高層建築和陡峭山體森林的空中滅火機器人系統的製作方法

2023-05-30 01:04:56 3

專利名稱：高層建築和陡峭山體森林的空中滅火機器人系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及自動控制系統及其應用，特別是涉及用於高空滅火的自動控制系統及 其實現滅火的方法。
背景技術：
世界上已經建成、在建或計劃修建的城市樓宇越來越高，如果在這類高層建築的 中部或者頂部發生火災，將造成很大的危害和損失。現有技術對一般高度建築物火災採用 雲梯或者舉高車輛實施滅火的方法不能用在高層建築的中部或者頂部，所述高層建築的火 災處理主要是根據高層建築結構特徵和樓層高度採用沿高層建築外牆、樓梯間隙、消防電 梯井、中庭、升降機等鋪設水帶的方法進行滅火。這種方法效率低下，耗費人力，而且在超高 層建築內滅火，滅火水帶鋪設困難，消防人員必須臨近火災現場，這樣使消防人員人身安全 受到很大威脅，消防員實施滅火的成功率和可靠性都受到極大影響。因此，對於目前越來越 高的建築，上述方法實施起來越來越困難，甚至不可行。與之類似地，在陡峭山體森林發生火災同樣會造成很大危害，而且滅火實施難度 更大。普通的消防車輛和設備很難進入並使用於所述陡峭山體森林。現有技術使用飛行器 在空中滅火的方法，但是，現有技術用於森林滅火的飛行器可裝載的滅火媒質有限，需要經 常返航補充滅火媒質，錯過了滅火最佳時機；另外，由於現有技術森林滅火是利用高空噴灑 滅火媒質覆蓋火場以隔離火源和空氣的原理實施滅火，適用大面積較平坦森林滅火，對於 陡峭山體上的著火點，很難對其實施覆蓋隔離滅火，因此，現有技術森林滅火方法不適於在 陡峭山體森林實施。現有技術還提出一種配置有水箱的飛行器，用於實施森林滅火。但是，該種飛行器 仍然面臨攜帶水量有限的問題，需要經常返航補充水，不能連續供水滅火，延誤滅火時機。 在城市高層建築火災處理中雖然可以借鑑採用所述飛行器實施滅火，並且輪流啟用多臺所 述飛行器以期緩解上述返航補水造成的缺陷。但是現代城市高樓林立，在高層建築密集區 不能滿足同時起降多臺飛行器的條件，不僅不能解決返航補水造成的缺陷，還會給飛行器 自身帶來安全隱患。因此，所述飛行器是很難應用於高層建築或者陡峭山體滅火的。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於避免現有技術的不足之處而提出一種適用高層建 築和陡峭山體森林的高空滅火方法及高空滅火系統，利用高空滅火機器人系統實施高空滅 火。本發明解決所述技術問題可以通過採用以下技術方案來實現提出一種對高層建築和陡峭山體森林的高空滅火方法，基於包括消防滅火分系統 和高空滅火機器人分系統的高空滅火系統。所述消防滅火分系統包括設置於地面的消防水 泵，用於輸送滅火媒質的滅火水帶，以及用於對所述消防水泵實施控制的水泵控制子系統。 所述高空滅火機器人分系統包括無人駕駛的可懸停的旋翼式飛行器和用於對該旋翼式飛行器飛行姿態實施控制的飛控子系統。所述旋翼式飛行器上安裝有用於獲得火源圖像信息 的視覺識別系統。其特徵在於所述方法包括如下步驟D.將所述滅火水帶聯結消防水泵；所述旋翼式飛行器可定向地夾持所述滅火水 帶之噴射部位升空至位於所述高層建築或者陡峭山體森林處的著火點高度；E.所述旋翼式飛行器藉助所述視覺識別系統偵測到所述著火點後，藉助所述水泵 控制子系統打開消防水泵，對所述著火點實施滅火。作為本發明所述消防水泵的一種實施方式，在所述步驟D之前還包括如下分步 驟All.選用一臺配置有水泵的消防車，將所述消防車的水泵用作所述消防滅火分系 統的消防水泵。作為本發明所述消防水泵的另一種實施方式，在所述步驟D之前還包括如下分步 驟A21.