Способ мониторинга лесных пожаров и комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров

Предлагаемый способ и система относятся к области пожарной безопасности и могут быть использованы для постоянного наземного мониторинга лесных массивов и населенных пунктов в местах, где развернута система сотовой связи. Техническим результатом является повышение достоверности обмена аналоговой и дискретной информации между телекоммуникационным модулем и центральным сервером путем использования двух частот ω1, ω2 и сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн). Комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров, реализующая способ мониторинга лесных пожаров, содержит тепловизионный модуль 1, видеокамеру 2, сканирующую платформу 3, контроллер 4 управления, блок 5 глобальной навигационной спутниковой системы, угломерно-азимутальной измеритель 6, устройство 7 сбора метеоданных, телекоммуникационный модуль 8, дуплексную связь 9 (радиоканал) и центральный сервер 10. Телекоммуникационный модуль 8 и центральный сервер 10 содержат задающий генератор 11.1(11.2), формирователь 12.1(12.2) аналоговых сообщений, формирователь 14.1(14.2) дискретных сообщений, амплитудный модулятор 13.1(13.2), фазовый манипулятор 15.1(15.2), первый гетеродин 16.1(16.2), первый смеситель 17.1(17.2), усилитель 18.1(18.2), первой промежуточной частоты, первый усилитель 19.1(19.2) мощности, дуплексер 20.1(20.2), приемопередающую антенну 21.1(21.2), второй усилитель 22.1(22.2) мощности, второй гетеродин 23.1(23.2), второй смеситель 24.1(24.2), усилитель 25.1(25.2) второй промежуточной частоты, амплитудный ограничитель 26.1(26.2), синхронный детектор 27.1(27.2), перемножитель 28.1(28.2), полосовой фильтр 29.1(29.2), фазовый детектор 30.1(30.2). В состав телекоммуникационного модуля 8 входит также контроллер 21, в состав центрального сервера 10 - компьютер 31. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Предлагаемый способ и система относятся к области пожарной безопасности и могут быть использованы для постоянного наземного мониторинга лесных массивов и населенных пунктов в местах, где развернута система сотовой связи.

Известны способы и системы раннего обнаружения пожаров (патенты РФ №№2.032.229, 2.078.377, 2.110.094, 2.177.179, 2.207.631, 2.210.813, 2.256.228, 2.256.231, 2.340.002, 2.409.865, 2.486.594; патенты США №№5.049.861, 5.079.422, 5.557.260, 5.734.335, 6.400.265; патенты Франции №№2.811.456, 2.893.743; патенты Германии №3.710.265; патенты ЕР №№0.940.679, 1.667.453; патенты WO №0.948.070; Шаровар Ф.И. Устройства и системы пожарной сигнализации. М. Стройиздат, 1985, с. 292-295 и другие).

Из известный способов и систем наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ мониторинга лесных пожаров и комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров, построенная на принципе разносенсорного панорамного обзора местности с функцией высокоточного определения очага возгорания» (патенты РФ №2.486.594, G08B 13/194, 2011), которые и выбраны в качестве прототипов.

Известные способ и система обеспечивают расширение функциональных возможностей за счет увеличения ограничений по разрешению видеокамеры и тепловизорного изображения, увеличение угла обзора и объема получаемой информации. Мониторинг местности ведут, по меньшей мере, с двух точек, расположенных на мачтах сотовой связи, посредством тепловизорной камеры и видеокамеры, установленных так, что их оси параллельны и закреплены на сканирующей платформе, размещенной на каждой мачте сотовой связи, при этом передают изображения, полученные в тепловом и видеоканалах, совместно с данными углового и азимутального направления осей камер, на центральный сервер, в котором преобразуют изображения, полученные от тепловизионных и видеокамер, и данных от угломерно-азимутальных измерителей, расположенных на мачтах сотовой связи, в систему географических координат, осуществляют привязку очагов возгорания к географическим координатам с отображением на электронной карте местности, накладывают видеоизображение на изображение от тепловизионной камеры и выводят полученные изображения в виде трех отдельных изображений на монитор оператора, и/или на запоминающее устройство.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности обмена аналоговой и дискретной информацией между телекоммуникационным модулем и центральным сервером путем использования двух частот ω1, ω2 и сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляций и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн).

