智能預警滅火機器人的製作方法

2023-06-14 11:55:36 1

專利名稱:智能預警滅火機器人的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能預警滅火機器人，它由輪式車上安裝溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器、雲臺攝像機、自由度機械手、滅火器、控制器構成，兩自由度機械手環抱安裝在滅火器側，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器、雲臺攝像機、自由度機械手依電迴路方式連接控制器。本實用新型抗幹擾能力強，空間適用性好，可以監測到火災初期細微火源的火災火焰視頻，火災預警準確度高，誤報率低。
【專利說明】智能預警滅火機器人

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於公共安全領域，涉及火災火焰檢測預警及機器人滅火系統，具體 涉及一種自動巡檢的智能預警滅火機器人。

【背景技術】
[0002] 火災猛如虎！火災是威脅人類生存的重大隱患，隨著社會發展步伐的加快，尤其 是近年來，頻發的火災給人們造成了重大的生命和財產損失。據統計，我國2011年共發生 火災125402起，造成1106人死亡，直接經濟損失19. 8億元。2011年6月上海發生的特大 火災，造成58人死亡，直接經濟損失1. 58億元。利用現代高科技手段及時地發現火災源並 及時採取有效消防措施撲滅初期火焰，可W大大減少各種損失，滅火機器人無疑為我們提 供了最好的選擇。
[0003] 大多數火災發生之所W能造成重大傷亡事故和重大財產損失，其主要原因有；1、 火情發現不及時，在一些重要場所，如倉庫、實驗室、車間等沒有定時巡迴檢測火焰的設備， 特別是易引起自燃的場所或火災易發的化工車間等場所，如果不配備能巡迴檢測設備，就 不能及時發現火情，致使早期的小火很快蔓延成大火，給後來的滅火造成困難，W致釀成大 禍；2、有些雖然有火焰檢測裝置，如監控攝像頭等，但由於火情信息傳送延遲，不能在火災 發生的初期採取有效滅火措施，也會造成重大的火災損失。
[0004] 眾所周知，要滅火，首先得火災檢測，火焰檢測大約經歷了從感溫檢測一離子感煙 檢測一光電感煙檢測一氣敏檢測一紅外檢測一視頻檢測的發展歷程。作為傳統的火災檢測 的感溫、感煙、氣敏類探測器主要用於室內小範圍的火災檢測，具有空間適用性有限、信息 可靠性差、易受外界幹擾等缺點。而紅外探測器的價格昂貴，限制了其使用範圍。視頻探測 器是一種W圖像處理技術為基礎的火災檢測器，利用攝像機監控監測點情景，通過對所捕 捉的視頻信息進行處理、分析，進而實現火災火焰的檢測和火災的預警，抗幹擾能力較強， 空間適用性強。視頻火災預警技術中，火災火焰檢測方法是核也，雖然國內專家在近幾年對 視頻火災火焰檢測方法開展了一定的研究開發工作，但是成熟的技術鮮有應用，相應的產 品也很少面世。


【發明內容】

[0005] 本實用新型的目的在於；提供一種智能預警滅火機器人，抗幹擾能力強，空間適用 性好，可W監測到火災初期細微火源的火災火焰視頻，火災預警準確度高，誤報率低。
[0006] 本實用新型的技術解決方案是；該智能預警滅火機器人由輪式車上安裝溫度傳感 器、煙霧傳感器、火焰傳感器、雲臺攝像機、兩自由度機械手、滅火器、控制器構成；利用雲臺 攝像機所拍火災火焰圖像，通過計算實現預警滅火機器人對火源的定位；滅火器安裝在兩 自由度機械手平臺上，利用機械手上所配攝像機圖像來實現滅火器噴嘴對準火源，準確完 成滅火；溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器、雲臺攝像機、兩自由度機械手依電迴路方式 連接控制器。
[0007] 工作時，輪式車移動，通過溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器和雲臺攝像機巡 回檢測待檢測的場所，經多數據融合和智能化分析給出即時的火災火情狀態，再利用圖像 信號的分析和處理得到火源的具體方位，根據火情給出相應預警信號，並通過無線網絡實 現預警信號的傳輸和發送，同時通過兩自由度機械手啟動可攜式滅火器實時滅火。
[0008] 本實用新型的優點是：
[0009] 1、與傳統火災檢測系統相比，本實用新型的預警滅火機器人能及時檢測發現火 情，即時消除初期火情，及時傳輸火情信息，將火災消滅在初期萌芽狀態。
[0010] 2、空間適用性強，既可W用於倉庫、實驗室類室內小範圍的火災監測及預警，也可 W用於森林類大範圍火災監測及預警。
[0011] 3、採用網絡視頻CCD攝像頭獲取監測點圖像，利用數字圖像處理技術使預警有較 高的抗幹擾能力和網絡化特徵，與紅外火災監測系統相比性價比較高。
[0012] 4、對火災火焰的靜態和動態特徵進行信息融合，給出一種基於神經網絡與D-S證 據判決的火災判別算法，能快速判別預警，誤判率較低。
[0013] 5、採用H級火災火焰預警，能夠根據現場實時火焰實現預警智能化，科學合理並 有序地調度火災發生時的人力、財力。
[0014] 6、本實用新型的預警滅火機器人比傳統滅火機器人更加智能化，可W避免火災損 失或將火災可能造成的重大損失減小到最低。
[0015] 7、預警滅火機器人是集火焰巡迴檢測、火災預警、啟動滅火於一體的智能滅火裝 置，基於多特徵信息融合的火災火焰判別，通過定時巡迴檢測，及時發現火情，並通過網絡 及時發布火災預警信息的同時即時啟動機載滅火器實施有效滅火，將火災消滅在初期萌芽 狀態，有效避免初期火災的蔓延，保證及時發現火情、即時消除初期小火情、及時傳輸火情 信息。
[0016] 8、採用四層智能慎思-反應體系結構；感知層、慎思層(智能決策層)、反應層(控 制層）和執行層，整體系統採用基於物聯網的分布式系統架構來部署設備，增強了系統的智 能化程度和適用性，結合火情預警闊值能實現火災的H級預警模式。
[0017] 9、本預警滅火機器人旨在及時監測發現火情、即時反應消除火情、及時發送傳輸 火情信息，儘可能將火災消滅在萌芽狀態，該是本實用新型所述預警滅火機器人的最大特 點和優勢，也是本實用新型區別於傳統消防、滅火概念的最顯著的標誌。
[0018] 10、本實用新型在火災火焰檢測識別、火源定位方面利用了溫度、煙霧、火焰W及 圖像等信息的融合技術，提高了火災判別準確度，誤判率較低。

【附圖說明】

[0019] 圖1為預警滅火機器人總體結構示意圖。
[0020] 圖2為預警滅火機器人四層體系架構圖。
[0021] 圖3是預警滅火機器人硬體結構框圖。
[0022] 圖4為基於雲臺角度判斷火焰目標示意圖。
[0023] 圖5為手機報警系統技術選型示意圖。
[0024] 圖6為簡訊報警子系統軟體結構流程圖。

【具體實施方式】
[0025] 下面結合具體附圖進一步說明本實用新型的技術解決方案，不能理解為是對技術 方案的限制，在本技術方案的基礎上的合理變化都屬於本實用新型的保護範圍。
[0026] 如圖1所示，該智能預警滅火機器人由輪式車上安裝溫度傳感器、煙霧傳感器、火 焰傳感器、雲臺攝像機、自由度機械手、滅火器、控制器構成，兩自由度機械手環抱安裝在滅 火器側，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器、雲臺攝像機、自由度機械手依電迴路方式連 接控制器。
[0027] 如圖2、3所示，本實用新型的預警滅火機器人包括W下各系統：
[0028] 1、火災火焰巡迴檢測系統；包括輪式車及安裝在其上的溫度傳感器、煙霧傳感器、 火焰傳感器和CCD雲臺攝像機、紅外測距傳感器，利用該些傳感器和數據信息融合來完成 火災火焰的準確識別、火源定位W及輪式車的實時避障；其中CCD雲臺攝像頭支持WiFi無 線傳輸，同時支持TCP^P網絡遠程圖像傳輸，並具有動態檢測錄像功能，負責實時完成火 災火焰圖像採集，按照預先設置的轉動範圍(水平300度、垂直90度）定時掃描監控現場；
[0029] 2、基於DSP的數據融合決策系統；W TI公司TMS320C6713為核也晶片，利用ARM 系統所傳送的火災火焰溫度、煙霧、圖像、實時火焰等信息，利用智能信息處理技術實現火 災火焰的特徵識別、信息融合、預警級別判斷、智能決策等功能；
[0030] 3、基於區域網的火警數據無線傳輸系統；採用標準的化化協議，通過相應埠 傳輸相關數據，利用該協議傳輸的優點是可W輕易的穿透防火牆和NAT，同時使用無連接 Http協議可W降低帶寬的佔有量，通信傳輸的數據包結構體如下表所示，同時對傳輸中的 報警數據進行DES對稱加密處理，利用Base64進行加密，VC與化va通用，在接收端進行解 密和校驗，保證報警數據傳輸的安全性和完整性；
[0031] 數據包結構表
[0032]

【權利要求】
1.智能預警滅火機器人，其特徵是；它由輪式車上安裝溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰 傳感器、雲臺攝像機、自由度機械手、滅火器、控制器構成，兩自由度機械手環抱安裝在滅火 器側，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器、雲臺攝像機、自由度機械手依電迴路方式連接 控制器；其特徵是該預警滅火機器人包括W下各系統： (1) 火災火焰巡迴檢測系統；包括輪式車及安裝在其上的溫度傳感器、煙霧傳感器、火 焰傳感器和CCD雲臺攝像機、紅外測距傳感器，利用該些傳感器和數據信息融合來完成火 災火焰的準確識別、火源定位W及輪式車的實時避障；其中CCD雲臺攝像頭支持WiFi無線 傳輸，同時支持TCP^P網絡遠程圖像傳輸，並具有動態檢測錄像功能，負責實時完成火災 火焰圖像採集，按照預先設置的轉動範圍水平300度、垂直90度定時掃描監控現場； (2) 基於DSP的數據融合決策系統；W TI公司TMS320C6713為核也晶片，利用ARM系 統所傳送的火災火焰溫度、煙霧、圖像、實時火焰等信息，利用智能信息處理技術實現火災 火焰的特徵識別、信息融合、預警級別判斷、智能決策等功能； (3) 基於區域網的火警數據無線傳輸系統；採用標準的化化協議，通過相應埠傳輸 相關數據，利用該協議傳輸的優點輕易的穿透防火牆和NAT，同時使用無連接化化協議降 低帶寬的佔有量，對傳輸中的報警數據進行DES對稱加密處理，利用Base64進行加密，VC與 化va通用，在接收端進行解密和校驗； (4) 兩自由度機械手滅火系統；將乾粉型滅火器安裝在一個兩自由度平臺上，利用圖像 跟蹤技術，實時調整方位，並達到滅火器噴頭對準火源中也，利用繼電器開啟滅火器，進而 實現滅火； (5 )雲臺攝像機控制模塊：雲臺攝像機用於實現對目標火焰的定位和跟蹤，一旦有火災 火焰出現，首先通過雲臺攝像機檢測到火焰發生的位置和方向，然後驅動機器人趨近火災 火焰，並啟動機械手操作滅火器來完成滅火任務；採用EVI-D100P彩色的CCD攝像機，從PC 機由VISCATM規程進行RS-232串聯控制，通訊協議同EVI-D30/EVI-D31 ; (6) 多傳感器火災信息融合模塊：在分析火災火焰識別判別特徵後，在D-S證據判決理 論的基礎上，多傳感器火災信息融合模塊採用卡爾曼加權融合算法相結合進行火災火焰判 I小廣 斷； (7) 火災模糊推理的H級智能預警模塊；預警系統採用H級預警模式，現場聲光預警， 遠程簡訊息預警和網絡預警；發生一級火情時，安裝在被監測區的監測點內的聲音報警器 和警報燈負責實現現場聲光預警，預警指令由監測點位控制模塊自主下達;An化oid手機 伺服器通過化va Servlet實時訪問預警資料庫並在監測點發現二級火情時向指定責任人 發送預警短消息W實現遠程簡訊息預警，無線傳輸利用WiFi技術，預警數據的傳輸採用加 密傳輸，確保數據的安全性；當火災火焰檢測系統傳達的火情達到最高H級時，跳出報警窗 口和圖片，實現網絡報警，並傳送現場火災實況； (8) 基於圖像的火源識別定位模塊：在雲臺跟蹤目標火焰的過程中，實時的將自身轉動 的角度信息反饋給上位機，基於雲臺的角度信息計算目標火焰與移動機器人的相對位置； (9) 基於測距和路徑規劃的實時避障模塊；基於安裝在移動機器人左右兩側和前方的 紅外傳感器及雷射測距傳感器信號，機器人實時實現避障功能，並實現相應路徑規劃和導 航； (10) 基於WiFi的無線網絡信息傳輸模塊；由DSP系統經信息融合算法得到的火警信息 需要即時發送到伺服器和相關部口的責任人，利用WiFi技術的無線網絡傳輸功能來實現， 無線網絡傳輸模塊主要由通信協議完成； (11) 基於Amlroid技術的手機火災預警信息傳輸模塊；簡訊報警模塊是室內的一個 An化oid的手機伺服器通過化va Servlet實時訪問報警資料庫，當檢測到該區域內有火災 報警信息，則手機伺服器自動將報警信息和位置發送到指定的負責人，通知負責人採取措 施進行滅火；An化0id客戶端應用使用化va技術，網絡通信使用Apache HTTP協議客戶端， 中間Web伺服器採用Servlet響應客戶請求；後臺資料庫採用資料庫連接池訪問資料庫，客 戶端的一部分存儲採用SQLite資料庫； (12) 聲音報警子系統；當滅火機器人通過Timer定時訪問遠端報警資料庫，若檢測到 室內空間的任一 CCD攝像頭所對應的報警資料庫發生變化，則對應的室內空間產生火災報 警信息，機器人就會在第一時間產生聲音報警，警示周圍的人員有火災險情，提示儘快撤 離，同時機器人開始搜索滅火；聲音報警子系統是在滅火機器人和檢測終端同時具備，調用 報警聲音的VC運行代碼； (13) 兩自由度機器手滅火系統控制模塊：利用圖像信息完成火源目標的方位識別，及 時控制兩自由度平臺，實現乾粉滅火器的噴頭準確對準火源中也，並即時開啟滅火器完成 滅火； (14) 視頻管理模塊：採用通用視頻管理模塊，圖像採集卡獲得所述網絡視頻CCD攝像 頭的實時圖像，用數字圖像處理技術處理獲得圖像後，調用火災火焰判別程序，給出是否有 火情的判斷結論，若是有火情給出火情級別的判斷結論。
【文檔編號】G08B17-00GK204288415SQ201420612519
【發明者】段鎖林, 周玉勤, 鄭劍鋒, 王雪, 靳琪琳 [申請人]常州大學, 江蘇潤儀儀表有限公司