選用至少兩臺配置有水泵的消防車，將各消防車上的水泵串行聯結並實施耦 合供水，用作所述消防滅火分系統的消防水泵。作為本發明所述消防水泵的再一種實施方式，在所述步驟D之前還包括如下分步 驟A31.選用至少一臺配置有水泵的消防車，同時，配置至少一臺手抬水泵，將所述消 防車上的消防水泵和各臺手抬水泵串行聯結實施耦合供水，用作所述消防滅火分系統的消 防水泵。另外，本發明可以採用輕質滅火媒質，在所述步驟D之前還包括如下分步驟A41.選用一臺配置水泵的壓縮空氣A類泡沫消防車，該消防車以壓縮空氣A類泡 沫作為滅火媒質，將所述消防車的水泵用作所述消防滅火分系統的消防水泵。為便於所述旋翼式飛行器的轉運，在所述步驟D之前還包括如下分步驟Bi.選用一臺高空滅火機器人裝載車，該高空滅火機器人裝載車設置有用於承裝、 停放所述旋翼式飛行器的車廂；B2.當所述高空滅火機器人裝載車駛入滅火現場時，所述裝載車的車廂側面擋板 向車廂外側放下、展開，使之與車廂底面在同一平面上，作為所述旋翼式飛行器的起降平臺。對於超高層的著火點，在所述步驟D之前還包括如下分步驟C.在所述旋翼式飛行器上設置乾粉彈發射裝置；而且所述步驟E還包括，所述旋翼式飛行器藉助所述視覺識別系統偵測到所述著火點後，使用乾粉彈對所 述著火點實施滅火。本發明解決所述技術問題還可以通過採用以下技術方案來實現設計、製造一種適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火系統，尤其是，包括消防 滅火分系統和高空滅火機器人分系統。所述消防滅火分系統包括設置於地面的消防水泵， 用於傳輸滅火媒質的滅火水帶，以及用於對所述消防水泵實施控制的水泵控制子系統。所 述高空滅火機器人分系統包括無人駕駛的可懸停的旋翼式飛行器和用於對該旋翼式飛行 器的飛行姿態實施控制的飛控子系統。所述旋翼式飛行器上安裝有用於獲得火源圖像信息的視覺識別系統。所述滅火水帶一端聯結所述消防水泵，另一端噴射部位可定向地的被夾 持在所述旋翼式飛行器上，該旋翼式飛行器攜所述滅火水帶升空，藉助所述視覺識別系統 偵測到位於所述高層建築或者陡峭山體森林內的著火點後，藉助所述水泵控制子系統打開 消防水泵，對所述著火點實施滅火。所述「可定向地」包括按需要可隨時調整該噴射的方位 角和仰角。作為本發明消防水泵的一種實施方式，所述消防滅火分系統還包括一臺配置有水 泵的消防車，該消防車的水泵就是所述消防水泵。本發明的滅火媒質採用輕質材料所述消 防車使用的滅火媒質是壓縮空氣A類泡沫。作為本發明消防水泵的另一種實施方式，所述消防滅火分系統還包括至少一臺分 別配置有水泵的消防車，各消防車的水泵串行聯結並且實施耦合供水，用作所述消防水泵。作為本發明消防水泵的再一種實施方式，所述消防滅火分系統還包括至少一臺分 別配置有水泵的消防車，以及至少一臺手抬水泵，各消防車的水泵和各手抬水泵串行聯結 並且實施耦合供水，用作所述消防水泵。為便於所述旋翼式飛行器的轉運，所述高空滅火機器人分系統還包括還高空滅火 機器人裝載車，該高空滅火機器人裝載車設置有用於承裝、停放所述旋翼式飛行器的車廂。 所述車廂側面的擋板可向車廂外側下方放下、展開呈水平狀態，即所述車廂的側面擋板與 車廂底面在同一平面上，構成所述旋翼式飛行器的起降平臺。為了在超高層建築的頂部實施滅火，所述旋翼式飛行器還設置有乾粉彈發射裝置。同現有技術相比較，本發明「適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火方法及系 統」的技術效果在於採用所述無人駕駛的可懸停的旋翼式飛行器攜帶滅火水帶之噴射部位升空至高 層建築或者陡峭山體上的著火點，由地面供給水，因而，所述旋翼式飛行器在滅火過程中不 需要補充水，確保所述旋翼式飛行器在最佳時機持續地實施滅火；本發明的飛控子系統令 旋翼式飛行器能持穩定的飛行姿態，為惡劣條件下實施滅火提供保證；另外，本發明為旋翼 式飛行器配置視覺識別系統確保了高空滅火系統快速準確的定位著火點並及時處理。