Поставленная задача решается тем, что способ мониторинга лесных пожаров, характеризующийся, в соответствии с ближайшим аналогом, тем, что мониторинг ведут, по меньшей мере, с двух точек, расположенных на мачтах сотовой связи посредством тепловизионной камеры и видеокамеры, установленных так что их оси параллельны, и закрепленных на сканирующей платформе, размещенной на каждой мачте сотовой связи, при этом передают изображения, полученные в тепловом и видеоканалам, совместно с данными углового и азимутального направления осей камер, полученными с помощью угломерно-азимутального измерителя, на центральный сервер, в котором преобразуют изображения, полученные от тепловизионных и видеокамер, и данные от угломерно-азимутальных измерителей, расположенных на мачтах сотовой связи, в систему географических координат, осуществляют привязку очагов возгорания к географическим координатам с отображением на электронной карте местности, накладывают видеоизображение на изображение от тепловизионной камеры и выводят полученные изображения в виде трех отдельных изображений - полученного наложением разносенсорного панорамного изображения, тепловизионного изображения и видиоизображения на монитор оператора и/или на запоминающее устройство, отличается от ближайшего аналога тем, что на телекоммуникационном модуле формируют гармоническое колебание на частоте ωс, моделируют его по амплитуде аналоговым сообщением м1(t), манипулирует по фазе дискретным сообщением M1(t), полученый сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ωг1, первого гетеродина, выделяют сигнал первый промежуточной частоты ωпр1сг1, усиливают его по мощности и излучают в эфир на частоте ω1прг2, где ωг2 - частота второго гетеродина, принимают и усиливают его по мощности на центральном сервере, преобразуют по частоте с использованием частоты ωг1 второго гетеродина, выделяют сигнал второй промежуточной частоты ωпр21г1с, ограничивают его по амплитуде, полученный сигнал с фазовой манипуляцией используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования сложного сигнала с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональной аналоговому сообщению м1(t), фиксируют и анализируют его, одновременно полученный сигнал с фазовой манипуляцией перемножают с напряжением первого гетеродина, выделяют сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ωг2пр2г1, синхронно детектируют его с использованием частоты ωг2 второго гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное дискретному сообщению M1(t), фиксируют и анализируют его, на центральном сервере формируют также гармоническое колебание на частоте ωс, модулируют его по амплитуде аналоговым сообщением м2(t), манипулируют по фазе дискретным сообщением M2(t), полученный сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ωг2 первого гетеродина, выделяют сигнал третьей промежуточной частоты ωпр3г2с, усиливают его по мощности и излучают в эфир на частоте ω2пр3г1, принимают и усиливают по мощности на телекоммуникационном модуле, преобразуют по частоте с использованием частоты ωг2 второго гетеродина, выделяют сигнал второй промежуточной частоты ωпр2г22, ограничивают его по амплитуде, полученный сигнал с фазовой манипуляцией используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования сложного сигнала с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное аналоговому сообщению м2(t), фиксируют и анализируют его, одновременно полученный сигнал с фазовой манипуляцией перемножают с напряжением первого гетеродина, выделяют сигнал с фазовой манипуляций на частоте ωг2 второго гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное дискретному сообщению M2(t), фиксируют и анализируют его, причем частоты ωг1 и ωг2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ωг2г1пр2, сложные сигналы с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией на телекоммуникационном модуле излучают на частоте ω1, а принимают на частоте ω2, а на центральном сервере, наоборот, излучают на частоте ω2, а принимают на частоте ω1.

Поставленная задача решается тем, что комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, по меньшей мере, два тепловизионно-телевизионных модуля кругового сканирования местности, расположенных на мачтах сотовой связи, каждый тепловизионно-телевизионный модуль образован тепловизионной камерой и видеокамерой, установленными так, что их оси параллельны, угломерно-азимутальному измерителю, ось которого параллельна осям тепловизионной камеры и видеокамеры, и контроллером управления, при этом тепловизионная камера, видеокамера и угломерно-азимутальный измеритель закреплены на сканирующей платформе, установленной на мачте сотовой связи и имеют возможность вращения относительно вертикальной оси и поворота относительно горизонтальной оси, причем выходы тепловизионной камеры, видеокамеры и угломерно-азимутного измерителя связаны с первым-третьим входами контроллера управления, вход устройства управления движения сканирующей платформы связан с первым выходом контроллера, четвертым вход контроллера управления связан с блоком глобальной навигационной спутниковой системы, при этом система снабжена телекоммуникационным модулем, осуществляющим беспроводную связь с центральным сервером, причем телекоммуникационный модуль связан входом-выходом соответственно со вторым выходом и пятым входом контроллера управления, шестой вход, которого связан с выходом устройства сбора метеоданных, отличается от ближайшего аналога тем, что телекоммуникационный модуль и центральный сервер выполнены в виде последовательно включенных задающего генератора, амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом формирователя аналоговых сообщений фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом формирователя дискретных сообщений, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, амплитудного ограничителя и синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, последовательно подключенных к выходу амплитудного ограничителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, причем выходы синхронного детектора и фазового детектора телекоммуникационного модуля подключены к первому и второму входам контроллера управления соответственного, к первому и второму входам которого подключены формирователь аналоговых сообщений и формирователь дискретных сообщений соответственно, а выходы синхронного детектора и фазового детектора центрального сервера подключены к первому и второму входом компьютера соответственно, к первому и второму выходам которого подключены формирователь аналоговых сообщений и формирователь дискретных сообщений соответственно, частоты ωг1 и ωг2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ωг2г1пр2, сложные сигналы с комбинированный амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией телекоммуникационным модулем излучаются на частоте ω1, а принимаются на частоте ω2, а центральным сервером, наоборот, излучаются на частоте ω2, а принимаются на частоте ω1.

Структурная схема комплексной системы раннего обнаружения лесных пожаров представлена на фиг. 1. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов, изображена на фиг. 2. Структурная схема телекоммуникационного модуля 8 показана на фиг. 3. Структурная схема центрального сервера 10 показана на фиг. 4.

Комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров содержит тепловизионный модуль 1, видеокамеру 2 и угломерно-азимутальный измеритель 6, выходы, которых связаны с первым-третьим входами контроллера 4 управления, вход устройства управления движением сканирующей платформы 3 связан с первым выходом контроллера 4. Четвертый вход контроллера 4 управления связан с блоком 5 глобальной навигационной спутниковой системы. Шестой вход контроллера 4 управления, соединен с выходом устройства 7 сбора метеоданных. Телекоммуникационный модуль 8, осуществляющий беспроводную связь 9 с центральным сервером 10 связан входом-выходом соответственно со вторым выходом и пятым входом контроллера 4 управления.

