一款用于森林防火的小型无人机设计

发布时间：2017-06-07 00:03

  本文关键词：一款用于森林防火的小型无人机设计，由笔耕文化传播整理发布。

【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EOS 100D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。
【关键词】：无人机 总体设计 气动特性 稳定云台 林火检测
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 引言12-13
• 1.2 小型无人机研究进展13-18
• 1.2.1 固定翼小型无人机研究进展13-15
• 1.2.2 多旋翼小型无人机研究进展15-18
• 1.3 森林防火技术研究进展18-19
• 1.4 本文研究目的和内容安排19-21
• 第二章 可用于森林防火的小型无人机设计21-38
• 2.1 森林防火无人机的类型选择21-22
• 2.1.1 固定翼小型无人机21
• 2.1.2 多旋翼小型无人机21-22
• 2.2 固定翼小型无人机设计方案22-36
• 2.2.1 设计要求22
• 2.2.2 主要参数估算22-24
• 2.2.3 重量估算24-25
• 2.2.4 机翼翼型优化设计25-31
• 2.2.5 尾翼设计31-32
• 2.2.6 三维CAD模型建立32-33
• 2.2.7 全机气动特性分析33-36
• 2.2.8 发射及回收方案36
• 2.3 森林防火小型无人机的作业流程36-37
• 2.4 小结37-38
• 第三章 森林防火小型无人机的任务载荷设计38-50
• 3.1 无人机图像采集装置38-39
• 3.1.1 可见光图像采集38-39
• 3.1.2 热成像图像采集39
• 3.2 无人机三自由度稳定云台设计39-49
• 3.2.1 稳定云台三维模型建立及结构分析40-41
• 3.2.2 云台坐标系建立及坐标变换矩阵推导41-42
• 3.2.3 基于PID方法的云台控制律设计与仿真42-49
• 3.3 小结49-50
• 第四章 基于机采森林视频图像的林火检测方法50-68
• 4.1 机采图像处理基础50-52
• 4.1.1 图像存储50-51
• 4.1.2 颜色空间51-52
• 4.2 基于机采可见光视频图像的林火检测方法52-65
• 4.2.1 基于图像检索的林火检测方法53-59
• 4.2.2 基于图像运动前景提取和颜色模型的林火检测方法59-65
• 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65-67
• 4.4 小结67-68
• 第五章 总结和展望68-70
• 5.1 工作总结68-69
• 5.2 后续研究展望69-70
• 参考文献70-72
• 致谢72-73
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文73

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