圖1是本發明「適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火方法及系統」優選實施 例的高層建築火災現場處理示意圖；圖2是使用本發明方法和系統作業時的流程示意圖
具體實施例方式以下結合附圖所示優選實施例作進一步詳述。本發明提出一種適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火方法，如圖1所示，基 於包括消防滅火分系統1和高空滅火機器人分系統2的高空滅火系統。所述消防滅火分系 統1包括設置於地面的消防水泵11，用於傳輸滅火媒質的滅火水帶12，以及用於對所述消 防水泵11實施控制的水泵控制子系統。所述高空滅火機器人分系統2包括無人駕駛的可垂 直起落的旋翼式飛行器21和用於對該旋翼式飛行器21飛行姿態實施控制的飛控子系統。所述旋翼式飛行器21上安裝有用於獲得火源圖像信息的視覺識別系統。所述方法包括如 下步驟D.將所述滅火水帶12聯結消防水泵11 ；所述旋翼式飛行器21可定向地夾持所述 滅火水帶12的噴射部位升空至位於所述高層建築或者陡峭山體森林內的著火點高度；所 述「可定向地」包括按需要可隨時調整該噴射的方位角和仰角；所述旋翼式飛行器的高度受 所述視覺識別系統控制或人工控制E.所述旋翼式飛行器21藉助所述視覺識別系統偵測到所述著火點後，藉助所述 水泵控制子系統打開消防水泵11，對所述著火點實施滅火。所述高空滅火機器人分系統2的高空滅火機器人就是指所述無人駕駛的可垂直 起落的旋翼式飛行器21。本發明優選實施例採用無人駕駛直升機作為所述旋翼式飛行器 21，為避免帶尾翼直升機在建築物附近飛行時所帶來的危險，考慮到無人直升機的安全性 以及車載的方便性，本發明採用一種無尾翼只有主旋翼的無人旋翼飛行器，這樣不但能提 高實際執行任務時的安全性，還能大幅度減小直升機的外形尺寸，在不允許低空飛行的地 方便於車載。主旋翼能收起來可進一步減小無人旋翼飛行器的外形尺寸。為了便於轉運所述旋翼式飛行器21，所述高空滅火機器人分系統2還包括還高空 滅火機器人裝載車22，該高空滅火機器人裝載車22設置有用於承裝、停放所述旋翼式飛行 器21的車廂。所述車廂側面的擋板可向車廂外側放下、展開呈水平狀態，即所述車廂的側 面擋板與車廂底面在同一平面上，構成所述旋翼式飛行器21的起降平臺。也就是在所述步 驟D之前還包括如下分步驟Bi.選用一臺高空滅火機器人裝載車22，該高空滅火機器人裝載車設置有用於承 裝、停放所述旋翼式飛行器21的車廂；B2.當所述高空滅火機器人裝載車22駛入滅火現場時，所述裝載車的車廂側面擋 板向車廂的外側下方傾倒展開，並且令該車廂側面擋板與車廂底面在同一平面上，作為所 述旋翼式飛行器21的起降平臺。本發明採用所述無人駕駛的可懸停的旋翼式飛行器攜帶滅火水帶升空至高層建 築或者陡峭山體上的著火點，由地面供給水，因而，所述旋翼式飛行在滅火過程中不需要補 充水，確保所述旋翼式飛行器在最佳時機持續地實施滅火，克服了現有技術消防滅火系統 和方法的缺陷。本發明可以根據火場實際情況選擇適合的消防水泵11，以實現向高空供給滅火介 質—種實施方式，所述消防滅火分系統1還包括一臺配置有水泵的消防車13，該消 防車13的水泵就是所述消防水泵11。那麼，在所述步驟D之前還包括如下分步驟All.選用一臺配置有水泵的消防車13，將所述消防車13的水泵用作所述消防滅 火分系統1的消防水泵11。根據試驗數據，採用中低壓泵單泵供水出2支Φ 19mm水槍，垂直供水高度達150m。 上海市、湖北省等消防總隊經現場測試，國產主戰消防車，例如東風153、解放七平柴、紅巖、 斯太爾、五十鈴等中低壓水罐車，單車垂直供水出2支Φ 19mm水槍，垂直供水高度達165m。另一種實施方式，當火場高度超過單輛消防車供水能力時，可用同類車或功率相 仿的車泵進行耦合供水。所述消防滅火分系統1還包括至少一臺分別配置有水泵的消防車13，各消防車13的水泵串行聯結並且實施耦合供水，用作所述消防水泵11。那麼，即在所述 步驟D之前還包括如下分步驟A21.選用至少兩臺配置有水泵的消防車13，將各臺消防車13上的水泵串行聯結 並實施耦合供水，用作所述消防滅火分系統1的消防水泵11。所述耦合供水就是供水車直接將水緩慢壓入前車的水泵進口處，壓力穩定後，前 車加壓供水。耦合供水時，功率大的消防車應在前，並在建築物底部適當處設置洩壓分水 器，以利於停水時洩壓，以免水錘作用破壞和影響消防車水泵性能。車輛之間距離不宜超過 40米。根據上海市高層建築消防供水測試試驗數據，三車串聯單幹線供水最高可對246米 的高度實施高空滅火。再有一種實施方式，當火場高度超過單輛消防車供水能力時，甚至當消防車耦合 供水達不到供水高度時，可採用消防車與手抬泵接力供水。所述消防滅火分系統1還包括 至少一臺分別配置有水泵的消防車13，以及至少一臺手抬水泵，各消防車13的水泵和各手 抬水泵串行聯結並且實施耦合供水，用作所述消防水泵11，那麼，所述步驟D之前還包括如 下分步驟A31.選用至少一臺配置有水泵的消防車13，同時，配置至少一臺手抬水泵，將所 述消防車上的消防水泵和各臺手抬水泵串行聯結實施耦合供水，用作所述消防滅火分系統 1的消防水泵11。從理論上講，手抬泵接力供水是可以無限串聯接力的。車泵與手抬泵接力供水的 關鍵是要掌握好手抬泵接受供水的壓力和啟泵的時間。手抬泵操作人員與消防車駕駛員應 保持通信暢通，加強協作，當水緩慢送至手抬泵處，手抬泵操作員迅速啟動手抬泵，正確操 縱油門調速，防止出現水擊作用。根據測試，增加一臺手抬機動消防泵可以令垂直供水高度 提高40米左右。還有一種實施方式，通過更換輕質滅火媒質以提高滅火高度。即所述消防車13使 用的滅火媒質是壓縮空氣A類泡沫，那麼，在所述步驟D之前還包括如下分步驟A41.選用一臺配置水泵的壓縮空氣A類泡沫消防車，該消防車以壓縮空氣A類泡 沫作為滅火媒質，將所述消防車13的水泵用作所述消防滅火分系統1的消防水泵11。壓縮空氣A類泡沫系統採用機械方式將壓縮空氣與水和泡沫原液相混合產生高 度氣泡化和高能量的機械泡沫，即壓縮空氣A類泡沫，其溼泡沫比重是0. 2，幹泡沫比重是 0. 06，說明在同樣壓力下可以比水輸送的更遠。據上海市消防總隊高層消防演習測試，帶有 渦輪增壓系統的壓縮空氣A類泡沫消防車(俗稱「一七車」)向高層垂直供泡沫時，單車供 給高度可達375米，且對滅火水帶固定的要求非常低。另外，在所述消防水泵11無法達到的供水高度或者供輕質滅火媒質高度，可以採 用乾粉彈滅火方法。所述旋翼式飛行器21還設置有乾粉彈發射裝置，那麼，所述步驟D之 前還包括如下分步驟C.在所述旋翼式飛行器21上設置乾粉彈發射裝置；那麼所述步驟E還包括，所述旋翼式飛行器21藉助所述視覺識別系統偵測到所述著火點後，使用乾粉彈 對所述著火點實施滅火。綜上，對於不同的著火點高度，所述高空滅火系統都有相應滅火能力。當所述著火點的高度低於260米時，採用單臺消防車，多臺消防車耦合供水，以及消防車與手抬泵耦合 供水方式；當所述著火點高度在260米至400米之間時，可用帶有渦輪增壓系統的壓縮空氣 A類泡沫消防車供壓縮空氣泡沫滅火進行滅火；對於超過400米的著火點，用旋翼式飛行器 21直接攜帶乾粉彈對著火點進行滅火。在惡劣天氣環境下所述旋翼式飛行器21採用熱像儀成像，控制系統採用自動控 制加人工監控的模式進行控制。