CN102568146B - 一种基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统，红外热像仪用于采集被监测设备的红外热图像；图像分析控制器，用于对上述红外热图像进行分析并生成分析结果；火灾报警及联动控制器，用于根据图像分析控制器的分析结果生成控制信号。通过获取设备的红外热图像，分析其温度场分布和变化以预防火灾发生，降低了设备发生火灾的可能性；并可实现与定点灭火装置联动对设备进行早期火灾消除，提高了火灾处理的及时性。其具有控制精度较高、误报率较低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及火灾预警及处理技术领域，尤其涉及一种基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统。
背景技术
随着社会现代化进程的加快，机械设备代替部分手工进行生产是主要趋势之一，各行各业也主要依靠设备运转来进行大规模和高效地生产。对设备依赖性的增长加大了设备的重担，设备在长期高速运转下很容易发生热故障，如处理不及时就易引发火灾，带来巨大的经济损失。设备发生火灾的主要原因有设备质量变差、设备长期负荷运行、接头接触不良造成接触电阻过大等，而无论哪种火灾原因，其外观表现均为故障发生之前数小时设备异常发热。因此，可通过检测设备的发热情况，以起到预防火灾的目的。
目前，市场上虽然已经出现了一些火灾预警系统和灭火装置，但其使用效果并不佳，主要原因有以下几点：1、其检测方法大多是采用温度传感器进行局部升温点的监测，不能全面反应整个设备的发热情况；2、预测技术不完善，容易引起误报警或该报警而不报警；3、灭火时是漫无目的地大范围喷射灭火剂，不能准确定位火灾区域。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提出了一种基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统，通过获取设备的红外热图像，分析其温度场分布和变化以预防火灾发生，降低了设备出现火灾的可能性；并可实现与定点灭火装置联动对设备进行早期火灾消除处理，提高了火灾处理的及时性以降低损失。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统，包括：带云台的红外热像仪、图像分析控制器、火灾预警及联动控制器、火灾消除执行装置，其中，
红外热像仪，用于采集被监测设备的红外热图像，其与图像分析控制器的图像输入端相连；
图像分析控制器，用于对上述红外热图像进行分析并生成分析结果，其信号输出端一路连接火灾预警及联动控制器的信号输入端，另一路连接红外热像仪；
火灾报警及联动控制器，用于根据图像分析控制器的分析结果生成控制信号，其信号输出端一路与被监测设备的控制端连接，另一路与火灾消除执行装置连接。
所述红外热像仪内置有可见光CCD，用于采集被监测设备的可见光图像。
所述火灾消除执行装置包括声光报警器、定点火灾消除装置。
一种图像分析控制器，包括：
图像预处理模块，用于对红外热像仪采集的红外热图像进行预处理；
图像分析模块，用于对预处理后的红外热图像的温度数据进行分析，并与被监测设备正常工作的温度进行对比分析，以判断是否存在火灾；
火灾处理模块：当判断结果为是时，向火灾预警及联动控制器发出火灾报警信号和/或火灾消除控制信号；否则，向红外热像仪发出云台控制信号。
所述图像分析模块包括：
目标场获取子模块，根据红外热图像的温度数据，将红外热图像分割成若干区域，并将超过被监测设备正常工作的温度所在的区域确定为目标场；
温度对比子模块，根据被监测设备周围环境温度计算目标场的温度，并计算目标场的温度与被监测设备正常工作温度之间的差值；
火灾判断子模块，统计预定时间内目标场温度与环境温度差值的变化曲线，当所述变化曲线持续上升且差值大于第一温度阈值时，判断所述目标场存在火灾；当所述变化曲线持续上升且差值处在第一温度阈值和第二温度阈值之间时，判断所述目标场存在潜在火灾；当所述变化曲线趋于平稳且差值小于第二温度阈值时，判断目标场不存在火灾；其中，第一温度阈值不小于第二温度阈值。
所述图像分析模块还包括，坐标获取子模块，用于在判断目标场存在火灾或潜在火灾时，记录目标场所在位置的图像坐标；