Телекоммуникационный модуль 8 и центральный сервер 10 содержат последовательно включенные задающий генератор 11.1(11.2), амплитудный модулятор 13.1(13.2), второй вход которого соединен с выходом формирователя 12.1(12.2) аналоговых сообщений, фазовый манипулятор 15.1(15.2), второй вход которого соединен с выходом формирователя 14.1(14.2) дискретных сообщений, первый смеситель 17.1(17.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 16.1(16.2), усилитель первой (третьей) 18.1(18.2) промежуточной частоты, первый усилитель 19.1(19.2) мощности, дуплексер 20.1(20.2), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 21.1(21.2), второй усилитель 22.1(22.2) мощности, второй смеситель 24.1(24.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 23.1(23.2), усилителя 25.1(25.2) второй промежуточной частоты, амплитудный ограничитель 26.1(26.2) и синхронный детектор 27.1(27.2), второй вход которого соединен с выходом усилителя 25.1(25.2) второй промежуточной частоты. К выходу амплитудного ограничителя 26.1(26.2) последовательно подключены перемножитель 28.1(28.2), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16.1(16.2), полосовой фильтр 29.1(29.2) и фазовый детектор 30.1(30.2).

Выходы синхронного детектора 27.1 и фазового детектора 30.1 телекоммуникационного модуля 8 подключены к первому и второму входам контроллера и управления соответственно, к первому и второму выходам которого подключены формирователь 12.1 аналоговых сообщений и формирователь 14.1 дискретных сообщений соответственно.

Выходы синхронного детектора 27.2 и фазового детектора 30.2 центрального сервера 10, подключены к первому и второму входам компьютера 31 соответственно, к первому и второму выходам которого подключены формирователь 12.2 аналоговых сообщений и формирователь 14.2 дискретных сообщений соответственно.

Способ мониторинга лесных пожаров осуществляют следующим образом.

На двух, трех (или более) мачтах сотовой связи устанавливаются тепловизионно-телевизионный модуль кругового сканирования местности. Каждый тепловизионно-телевизионный модуль содержит тепловизионную камеру 1 и видеокамеру 2, установленные на сканирующей платформе 3 так, что их оптические оси параллельны. В состав тепловизионно-телевизионного модуля входят также контроллер 4 управления и угломерно-азимутальный измеритель 5, определяющий ориентацию сканирующей платформы 3 и, соответственно, расположенные тепловизионный камеры 1 и видеокамеры 2 по азимуту и углу отклонения от горизонтальной плоскости.

Использование в системе как минимум двух, а при необходимости достаточно большого количества разносенсорного (тепло- и видео-) панорамного обзора, монтируемых на мачтах сотовой связи, позволяет повысить достоверность обнаружения очагов возгорания благодаря тому, что источник огня обнаруживают два и более устройства. Одновременно получение сигнала от двух или более тепловизионно-телевизионных модулей кругового сканирования местности обуславливается снижением вероятности ложных обнаружений очагов возгорания и повышение надежности и достоверности получаемой информации вследствие того, что тепловизионные и видеокамеры панорамного обзора установлены на мачтах антенн базовых станций сотовой связи, и наблюдение за каждой точкой территории ведется с нескольких (2-х и более) соседних вышек, т.е. каждая точка контролируемого участка леса (или другого объекта наблюдения) просматривается под разными углами, что снижает вероятность того, что очаг возгорания будет не замечен. Очаг возгорания, закрытый от одной из точек наблюдения рельефом местности или другой помехой, будет виден с другой точки (вышки сотовой связи).

Так как в силу своего целевого назначения мачты антенны базовых станций расположены на господствующих высотах и имеет высоту от 50 до 100 метров, размещенные на них тепловизорные и видео камеры с круговым обзором, позволяет обеспечить обнаружение очагов возгорания на дальности до 18-50 км.

Поскольку координаты базовых станций известны, размещение тепловизорных и видеокамер на высотных сооружениях базовых станций операторов сотовой связи и применение совместный обработки данных от тепловизорных и видеокамер, расположенных на 2-х-3-х соседних мачтах на площадях покрытия сотовой связью, позволяет с использованием метода триангуляции определить место расположения очага возгорания с точностью до 20-50 метров. Очаг возгорания с площадью до 50 кв. метров может быть обнаружен на дальностях до 35 км. Все это позволяет обеспечить быстрое реагирование на пожары и, как следствие, безопасность жителей, мест их проживания, сохранность природных ресурсов.

Техническое решение позволяет осуществлять раннее выявление очагов возгорания, возникающих в лесных массивах на значительном (до 50 км) удалении от населенных пунктов и важных стратегических объектов, что позволяет своевременно принять адекватные противопожарные меры, не допуская последующего приближения огня к местам жизнедеятельности людей.

Режим разносенсорного панорамного обзора заключается в наложении панорамного видеоизображения на изображение от тепловизионной камеры, что позволяет осуществить визуальную привязку очага возгорания к панорамному видеоизображению.

Изображения, полученные в тепло- и видео каналах, совместно с данными углового азимутального направления осей камер, полученными с помощью угломерно-азимутального измерителя, передают на центральный сервер 10 через контроллер 4 управления и телекоммуникационный модуль (модем) 8.

