[發明專利]一種火災監測及自動滅火系統及其工作方法

有效

• 申請號: 202010630824.2
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111739252B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 張利;鄭玉龍;李國華;季珂珂
• 申請（專利權）人: 徐州鑫科機器人有限公司;江蘇鑫科特種機器人研究院有限公司
• 主分類號: G08B17/12
• 分類號: G08B17/12;G08B7/06;G08B25/10;A62C3/02;A62C37/40
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 張旭

1.一種火災監測及自動滅火系統的工作方法，其特征在于，采用的火災監測及自動滅火系統包括火源監測系統、監控中心和自動滅火系統，

所述火源監測系統包括遠紅外高清自動變焦熱像儀、可見光高清透霧攝像機、火災報警模塊和智能云臺，遠紅外高清自動變焦熱像儀裝在智能云臺上，用于采集山林各處的實時溫度值并通過網絡傳輸設備給監控中心；可見光高清透霧攝像機裝在智能云臺上，用于采集山林各處的實時圖像并通過網絡傳輸設備給監控中心；智能云臺通過鐵塔裝在山林的最高處，用于按照監控中心傳來的轉動速度帶動遠紅外高清自動變焦熱像儀和可見光高清透霧攝像機轉動，對整個山林進行循環監測；

所述監控中心包括中心服務器、存儲服務器、GIS服務器、操控平臺和液晶顯示屏，中心服務器與存儲服務器、GIS服務器、操控平臺和液晶顯示屏連接，用于接收遠紅外高清自動變焦熱像儀和可見光高清透霧攝像機傳來的數據傳遞給存儲服務器進行存儲，并對數據分析后傳遞給液晶顯示屏進行顯示；GIS服務器與存儲服務器連接，用于對山林各處的坐標進行標定；操控平臺用于對中心服務器輸入預設參數；若中心服務器經過分析判斷發現火源點，則能控制火災報警模塊啟動聲光報警，并將GIS服務器得出的火源點位置通過網絡傳輸設備發送給自動滅火系統，此時自動滅火系統啟動并對火源點進行滅火，具體步驟為：

(1)先通過操控平臺設定智能云臺的轉動速度，并將監控模式分成春季模式、夏季模式、秋季模式和冬季模式，分別設定各個模式火源閾值和溫度及濕度范圍值；所述火源閾值包括溫度閾值T_C1、溫度閾值T_C2、色差閾值S_G1和色差閾值S_G2；通過GIS服務器獲取整個山林的圖像并進行坐標標定；通過多個火苗圖像得出火苗的摩爾色值S_H；將上述各個數據輸入到存儲服務器進行存儲；

(2)中心服務器根據設定的轉動速度控制智能云臺開始轉動，智能云臺帶動遠紅外高清自動變焦熱像儀和可見光高清透霧攝像機進行360°巡檢，遠紅外高清自動變焦熱像儀和可見光高清透霧攝像機實時將監測的數據反饋給中心服務器，中心服務器對數據進行分析：

熱成像處理過程：中心服務器根據當前的溫度及濕度值并結合設定的溫度及濕度范圍值，確定所處的監控模式，進而確定該模式內的火源閾值；將遠紅外高清自動變焦熱像儀采集的每幀熱成像正方形網格化，然后對每個網格獲取其溫度值，具體過程為：

先確定在無火災情況下，根據熱成像提取該網格四個頂點的溫度值分別為T₁、T₃、T₅和T₇，四個邊中點的溫度值分別為T₂、T₄、T₆和T₈，網格中心點的溫度為T₉；網格兩條中心線且以中心點分成四個線段，每個線段的中點溫度分別為T₁₂、T₁₄、T₁₆和T₁₇；網格兩條對角線且以中心點分成四個線段，每個線段的中點溫度分別為T₁₀、T₁₁、T₁₃和T₁₅；進而計算得出上述17個溫度值的最大值、最小值和平均值，將得出的最大值、最小值和平均值存儲在存儲服務器內；然后對各個網格進行上述溫度提取過程，進而得出各個網格對應的最大溫度值、最小溫度值和平均溫度值進行存儲；多次重復采集圖像并進行上述溫度提取過程，將每次得出各個網格的最大溫度值、最小溫度值和平均溫度值求取平均值，將計算得出的各個網格的最大溫度值、最小溫度值和平均溫度值作為基準值T_J；