所述火灾处理模块还用于，将上述图像坐标传输至火灾报警及联动控制器。
所述火灾处理模块还用于，当发出火灾消除控制信号时，向红外热像仪发出持续监测目标场的控制信号；当判断目标场火灾已消除时，发出火灾消除停止信号。
图像分析控制器还包括：
数据库管理模块，包括标准图像管理子模块、典型故障图像管理子模块、日常采集图像与信息管理子模块；
系统服务模块，包括查询及报表子模块、系统管理及维护子模块以及业务系统接口子模块。
一种火灾报警及联动控制器，包括：
PTZ控制子模块，用于对红外热图像中目标场所在位置的图像坐标进行处理；
火灾消除联动控制子模块，用于在接收到图像分析控制器的目标场的火灾信号后，控制声光报警器进行报警，并控制定点灭火装置对目标场进行火灾消除处理；在接收到图像分析控制器的目标场的潜在火灾信号后，控制声光报警器进行报警；在对目标场火灾消除处理时，若接收到火灾消除停止信号，停止对目标场进行火灾消除；
设备控制子模块，用于在接收到图像分析控制器的目标场火灾信号后，对被监测设备发出停机控制信号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出了一种基于红外热图像的火灾预警和早期消除系统，通过获取设备的红外热图像，利用先进的红外热图像分析技术，在线式全面感知设备的温度分布及温度变化情况预防火灾发生，降低了设备发生火灾的可能性；并可实现与定点灭火装置联动对设备进行早期火灾消除处理，提高了火灾处理的及时性以降低损失。其具有简单易行、控制精度高和误报率低的特点。
2、本发明将传统的设备着火时自动火灾消除方式转变为对一般设备进行在线检测及火灾预警，并在火灾出现时与定点灭火装置实现联动进行火灾消除的方式，因此可以将设备可能发生的火灾隐患消灭在火灾发生之前，且在火灾不可避免时进行火灾后处理，尽量保证设备防火工作的万无一失，从而提高了设备的工作可靠性。
3、本发明通过对设备的红外热像实时检测可及时发现设备工作时出现的故障，并使设备能及时得到维修，在防止火灾事故的同时降低设备的维修成本。
4、本发明相对于传统的固定点传感检测器，通过红外热像仪获取设备温度分布情况，扩大了检测的范围，可更准确和全面地掌握设备整体的工作和散热情况。
5、本发明通过红外成像技术及红外图像处理和模式识别技术来预测设备发生火灾事故的可能性，能有效地降低系统的误报率，提高了火灾预警的准确性。
6、本发明可通过红外热像仪获取红外热图像和可见光CCD获取的可见光图像，在检测到火灾即将发生时，采用双PTZ摄像机系统标定技术，可准确获取设备着火点的具体位置，与定点灭火装置实现联动，能够及时地对着火点进行火灾消除，降低因火灾发生不能及时制止而带来的损失。
7、本发明的红外热像仪内置可见光CCD，整个装置采用了云台控制，因此可同时检测多台设备，从而提高了系统的利用率，降低了监控设备的投资成本。
8、本发明可以把设备的长期热图像保存到图像数据库中，为今后对设备进行性能分析和故障排查留下历史数据。
附图说明
下面根据实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明提出的一种基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统的结构示意图。
图2为图1中一种图像分析控制器的功能模块图。
图3为图1中一种火灾报警及联动控制器的功能模块图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明提出的一种基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统的结构示意图。参照附图，本发明提出的一种基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统，包括：带云台的红外热像仪、图像分析控制器、火灾预警及联动控制器、火灾消除执行装置，其中，
红外热像仪，用于采集被监测设备的红外热图像，其与图像分析控制器的图像输入端相连；所述红外热像仪内置有可见光CCD，用于采集被监测设备的可见光图像；
图像分析控制器，用于对上述红外热图像进行分析并生成分析结果，其信号输出端一路连接火灾预警及联动控制器的信号输入端，另一路连接红外热像仪；
