一种高速高能落石自适应飞网捕捉系统的制作方法

本发明涉及无人机技术与地质灾害防控，具体涉及一种高速高能落石自适应飞网捕捉系统。

背景技术：

1、在当今社会，随着山区道路、城市化进程的加速与基础设施建设的蓬勃发展，道路交通网络日益完善，连接着城市与乡村，促进了经济的繁荣与文化的交流。然而，这一进步的背后，也伴随着自然环境及极端气候变化带来的挑战，灾害之一便是山体落石现象的频发。山体落石，作为地质灾害的一种，其隐蔽性、突发性、随机性、不可预测性以及对人类生命财产安全的严重威胁，已成为亟待解决的工程难题。

2、山体落石通常是由于地质构造、风化作用、降雨冲刷、地震活动等自然因素，以及人类活动如开山采石、道路建设等不当行为共同作用的结果。这些落石不仅直接威胁着构筑物、车辆及行人的安全，还可能对周边村庄、农田、建筑物等造成重大破坏，影响当地居民的正常生活和经济发展。

3、针对山体落石问题，目前较为常见的防护措施之一是在公路边坡安装防护网。这种边坡防护网通过其高强度、耐腐蚀、易安装等特点，在一定程度上减缓了落石对下方区域的冲击，有效降低了灾害风险。然而，随着实践的深入，其局限性也日益凸显：

4、局部性：现有防护网大多针对已知的高风险区域进行布置，而对于潜在风险区域或未来可能因地质变化及极端天气形成的新风险点，往往难以提前预判并有效覆盖，形成了防护盲区。

5、灵活性不足：防护网的安装位置、尺寸及密度往往基于静态的地质勘察数据确定，难以适应山体内部应力变化、降雨强度变化等动态因素的影响，导致防护效果受限。

6、成本与维护：大规模铺设防护网需要高昂的初期投资，且后期维护成本也不容忽视。定期检查、更换受损部件等工作量大，对人力物力资源提出了较高要求。

7、生态影响：防护网的安装可能对山体植被造成破坏，影响生态平衡。同时，其视觉效果也可能与周围环境格格不入，影响自然景观的和谐性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出一种高速高能落石自适应飞网捕捉系统，以解决现有技术中存在的的技术问题。

2、本发明采用的技术方案:

3、本发明提供了一种高速高能落石自适应飞网捕捉系统，包括：

4、无人机平台模块、图像采集与处理模块、飞网弹射模块、绳索模块、指挥中心模块和无线通信模块；

5、所述无人机平台模块，作为整个系统的空中作业平台，负责携带并操作其他模块；

6、所述图像采集与处理模块，安装在无人机平台模块的前端，实时采集落石图像，当监测到落石崩落时，立即发送给信号给指挥中心模块的预警模块，向指挥中心发出警报，同时，计算落石位置和速度，预测其运动轨迹及下一个时间点落石达到的位置，并将预测结果实时反馈给指挥中心模块；

7、所述飞网弹射模块，安装在无人机平台模块飞翼的下方，接收控制中心模块的控制指令，根据控制指令发射飞网，通过飞网将落石完全包裹；

8、所述绳索模块，一端与飞网中心位置固定连接，另一端配备挂钩，挂载在无人机平台模块上，在飞网弹射模块发射飞网的同时无人机平台模块释放绳索的挂钩端，使挂钩端挂在周围环境中的固定物上，所述固定物作为挂钩固定点，压制落石的运动；

9、所述指挥中心模块通过无线通信模块远程监控无人机平台模块状态，并接收图像采集与处理模块反馈的数据，发送控制指令给所述飞网弹射模块和无人机平台模块。

10、进一步的，所述图像采集与处理模块包括：360度实时全景摄像机，实现360度实时全景摄像。

11、进一步的，所述图像采集和处理模块中集成有落石轨迹及位置预测算法。

12、进一步的，所述落石轨迹及位置预测算法为：

13、将落石的初始位置和状态参数，封装成初始状态矩阵；

14、基于初始状态矩阵、改进gjk算法与ode轨迹算法对落石运动轨迹迭代计算；

15、在获得落石的运动轨迹后，结合剖面预测概率模型和包含横移比的算法，预测落石运动轨迹及下一个时间点落石达到的位置。

16、进一步的，所述飞网弹射模块包括：可调节发射角度的飞网弹射装置和飞网；

17、进一步的，所述可调节发射角度的飞网弹射装置，包括：包括底座1、多个发射筒2、角度调节机构3、触发机构4、质量块5、预压缩弹簧6、弹簧底座7、以及与每个所述质量块5一一对应的锁销8；多个所述发射筒沿所述底座的周向分布于所述底座的顶部，所述发射筒的底端外侧通过铰链14铰接于所述底座，底端内侧与所述角度调节机构3连接；所述角度调节机构3能够相对所述底座移动地安装于所述底座，用于调节所述发射筒的倾斜角度；每个所述发射筒的腔体内均安装有质量块5、预压缩弹簧6以及弹簧底座7；所述质量块将所述预压缩弹簧6压缩于所述弹簧底座7的顶部；所述锁销的一端穿过所述发射筒后与所述质量块插接配合，用于将所述质量块锁定于所述发射筒内；所述触发机构4与所述锁销相连，用于牵拉所述锁销脱离所述质量块，使所述质量块在所述预压缩弹簧6的弹力作用下弹射出所述发射筒；

