净化方法；定位控制方法是在相机组件中安装GPS定位结构，所述GPS定位结构与定位卫星无线连接，并向主控制器发送该航拍采集无人机的实时位置；雾霾净化方法是通过雾霾浓度检测模块检测航拍采集无人机所在区域的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确认雾霾去除强度，再由像素处理模块进行灰度化与彩色化获取图片的像素值，最终由清晰化图获取模块运算获得每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成清晰化图像。\n[0019] 本发明的有益效果是：\n[0020] 与现有技术相比，本发明的公安消防执法用航拍采集无人机，通过将电池盒、相机组件独立出来，直接使用四方支架组件与托板组件进行支撑，大大减小了无人机的质量与占地面积，同时也方便了个人安装与拆卸，同时在四方架组件的端部设置四组螺旋桨力臂组件，加大了上升马力，使得无人机飞行速度更快，也使得无人机的平衡飞行更易调整。本发明的航拍采集无人机可垂直起降、空中悬停、倒飞、原地转弯，机动性能良好并对起降条件要求较低；续航能力强，适用于公安消防执法过程中要求较高的飞行任务；稳定性较好，适合搭载相机组件，随时随地获取特定位置的实时情况。\n[0021] 本发明的公安消防执法用航拍采集无人机的控制方法，通过四组螺旋桨力臂组件实现航拍采集无人机的直升直降，且本发明的螺旋桨力臂组件可以折叠展开，方便了无人机的携带控制。本发明的航拍采集无人机控制方法易于实现，能够尽量避免航拍采集无人机在飞行过程或启停过程中的碰撞损害。\n附图说明\n[0022] 图1为本发明公安消防执法用航拍采集无人机的爆炸图；\n[0023] 图2为本发明公安消防执法用航拍采集无人机的第一结构图；\n[0024] 图3为本发明公安消防执法用航拍采集无人机的第二结构图；\n[0025] 图4为本发明四方支架组件的爆炸图；\n[0026] 图5为本发明公安消防执法用航拍采集无人机的控制方法流程图。\n[0027] 主要元件符号说明如下：\n[0028] 10、电池盒               11、四方支架组件\n[0029] 12、螺旋桨力臂组件       13、相机组件\n[0030] 14、托板组件             15、U形固定支架\n[0031] 16、脚架组件\n[0032] 111、碳纤维管            112、管件上夹\n[0033] 113、管件下夹            114、第二旋转结构\n[0034] 121、第一旋转结构        122、螺旋扇叶\n[0035] 123、延伸杆。\n具体实施方式\n[0036] 为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。\n[0037] 参阅图1-3，本发明一种公安消防执法用航拍采集无人机，包括四组螺旋桨力臂组件12、四方架组件、相机组件13、电池盒10以及托板组件14；四组螺旋桨力臂组件12分别固定在四方架组件的四个端部，电池盒10固定在四方架组件上，四方架组件固定在托板组件\n14的一面，相机组件13固定在托板组件14的另一面，电池盒10内电池与相机组件13电连接，控制终端通过无线通讯连接方式控制螺旋桨力臂组件12提供上升动力，并带动四方架组件、相机组件13、电池盒10以及托板组件14脱离地面并升上指定地面进行相机的摄像记录工作，螺旋桨力臂组件12在无人机启动前处于折叠状态，在无人机启动后处于展开状态。\n[0038] 相较于现有技术，本发明的公安消防执法用航拍采集无人机，通过将电池盒10、相机组件13独立出来，直接使用四方支架组件11与托板组件14进行支撑，大大减小了无人机的质量与占地面积，同时也方便了个人安装与拆卸，同时在四方架组件的端部设置四组螺旋桨力臂组件12，加大了上升马力，使得无人机飞行速度更快，也使得无人机的平衡飞行更易调整。本发明的航拍采集无人机可垂直起降、空中悬停、倒飞、原地转弯，机动性能良好并对起降条件要求较低；续航能力强，适用于公安消防执法过程中要求较高的飞行任务；稳定性较好，适合搭载相机组件13，随时随地获取特定位置的实时情况。