火灾报警及联动控制器，用于根据图像分析控制器的分析结果生成控制信号，其信号输出端一路与被监测设备的控制端连接，另一路与火灾消除执行装置连接。其中，所述火灾消除执行装置包括声光报警器、定点灭火装置。
本发明提出的基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统的工作原理如下：
带云台的红外热像仪采集被监测设备的红外热图像和可见光图像，通过与图像分析控制器的接口传输给图像分析控制器；图像分析控制器对获取的红外热图像进行分析，得到被监测设备表面的温度分布图，根据温度变化趋势的分析以判断是否存在火灾；如果判断不会发生火灾，则红外热像仪对被监测设备进行正常检测，否则生成火灾预警处理方案，传送给火灾报警及联动控制器；火灾报警及联动控制器一路输出传输报警信号给声光报警器进行预警，二路输出联动控制信号使设备停止运作，三路输出连接定点灭火装置，并传输被监测设备着火区域的物理空间坐标，定点灭火装置根据调整方位进行定点火灾消除处理。
需要说明的是，本发明可通过红外热像仪内置的可见光CCD获取被检测设备的可见光图像，在正常检测过程中可实时观测被检测设备所处的环境，便于设备的正常维护；在检测到设备发生火灾时，可通过设备的可见光图像辅助确认火灾现场的情况，并在设备发生火灾时可实时观测火灾消除的过程，提高火灾消除处理的准确性。
如图2所示，为本发明提出的一种图像分析控制器的功能模块图。参照附图，本发明提出的一种图像分析控制器，包括：图像预处理模块，图像分析模块，火灾处理模块、数据库管理模块和系统服务模块，其中，
图像预处理模块，用于对红外热像仪采集的红外热图像进行预处理。红外热像仪获取的红外热图像可能会出现噪声较大，对比度较低，视觉效果不好等现象，因此需要进行预处理操作；预处理主要包括红外图像的非均匀性校正、红外图像滤波去噪、红外图像增强、边缘提取和目标分割。
图像分析模块，用于对预处理后的红外热图像的温度数据进行分析，并与被监测设备正常工作的温度进行对比分析，以判断是否存在火灾；
火灾处理模块，当判断结果为是时，向火灾预警及联动控制器发出火灾报警信号和/或火灾消除控制信号；否则，向红外热像仪发出云台控制信号；
数据库管理模块，主要实现对整个系统的数据存取和控制。该模块的目标是实现一个设计合理、信息完整的故障图像及相关信息的数据库；该数据库从数据类别上分主要包含图像和辅助信息两个方面。包括标准图像管理子模块：图像及其相应辅助信息添加、删除、修改和查询；典型故障图像管理子模块：图像及其相应辅助信息添加、删除、修改和查询；日常采集图像与信息管理子模块：图像及其相应辅助信息删除、修改和查询；
系统服务模块，包括查询及报表子模块、系统管理及维护子模块以及业务系统接口子模块。查询及报表子模块实现用户对此系统过去一年内的故障和正常工作记录等查询，并生成报表；系统管理及维护子模块实现分布式系统的协调运行，采用软总线技术，提供位置透明的通信手段，隔离操作系统和硬件平台的相关性，保证系统的灵活扩充性；业务系统接口子模块提供了与其他业务相结合的接口，使系统具有良好的扩充性、兼容性。这个部分完成系统配套和拓展的功能。
在本发明的一种具体实施例中，上述所述图像分析模块包括：
目标场获取子模块，根据红外热图像的温度数据，将红外热图像分割成若干区域，并将超过被监测设备正常工作的温度所在的区域确定为目标场；
温度对比子模块，根据被监测设备周围环境温度计算目标场的温度，并计算目标场的温度与被监测设备正常工作温度之间的差值；
火灾判断子模块，统计预定时间内目标场温度与环境温度差值的变化曲线，并根据所述变化曲线的变化趋势、所述差值以及预设的温度阈值，以判断是否存在火灾。具体的判断过程如下：当所述变化曲线持续上升且差值大于第一温度阈值时，判断所述目标场存在火灾；当所述变化曲线持续上升且差值处在第一温度阈值和第二温度阈值之间时，判断所述目标场存在潜在火灾；当所述变化曲线趋于平稳且差值小于第二温度阈值时，判断目标场不存在火灾；其中，第一温度阈值不小于第二温度阈值。
该实施例中，采用被监测设备周围环境温度计算目标场的温度，并利用目标场温度与环境温度差值的变化曲线进行火灾判断，提高了火灾判断的准确性，从而提高火灾消除的控制精度。
