適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統的製作方法

2023-05-30 04:52:01

適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統的製作方法
【專利摘要】本申請公開了一種適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，包括：指控設備(2)、發控設備(3)、轉塔控制裝置(8)、光電探測設備(9)，其中，光電探測設備(9)包括：安裝殼體、電源、變焦白光攝像頭、紅外攝像頭、雷射測距機、綜合處理單元，變焦白光攝像頭通過螺釘與安裝殼體連接，紅外攝像頭通過螺釘與安裝殼體連接，雷射測距機通過螺釘與安裝殼體連接，變焦白光攝像頭的供電接口通過導線與電源連接，紅外攝像頭的供電接口通過導線與電源連接，雷射測距機的供電接口通過導線與電源連接，變焦白光攝像頭的數據接口通過導線與綜合處理單元連接，紅外攝像頭的數據接口通過導線與綜合處理單元連接，雷射測距機的數據接口通過導線與綜合處理單元連接。
【專利說明】適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及消防領域，具體涉及一種適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統。
【背景技術】
[0002]高度大於10層或者大於24米的建築被稱為高層建築，高度大於100米的建築稱之為超高層建築，高層和超高層建築火災撲救一直是消防領域的難題。國內外現有的消防裝備由於滅火高度有限、機動部署困難、價格昂貴，難以滿足高層尤其是超高層建築消防滅火的需求。
[0003]高層、超高層建築火災撲救一般採用舉高消防車和雲梯消防車，目前，世界最高的消防車是芬蘭的博浪濤消防車，包括:載車底盤、舉升裝置、電氣系統。該消防車舉升高度為101米，分低、中、高區接力送水，送水高度最高僅160米左右。該消防車工作展開狀態寬約8米，車長17.13米，行車高度4米，總質量60.2噸，在很多樓宇密集區域和街道稍窄的地方無法快速部署。另外，該消防車進口價格高達2200萬元，國內多數城市消防部門無法承受，目前只有北京、上海、杭州等少數城市裝備。
[0004]高層樓宇滅火系統是針對我國城市環境下高層、超高層建築物消防滅火的嚴峻形勢研製的一種可在城市環境普通路面快速機動部署，具備高效率、大面積撲滅或壓制高層、超高層建築火災的特種消防滅火系統，其採用向火源目標投放滅火彈的方式。滅火彈的投放精度決定著高層樓宇滅火系統整體滅火效率。現有的滅火彈彈道解算方法並未使用精確的彈道解算方式，消防隊員根據現場火情的目測判斷和實戰經驗實現，向特定區域「盲發」，存在命中精度不高的問題。在高層、超高層建築火災撲救時，為了完成全天候近距離目標探測，部分消防車配置有目標(火源)探測裝置，由於該裝置採用定焦攝像頭作為瞄準鏡，該裝置存在視場選擇數目少、不能根據目標的大小調節放大比例、且不能完成紅外和白光的圖像融合的缺點。
[0005]此外，在採用滅火彈方式進行火災撲救的現有技術中，滅火彈一般採用中心爆管的方式，噴灑滅火劑的同時會產生大量的殺傷破片，帶有一定的破壞性，這類滅火彈適用於森林、油罐等遠離人口密集的區域，不適用於城市環境條件下高層、超高層建築滅火。

【發明內容】

[0006]本申請的發明人考慮到現有技術的上述情況而作出了本發明。本發明的主要目的在於，提供一種適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，解決現有消防裝備滅火高度有限、機動部署困難、難以滿足高層和超高層建築火災撲救需求的問題。
[0007]根據本發明的實施例，提供了一種適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，包括:指控設備(2)、發控設備(3)、轉塔控制裝置(8)、光電探測設備(9)，