所述視覺識別系統將圖像信息傳輸給控制系統，根據獲得的火源圖像信息控制系 統通過自動或手動調整噴槍上下左右的擺動角度。本發明優選實施例，如圖2所示，以高層建築滅火為例說明所述高空滅火系統的 工作流程消防部門接到某高層建築火災報警後，消防車13、空中滅火機器人裝載車22裝載 所述旋翼式飛行器21同時開赴現場；所述旋翼式飛行器21接上消防車13的消防水泵11 ；所述旋翼式飛行器21帶上消防水帶12升空並利用識別系統判別火源目標同時自 動調整自身適當位置懸停在空中，之後把火源51、52信息反饋給消防車上的控制系統，由 控制系統自動或人工手動發出指令啟動消防泵11或乾粉彈發射裝置，開始滅火；滅火時可根據火源現場情況所述旋翼式飛行器21自動判斷或地面操作控制來調 整消防水槍的噴射位置和所述旋翼式飛行器21在空中的位置完成整個滅火過程；根據需要就近接入消防栓4水源或其他水源為消防車補充水。本發明優選實施例，所述高空滅火機器人分系統2的飛控子系統在空中滅火機器 人裝載車22駕駛室內。所述旋翼式飛行器21接上滅火水帶12，所述飛控子系統發出起飛 指令後，所述旋翼式飛行器21攜帶滅火水帶12從車廂起飛，準確懸停在火源位置時，由安 裝在消防車上的水泵控制子系統啟動消防水泵11進行噴水或噴泡沫進行滅火。若火源位 置的高度超過空中滅火機器人系統的水和泡沫的噴射範圍，所述旋翼式飛行器21便攜帶 乾粉彈飛至火源位置，由所述旋翼式飛行器21裝載車駕駛室內的控制系統啟動乾粉彈發 射裝置，將乾粉彈射向著火點。火被撲滅後，空中滅火機器人由飛控系統控制準確落回起飛 平臺，完成滅火任務。
權利要求
1.一種適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火方法，基於包括消防滅火分系統(1) 和高空滅火機器人分系統O)的高空滅火系統；所述消防滅火分系統(1)包括設置於地面 的消防水泵(11)，用於輸送滅火媒質的滅火水帶(12)，以及用於對所述消防水泵(11)實施 控制的水泵控制子系統；所述高空滅火機器人分系統(2)包括無人駕駛的可懸停的旋翼式 飛行器和用於對該旋翼式飛行器飛行姿態實施控制的飛控子系統；所述旋翼式 飛行器上安裝有用於獲得火源圖像信息的視覺識別系統；其特徵在於所述方法包括 如下步驟D.將所述滅火水帶(1 聯結消防水泵(11)；所述旋翼式飛行器可定向地夾持 所述滅火水帶(1 之噴射部位升空至位於所述高層建築或者陡峭山體森林處的著火點高 度；E.所述旋翼式飛行器藉助所述視覺識別系統偵測到所述著火點後，藉助所述水 泵控制子系統啟動消防水泵(11)，對所述著火點實施滅火。
2.根據權利要求1所述的適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火方法，其特徵在於在所述步驟D之前還包括如下分步驟All.選用一臺配置有水泵的消防車(13)，將所述消防車(13)的水泵用作所述消防滅 火分系統(1)的消防水泵(11)。
3.根據權利要求1所述的適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火方法，其特徵在於在所述步驟D之前還包括如下分步驟A21.選用至少兩臺配置有水泵的消防車(13)，將各消防車(13)上的水泵串行聯結並 實施耦合供水，用作所述消防滅火分系統(1)的消防水泵(11)。
4.根據權利要求1所述的適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火方法，其特徵在於在所述步驟D之前還包括如下分步驟A31.選用至少一臺配置有水泵的消防車(13)，同時，配置至少一臺手抬水泵，將所述 消防車上的消防水泵和各手抬水泵串行聯結實施耦合供水，用作所述消防滅火分系統(1) 的消防水泵(11)。
5.根據權利要求1所述的適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火方法，其特徵在於在所述步驟D之前還包括如下分步驟A41.選用一臺配置水泵的壓縮空氣A類泡沫消防車，該消防車以壓縮空氣A類泡沫作 為滅火媒質，將所述消防車(13)的水泵用作所述消防滅火分系統(1)的消防水泵(11)。
6.根據權利要求1所述的適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火方法，其特徵在於在所述步驟D之前還包括如下分步驟C.在所述旋翼式飛行器上設置乾粉彈發射裝置；而且所述步驟E還包括，所述旋翼式飛行器藉助所述視覺識別系統偵測到所述著火點後，使用乾粉彈對所述著火點實施滅火。
7.一種適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火系統，其特徵在於 包括消防滅火分系統(1)和高空滅火機器人分系統O)；所述消防滅火分系統(1)包括設置於地面的消防水泵(11)，用於傳輸滅火媒質的滅火 水帶(12)，以及用於對所述消防水泵(11)實施控制的水泵控制子系統；所述高空滅火機器人分系統(2)包括無人駕駛的可懸停的旋翼式飛行器和用於 對該旋翼式飛行器飛行姿態實施控制的飛控子系統；所述旋翼式飛行器上安裝 有用於獲得火源圖像信息的視覺識別系統；所述滅火水帶(1 一端聯結所述消防水泵(11)，另一端噴射部位可定向地被夾持在 所述旋翼式飛行器上，該旋翼式飛行器攜所述滅火水帶(1 之噴射部位升空， 藉助所述視覺識別系統偵測到位於所述高層建築或者陡峭山體森林處的著火點後，藉助所 述水泵控制子系統啟動消防水泵(11)，對所述著火點實施滅火。
8.根據權利要求7所述的適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火系統，其特徵在於所述消防滅火分系統(1)還包括一臺配置有水泵的消防車(13)，該消防車(1 的水泵 就是所述消防水泵(11)。
9.根據權利要求7所述的適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火系統，其特徵在於所述消防滅火分系統(1)還包括至少一臺分別配置有水泵的消防車(13)，各消防車 (13)的水泵串行聯結並且實施耦合供水，用作所述消防水泵(11)。
10.根據權利要求7所述的適用高層建築和陡峭山體森林的高空滅火系統，其特徵在於所述消防滅火分系統(1)還包括至少一臺分別配置有水泵的消防車(13)，以及至少一 臺手抬水泵，各消防車(1 的水泵和各手抬水泵串行聯結並且實施耦合供水，用作所述消 防水泵(11)。
全文摘要
一種高層建築和陡峭山體森林的空中滅火機器人系統，所述系統包括消防滅火分系統和高空滅火機器人分系統。所述消防滅火分系統包括設置於地面的消防水泵，用於傳輸滅火媒質的滅火水帶。所述高空滅火機器人分系統包括無人駕駛的可懸停的旋翼式飛行器和用於對該旋翼式飛行器飛行姿態實施控制的飛控子系統。所述滅火水帶一端聯結所述消防水泵，另一端可定向地的被夾持在所述旋翼式飛行器上，該旋翼式飛行器攜所述滅火水帶升空，對位於所述高層建築或者陡峭山體森林內的著火點實施滅火。本發明採用所述無人駕駛的可懸停的旋翼式飛行器在滅火過程中不需要補充水，確保所述旋翼式飛行器在最佳時機持續地實施滅火。
文檔編號B64D1/16GK102058942SQ20101054317
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月12日 優先權日2010年11月12日
發明者楊金銘 申請人:深圳市工研網絡科技有限公司