在上述实施例的基础上，所述图像分析模块还包括坐标获取子模块，用于在判断目标场存在火灾或潜在火灾时，记录目标场所在位置的图像坐标；此时，该图像坐标通过火灾处理模块传输至火灾报警及联动控制器，以根据火灾位置的图像坐标进行定点火灾消除处理。
在具体应用过程中，为了实现对火灾消除处理过程的精确控制，还可以对火灾处理模块的功能进一步优化。
例如：在上述图像分析模块分析目标场存在火灾，火灾处理模块向火灾预警及联动控制器发出火灾报警信号和/或火灾消除控制信号；当发出火灾消除控制信号时，所述火灾处理模块向红外热像仪发出持续监测目标场的控制信号，以控制红外热像仪实时监测目标场的图像；火灾消除过程中，若判断目标场火灾已消除时，所述火灾处理模块发出火灾消除停止信号。
如图3所示，为本发明提出的一种火灾报警及联动控制器的功能模块示意图。参照附图，本发明提出的一种火灾报警及联动控制器，包括：
火灾消除联动控制子模块，用于在接收到图像分析控制器的目标场的火灾信号后，控制声光报警器进行报警，并控制定点灭火装置对目标场进行火灾消除处理；在接收到图像分析控制器的目标场的潜在火灾信号后，控制声光报警器进行报警；在对目标场火灾消除处理时，若接收到火灾消除停止信号，停止对目标场进行火灾消除；
设备控制子模块，用于在接收到图像分析控制器的目标场火灾信号后，对被监测设备发出停机控制信号；
PTZ控制子模块，用于对红外热图像中目标场所在位置的图像坐标进行处理；采用双PTZ摄像机系统标定技术，实现由红外热图像着火区域的图像坐标向实际物理空间坐标的转换，准确获取设备着火点的具体位置。
双PTZ摄像机系统标定技术主要包括包含两个步骤：单目PTZ摄像机标定；双目PTZ摄像机公共坐标系的建立，
单目PTZ摄像机标定：建立当PTZ参数固定时的摄像机模型(如针孔模型)，再考虑PTZ参数变化对模型标定的影响。
双目PTZ摄像机公共坐标系的建立：该坐标系主要是为立体校正(把相同经度的经线映射到校正平面的水平扫描线上)服务，可采用球面立体校正的方法。其主要思想就是先对每个PTZ镜头建立单位球面坐标系，然后将每一对图像对分别映射到各自球面坐标系中，最后对相应的球面区域进行校正。可选择经纬坐标系作为公共坐标系，采用多组图像对来估计坐标系参数，要求每组图像对的视场应尽可能接近，这样就可以用传统的RANSAC方法来估计对应的基础矩阵。
本发明提出了一种基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统，通过获取设备的红外热图像，利用先进的红外热图像分析技术，在线式全面感知设备的温度分布及温度变化情况预防火灾发生，降低了设备出现火灾的可能性；并可实现与定点灭火装置联动对设备着火区域进行火灾消除，提高了火灾处理的及时性以降低损失；其具有简单易行、控制精度高和误报率低的特点。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统，其特征在于，包括：带云台的红外热像仪、图像分析控制器、火灾预警及联动控制器、火灾消除执行装置，其中，
红外热像仪，用于采集被监测设备的红外热图像，其与图像分析控制器的图像输入端相连；
图像分析控制器，用于对上述红外热图像进行分析并生成分析结果，其信号输出端一路连接火灾预警及联动控制器的信号输入端，另一路连接红外热像仪；
火灾预警及联动控制器，用于根据图像分析控制器的分析结果生成控制信号，其信号输出端一路与被监测设备的控制端连接，另一路与火灾消除执行装置连接；
其中，所述图像分析控制器，包括：
图像预处理模块，用于对红外热像仪采集的红外热图像进行预处理；
图像分析模块，用于对预处理后的红外热图像的温度数据进行分析，并与被监测设备正常工作的温度进行对比分析，以判断是否存在火灾；
火灾处理模块：当判断结果为是时，向火灾预警及联动控制器发出火灾报警信号和/或火灾消除控制信号；否则，向红外热像仪发出云台控制信号；
所述图像分析模块包括：
目标场获取子模块，根据红外热图像的温度数据，将红外热图像分割成若干区域，并将超过被监测设备正常工作的温度所在的区域确定为目标场；
温度对比子模块，根据被监测设备周围环境温度计算目标场的温度，并计算目标场的温度与被监测设备正常工作温度之间的差值；