[0008]其中，光電探測設備(9)包括:安裝殼體、電源、變焦白光攝像頭、紅外攝像頭、雷射測距機、綜合處理單元，[0009]變焦白光攝像頭通過螺釘與安裝殼體連接，紅外攝像頭通過螺釘與安裝殼體連接，雷射測距機通過螺釘與安裝殼體連接，變焦白光攝像頭的供電接口通過導線與電源連接，紅外攝像頭的供電接口通過導線與電源連接，雷射測距機的供電接口通過導線與電源連接，變焦白光攝像頭的數據接口通過導線與綜合處理單元連接，紅外攝像頭的數據接口通過導線與綜合處理單元連接，雷射測距機的數據接口通過導線與綜合處理單元連接，
[0010]其中，綜合處理單元包括綜合調度模塊、數據存儲模塊、變焦控制模塊、數據補償模塊，其中，在火災撲救之前，光電探測設備(9)進行火源探測，包括以下步驟:
[0011]利用變焦白光攝像頭，將光電探測設備(9)瞄準作為目標的火源，其中，利用轉塔轉動光電探測設備(9)，使目標出現在變焦白光攝像頭的視野中並顯示在顯示屏上，變焦控制模塊控制變焦白光攝像頭的放大倍率，將被瞄準目標在顯示屏上居中，並完整顯示；
[0012]數據補償模塊根據變焦白光攝像頭的當前放大倍率，讀取在數據存儲模塊中存儲的光軸偏差量，進行數據補償，其中，根據當前放大倍率下的光軸偏差量，微調光電探測設備(9)的角度，使當前放大倍率下的白光光軸與基準光軸相符；
[0013]雷射測距機連續多次進行雷射測距，綜合調度模塊將多次測量的距離進行平均，並將該平均值作為目標斜距，從而完成探測裝置對目標的搜索和測量，並將測距結果提供給發控設備(3)和轉塔控制裝置(8)，發控設備(3)和轉塔控制裝置(8)根據測距結果共同控制滅火彈的發射。
[0014]本發明的實施例具有以下主要優點:通過調節滅火彈發射俯仰角度和發射速度，並結合上升段彈道數據進行射擊諸元解算(滅火彈發射角度計算)撲救高層和超高層建築火災，具有滅火高度高，精度高，成本低，反應時間短的優點，同時採用通用汽車底盤，具有機動部署快的特點，適合在城市環境高層和超高層建築消防滅火使用，解決了現階段不能根據目標的大小調節放大比例，且不能完成紅外和白光的圖像融合的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的結構示意圖；
[0016]圖2是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的駕駛室的結構示意圖；
[0017]圖3是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的設備艙的結構不意圖；
[0018]圖4是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的發控裝置的結構示意圖；
[0019]圖5是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的拋射裝置的結構示意圖；
[0020]圖6是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的滅火彈的結構示意圖；
[0021]圖7是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的伺服控制裝置的結構示意圖；
[0022]圖8是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的光電探測設備的結構示意圖；
[0023]圖9是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的光電探測設備的綜合處理單元的功能模塊的示意圖；
[0024]圖10是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的光電探測設備的目標探測(位置探測)的工作流程圖；