\n[0039] 进一步参阅图4，在本实施例中，四方架组件包括四组碳纤维管111、管件上夹112以及管件下夹113，管件上夹112和管件下夹113围合形成容置相互垂直碳纤维管111的管型空腔，四组碳纤维管111首尾相接，顺次接入四组管形空腔内后，形成四角平衡的方形架体结构。通过可拆卸的管件上夹112、管件下夹113与碳纤维管111安装方式，一方面有利于标准件的制作，以提高工作效率，另一方面，可以根据不同的情况选定不同长度的碳纤维管\n111进行安装，以适应不同的螺旋桨力臂组件12与电池盒10的搭配。\n[0040] 在本实施例中，每组螺旋桨力臂组件12包括第一旋转结构121，四方架组件上设置有与第一旋转结构121相适配的第二旋转结构114，第一旋转结构121与第二旋转结构114对齐后通过轴承进行可旋转连接。螺旋桨力臂组件12还包括延伸杆123与螺旋扇叶122，延伸杆123一端与第一旋转结构121相连，延伸杆123另一端与螺旋扇叶122相连，延伸杆123旋转到与四方架组件上的碳纤维管111平行时，螺旋桨力臂组件12处于折叠状态，延伸杆123旋转到处于四方架组件的对角线方向时，螺旋桨力臂组件12处于展开状态。第一旋转结构121与第二旋转结构114的设置，使得螺旋桨力臂组件12可折叠、可展开，方便了该无人机的运输取放，\n[0041] 在本实施例中，该航拍采集无人机还包括U形固定支架15，四方支架组件11上设置有与U形固定支架15引出端相适配的固定孔，托板组件14上设置有与U形固定支架15槽体相适配的槽体套孔，四方支架组件11与托板组件14之间通过两对称设置的U形固定支架15固定连接。该航拍采集无人机还包括两脚架组件16，脚架组件16呈倒T形脚架形状，托板组件\n14上对称伸出两定位耳，脚架组件16通过螺丝结构对称固定在两定位耳上，且脚架组件16倾斜固定在托板组件14上。U形固定支架15与脚架组件16均起到了支撑作用，二者在保证稳定支撑的同时，尽可能减少了耗材，所以既节约了材料，又减轻了无人机的重量。\n[0042] 在本实施例中，相机组件13包括摄影结构、GPS定位结构以及主控制器，摄影结构、GPS定位结构以及电池盒10内电池均与主控制器相连，拍摄结构实时拍摄照片并将照片发送到主控制器中，GPS定位结构与定位卫星无线连接，并向主控制器发送该航拍采集无人机的实时位置，主控制器通过无线连接方式将实时实地的现场情况发送到控制终端中。摄影结构与GPS定位结构同时作用，使得拍摄照片的实时实地性更加精确，对于公安消防人员的信息采集更加有利。\n[0043] 在本实施例中，相机组件13还包括将图像进行清晰化处理的雾霾净化结构，雾霾净化结构包括雾霾浓度检测模块、像素处理模块以及清晰化图获取模块，雾霾浓度检测模块检测航拍采集无人机所在区域的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确认雾霾去除强度，再由像素处理模块进行灰度化与彩色化获取图片的像素值，最终由清晰化图获取模块运算获得每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成清晰化图像。\n[0044] 雾霾浓度检测模块，位于空气中，用于实时检测无人机所在位置的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确定雾霾去除强度，雾霾去除强度取值在0到1之间； 