火灾判断子模块，统计预定时间内目标场温度与环境温度差值的变化曲线，当所述变化曲线持续上升且差值大于第一温度阈值时，判断所述目标场存在火灾；当所述变化曲线持续上升且差值处在第一温度阈值和第二温度阈值之间时，判断所述目标场存在潜在火灾；当所述变化曲线趋于平稳且差值小于第二温度阈值时，判断目标场不存在火灾；其中，第一温度阈值不小于第二温度阈值。
2.如权利要求1所述的基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统，其特征在于，所述红外热像仪内置有可见光CCD，用于采集被监测设备的可见光图像。
3.如权利要求1或2所述的基于红外热图像的火灾预警与早期消除系统，其特征在于，所述火灾消除执行装置包括声光报警器、定点灭火装置。
4.一种图像分析控制器，其特征在于，包括：
图像预处理模块，用于对红外热像仪采集的红外热图像进行预处理；
图像分析模块，用于对预处理后的红外热图像的温度数据进行分析，并与被监测设备正常工作的温度进行对比分析，以判断是否存在火灾；
火灾处理模块：当判断结果为是时，向火灾预警及联动控制器发出火灾报警信号和/或火灾消除控制信号；否则，向红外热像仪发出云台控制信号；
其中，所述图像分析模块包括：
目标场获取子模块，根据红外热图像的温度数据，将红外热图像分割成若干区域，并将超过被监测设备正常工作的温度所在的区域确定为目标场；
温度对比子模块，根据被监测设备周围环境温度计算目标场的温度，并计算目标场的温度与被监测设备正常工作温度之间的差值；
火灾判断子模块，统计预定时间内目标场温度与环境温度差值的变化曲线，当所述变化曲线持续上升且差值大于第一温度阈值时，判断所述目标场存在火灾；当所述变化曲线持续上升且差值处在第一温度阈值和第二温度阈值之间时，判断所述目标场存在潜在火灾；当所述变化曲线趋于平稳且差值小于第二温度阈值时，判断目标场不存在火灾；其中，第一温度阈值不小于第二温度阈值。
5.如权利要求4所述的图像分析控制器，其特征在于，所述图像分析模块还包括，坐标获取子模块，用于在判断目标场存在火灾或潜在火灾时，记录目标场所在位置的图像坐标；
所述火灾处理模块还用于，将上述图像坐标传输至火灾预警及联动控制器。
6.如权利要求5所述的图像分析控制器，其特征在于，所述火灾处理模块还用于，当发出火灾消除控制信号时，向红外热像仪发出持续监测目标场的控制信号；当判断目标场火灾已消除时，发出火灾消除停止信号。
7.如权利要求4所述的图像分析控制器，其特征在于，图像分析控制器还包括：
数据库管理模块，包括标准图像管理子模块、典型故障图像管理子模块、日常采集图像与信息管理子模块；
系统服务模块，包括查询及报表子模块、系统管理及维护子模块以及业务系统接口子模块。
8.一种火灾预警及联动控制器，其特征在于，包括：
PTZ控制子模块，用于对红外热图像中目标场所在位置的图像坐标进行处理，实现由红外热图像着火区域的图像坐标向实际物理空间坐标的转换，准确获取设备着火点的具体位置；
火灾消除联动控制子模块，用于在接收到图像分析控制器的目标场的火灾信号后，控制声光报警器进行报警，并控制定点灭火装置对目标场进行火灾消除处理；在接收到图像分析控制器的目标场的潜在火灾信号后，控制声光报警器进行报警；在对目标场火灾消除处理时，若接收到火灾消除停止信号，停止对目标场进行火灾消除；
设备控制子模块，用于在接收到图像分析控制器的目标场火灾信号后，对被监测设备发出停机控制信号；
其中，图像分析控制器的信号输出端一路连接火灾预警及联动控制器的信号输入端，另一路连接红外热像仪；所述图像分析控制器包括：图像预处理模块，图像分析模块，火灾处理模块、数据库管理模块和系统服务模块，所述图像分析模块包括：
目标场获取子模块，根据红外热图像的温度数据，将红外热图像分割成若干区域，并将超过被监测设备正常工作的温度所在的区域确定为目标场；
温度对比子模块，根据被监测设备周围环境温度计算目标场的温度，并计算目标场的温度与被监测设备正常工作温度之间的差值；
和火灾判断子模块，统计预定时间内目标场温度与环境温度差值的变化曲线，并根据所述变化曲线的变化趋势、所述差值以及预设的温度阈值，以判断是否存在火灾，并产生目标场的火灾信号。
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