[0025]圖11是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的滅火彈組裝架及轉塔系統的示意圖；
[0026]圖12是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的光電探測設備的工作流程圖。
[0027]附圖標記說明
[0028]1:載車底盤；2:指控設備；3:發控設備；4:設備艙；5:發射裝置；6:拋射裝置；7:滅火彈；8:轉塔控制裝置；9:光電探測設備；
[0029]2-1:顯控臺；2_2:信息處理機；2_3:通信設備；3_1:發控執行組件；3_2:滅火彈模擬器；
[0030]4-1:發電機組；4_2:供配電櫃；4_3:伺服控制裝置；
[0031]5-1:發射轉塔；5_2:發射託架；5_3:模塊組裝架
[0032]7-1:尾翼減速段；7_2:擋藥板；7_3:點火器；7_4:殼體；7_5:整流罩；
[0033]7-6:引信；7-7:活塞;7_8:燃燒室;7_9:滅火劑;7_10:主裝藥
【具體實施方式】
[0034]下面參照附圖來說明本發明的【具體實施方式】。
[0035]圖1是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的示意圖。如圖1所示，一種適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車，包括:載車底盤1、設備艙4、發射裝置5、拋射裝置6、滅火彈7。
[0036]所述消防車的控制系統包括:指控(指揮控制)設備2、發控(發射控制)設備3、轉塔控制裝置8、光電探測設備9。
[0037]其中，指控設備2、發控設備3置於載車底盤I的駕駛室的副駕駛位置；設備艙4置於駕駛室後並用螺栓固定於載車底盤I上；發射裝置5置於載車底盤I上並用螺釘固定；拋射裝置6置於發射裝置5上並固定；滅火彈7置於拋射裝置6中；轉塔控制裝置8分布在載車底盤和發射裝置上，用於完成車體調平和控制發射裝置動作；光電探測設備9置於發射裝置5下方並用螺釘固定。
[0038]載車底盤I由通用改裝底盤和副車架組成。其中副車架可以實現上裝設備艙、發射裝置等其它相關產品與底盤的連接等功能，是滅火車上裝設備實現通用化及可移植的關鍵部件。
[0039]指控設備2包括顯控臺2-1、信息處理機2-2、通信設備2_3。其中，顯控臺2_1可由金屬板材製成，安裝在副駕駛位置上，顯控臺2-1上可設置有發射保險開關、顯示器、操作按鈕、指示燈、控制手柄、全景攝像機等，信息處理機2-2與顯控臺2-1、通信設備2-3連接。通信設備2-3用於操作人員與火警(119)指揮控制中心通信聯繫。信息處理機2-2包括綜合管理控制模塊、彈道解算模塊和通信模塊等功能模塊。[0040]發控設備3由發控執行組件3-1和滅火彈模擬器3-2組成。其中，發控執行組件3-1將控制指令切換並向發射裝置5輸出的控制設備，它接收來自信息處理機的指令，並完成滅火彈的發射控制任務。滅火彈模擬器3-2可在滅火車訓練階段使用，用來模擬滅火彈在位信號和滅火彈發射離架信號。
[0041]設備艙4內部由發電機組4-1、供配電櫃4-2、伺服控制裝置4-3等組成，外部安裝通信天線。發電機組可由柴油機、發電機、本體支架和蓄電池等組成，供電總功率不小
7.3kW。其中柴油機是發電機組的動力源，發電機為能量轉換設備，將柴油機輸出的機械能轉換為電能，蓄電池為發電機組提供直流控制電源，使用時發電機組有單獨油箱。供配電設備固定安裝在設備艙右側，主要完成對柴油發電機組和市電的切換操作、電氣參數的顯示、配電及保護功能。
[0042]發射裝置5由發射轉塔5-1、發射託架5-2、模塊組裝架5_3組成。發射轉塔5_1的結構內部中心走電纜線。發射託架5-2用於支撐模塊組裝架，具有快速裝填模塊組裝架5-3和發射時的定向作用。該機構不但實現模塊組裝架5-3的鎖定和解鎖，還可以與模塊組裝架5-3上的支腳配合完成初始射向的確定。
[0043]拋射裝置6主要包括拋射筒、動力裝置、平衡體等。拋射筒內部放置滅火彈、動力裝置和平衡體。拋射裝置採用「有限空間」平衡發射技術，具有無煙、無光、微聲，無後坐力的特點。
[0044]滅火彈7包括:殼體7-4、引信7-6、點火器7_3、滅火劑7_9、主裝藥7_10、尾翼減速段7-1、燃燒室7-8、擋藥板7-2、活塞7-7、整流罩7_5。
[0045]殼體7-4、尾翼減速段7-1和活塞7-7可為輕質金屬材料，殼體7_4為圓筒狀，尾翼減速段7-1置於殼體7-4底部並與殼體7-4用螺釘固定，擋藥板7-2置於尾翼減速段7_1上方，燃燒室7-8置於擋藥板7-2上方並與擋藥板7-2螺紋固定，燃燒室7-8與殼體7_4用螺釘固定。活塞7-7置於燃燒室7-8上，活塞7-7的外徑與殼體7-4的內徑相匹配，活塞7_7中心有通孔，點火器7-3置於活塞7-7的通孔中並與燃燒室7-8螺紋固定，主裝藥7-10置於燃燒室7-8中。滅火劑7-9置於活塞7-7上部的空腔中並充滿整個空腔，整流罩7-5置於殼體7-4頂部並與殼體7-4用銷釘固定，整流罩7-5的表面有噴灑孔，引信7-6置於整流罩7-5上並用螺釘固定。
[0046]滅火彈7工作時，引信7-6偵測到滅火彈離火源5?10米時，將點火信號傳遞給點火器7-3，點火器7-3點燃燃燒室7-8中的主裝藥7-10，主裝藥7_10燃燒產生高壓，高壓推動活塞7-7在殼體7-4中運動，擠壓滅火劑7-9使得連接整流罩7-5與殼體7_4之間的銷釘被剪斷，滅火劑7-9繼續推動整流罩7-5向前運動，整流罩7-5到殼體7-4前端制動，這時噴灑孔已經暴露在空氣中，而此時活塞7-7繼續推動滅火劑7-9向前運動，滅火劑7-9從噴灑孔中噴灑出來，撲向火源，起到滅火作用。在滅火彈7的飛行噴灑過程中，尾翼減速段7-1打開降落傘，使滅火彈7減速，滅火彈7穿透玻璃幕牆，深入建築物內實施滅火。
[0047]轉塔控制裝置8由轉塔伺服設備和車體調平設備組成。轉塔伺服設備包括控制計算機、伺服控制組件、方位電機、俯仰電動缸、方位讀出組件、俯仰讀出組件、方位伺服機構、迴轉軸承等部件，控制計算機安裝有伺服控制模塊，方位讀出組件及方位伺服機構都與迴轉軸承的外齒嚙合。
[0048]車體調平設備選用伺服電動缸調平，四個伺服電動缸支撐腿分別安裝在車廂底盤副車架上，每個支撐腿的伺服電動缸各由一臺電機驅動。調平設備可在無信息處理機控制的情況下下手動撤收。調平設備由調平執行機構，調平控制組件，水平測角組件，調平控制模塊組成。其中四個功率驅動器和控制計算機集成在調平控制機櫃中，調平控制機櫃安裝在設備控制艙當中。水平測角組件選用傾角傳感器作為調平設備的水平度檢測元件。水平傳感器在滅火車的調平過程中反饋車體的水平度，共有兩個。一個水平傳感器為主水平傳感器，車體橫向和縱向水平度以該水平傳感器讀數為準，安裝在底盤迴轉耳軸橫梁上的安裝面上；另一個水平傳感器為輔水平傳感器，安裝在前調平油缸橫梁上，在調平過程中，反饋車頭方向的橫向水平度，可避免滅火車在調平過程中出現車頭傾斜現象。
[0049]圖8是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的光電探測設備9的示意圖。如圖8所示，光電探測設備9包括:安裝殼體、電源、變焦白光攝像頭、紅外攝像頭、雷射測距機、綜合處理單元。圖9是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的光電探測設備的綜合處理單元的功能模塊的示意圖。如圖9所示，綜合處理單元包括綜合調度模塊、數據存儲模塊、功能自檢模塊、變焦控制模塊、數據補償模塊、圖像融合模塊、圖像對比模塊、以及角度解算模塊。
[0050]採用變焦白光攝像頭能夠在搜索過程中根據火源的距離及大小調節焦距，可以很準確的確定火源的位置。