然后根據當前熱成像按照上述每個網格的溫度提取過程，進而得出各個網格對應的最大溫度值、最小溫度值和平均溫度值進行存儲；將每個網格的平均溫度值分別與其鄰接的各個網格的平均溫度值做差得出各個溫度差值，然后將各個溫度差值依次與溫度閾值T_C1進行比較，若其中任一個溫度差值超過溫度閾值T_C1，則對該網格的邏輯值賦值為1，若均未超過溫度閾值T_C1，則邏輯值賦值為0；完成該幀圖像中各個網格的一次邏輯值賦值過程；接著在智能云臺旋轉一周后該位置再次被遠紅外高清自動變焦熱像儀采集時，將本次采集獲得每個網格的最大溫度值、最小溫度值和平均溫度值分別與其基準值T_J做差得出各個溫度差值，然后將各個溫度差值依次與溫度閾值T_C2進行比較，若其中任一個溫度差值超過溫度閾值T_C2，則對該網格的邏輯值賦值為1，若均未超過溫度閾值T_C2，則邏輯值賦值為0；完成該網格的二次邏輯值賦值過程；將該網格兩次邏輯值賦值進行相與計算后，若邏輯值為0，則判斷為非火災，此時火源監測系統繼續循環監測；若邏輯值為1，則判斷為火災H₁，此時將該網格在液晶顯示屏內自動居中放大顯示，然后進入圖像判斷過程；

圖像判斷過程為：將可見光高清透霧攝像機采集的每幀圖像結合GIS服務器的數據獲取當前圖像的三維坐標后網格化，然后將上述判定為火災H₁的網格對應的圖像網格提取，對該圖像網格計算其圖像色值，具體過程為：根據提取該圖像網格四個頂點的色值；四個邊中點的色值；網格中心點的色值；網格兩條中心線且以中心點分成四個線段，每個線段中點的色值；網格兩條對角線且以中心點分成四個線段，每個線段中點的色值；進而計算得出上述17個色值的平均值，將該網格的平均色值進行存儲，然后將與該網格鄰接的各個網格重復上述圖像處理過程，得出各個鄰接網格的平均色值，將該網格的平均色值分別與其鄰接的各個網格的平均色值做差得出各個色差值，然后將各個色差值依次與色差閾值S_G1進行比較，若其中任一個色差值超過色差閾值S_G1，則對該網格的邏輯值賦值為1，若均未超過色差閾值S_G1，則邏輯值賦值為0；完成該網格的一次邏輯值賦值過程；接著將該網格的平均色值與預設的摩爾色值S_H做差并進行絕對值計算，得出色差絕對值，若色差絕對值超過色差閾值S_G2，則對該網格的邏輯值賦值為1，若均未超過色差閾值S_G2，則邏輯值賦值為0；完成該網格的二次邏輯值賦值過程；將該網格兩次邏輯值賦值進行相與計算后，若邏輯值為0，則判斷為非火災，此時火源監測系統繼續循環監測；若邏輯值為1，則判斷為火災H₂；最后將火災H₁的邏輯值和火災H₂的邏輯值進行相與計算，得出邏輯值為1時，最終判斷該網格所處的位置為火源點，停止監測并控制聲光報警模塊發出預警，提醒工作人員知曉；同時啟動滅火過程，若自動滅火系統為巡檢無人機，則進入步驟(3)，若自動滅火系統為智能滅火水炮，則進入步驟(4)；

(3)遠紅外高清自動變焦熱像儀測量該網格中心與其之間的距離，然后結合GIS服務器的坐標數據獲取該網格中心的坐標，并將該坐標值通過無線傳輸給滅火無人機，滅火無人機接受到該點坐標后，其導航系統自動生成最佳滅火導航路線，進而滅火無人機啟動并沿著最佳滅火導航路線前往火源點進行滅火，其中遠紅外高清自動變焦熱像儀測距公式為：

L＝(V*T_LH)÷2

式中：L代表遠紅外高清自動變焦熱像儀到該網格中心的距離；

V代表紅外光速度；

T_LH代表紅外光從發出到該網格中心并返回后的總時間；

(4)先獲取在山林中布設的各個智能滅火水炮的坐標，通過遠紅外高清自動變焦熱像儀測量該網格中心與其之間的距離，然后結合GIS服務器的坐標數據獲取該網格中心的坐標，選擇最靠近該網格中心的智能滅火水炮，并將該網格中心的坐標通過無線傳輸給該智能滅火水炮，智能滅火水炮接受到該網格中心的坐標后，開始啟動水泵增加壓力，準備開始蓄水；同時智能滅火水炮根據自身的坐標與該網格中心的坐標，通過定位算法自動判定火源點相對于智能滅火水炮所處的方位，所述定位算法為：以智能水炮的位置為原點生成二維直角坐標系，然后根據智能滅火水炮的坐標與該網格中心的坐標之間關系，得出該網格中心在二維直角坐標系內的坐標為(x、y)；得出原點到該網格中心的距離公式：進而得出網格中心在智能滅火水炮的方位角θ的計算公式：tanθ＝(y/x)；經過變換后計算得出θ＝arctan(y/x)；

最后智能滅火水炮根據計算得出的方位角θ，以X軸偏移θ位方向調整發射角度，調整完畢后，啟動滅火水炮發射水流對火源點進行滅火。