Для этого задающим генератором 11.1 формируется гармоническое колебание

Uc1(t)=Vc1*cos(ωct+ϕс1), 0≤t≤Тс1,

где Vc1, ωс, ϕс1, Tc1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания;

которое поступает на первый вход амплитудного модулятора 13.1, на второй вход которого подается аналоговое сообщение м1(t) с выхода формирователя 12.1 аналоговых сообщений. На выходе амплитудного модулятора 13.1 образуется сигнал с амплитудной модуляцией (AM).

U1(t)=Vc1[1+м1(t)]*cos(ωct+ϕc1), 0≤t≤Tc1,

где м1(t) - модулирующая функция амплитудной модуляции, отображающая структуру аналоговых сообщений;

который поступает на первый вход фазового манипулятора 15.1. На второй вход последнего подается дискретное сообщение M1(t) с выхода формирователя 14.1 дискретных сообщений. На выходе фазового манипулятора 15.1 формируется сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн)

U2(t)=Vc1[1+м1(t)]*cos[ωct+ϕk1(t)+ϕc1], 0≤t≤Tc1,

где ϕk1(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с моделирующим кодом M1(t).

Формирователи 12.1 и 14.1 аналоговых и дискретных сообщений связаны с первым и вторым выходами контроллера 4 управления и содержат информацию, полученную от угломерно-азимутального измерителя и тепло- и видеоканалов.

Сформированный АМ-ФМн сигнал U2(t) с выхода фазового манипулятора 15.1 поступает на первый вход первого смесителя 17.1, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 16.1.

Uг1(t)=Vг1*cos(ωг1t+ϕг1).

На выходе смесителя 17.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18.1 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты.

Uпр1(t)=Vпр1*[1+м1(t)]*cos[ωпр1t+ϕk1(t)+ϕпр1], 0≤t≤Tc1,

где Vпр1=1/2Vc1*Vг1

ωпр1cг1 - первая промежуточная (суммарная) частота;

ϕпр1с1г1.

Это напряжение представляет собой сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн) на первой промежуточной частоте ωпр1 и после усиления по мощности в усилители 19.1 мощности через дуплексер 20.1 поступает в приемопередающую антенну 21.1, излучается ею в эфир на частоте ω1пр1г2, улавливается приемопередающий антенной 21.2 центрального сервера 10 и через дуплексер 20.2 и усилитель 22. 2 мощности поступает на первый вход смесителя 24.2, на второй вход которого продается напряжение второго гетеродина 23.2

Uг1(t)=Vг1*cos(ωг1t+ϕг1).

На выходе смесителя 24.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 25.2 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты.

Uпр2(t)=Vпр2*[1+м1(t)]*cos[ωпр2t+ϕk1(t)+ϕпр2], 0≤t≤Tc1,

где Vпр2=1/2Vпр1*Vг1;

ωпр2пр1г1 - первая промежуточная (суммарная) частота;

ϕпр2пр1г1.

Это напряжение поступает на первый (информационный) вход синхронного детектора 27. 2 и на вход амплитудного ограничителя 26. 2, на выходе которого образуется напряжение

U3(t)=Vo*cos[ωпр2t+ϕk1(t)+ϕпр2], 0≤t≤Тс1,

где Vo - порог ограничения.

Это напряжение представляет собой ФМн сигнал на второй промежуточной частоте ωпр2, используется в качестве опорного напряжения и подается на второй (опорный) вход синхронного детектора 27.2. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение

UH1(t)=VH1*[1+м1(t)],

где VH1=1/2Vпр2*Vo,

пропорциональное моделирующей функции м1(t).

Одновременно ФМн сигнал U3(t) с выхода амплитудного ограничителя 26.2 поступает на первый вход перемножителя 28.2, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 16.2.

Uг2(t)=Vг2*cos(ωг2t+ϕг2).

На выходе перемножителя 28.2 образуется напряжение

U4(t)=V4*cos[ωг1k1(t)+ϕг1], 0≤t≤Тс1,

где V4=1/2Vo*Vг2;

которое выделяется полосовым фильтром 29.2 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 30.2, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 23.2

Uг1(t)=Vг1*cos(ωг1t+ϕг1)

На выходе фазового детектора 30.2 образуется низкочастотное напряжение

UH2(t)=VH2*cosϕk1(t),

где VH2=1/2V4*Vг1;

пропорциональное моделирующему коду M1(t).

Низкочастотные напряжения UH1(t) и UH2(t) поступают в компьютер 31, где данные, полученные от тепловизионных камер 1, видеокамер 2 и угломерно-азимутальных измерителей 5, расположенных на соседних мачтах сотовой связи, преобразуют в систему географических координат, осуществляют привязку очагов возгорания к географическим координатам, с отображением на электронной карте местности, накладывают видеоизображения на тепловизионное изображение и выводят полученные изображения в виде трех отдельных изображений:

- полученного наложением, разносенсорного панорамного изображения;

- тепловизионного изображения;

- видеоизображения,

на монитор оператора и/или на запоминающее устройство, причем фазовую синхронизацию сигнала для передачи информации на центральный сервер 10 и дополнительную привязку к географическим координатам осуществляется по спутниковым сигналам точного времени посредством глобальной навигационной спутниковой системы, преимущественно, ГЛОНАСС.

Результаты в дальнейшем могут быть переданы службам реагирования МЧС России и Рослесхоза с целью своевременного принятия решений. Возможна также передача информации с указанием координат очагов пожаров на авиационные средства охраны лесов и пожаротушения.

Движением сканирующей платформы 3 управляет устройство управления сканирующей платформы 3, получающие команды и информацию от центрального сервера 10 через контроллер 4 управления.