18、所述角度调节机构3包括中空螺杆9、调节盘10、连杆11以及铰接座12；所述连杆11两端分别通过所述铰接座12安装于所述发射筒和所述调节盘；所述发射筒2、所述连杆11与所述调节盘10组成曲柄滑块机构；所述中空螺杆(9)能够绕其轴心线转动地安装于所述底座1；所述调节盘10与所述中空螺杆9螺纹配合，能够沿所述中空螺杆9上下移动的安装于所述中空螺杆9；

19、所述触发机构4包括拉杆15、与每个所述锁销8一一对应的触发绳16、连接座17以及复位弹簧18；所述拉杆15穿设于所述中空螺杆9内，顶部固定安装有所述连接座17；所述触发绳16的两端固定连接于对应的所述连接座17和所述锁销8之间；所述复位弹簧18套设于所述拉杆15的外周侧，并位于所述连接座17的底端与所述中空螺杆9的顶端之间，用于所述拉杆的复位；所述触发机构4通过所述拉杆15的下移，拉动触发绳16将所述锁销8从所述质量块5中拉出，所述发射筒2中的所述预压缩弹簧6将所述质量块5弹出；

20、所述触发机构4还包括与每个所述锁销8一一对应的导向19和固定安装于所述拉杆底端的限位块21；所述导向座19固定安装于所述发射筒，用于使所述导向座19与所述锁销之间的所述触发绳16沿所述锁销的轴向延伸；所述限位块21的顶面与所述中空螺杆的底端相抵接，用于对所述拉杆的轴向位移进行限位；

21、所述导向座19的顶部安装有平行设置的两个导向杆20，所述触发绳16穿过形成于两个所述导向杆20之间的间隙；

22、所述导向座19的顶部安装有能够转动的导向滑轮，所述导向滑轮设置有用于对所述触发绳16进行导向的导向滑槽；

23、所述底座包括支撑板和罩设于所述支撑板顶部的倒u形板，所述支撑板与倒u形板之间固定连接；所述调节盘位于由所述支撑板与倒u形板围成的空间内；所述倒u形板设置有中心孔，所述拉杆以及所述连杆均穿过所述中心孔；所述发射筒的底端外侧通过铰链14铰接于所述倒u形板的顶面；所述中空螺杆安装于所述支撑板；

24、所述调节盘包括沿竖直方向相对设置的顶板和底板、以及固定连接于所述顶板和所述底板之间的侧板；所述顶板的顶端安装有所述铰接座12；所述底板与所述中空螺杆9螺纹配合；

25、所述质量块的顶部设置有与所述锁销插接配合的凹槽；所述发射筒设置有与所述凹槽相对应且用于穿设所述锁销8的穿孔；

26、多个所述发射筒沿所述底座的周向均匀分布。

27、进一步的，所述飞网，采用碳纤维和高强度尼龙丝材料制作而成。

28、进一步的，所述可调节发射角度的飞网弹射装置与所述飞网通过所述质量块连接，所述质量块中内置带磁性的驱动器和供电模块，在所述飞网捕捉到落石后，供电模块给驱动器通电，所述驱动器通电后产生磁性，利用磁性子母扣，实现落石快速和牢固的包裹。

29、进一步的，所述挂钩为重型吊钩。

30、进一步的，周围环境中的固定物包括：树木、岩石、岩缝和洞穴。

31、由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

32、1.本发明通过安装在无人机平台模块前端的图像采集与处理模块，系统能够实时采集落石图像，一旦发现落石滑落，立即向指挥中心发出警报。这种实时监测能力大大提高了对地质灾害的响应速度；图像采集与处理模块不仅能监测到落石，还能计算落石的位置和速度，预测其未来可能到达的位置，并将预测结果实时反馈给指挥中心。这种精准预测为后续的捕捉行动提供了重要依据。

33、2.本发明中飞网弹射模块能够在接收到控制指令后迅速发射飞网，将落石完全包裹。这种快速捕捉能力减少了落石对周围环境和人员的威胁；并且绳索模块的设计使得在飞网发射的同时，无人机平台模块能够释放挂钩，将绳索固定在周围环境中的固定物上。这种设计不仅压制了落石的运动，还增强了捕捉系统的稳定性和安全性。

34、3.本发明中的指挥中心模块通过无线通信模块能够远程监控无人机平台模块的状态，并实时接收图像采集与处理模块反馈的数据。这种远程监控能力使得指挥中心能够全面掌握捕捉行动的情况，及时做出调整，并且整个系统以无人机平台模块为空中作业平台，携带并操作其他模块。这种设计使得系统具有较高的灵活性和机动性，能够适应不同地形和气候条件下的捕捉任务。

35、4.本发明中通过高效预警、快速捕捉和有效压制落石的运动，使系统能够显著降低地质灾害造成的损失，保护人民生命财产安全，并且该系统的应用提高了地质灾害应急响应的效率和准确性，为相关部门提供了有力的技术支持。