像素处理模块，首先连接数字相片拍摄设备以接收巡逻区域图像，对巡逻区域图像进行灰度化处理以获得灰度化区域图像，将灰度化区域图像中灰度值在天空上限灰度阈值和天空下限灰度阈值之间的像素识别并组成灰度化天空子图案，从灰度化区域图像分割出灰度化天空子图案以获得灰度化非天空子图像，基于灰度化非天空子图像在巡逻区域图像中的对应位置获得与灰度化非天空子图像对应的彩色非天空子图像；然后，针对彩色非天空子图像中每一个像素，计算其R，G，B三颜色通道像素值，在彩色非天空子图像中所有像素的R，G，B三颜色通道像素值中提取一个数值最小的颜色通道像素值所在的颜色通道作为黑色通道；再获得预设像素值阈值，与区域划分子设备和黑色通道获取子设备分别连接以获得巡逻区域图像和黑色通道，将巡逻区域图像中黑色通道像素值大于等于预设像素值阈值的多个像素组成待检验像素集，将待检验像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作为整体大气光值；再对巡逻区域图像的每一个像素，提取其R，G，B三颜色通道像素值中最小值作为目标像素值，使用保持边缘的高斯平滑滤波器EPGF(edge-preserving gaussian filter)对目标像素值进行滤波处理以获得滤波目标像素值，将目标像素值减去滤波目标像素值以获得目标像素差值，使用EPGF对目标像素差值进行滤波处理以获得滤波目标像素差值，将滤波目标像素值减去滤波目标像素差值以获得雾霾去除基准值，将雾霾去除强度乘以雾霾去除基准值以获得雾霾去除阈值，取雾霾去除阈值和目标像素值中的最小值作为比较参考值，取比较参考值和0中的最大值作为每一个像素的大气散射光值；下一步将每一个像素的大气散射光值除以整体大气光值以获得除值，将1减去除值以获得每一个像素的介质传输率； 清晰化图像获取模块，将1减去每一个像素的介质传输率以获得第一差值，将第一差值乘以整体大气光值以获得乘积值，将巡逻区域图像中每一个像素的像素值减去乘积值以获得第二差值，将第二差值除以每一个像素的介质传输率以获得每一个像素的清晰化像素值，巡逻区域图像中每一个像素的像素值包括巡逻区域图像中每一个像素的R，G，B三颜色通道像素值，相应地，获得的每一个像素的清晰化像素值包括每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成清晰化图像。\n[0045] 进一步参阅图5，本发明还公开了一种公安消防执法用航拍采集无人机的控制方法，其具体步骤包括：\n[0046] S1、起飞前，该航拍采集无人机由脚架组件16支撑直立在地面上，展开螺旋桨力臂组件12，使螺旋桨力臂组件12上的延伸杆123处于四方支架组件11的对角线位置，同时检查电池仓内电池电量是否充足；\n[0047] S2、起飞时，四组螺旋桨力臂组件12上的马达同时产生垂直起飞所需升力，四组螺旋扇叶122带动该航拍采集无人机垂直稳定离地；\n[0048] S3、在巡航过程中，该航拍采集无人机上的相机收到主控制器的指令，随时进行拍摄，四组螺旋桨力臂组件12上的马达根据高度与倾斜角度的需要进行动力大小的调整；\n[0049] S4、降落时，四组螺旋桨力臂组件12上的马达根据主控制器指令进行动力大小的调整，以使得四方支架组件11与托板组件14均与着陆地面处于平行状态，之后四组螺旋桨力臂组件12上的马达逐渐减小升力，在航拍采集无人机自身重力的作用下垂直下降。\n[0050] 在本实施例中，该方法还包括对该航拍采集无人机的定位控制方法以及拍摄过程中的雾霾净化方法；定位控制方法是在相机组件13中安装GPS定位结构，GPS定位结构与定位卫星无线连接，并向主控制器发送该航拍采集无人机的实时位置；雾霾净化方法是通过雾霾浓度检测模块检测航拍采集无人机所在区域的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确认雾霾去除强度，再由像素处理模块进行灰度化与彩色化获取图片的像素值，最终由清晰化图获取模块运算获得每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成清晰化图像。\n[0051] 相较于现有技术，本发明的公安消防执法用航拍采集无人机的控制方法，通过四组螺旋桨力臂组件12实现航拍采集无人机的直升直降，且本发明的螺旋桨力臂组件12可以折叠展开，方便了无人机的携带控制。本发明的航拍采集无人机控制方法易于实现，能够尽量避免航拍采集无人机在飞行过程或启停过程中的碰撞损害。\n[0052] 以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。