Для этого на центральном сервере 10 задающим генератором 11.2 формируется гармоническое колебание

Uc2(t)=Vc2*cos(ωct+ϕг2), 0≤t≤Тс1,

которая поступает на первый вход амплитудного модулятора 13.2, на второй вход которого подается аналоговое сообщение м2(t) с выхода формирователя 12.2 аналоговых сообщений.

На выходе амплитудного модулятора 13.2 образуется сигнал с амплитудной модуляцией (AM)

U5(t)=Vc2*[1+м2(t)]*cos[ωct+ϕс2], 0≤t≤Tc2,

где м2(t) - моделирующая функция амплитудной модуляции, отображающая структуру аналоговых сообщений,

который поступает на первый вход фазового манипулятора 15.2. На второй вход последнего подается дискретное сообщение M2(t) с выхода формирователя 14.2 дискретных сообщений. На выходе фазового манипулятора 15.2 формируется сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн)

U6(t)=Vc2*[1+м2(t)]*cos[ωct+ϕk2(t)+ϕс2], 0≤t≤Тс2,

где ϕk2(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с моделирующим кодом M2(t).

Формирователи 12.2 и 14.2 аналоговых и дискретных сообщений связаны с первым и вторым выходами компьютера 31 и содержат информацию и команды управление сканирующей платформой 3.

Сформированный АМ-ФМн сигнал U6(t) с выхода фазового манипулятора 15.2 поступает на первый вход первого смесителя 17.2, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 16.2.

Uг2(t)=Vг2*cos(ωг2t+ϕг2),

На выходе смесителя 17.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18.2 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты

Uпр3(t)=Vпр4*[1+м2(t)]*cos[ωпр3t+ϕk2(t)+ϕпр3], 0≤t≤Тс2,

где Vпр3=1/2Vc2*Vг2;

ωпр3г2c - третья промежуточная (разностная) частота;

ϕпр3г2с2.

Это напряжение представляет собой сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией) АМ-ФМн) на третьей промежуточной частоте ωпр3 и после усиления по мощности в усилителе 19.2 мощности через дуплексер 20.2 поступает в приемопередающую антенну 21.2, излучается ею в эфир на частоте ϕ2пр3г1, улавливается приемопередающий антенной 21.1 телекоммуникационного модуля 8 и через дуплексер 20.1 и усилитель в 22.1 мощности поступает на первый вход смесителя 24.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 23.1

Uг2(t)=Vг2*cos(ωг2t+ϕг2)

На выходе смесителя 24.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 25.1 выделяется напряжение второй промежуточный (разностной) частоты

Uпр4(t)=Vпр4*[1+м2(t)]*cos[ωпр2t+ϕk2(t)+ϕпр4], 0≤t≤Tc2,

где Vпр4=1/2Vпр3*Vг2;

ωпр2г2пр3 - вторая промежуточная (разностная) частота.

ϕпр4г2пр3.

Это напряжение поступает на первый (информационный) вход синхронного детектора 27.1 и на вход амплитудного ограничителя 26.1, на выходе которого образуется напряжение

U7(t)=Vo*cos[ωпр2t+ϕk2(t)+ϕпр4],

где Vo - порог ограничения.

Это напряжением предоставляет собой ФМн сигнал на второй промежуточной частоте ωпр2, используется в качестве опорного напряжения и подается на второй (опорный) вход синхронного детектора 27.1. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение

UH3(t)=VH3*[1+м2(t)],

где VH3=1/2Vпр4*Vo,

пропорциональное модулирующей функции м2(t).

Одновременно ФМн сигнал U7(t) с выхода амплитудного ограничителя 26.1 поступает на первый вход перемножителя 28.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 16.1

Uг1(t)=Vг1*cos(ωг1t+ϕг1),

На выходе перемножителя 28.1 образуется напряжение

U8(t)=V8*cos[ωг2t+ϕk2(t)+ϕг2], 0≤t≤Тс2,

где V8=1/2Vo*Vг1,

ωг2пр2г1;

которое выделяется полосовым фильтром 29.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 30.1, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 23.1.

Uг2(t)=Vг2*cos(ωг2t+ϕг2).

На выходе фазового детектора 30.1 образуется низкочастотное напряжение

UH4(t)=VH4*cosϕk2, 0≤t≤Tc2,

где - VH4=1/2V8*Vг2,

пропорциональное моделирующему коду M2(t).

Сканирующая платформа 3, на которой установлены тепловизионная камера 1, видеокамера 2 и угломерно-азимутальный измеритель 6, представляет собой самостоятельное устройство, позволяющее осуществлять движение в горизонтальной плоскости от 0 до 360 градусов и по углу места в 45 градусов. Движением сканирующий платформы 3 управляет устройство управления сканирующей платформой, связанное через контроллер 4 с центральным сервером 10. Указанная связь проявляется через низкочастотные напряжения UH3(t) и UH4(t).

На мачте сотовой связи также установлено устройство 7 сбора метеоданных, которое предназначено для получения данных о текущей температуре, температуре точки росы, количество выпавших осадков, направлении и скорости ветра. Эти данные также передаются на контроллер 4 управление. На основании этих данных в дальнейшем прогнозируется пожароопасность (возможность распространения огня, скорость распространения и направление).

Сигнал с блока 5 глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС, поступающий на четвертый вход контроллера 4, позволяет осуществлять привязку работы системы раннего обнаружения пожаров к географическим координатам, а также служит для синхронизации каждого устройства в единой системе по спутниковым сигналам точного времени и фазовой синхронизации сигнала для передачи информации на центральный сервер 10.