[0051]變焦白光攝像頭通過螺釘與安裝殼體連接，紅外攝像頭通過螺釘與安裝殼體連接，雷射測距機通過螺釘與安裝殼體連接，變焦白光攝像頭的供電接口通過導線與電源連接，紅外攝像頭的供電接口通過導線與電源連接，雷射測距機的供電接口通過導線與電源連接，變焦白光攝像頭的數據接口通過導線與綜合處理單元連接，紅外攝像頭的數據接口通過導線與綜合處理單元連接，雷射測距機的數據接口通過導線與綜合處理單元連接。
[0052]下面，參照圖10來說明光電探測設備9的目標探測的工作流程。
[0053]圖10是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的光電探測設備9的目標探測(位置探測)的工作流程圖。如圖10所示，光電探測設備進行目標探測(火源點瞄準)主要包括以下步驟:
[0054]第一步(可選):白光光軸、紅外光軸和雷射光軸標校
[0055]光電探測設備9在使用之前可能需要進行白光光軸、紅外光軸和雷射光軸標校(例如，在長時間未使用光電探測設備9的情況下，在當前基準光軸與上述三個光軸不一致的情況下)，即，紅外光軸、雷射光軸和最大放大倍率下的白光光軸的標校(一致性校準)，調節變焦白光攝像頭、紅外攝像頭、雷射測距機的安裝軸線，使最大放大倍率下的白光光軸、紅外光軸和雷射光軸的光軸在安裝殼體基準面的±20"以內，此時認為上述三個光軸滿足彼此一致性的要求。在調節完畢之後，使變焦白光攝像頭、紅外攝像頭、雷射測距機的安裝支架在安裝殼體上分別固定，其相互一致的光軸作為基準光軸。
[0056]第二步(可選):白光變焦光軸偏差檢測
[0057]光電探測設備9在使用之前可能需要進行白光變焦光軸偏差檢測(例如，在長時間未使用光電探測設備9的情況下)，即，依次從最低放大倍率到最高放大倍率進行變焦調節，檢測變焦白光攝像頭在不同放大倍率下的白光光軸相對於最大放大倍率下的白光光軸(基準光軸)的偏差量(例如，當前光軸在相對於基準光軸的三個方向的偏差角度)，並將所述偏差量保存在數據存儲模塊中。[0058]第三步:加電自檢及埠配置(設備初始化)
[0059]光電探測設備9啟動電源，給設備加電，變焦白光攝像頭、紅外攝像頭、雷射測距機、綜合處理單元同時加電。功能自檢模塊對變焦白光攝像頭、紅外攝像頭、雷射測距機及綜合處理模塊進行自檢與初始化，初始化完畢後進行埠通信狀態配置。
[0060]第四步:瞄準目標及變焦控制
[0061]利用變焦白光攝像頭，將光電探測設備9瞄準目標(火源)。具體地，利用轉塔轉動光電探測設備9，使目標出現在變焦白光攝像頭的視野中(顯示在系統的顯示屏上)，變焦控制模塊控制變焦白光攝像頭的放大倍率，將被瞄準目標在顯示屏上居中(目標測距圖像中心點對準目標點)，並且，高度調整為顯示屏上的整個畫面高度的3/4(也可為其它比例，只要其完整顯示並滿足清晰度要求即可)。
[0062]第五步:光軸補償
[0063]數據補償模塊根據變焦白光攝像頭的當前放大倍率(瞄準和變焦控制後的放大倍率)，讀取數據存儲模塊中的光軸偏差量，進行數據補償。即，根據當前放大倍率下的光軸偏差量，微調光電探測設備9的角度，使當前放大倍率下的白光光軸與基準光軸相符(即，目標測距圖像數據補償後的新的中心點對準目標點)。
[0064]第六步(可選):圖像融合
[0065]可選地，在通過紅外攝像頭取得目標圖像(使目標出現在紅外攝像頭的視野中)的情況下，綜合調度模塊讀取變焦白光攝像頭的瞄準及變焦控制後的圖像、以及紅外攝像頭的圖像，然後，圖像融合模塊進行圖像融合處理。即，將紅外攝像頭的圖像放大或縮小至與變焦白光攝像頭的瞄準及變焦控制後的圖像相對應的放大倍率(使目標大小在兩個圖像中一致並同時居中)、並通過圖像剪裁的方式使要融合的兩個圖像的橫縱像素數一致，並將兩個圖像融合(可以通過各種方法來實現，例如，同像素灰度求平均，等等)，得到融合後的圖像。
[0066]第七步(可選):圖像對比選擇
[0067]圖像對比模塊對白光攝像頭的圖像、紅外攝像頭的圖像(在通過紅外攝像頭取得目標圖像的情況下，並進行相應放大或縮小)、或上述融合後的圖像(在通過紅外攝像頭取得目標圖像的情況下)的清晰度進行對比(例如，圖像銳度對比，可利用通過圖像濾波突出邊緣的圖像處理算法來實現，從圖像位於各邊緣的像素所反映的梯度來判斷圖像的總體銳度)，確定選擇目標測距所需要的圖像。
[0068]第八步:雷射測距
[0069]雷射測距機連續多次(例如5次)進行雷射測距，之後，綜合調度模塊可將5次測量的距離去除最大值和最小值後，對處於中間值的3個數據進行平均，並將該平均值作為目標斜距。從而完成探測裝置對目標的搜索和測量。雷射測距機將測距結果提供給發控設備⑶和轉塔控制裝置(8)，發控設備(3)和轉塔控制裝置⑶根據測距結果共同控制滅火彈的發射。
[0070]如圖9所示，角度解算模塊用於解算滅火彈的彈道解算角度。數據補償模塊還用於記錄彈軸偏差並進行數據補償。
[0071]下面，參照圖10來說明光電探測設備9的目標探測的滅火彈彈道解算的工作流程。[0072]圖12是根據本發明的實施例的適用於高層和超高層建築火災撲救的消防車的光電探測設備的滅火彈彈道解算的工作流程圖。具體地，在完成上述雷射測距之後，光電探測設備得到目標火源到滅火彈的斜線距離L，同時，轉塔系統向綜合調度模塊回傳目標相對於轉塔的俯仰角Θ和方位角P (例如，轉塔中心的方位角P可取為0)，光電探測設備進行滅火彈彈道解算，求解滅火彈的發射角度信息。
[0073]也就是說，解算模塊根據目標斜距L和目標俯仰角Θ、目標方位角P，求解彈發射俯仰角Vf和發射方位角P/,使彈在發射仰角為Vf、發射方位角^ (在誤差允許的情況
下，發射方位角可取為轉塔中心的方位角，例如O)時，能夠命中目標。
[0074]滅火彈彈道解算的具體步驟如下。
[0075]第一步(可選):不同架位(以圖11所示的24個架位為例)的滅火彈的位置和軸線略有不同，標定出滅火彈組裝架的各個架位與探測裝置光軸的左右位置偏差和上下位置偏差以及航向(方位)偏差角和俯仰偏差角，並將四個偏差數據記錄在數據補償模塊中。
[0076]第二步:角度解算模塊根據目標的斜線距離、俯仰角求解得到目標火源相對於滅火彈的高度信息和目標距離發射點的水平距離。求解公式如下:
[0077]hO = LXsin0
[0078]d = LX cos Θ
[0079]式中:Θ為滅火彈組裝架的俯仰角，L為滅火彈組裝架到目標的斜線距離，hO為目標火源相對於滅火彈的高度信息，d為目標與發射點的水平距離。
[0080]第三步:角度解算模塊求解得到滅火彈拋射角度。
[0081]角度解算模塊依據的動力學和運動學方程如下:
【權利要求】
1.一種適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，包括:發控設備(3)、轉塔控制裝置(8)、光電探測設備(9)， 其中，光電探測設備(9)包括:安裝殼體、電源、變焦白光攝像頭、紅外攝像頭、雷射測距機、綜合處理單元， 變焦白光攝像頭通過螺釘與安裝殼體連接，紅外攝像頭通過螺釘與安裝殼體連接，雷射測距機通過螺釘與安裝殼體連接，變焦白光攝像頭的供電接口通過導線與電源連接，紅外攝像頭的供電接口通過導線與電源連接，雷射測距機的供電接口通過導線與電源連接，變焦白光攝像頭的數據接口通過導線與綜合處理單元連接，紅外攝像頭的數據接口通過導線與綜合處理單元連接，雷射測距機的數據接口通過導線與綜合處理單元連接， 其中，綜合處理單元包括綜合調度模塊、數據存儲模塊、變焦控制模塊、數據補償模塊，在火災撲救之前，光電探測設備(9)用來如下進行火源探測: 利用變焦白光攝像頭，將光電探測設備(9)瞄準作為目標的火源，其中，利用轉塔轉動光電探測設備(9)，使目標出現在變焦白光攝像頭的視野中並顯示在顯示屏上，變焦控制模塊控制變焦白光攝像頭的放大倍率，將被瞄準目標在顯示屏上居中，並完整顯示； 數據補償模塊根據變焦白光攝像頭的當前放大倍率，讀取在數據存儲模塊中存儲的光軸偏差量，進行數據補償，其中，根據當前放大倍率下的光軸偏差量，微調光電探測設備(9)的角度，使當前放大倍率下的白光光軸與基準光軸相符； 雷射測距機連續多次進行雷射測距，綜合調度模塊將多次測量的距離進行平均，並將該平均值作為目標斜距，從而完成探測裝置對目標的搜索和測量，並將測距結果提供給發控設備(3)和轉塔控制裝置(8)，發控設備(3)和轉塔控制裝置(8)根據測距結果共同控制滅火彈的發射。
2.根據權利要求1所述的適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，其中，所述光電探測設備(9)進行火源探測之前，還用來進行以下步驟: 在當前基準光軸與上述三個光軸不一致的情況下，進行變焦白光攝像頭的光軸、紅外攝像頭的光軸和雷射測距機的光軸標校，將紅外攝像頭的光軸、雷射測距機的光軸和最大放大倍率下的變焦白光攝像頭的光軸的調節一致，其相互一致的光軸作為調校後的基準光軸。
3.根據權利要求2所述的適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，其中，所述光電探測設備(9)進行火源探測之前，還用來進行以下步驟: 進行白光變焦光軸偏差檢測，其中，依次從最低放大倍率到最高放大倍率進行變焦調節，檢測變焦白光攝像頭在不同放大倍率下的白光光軸相對於基準光軸的光軸偏差量，並將所述光軸偏差量保存在數據存儲模塊中。
4.根據權利要求3所述的適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，其中，所述綜合處理單元還包括功能自檢模塊，在進行火源探測之前，所述光電探測設備(9)還用來進行以下步驟: 啟動電源，給設備加電，變焦白光攝像頭、紅外攝像頭、雷射測距機、綜合處理單元同時加電，功能自檢模塊對變焦白光攝像頭、紅外攝像頭、雷射測距機及綜合處理模塊進行自檢與初始化，初始化完畢後進行埠通信狀態配置。
5.根據權利要求2所述的適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，其中，所述光電探測設備(9)還包括圖像融合模塊，所述光電探測設備(9)進行火源探測還包括以下步驟: 在通過紅外攝像頭取得目標圖像的情況下，綜合調度模塊讀取變焦白光攝像頭的瞄準及變焦控制後的圖像、以及紅外攝像頭的圖像， 然後，圖像融合模塊進行圖像融合處理，其中，將紅外攝像頭的圖像放大或縮小至與變焦白光攝像頭的瞄準及變焦控制後的圖像相對應的放大倍率、並通過圖像剪裁的方式使要融合的兩個圖像的橫縱像素數一致，並將兩個圖像融合，得到融合後的圖像， 其中，所述光電探測設備(9)還包括圖像對比模塊，所述光電探測設備(9)進行火源探測還包括以下步驟: 圖像對比模塊對白光攝像頭的圖像、紅外攝像頭的圖像、和/或上述融合後的圖像的銳度進行對比，確定銳度最高的圖像，作為目標測距所需要的圖像。
6.根據權利要求1所述的適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，其中，所述消防車包括載車底盤(1)、設備艙(4)、發射裝置(5)、拋射裝置(6)、滅火彈(7)，其中，載車底盤(1)由通用改裝底盤和副車架組成， 所述消防車還包括指控設備(2)，其包括顯控臺(2-1)、信息處理機(2-2)、通信設備(2-3)， 其中，顯控臺(2-1)由金屬板材製成，安裝在副駕駛位置上，顯控臺(2-1)上設置有發射保險開關、顯示器、操作按鈕、指示燈、控制手柄、全景攝像機，信息處理機(2-2)與顯控臺(2-1)、通信設備(2-3)連接， 通信設備(2-3)用於操作人員與火警指揮控制中心通信聯繫， 信息處理機(2-2)包括綜合管理控制模塊、彈道解算模塊和通信模塊。
7.根據權利要求6所述的適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，其中，發控設備(3)由發控執行組件(3-1)和滅火彈模擬器(3-2)組成，其中，發控執行組件(3-1)將控制指令發送到發射裝置(5)，發射裝置(5)接收來自信息處理機的指令，並完成滅火彈的發射控制任務，滅火彈模擬器(3-2)用於滅火車訓練階段使用，用來模擬滅火彈在位信號和滅火彈發射離架信號， 其中，設備艙(4)內部包括發電機組(4-1)、供配電櫃(4-2)、伺服控制裝置(4-3)，設備艙(4)外部安裝有通信天線， 其中，發射裝置(5)由發射轉塔(5-1)、發射託架(5-2)、模塊組裝架(5-3)組成，發射轉塔(5-1)的結構內部中心走電纜線， 發射託架(5-2)用於支撐模塊組裝架，具有快速裝填模塊組裝架(5-3)和發射時的定向作用，發射託架(5-2)不但實現模塊組裝架(5-3)的鎖定和解鎖，還與模塊組裝架(5-3)上的支腳配合完成初始射向的確定， 其中，拋射裝置(6)包括拋射筒、動力裝置、平衡體，拋射筒內部放置滅火彈、動力裝置和平衡體。
8.根據權利要求1所述的適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，其中，轉塔控制裝置(8)由轉塔伺服設備和車體調平設備組成，轉塔伺服設備包括控制計算機、伺服控制組件、方位電機、俯仰電動缸、方位讀出組件、俯仰讀出組件、方位伺服機構、迴轉軸承，控制計算機安裝有伺服控制模塊，方位讀出組件及方位伺服機構都與迴轉軸承的外齒嚙合， 其中，車體調平設備包括調平執行機構、調平控制組件、水平測角組件，並安裝有調平控制模塊，其中，四個功率驅動器和控制計算機集成在調平控制機櫃中，調平控制機櫃安裝在設備控制艙當中，兩個水平傳感器在滅火車的調平過程中反饋車體的水平度，一個水平傳感器為主水平傳感器，車體橫向和縱向水平度以該水平傳感器讀數為準，安裝在底盤迴轉耳軸橫梁上的安裝面上，另一個水平傳感器為輔水平傳感器，安裝在前調平油缸橫梁上，在調平過程中，反饋車頭方向的橫向水平度。
9.根據權利要求2所述的適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，其中，所述綜合處理單元還包括角度解算模塊，其中，所述角度解算模塊用於解算滅火彈的彈道解算角度， 其中，在完成所述雷射測距之後，光電探測設備(9)得到目標火源到滅火彈的斜線距離L，同時，轉塔系統向綜合調度模塊回傳目標相對於轉塔的俯仰角Θ，光電探測設備(9)進行滅火彈彈道解算，求解滅火彈的發射角度信息， 其中，光電探測設備(9)解算滅火彈的彈道解算角度包括求解滅火彈的發射角度信息包括以下步驟: 角度解算模塊依據以下動力學和運動學微分方程如下: 動力學微分方程
10.根據權利要求9所述的適用於高層和超高層建築火災撲救消防車的控制系統，其中，角度解算模塊還用來進行以下步驟: 根據目標的斜線距離L、目標相對於轉塔的俯仰角Θ求解得到作為目標的火源相對於滅火彈的高度hO和目標距離發射點的水平距離d，所依照的公式如下:hO = LXsin Θd = LXcos Θ 在計算完某一彈道俯仰角φ下的全彈道參數之後，計算在某一彈道俯仰角φ下達到水平距離d的射高H，其中初始值Φ0 = Θ，如下:
Hk-hO| ^ 0.01 (12)
φ,+1 = φ,+0.5(Hk-hO) θ (13) 利用公式(12)判斷H與目標高度hO的大小關係，如滿足(12)式則停止迭代，當前俯仰角Φ--即為最終的滅火彈發射俯仰角；如不滿足(12)式，則用公式(13)更新發射俯仰角，用所述動力學和運動學微分方程重新計算全彈道參數和射高Hk+1，其中k為當前迭代步數，直到射高與目標高度hO滿足(12)式為止，此時的俯仰角Φ--即為最終的滅火彈發射俯仰角。
【文檔編號】A62C27/00GK103958007SQ201380004050
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年7月16日 優先權日:2013年7月16日
【發明者】葛曉飛, 李佳輝, 王濤, 丁旭昶, 邱旭陽, 李正新, 田超 申請人:北京機械設備研究所