本发明涉及高层建筑火灾救援装置技术领域，尤其涉及一种用于高层建筑旋翼无人机灭火的控制系统及灭火系统。
随着我国经济基础建设的快速发展，各大、中城市高层建筑物的高度和密度不断增加，在彰显现代都市文明多彩的同时，高层建筑消防安全问题也日益突出。高层建筑物一旦发生火灾，后果将不堪设想。高层建筑物的火灾扑救，已成为各城市发展过程中面临的严峻考验，研制、开发有效的高层消防灭火系统更是迫在眉睫。
对于高层建筑，火灾造成人员伤亡的主要因素是产生的烟雾，占伤亡率的90％，因此高层建筑发生火灾时，如果能够及时排烟，就能最大限度的减少人员伤亡，也为后续消防人员进行灭火作业提供宝贵的时间。目前，对于高层建筑的破窗作业，通常采用消防云梯搭载消防员的方式，消防员通过破窗装置进行人工破窗作业。但是，一般消防车的臂展只能达到15-20层楼高度，著名的芬兰“博浪涛”云梯车可到达30层楼近100米高度，对于100米以上的高层建筑，它们也无可奈何，而且云梯过高，带来的摆幅可达2-3米，对消防员的安全带来极大的风险，另外，搭载云梯车的特种消防车辆车体宽大，展开面积大、供给和保障装备复杂，经常出现火宅现场“进不去”、“展不开”“够不着”的问题，影响装备性能的发挥，对于高层建筑破窗效果不佳。
2012年由中国航天科工集团第二研究院给出了一种灭火方案，也间接实现了破窗功能，其研制的高层楼宇车载多管灭火系统，灭火弹以火箭弹的形式发射到高层建筑墙面或者进入室内，灭火弹尾部装有火药，头部装有引爆装置，弹内装有一定剂量超细干粉灭火剂，通过灭火弹火场爆破的方式进行灭火作业。可对高层、超高层建筑物或危险场所火灾实施远距离破窗灭火作业，其缺点是装备昂贵，操作要求高，单发成本高，由于从地面向高层发射，因此灭火弹的射击精度差，对高层住户容易带来意外伤害。
本发明提供了一种用于高层建筑旋翼无人机灭火的控制系统及灭火系统，以解决在高层建筑灭火过程中成本较高、灭火效果差的问题。
安装在旋翼无人机上的高空探测模块，用于采集灭火弹与着火点之间的直线距离参数、着火点的图像，并无线发送至地面处理模块；
地面处理模块，用于接收灭火弹与着火点之间的直线距离参数、着火点的图像，并调取与该直线距离参数对应的灭火弹的下落高度，根据该下落高度和光学标定后的转换关系计算出灭火弹的瞄准点在着火点的图像中的成像位置，将该成像位置进行坐标转化后，得到瞄准点在着火点的图像中的位置坐标，并将该位置坐标发送至控制器；
安装在旋翼无人机上的控制器，用于根据接收的瞄准点在着火点的图像中的位置坐标编辑点火指令发送至点火继电器；
安装在旋翼无人机上的点火继电器，用于根据接收的点火指令引燃灭火弹的发射装置，将灭火弹朝瞄准点发射出去；
其中，地面处理模块分别与高空探测模块、控制器无线电连接，点火继电器分别与控制器、灭火弹的发射装置电连接。
进一步地，高空探测模块包括直线距离参数采集单元、着火点图像采集单元和空中无线收发单元，地面处理模块包括地面无线收发单元、灭火弹瞄准点计算单元、瞄准点成像位置计算单元、瞄准点位置坐标计算单元和显示屏幕，其中，
空中无线收发单元，用于将接收的灭火弹与着火点之间的直线距离参数和着火点的图像发送至地面无线收发单元；
地面无线收发单元，用于将接收的灭火弹与着火点之间的直线距离参数发送至灭火弹瞄准点计算单元，以及将接收的着火点的图像发送至瞄准点成像位置计算单元；
灭火弹瞄准点计算单元，用于接收灭火弹与着火点之间的直线距离参数，并调取预设的弹道插值表中与该直线距离参数对应的灭火弹的下落高度，根据该灭火弹的下落高度计算出灭火弹的瞄准点，并将灭火弹的瞄准点发送至瞄准点成像位置计算单元；
瞄准点成像位置计算单元，用于接收灭火弹的瞄准点和着火点的图像，并利用光学标定后的转换关系计算出灭火弹的瞄准点在图像中的成像位置，并将灭火弹的瞄准点在图像中的成像位置发送至瞄准点位置坐标计算单元；
瞄准点位置坐标计算单元，用于将灭火弹的瞄准点在图像中的成像位置进行坐标转化，得到瞄准点在显示屏幕上的位置坐标，并将瞄准点在显示屏幕上的位置坐标发送至显示屏幕进行显示，以及发送至控制器。
本发明的第二个方面，提供了一种高层建筑旋翼无人机灭火系统，包括上述中所述的用于高层建筑旋翼无人机灭火的控制系统。
进一步地，还包括安装在旋翼无人机上的灭火弹，灭火弹包括顺次连接的弹体前端、弹体、火箭发动机、尾翼以及设置在弹体内部的燃气发生器。
进一步地，弹体前端包括破窗撞针、头锥及激发装置，破窗撞针的一端插接在头锥内，激发装置位于头锥内，弹体包括弹壳体、灭火剂和燃气发生器，头锥与弹壳体连接，燃气发生器和灭火剂均设置在弹壳体内，且激发装置分别与破窗撞针、燃气发生器连接。
进一步地，还包括挂架，挂架固定安装在旋翼无人机底部，弹壳体的外壁上设置有用于与挂架连接的前滑块和后滑块。
进一步地，弹体还包括用于与头锥连接的头部端盖和用于与火箭发动机连接的尾椎，弹壳体的两端分别与头部端盖和尾椎连接。
进一步地，尾翼包括垂直尾翼和水平尾翼，垂直尾翼成对安装于火箭发动机的壳体外侧，且与弹体长度方向上的轴线垂直，水平尾翼成对安装于火箭发动机的壳体外侧，且与垂直尾翼呈十字分布。
进一步地，火箭发动机包括内装有工作介质的发动机以及用于引燃发动机的发射装置，发射装置与点火继电器电连接。
(1)使用旋翼无人机搭载高空探测模块、控制器和点火继电器，实现在高空中旋停，以观察、采集着火点的图像等数据，进而实现控制灭火弹朝着着火点精准发射的目的，结构简单、成本较低，有利于高层建筑的快速、高效灭火。
(2)由于灭火弹的弹体前端带有破窗撞针，通过该头部破窗结构设计，可实现灭火弹从室外破窗进入高层火场的能力，并且因为灭火弹装有燃气发生器，破窗后的灭火剂的扩散性大大提高，既能实现在高层建筑灭火时破窗的目的，又能利用灭火弹快速灭火，结构简单、成本较低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图标记说明：1-破窗撞针，2-头锥，3-激发装置，4-头部端盖，5-弹壳体，6-弹体骨架，7-灭火剂，8-前滑块，9-后滑块，10-尾椎，11-火箭发动机，12-垂直尾翼，13-发射装置，14-燃气发生器，15-水平尾翼，100-旋翼无人机，200-挂架，310-激光测距仪，320-摄像头，330-控制器，340-点火继电器，350-数字图传系统。
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
安装在旋翼无人机100上的高空探测模块，用于采集灭火弹与着火点之间的直线距离参数、着火点的图像，并无线发送至地面处理模块；
地面处理模块，用于接收灭火弹与着火点之间的直线距离参数、着火点的图像，并调取与该直线距离参数对应的灭火弹的下落高度，根据该下落高度和光学标定后的转换关系计算出灭火弹的瞄准点在着火点的图像中的成像位置，将该成像位置进行坐标转化后，得到瞄准点在着火点的图像中的位置坐标，并将该位置坐标发送至控制器330；
安装在旋翼无人机100上的控制器330，用于根据接收的瞄准点在着火点的图像中的位置坐标编辑点火指令发送至点火继电器340；
安装在旋翼无人机100上的点火继电器340，用于根据接收的点火指令引燃灭火弹的发射装置13，将灭火弹朝瞄准点发射出去；
其中，地面处理模块分别与高空探测模块、控制器330无线电连接，点火继电器340分别与控制器330、灭火弹的发射装置13电连接。
如图1，本实施例的用于高层建筑旋翼无人机灭火的控制系统中，高空探测模块包括直线距离参数采集单元、着火点图像采集单元和空中无线收发单元，地面处理模块包括地面无线收发单元、灭火弹瞄准点计算单元、瞄准点成像位置计算单元、瞄准点位置坐标计算单元和显示屏幕，其中，
空中无线收发单元，用于将接收的灭火弹与着火点之间的直线距离参数和着火点的图像发送至地面无线收发单元；
地面无线收发单元，用于将接收的灭火弹与着火点之间的直线距离参数发送至灭火弹瞄准点计算单元，以及将接收的着火点的图像发送至瞄准点成像位置计算单元；
灭火弹瞄准点计算单元，用于接收灭火弹与着火点之间的直线距离参数，并调取预设的弹道插值表中与该直线距离参数对应的灭火弹的下落高度，根据该灭火弹的下落高度计算出灭火弹的瞄准点，并将灭火弹的瞄准点发送至瞄准点成像位置计算单元；
瞄准点成像位置计算单元，用于接收灭火弹的瞄准点和着火点的图像，并利用光学标定后的转换关系计算出灭火弹的瞄准点在图像中的成像位置，并将灭火弹的瞄准点在图像中的成像位置发送至瞄准点位置坐标计算单元；
瞄准点位置坐标计算单元，用于将灭火弹的瞄准点在图像中的成像位置进行坐标转化，得到瞄准点在显示屏幕上的位置坐标，并将瞄准点在显示屏幕上的位置坐标发送至显示屏幕进行显示，以及发送至控制器330。
本实施例的用于高层建筑旋翼无人机灭火的控制系统，使用旋翼无人机100搭载高空探测模块、控制器330和点火继电器340，实现在高空中旋停，以便于观察、采集着火点的图像等数据，进而实现控制灭火弹朝着着火点精准发射的目的，结构简单、成本较低，有利于高层建筑的快速、高效灭火。
如图2，具体实施时，直线距离参数采集单元可以是激光测距仪310，着火点图像采集单元可以是带有夜视功能的摄像头320，激光测距仪310、摄像头320和控制器330均安装在旋翼无人机100上，以利于观察着火点的状况。
如图1，具体实施时，本实施例的用于高层建筑旋翼无人机灭火的控制系统还包括安装在旋翼无人机100上的电源，用于为直线距离参数采集单元、图像采集单元、控制器330、点火继电器340和空中无线收发单元供电。电源可以是可充电的锂电池，也可以是镍氢电池，也可以是电池组，根据需要灵活进行选择，提高瞄准装置的适用性。
具体实施时，空中无线收发单元与地面无线收发单元采用3G/4G/WIFI/蓝牙中的任一方式连接。这几种无线传输方式比较常见，成本较低，能够实现空中和地面数据的无线传输，且具有传输方式简单、传输速度快的优点。具体实施时，也可以采用其他实现无线传输的方式。空中无线收发单元和地面无线收发单元可以均为数字图传系统350，安装在旋翼无人机上的数字图传系统350和地面上的数字图传系统采用无线协议或标准为IEEE802.11协议、蓝牙技术、HiperLAN标准、TrDA技术或Wi-Fi技术等进行数字、图像数据的互传。
如图2和图3，本实施例还提供了一种高层建筑旋翼无人机灭火系统，包括上述实施例中所述的用于高层建筑旋翼无人机灭火的控制系统。
如图2、图3、图4和图5，本实施例的高层建筑旋翼无人机灭火系统还包括安装在旋翼无人机100上的灭火弹，灭火弹包括顺次连接的弹体前端、弹体、火箭发动机11、尾翼以及设置在弹体内部的燃气发生器14。弹体前端包括破窗撞针1、头锥2及激发装置3，激发装置3可以是撞击引线，破窗撞针1的一端插接在头锥2内，激发装置3位于头锥2内，且激发装置3的一端与破窗撞针1连接，弹体包括弹壳体5、弹体骨架6、灭火剂7和燃气发生器14，头锥2与弹壳体5连接，燃气发生器14和灭火剂7均设置在弹壳体5内，激发装置1的另一端与燃气发生器14连接。具体实施时，头锥2为玻璃钢复合材料或金属材质，能够对高层建筑常用的双层玻璃进行破窗操作，从而保证破窗效果，头锥2优选为玻璃钢复合材料，保证灭火弹在破窗爆破后，不至于产生高速弹片，造成火宅室内潜在的人员伤害；灭火剂7为干粉灭火剂或超细微干粉灭火剂；通过头部破窗结构设计，可实现从室外破窗进入高层火场的能力，弹体装载的灭火剂7，通过破窗后爆破，可对室内火情进行有效控制，实现高层建筑室内灭火的目的。
如图2、图3、图4和图5，本实施例的高层建筑破窗灭火系统还包括挂架200，挂架200固定安装在旋翼无人机100底部，弹壳体5的外壁上设置有用于与挂架200连接的前滑块8和后滑块9。前滑块8和后滑块9可以卡接在挂架200的滑槽中，结构和安装比较简单，其中，前滑块8一般位于灭火弹的重心位置，保持灭火弹的稳定性。
如图5，弹壳体5内设置有多个弹体骨架6，多个弹体骨架6绕弹壳体5的中心轴线呈圆形阵列分布。设置多个弹体骨架6用来支撑弹体结构，以提高弹体的结构稳定性。
如图5，弹体还包括用于与头锥2连接的头部端盖4和用于与火箭发动机11连接的尾椎10，弹壳体5的两端分别与头部端盖4和尾椎10连接。连接牢固，提高结构的精密性，保证灭火弹使用过程中的安全性和可靠性。
如图4和图5，尾翼包括垂直尾翼12和水平尾翼15，垂直尾翼12成对安装于火箭发动机11壳体外侧，且与弹体长度方向上的轴线垂直，水平尾翼15成对安装于火箭发动机11壳体外侧，且与垂直尾翼12呈十字分布。具体实施时，根据气动稳定性设计，水平尾翼15的长度为62mm，宽度为75mm，以使得带燃气发生器14的灭火弹在飞行过程中保持纵向稳定飞行，使得整弹的静稳定裕度达到12％以上。垂直尾翼12的外边缘到弹壳体5的中心轴线延长线的距离与弹壳体5的半径相同，以使得将灭火弹装载于无人旋翼机100上时，避免垂直尾翼12与发射导轨发生碰撞，此外，有利于保持灭火弹在平飞过程中保持横向稳定。
如图4和图5，火箭发动机11包括内装有工作介质的发动机以及用于引燃发动机的发射装置13，发射装置13可以是发动机引线，且与点火继电器340电连接。工作介质，如氧化剂和燃料，用于提供灭火弹的飞行动力，发射装置13通过点火继电器340引燃，并使火箭发动机11启动发射灭火弹。
本实施例的高层建筑破窗灭火系统中，直线距离参数采集单元的型号为SKD-50S，着火点图像采集单元的型号为H1600201704，控制器的型号为C8051F040，空中无线收发单元的型号为Flylink HD+HDMI，地面无线收发单元的型号为Flylink HD+HDMI，灭火弹瞄准点计算单元的型号为STM32F407的开发板，瞄准点成像位置计算单元的型号为STM32F407的开发板，瞄准点位置坐标计算单元的型号为STM32F407的开发板，显示屏幕的型号为CX530H-NF50的工控触摸屏，电源的型号为3300mAh 4S 25C，点火继电器的型号为ACT212。
本实施例的高层建筑破窗灭火系统在具体工作时，可通过旋翼无人机100携带高空探测模块、点火继电器340、灭火弹到达高层建筑着火点附近，距离高层建筑着火点10-15米处进行旋停，高空探测模块中的直线距离参数采集单元获得灭火弹与着火点之间的直线距离参数，着火点图像采集单元采集着火点的图像，根据预设的弹道插值表(距离和下落高度的对应关系)，插值得到下落高度，通过光学标定后的转换关系，计算下落点，即灭火弹的瞄准点在摄像头CCD(电荷耦合器件)成像位置，根据显示屏幕与摄像头CCD之间的转换关系，经过坐标转化后得到瞄准点在显示屏幕上的位置坐标，最后将瞄准点在显示屏幕上显示出来。根据该坐标，控制器编辑点火指令给点火继电器340点火，引燃发射装置13，使火箭发动机11启动并推动灭火弹朝着瞄准点发射，破窗撞针1在碰到建筑物玻璃时，可击碎玻璃，从而使得灭火弹能够进入室内，同时激发装置3工作，引起燃气发生器14工作，使得弹体内的灭火剂7弥散于火情房间内，实现灭火剂7在室内的大范围均匀扩散，达到灭火的目的。
本实施例的高层建筑旋翼无人机灭火系统中，地面处理模块还用于对旋翼无人机100进行远程控制，控制的方法为，地面处理模块对控制器330下发指令，由控制器330控制旋翼无人机100改变位置、方向等。完成灭火弹对着火点区域的瞄准和发射过程。地面处理模块与旋翼无人机100之间的距离优选为2KM-10KM,一般为2KM、4KM、6KM、10KM，根据空中无线收发单元和地面无线收发单元采用的传输方式，地面处理模块与旋翼无人机100之间的距离可以适当增加或减少。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。