Тепловизионная камера 1 и видеокамера 2 предназначен для работы в температурном режиме от -40°С до +50°С, что позволяет использовать их непрерывно в течение года.

За счет того, что базовым сигналом для обнаружения очага возгорания является сигнал с тепловизионной камеры 1, на результаты работы и чувствительность подсистемы выявления очагов возгорания не влияет время суток и года, наличие облачности, тумана и других помех визуальной видимости.

Азимутальная плоскость разбивается на несколько секторов исходя из особенностей и рельефа местности. Горизонтальная плоскость разбита на сектора таким образом, чтобы при перемещении камеры от точки к точке получалась единая панорамная картина. После прохождения одного азимутального сектора камеры 1 и 2 переходит на следующий, сканирующий таким образом выделенную территорию.

При обнаружении в автоматизированном режиме очага возгорания система останавливает автоматическое сканирование, определяет координаты источника возгорания и пересылает видео- и тепловизионное изображение в реальном масштабе времени, а также координаты очага возгорания оператору.

Оператор для правильного принятия решения может в ручном режиме зуммировать изображение от видеокамеры и посмотреть отдельно тепловизионную картинку. Все эти данные необходимы для принятия решения оператора о дальнейшем реагировании на очаг возгорания. Применение автоматизации данного процесса позволяет сократить число операторов и повысить вероятность обнаружения.

Таким образом, предлагаемый способ и система по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение достоверности обмена аналоговой и дискретной информацией между телекоммуникационным модулем и центральным сервером. Это достигается путем использования двух частот ωг1, ωг2 и сложных сигналов комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн).

Сложные сигналы с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией обладают энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный АМ-ФМн сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного АМ-ФМн сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньшей мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных АМ-ФМн сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных АМ-ФМн сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемного устройства.

Сложные АМ-ФМн сигналы позволяют применять современный вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность выделять эти сигналы среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.

1. Способ мониторинга лесных пожаров, характеризующийся тем, что мониторинг ведут, по меньшей мере, с двух точек, расположенных на мачтах сотовой связи посредством тепловизионной камеры и видеокамеры, установленных так, что их оси параллельны, и закрепленных на сканирующей платформе, размещенной на каждой мачте сотовой связи, при этом передают изображения, полученные в тепловом и видеоканалам, совместно с данными углового и азимутального направления осей камер, полученными с помощью угломерно-азимутального измерителя, на центральный сервер, в котором преобразуют изображения, полученные от тепловизионных и видеокамер, и данные от угломерно-азимутальных измерителей, расположенных на мачтах сотовой связи, в системе географических координат, осуществляют привязку очагов возгорания к географическим координатам с отображением на электронной карте местности, накладывают видеоизображение на изображение от тепловизионной камеры и выводят полученные изображения в виде трех отдельных изображений - полученного наложением разносенсорного панорамного изображения, тепловизионного изображения и видеоизображения на монитор оператора и/или на запоминающее устройство, отличающийся тем, что на телекоммуникационном модуле формируют гармоническое колебание на частоте ωc, моделируют его по амплитуде аналоговым сообщением м1(t), манипулируют по фазе дискретным сообщением M1(t), полученный сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ωг1 первого гетеродина, выделяют сигнал первой промежуточной частоты ωпр1cг1, усиливают его по мощности и излучают в эфир на частоте ω1пр1г2, где ωг2 - частота второго гетеродина, принимают и усиливают его по мощности на центральном сервере, преобразует по частоте с использованием частоты ωг1 второго гетеродина, выделяют сигнал второй промежуточной частоты ωпр21г1c, ограничивают его по амплитуде, полученный сигнал с фазовой манипуляцией используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования сложного сигнала с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное аналоговому сообщению м1(t), фиксируют и анализируют его, одновременно полученный сигнал с фазовой манипуляцией перемножают с напряжением первого гетеродина, выделяют сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ωг2пр2г1, синхронно детектируют его с использованием частоты ωг2 второго гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное дискретному сообщению M1(t), фиксируют и анализируют его, на центральном сервере формируют также гармоническое колебание на частоте ωc, модулируют его по амплитуде аналоговым сообщением м2(t), манипулируют по фазе дискретным сообщением M2(t), полученный сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ωг2 первого гетеродина, выделяют сигнал третьей промежуточной частоты ωпр3г2c, усиливают его по мощности и излучают в эфир на частоте ω2пр3г1, принимают и усиливают по мощности на телекоммуникационном модуле, преобразуют по частоте с использованием частоты ωг2 второго гетеродина, выделяют сигнал второй промежуточной частоты ωпр2г22, ограничивают его по амплитуде, полученный сигнал с фазовой манипуляцией используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования сложного сигнала с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное аналоговому сообщению м2(t), фиксируют и анализируют его, одновременно полученный сигнал с фазовой манипуляцией перемножают с напряжением первого гетеродина, выделяют сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ωг2 второго гетеродина, выделяют низкочастотные напряжение, пропорциональное дискретному сообщению M2(t), фиксируют и анализируют его, причем частоты ωг1 и ωг2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ωг2г1пр2, сложные сигналы с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией на телекоммуникационном модуле излучают на частоте ω1, а принимают на частоте ω2, а на центральном сервере, наоборот, излучают на частоте ω2, а принимают на частоте ω1.

2. Комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров, содержащая, по меньшей мере, два тепловизионно-телевизионных модуля кругового сканирования местности, расположенных на мачтах сотовой связи, каждый тепловизионно-телевизионный модуль образован тепловизионной камерой и видеокамерой, установленными так, что их оси параллельны, угломерно-азимутальным измерителям, ось которого параллельна осям тепловизионной камеры и видеокамеры, и контроллером управления, при этом тепловизионная камера, видеокамера и угломерно-азимутальный измеритель закреплены на сканирующей платформе, установленной на мачте сотовой связи и имеющей возможность вращения относительно вертикальной оси и поворота относительно горизонтальной оси, причем выходы тепловизионной камеры, видеокамеры и угломерно-азимутального измерителя связаны с первым-третьим входами контроллера управления, вход устройства управления движением сканирующей платформы связан с первым выходом контроллера, четвертый вход контроллера управления связан с блоком глобальной навигационной спутниковой системы, при этом система снабжена телекоммуникационным модулем, осуществляющим беспроводную связь с центральным сервером, причем телекоммуникационный модуль связан входом-выходом соответственно со вторым выходом и пятым входом контроллера управления, шестой вход которого связан с выходом устройства сбора метеоданных, отличающаяся тем, что телекоммуникационный модуль и центральный сервер выполнены в виде последовательно включенных задающего генератора, амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом формирователя аналоговых сообщений, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом формирователя дискретных сообщений, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, амплитудного ограничителя и синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, последовательно подключенных к выходу амплитудного ограничителя перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, причем выходы синхронного детектора и фазового детектора телекоммуникационного модуля подключены к первому и второму входам контроллера управления соответственно, к первому и второму выходам которого подключены формирователь аналоговых сообщений и формирователь дискретных сообщений соответственно, а выходы синхронного детектора и фазового детектора центрального сервера подключены к первому и второму входам компьютера соответственно, к первому и второму выходам которого подключены формирователь аналоговых сообщений и формирователь дискретных сообщений соответственно, частоты ωг1 и ωг2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ωг2г1пр2, сложные сигналы с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией телекоммуникационным модулем излучаются на частоте ω1, а принимаются на частоте ω2, а центральным сервером, наоборот, изучаются на частоте ω2, а принимаются на частоте ω1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области пожаротушения и может быть использовано для наведения пожарного робота путем передачи координат очага возгорания в систему управления пожарным роботом.Задачей полезной модели является разработка устройства, совмещающего функции пожарного извещателя с функцией управления установкой пожаротушения роботизированной, с функцией передачи точных координат и размеров как одного, так и нескольких очагов возгорания, а также передачи координат и размеров областей с аварийно высокой температурой в систему управления пожарными роботами.Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства при работе в системе УПР (системе пожарных роботов), а именно первичное обнаружение пожара и инициация системы УПР для более быстрой реакции системы на возникновение пожара, обеспечение возможности передачи точных координат и размеров как одного очага возгорания, так и нескольких в систему управления пожарными роботами для осуществления алгоритмов тушения системой УПР нескольких очагов одновременно при повышении помехоустойчивости извещателя к ложному срабатыванию, а также передачи координат и размеров областей с аварийно высокой температурой для осуществления автоматического и точного орошения конструкций роботизированными лафетными стволами, обеспечение обратной связи с системой управления ПР (пожарный робот) с целью синхронизации работы ПР и алгоритма работы извещателя, а также управления двигателями лафетного ствола для более быстрого наведения ствола на очаг возгорания, а также возможностью определения наличия людей в области подачи огнетушащего вещества (ОТВ).Устройство содержит программные блоки получения, обработки и сопоставления видео и тепловизионной информации, позволяющие проводить анализ и сопоставление в видимом и ИК-спектре одновременно и принимать решение о наличии очагов пламени, вычислять их координаты и размеры относительно видеоматрицы с более высоким разрешением, чем тепловизионная; аппаратный модуль обратной связи, позволяющий корректировать алгоритм работы извещателя (в зависимости от режима работы пожарного робота) и управлять двигателями лафетного ствола при наведении; программный блок самодиагностики, программный блок поиска и детектирования людей.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам пожарной сигнализации, и предназначено для обнаружения очага возгорания в газодисперсных системах (сплошная фаза-газ) и определения его двумерных координат по тепловому излучению источника.
Изобретение относится к способу обнаружения взрыва метана и угольной пыли на начальной стадии воспламенения метана и угольной пыли на предприятиях горной, нефтегазовой промышленности.

Изобретение относится к многоспектральным фотоэлектрическим приемникам электромагнитного излучения инфракрасного диапазона, используемым для создания детекторов пожара и взрыва, абсорбционных инфракрасных газовых сенсоров.

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано для обнаружения горения. Технический результат заключается в увеличении чувствительности датчика и уменьшении потребляемой мощности.

Изобретение относится к области систем предупреждения об опасности, в частности к устройствам пожарной сигнализации, и предназначено для обнаружения очага возгорания в газодисперсных средах.

Изобретение относится к автоматизированному распознаванию пожаров на поверхности Земли посредством спутниковой системы. .

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано для обнаружения в закрытых отсеках кораблей очагов загораний, которые сопровождаются появлением пламени, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне частот (УФ) с длинами волн от 200 до 300 им.

Изобретение относится к области радиационной техники, а именно к средствам охранной сигнализации и автоматизации контрольно-пропускных пунктов (КПП), и предназначено для использования на контрольно-пропускных пунктах, например, режимных объектов, пограничной и таможенной служб и т.п.

Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации. .

Изобретение относится к системам защиты электрооборудования и системам безопасности. Технический результат заключается в повышении чувствительности дымовых датчиков в системах контроля разогрева изоляции.

Предложено устройство (100) для ослабления падающего пучка света излучения с конечным расширением. С целью реализации надежного ослабления, в частности, прямо падающего света предусмотрено, что решение согласно изобретению содержит источник (10) света для генерирования пучка неполяризованного света, предпочтительно неполяризованного монохроматического света, зону (50) полезного света, через которую проходит неполяризованный свет и предпочтительно проходит по прямой от источника (10) света, а также устройство (30) поглощения по ходу после зоны (50) полезного света и предпочтительно по ходу в направлении прямого излучения пучка по меньшей мере для частичного поглощения падающего света, причем устройство (30) поглощения содержит по меньшей мере одно поляризационное устройство (31, 32), расположенное в направлении пучка света.

Изобретение относится к области видеонаблюдения, преимущественно открытых пространств, с контролем пожарной опасности, а конкретно к способам распознавания природных пожаров в пригоризонтных областях.

Разработан взрывозащищенный фотоэлектрический детектор дыма, выполненный с возможностью предотвращения воспламенения окружающего газа вследствие взрыва внутри детектора, в особенности за счет устранения необходимости в заполнении смолой пространства вокруг светоизлучающего устройства и светопринимающего устройства и контроля взрыва, вызываемого ухудшением состояния смолы.

Изобретение относится к устройствам защиты от пожара генераторов озона, использующих в качестве рабочего газа кислород, при электрическом пробое внутренней изоляции.

Группа изобретений относится к оптическим датчикам. Устройство для обнаружения сигналов рассеянного света содержит источник света (10), излучающий свет в одной зоне (15) рассеянного света, при этом падающий свет определяет ось падения (11), несколько оптических датчиков (21-30) для обнаружения рассеянного света, каждый из которых расположен под углом (W1-W10) датчика относительно оси падения (11)), при этом по меньшей мере один из нескольких оптических датчиков (21-30) является опорным датчиком рассеянного света, и оценочный блок для оценки сигналов, обнаруженных оптическими датчиками, при этом для классификации типа любой частицы, оценочный блок выполнен с возможностью соотнесения профилей сигналов других оптических датчиков (21-30) с профилем сигнала по меньшей мере одного опорного датчика.

Изобретение относится к устройствам измерения оптической плотности газовой среды. Способ включает наличие нескольких, связанных с опорным каналом, измерительных каналов, расположенных в пространстве на равном расстоянии от общего центра, выделение амплитуд разностных между измерительными каналами сигналов, сравнение максимальной из таких амплитуд со значением сигнала в опорном канале и при превышении порога по результатам сравнения формирование результатов измерения оптической плотности среды для установления факта наличия дыма.

Предложен датчик дыма. Он содержит источник излучения с блоком питания и отражатель, оптически сопряженный с источником излучения, опорный приемный канал, оптически сопряженный с источником излучения, выход которого соединен с входом блока питания, измерительный приемный канал, оптически сопряженный с источником излучения через отражатель.

Предложен датчик дыма. Он содержит источник излучения с блоком питания и отражатель, оптически сопряженный с источником излучения, опорный приемный канал, оптически сопряженный с источником излучения, выход которого соединен с входом блока питания, измерительный приемный канал, оптически сопряженный с источником излучения через отражатель.

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности к устройствам обнаружения возгораний, и может быть использовано во взрывоопасной среде большой протяженности, например в шахте.

Изобретение относится к средствам контроля за предпожарными и пожарными ситуациями на судах. Технический результат заключается в сокращении времени обнаружения и повышении достоверности обнаружения пожара.

Предлагаемый способ и система относятся к области пожарной безопасности и могут быть использованы для постоянного наземного мониторинга лесных массивов и населенных пунктов в местах, где развернута система сотовой связи. Техническим результатом является повышение достоверности обмена аналоговой и дискретной информации между телекоммуникационным модулем и центральным сервером путем использования двух частот ω1, ω2 и сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией. Комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров, реализующая способ мониторинга лесных пожаров, содержит тепловизионный модуль 1, видеокамеру 2, сканирующую платформу 3, контроллер 4 управления, блок 5 глобальной навигационной спутниковой системы, угломерно-азимутальной измеритель 6, устройство 7 сбора метеоданных, телекоммуникационный модуль 8, дуплексную связь 9 и центральный сервер 10. Телекоммуникационный модуль 8 и центральный сервер 10 содержат задающий генератор 11.1, формирователь 12.1 аналоговых сообщений, формирователь 14.1 дискретных сообщений, амплитудный модулятор 13.1, фазовый манипулятор 15.1, первый гетеродин 16.1, первый смеситель 17.1, усилитель 18.1, первой промежуточной частоты, первый усилитель 19.1 мощности, дуплексер 20.1, приемопередающую антенну 21.1, второй усилитель 22.1 мощности, второй гетеродин 23.1, второй смеситель 24.1, усилитель 25.1 второй промежуточной частоты, амплитудный ограничитель 26.1, синхронный детектор 27.1, перемножитель 28.1, полосовой фильтр 29.1, фазовый детектор 30.1. В состав телекоммуникационного модуля 8 входит также контроллер 21, в состав центрального сервера 10 - компьютер 31. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх