一种激光雷达装置及烟火监控系统
技术领域
本实用新型涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种激光雷达装置及烟火监控系统。
背景技术
由于火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内能造成巨大损失的特点。因此一旦有火警发生，必须以极快的速度采取扑救措施，扑救的及时性和准确性，大都取决于对火情的发现是否及时，分析是否准确合理，决策措施是否得当。那么如何提升防火现代化水平，将火灾带来的损失减少到最小，是目前急需解决的。
目前烟火监控方式包括视频监控、地面巡护和卫星遥感，视频监控就是利用长焦镜头配合低照度摄像机来获取图像,通过图像方式来识别烟火。这种方式的缺点是，由于是被动探测，夜间没有可见光，难以获得准确画面。在很多火灾中，很大一部分是是由不明显的隐火引发的，人的肉眼或者用视频监控，一般很难发现隐性火灾苗头。探测距离较短，需要多地布点。地面巡护需要人力非常多，巡护面积小，视野小。卫星遥感方式的缺点是发现的时候，已经是大火，预警时间较晚。
实用新型内容
本实用新型提供一种激光雷达装置及烟火监控系统，将被动探测改为主动探测，解决探测不准确、探测距离短、需要多地布点、探测范围小和探测不及时等问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
一种激光雷达装置，包括：电源101、激光器102、光学发射装置103、探测器104、光学接收装置105、门控卡106、工控机107和采集模块108，所述电源101分别与所述激光器102、所述探测器104和所述工控机107电连接，所述门控卡106分别与所述工控机107、所述采集模块108、所述探测器104和所述激光器102信号连接，所述探测器104分别与所述光学接收装置 105和所述采集模块108信号连接，所述激光器102与所述光学发射装置103 信号连接。
优选的，还包括云台109，所述云台109与所述工控机107信号连接。
一种烟火监控系统，包括电源101、激光器102、光学发射装置103、探测器104、光接收装置105、门控卡106、工控机107、采集模块108和云台 109，所述工控机107分别与所述门控卡106、所述激光器102、所述云台109 和所述采集模块108信号连接；所述电源101用于为所述激光器102、所述探测器104、所述工控机107、所述门控卡106、所述采集模块108和所述云台 109提供电量。
所述激光器102用于发射激光束；
所述光学发射装置103用于扩束和准直所述激光束后生成光学信号并发出，所述光学信号进入大气后生成回波信号；
所述光学接收装置105用于汇聚所述回波信号，并将所述回波信号发送给探测器104；
所述探测器104用于接收所述回波信号，并将所述回波信号转换成电子信号后输出；
所述采集模块108用于接收所述探测器104输出的电子信号，并通过图像识别方式或信号处理方式将所述电子信号转换成数字量并记录。
通过实施以上技术方案，具有以下技术效果：本实用新型提供的激光雷达装置及烟火监控系统，激光雷达作为主动探测的手段，通过对大气颗粒物与激光之间相互作用所产生的后向光散射过程的检测分析，可实现对烟雾的准确测量。该系统可以有效获得整个探测路径中烟雾浓度分布的逐段信息，不分昼夜，无需人工值守的特点，实时监测森林、草原等，当发生火灾情况，会第一时间显示并提醒消防人员进行灭火，避免造成巨大损失。
附图说明
图1为本实用新型提供的激光雷达装置的组成示意图；
图2为本实用新型提供的烟火监控方法的信号处理方式确定烟火点的单组雷达信号图；
图3为本实用新型提供的烟火监控方法的信号处理方式确定烟火点的差分信号图；
图4为本实用新型提供的烟火监控方法的图像识别的方法确认烟火点的雷达图。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图详细描述本实用新型提供的实施例。
一种激光雷达装置，包括：电源101、激光器102、光学发射装置103、探测器104、光学接收装置105、门控卡106、工控机107和采集模块108，所述电源101分别与所述激光器102、所述探测器104和所述工控机107电连接，所述门控卡106分别与所述工控机107、所述采集模块108、所述探测器 104和所述激光器102信号连接，所述探测器104分别与所述光学接收装置 105和所述采集模块108信号连接，所述激光器102与所述光学发射装置103 信号连接。所述门控卡106控制所述激光器102的出光时间，脉冲频率，以及采集模块108的工作时间，所述光学发射系统103将激光102的光源扩束准直后发射出去。所述光学接收接统105将大气中的回波信号会聚到探测器 104，然后所述探测器104将光学信号转换成电子信号。采集模块108通过模数转换或者单光子计数方式记录探测器104传输出来的信号。当探测器104 是模拟探测器的时候，输出来的信号是模拟信号，通过A/D卡将模拟信号转化为数字信号。当探测器104为单光子探测器的时候，输出来的是一个个脉冲信号，用计数卡记数输出的脉冲信号，得到雷达的探测信号。所述激光雷达装置可以实现部分昼夜、主动探测的功能，且探测距离远，覆盖范围大。
在上述实施例的基础上，在其他实施例中，进一步的，还包括云台109，所述云台109与所述工控机107信号连接。所述云台保证激光雷达装置整体可在指定范围内旋转，扫描指定的目标区域。所述电源101为所述激光器102、所述探测器104、所述工控机107、所述门控卡106、所述采集模块108、和所述云台109提供电量。所述工控机107对门控卡106进行设置，使得激光器101和计数模块108、云台109保持匹配工作，同时保存数据并进行处理。所述激光雷达装置具有多种扫描模式，可以是逐点扫描，也可以是连续扫描，可以是逐行扫描，也可以是逐列扫描，可以是单层扫描，也可以是多层扫描。
本实用新型具体实施例还提供一种烟火监控系统，包括电源101、激光器 102、光学发射装置103、探测器104、光接收装置105、门控卡106、工控机 107、采集模块108和云台109，所述工控机107分别与所述门控卡106、所述激光器102、所述云台109和所述采集模块108信号连接；所述电源101用于为所述激光器102、所述探测器104、所述工控机107、所述门控卡106、所述采集模块108和所述云台109提供电量。
所述激光器102用于发射激光束；所述光学发射装置103用于扩束和准直所述激光束后生成光学信号并发出，所述光学信号进入大气后生成回波信号；所述光学接收装置105用于汇聚所述回波信号，并将所述回波信号发送给探测器104；所述探测器104用于接收所述回波信号，并将所述回波信号转换成电子信号后输出；所述采集模块108用于接收所述探测器104输出的电子信号，并通过图像识别方式或信号处理方式将所述电子信号转换成数字量并记录。在本实施例中，具体的，所述数字量是电子信号转换成的以数字量的形式形成的模拟数据。采样激光雷达主动探测的方法，通过对大气颗粒物与激光之间相互作用所产生的后向光散射过程的检测分析，从而实现对烟雾的准确测量。该系统可以有效获得整个探测路径中烟雾浓度分布的逐段信息，不分昼夜，无需人工值守的特点，实时监测森林、草原等，当发生火灾情况，会第一时间显示并提醒消防人员进行灭火，避免造成巨大损失。
本实用新型具体实施例还提供一种烟火监控方法，用于上述任一实施例所述的烟火监控系统，包括如下步骤：
S1、所述激光器102发射用于扫描的激光束；
S2、所述光学发射装置103扩束和准直所述激光束后生成光学信号并发出，所述光学信号进入大气后生成回波信号；
S3、所述光学接收装置105汇聚所述回波信号，并将所述回波信号发送给探测器104；
S4、所述探测器104接收所述回波信号，并将所述回波信号转换成电子信号后输出；
S5、所述采集模块108接收所述探测器104输出的电子信号，并通过图像识别方式或信号处理方式将所述电子信号转换成数字量并记录。
在本实施例中，优选的，所述步骤S5之后，具体包括步骤S51：所述采集模块108通过信号处理方式将所述电子信号转换成单组雷达信号，然后将所述单组雷达信号进行差分处理后得到一组差分信号值得到所述数字量，将所述一组差分信号值求平均值μ和方差值δ，将差分信号值在大于(μ+3δ) 或者小于(μ-3δ)之间的差分信号值对应的位置点确定为烟火点。在本实施例中，具体的，如图2-3所示，所述采集模块108通过信号处理方式将所述电子信号转换成单组雷达信号，将所述单组雷达信号差分后得到差分信号，如图3所示，将整组差分信号值求平均值μ和方差值δ，然后逐点判断，对于大于(μ+3δ)或者小于(μ-3δ)的点，判断为烟火发生点，如图3的最大值所示，得到烟火发生位置为2205米。
在本实施例中，优选的，所述步骤S5之后，具体包括步骤S52：所述采集模块108通过图像识别方式将所述电子信号转换成图像，在所述图像显示为红点所述对应的位置点确定为烟火点。有烟火的时候，数字量形成的图像上面会呈现出红点或团状的红块，运用图像处理的方法，将其抓取出来，得到其对应的位置信息。在本实施例中，具体的，如图4所示，运用图像识别的方法，将红点识别出来得到烟火发生点的位置。所述烟火监控方法不局限于散射激光雷达或者拉曼激光雷达，单通道或者多通道，偏振与非偏振。烟火发生位置点的捕捉和确定可以是图像识别的方法，也可以是信号处理的方法，也不局限于上述两种方法，在其他实施例中还可以运用其他识别方法。
以上对本实用新型实施例所提供的一种激光雷达装置及烟火监控系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
