CN102743832B - 一种消防机械灭火作业的控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防机械灭火作业的控制方法、装置及系统，用以提高消防机械的自动化控制的精度。消防机械包括：依次连接的本体，臂架装置，以及作业台，其中，作业台上安装了携带了图像采集装置的灭火装置、以及距离探测装置，该方法包括：对图像采集装置获取火场的图像进行图像处理，确定火场的中心相对图像采集装置的位置信息；通过距离探测装置获得作业台与火场之间的距离；并根据该位置信息以及距离，得到灭火装置与火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值；分别将高度差值以及角度偏差值与对应的阈值进行比较，根据比较结果控制执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，用以调整灭火装置的位置；发送灭火指令给灭火装置进行灭火作业。

Description

一种消防机械灭火作业的控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种消防机械灭火作业的控制方法、装置及系统。

背景技术

消防高喷车是一种带臂架系统的专用消防灭火设备。如图1所示，消防高喷车的车身1上分别安装了臂架系统2和操作台，该臂架系统2的末端安装了高压喷头3，以及摄像头5。当然，该消防高喷车还配备有终端控制装置7，这样，该消防高喷车作业时，摄像头5采集火场的图像并传给操作台4的显示屏6进行显示，这样，操作人员通过观察显示屏6上的图像，来控制臂架系统2进行展收运动使得高压喷头瞄准火点进行喷水。

由于这个控制过程是操作人员手动控制过程，因此，高压喷头很难精准的瞄准火点，控制精度不高。另外，火场涉及到爆炸、化学物泄露、强辐射等极度危险的环境时，由操作人员来控制灭火过程会使得操作人员的生命安全受到威胁。

发明内容

本发明提供一种消防机械灭火作业的控制方法、装置及系统，用以提高消防机械的自动化控制的精度。

本发明提供一种消防机械灭火作业的控制方法，该消防机械包括：本体，臂架装置，以及作业台，其中，所述臂架装置一端与所述本体连接，另一端与作业台连接，所述作业台上安装了携带了图像采集装置的灭火装置、以及距离探测装置，该方法包括：

通过所述图像采集装置获取火场的图像，并对所述图像进行图像处理，确定所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息；

根据通过所述距离探测装置获得的所述作业台与所述火场之间的距离，以及所述灭火装置与所述作业台之间的安装距离，得到所述灭火装置与所述火场间的距离信息；

根据所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息和所述灭火装置与所述火场间的距离信息，得到所述作业台与所述火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值；

分别将所述高度差值以及角度偏差值与对应的高度阈值以及角度阈值进行比较，根据比较结果控制对应的执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，用以调整灭火装置的位置，其中，所述执行机构包括：灭火装置、作业台和臂架装置，所述设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置；

发送灭火指令给所述灭火装置进行灭火作业。

本发明提供一种消防机械灭火作业的控制装置，所述消防机械还包括：本体，臂架装置，以及作业台，其中，所述臂架装置一端与所述本体连接，另一端与作业台连接，所述作业台上安装了携带了图像采集装置的灭火装置、以及距离探测装置，该控制装置包括：

图像处理设备，用于通过所述图像采集装置获取火场的图像，并对所述图像进行图像处理，确定所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息；

数据采集设备，用于根据通过所述距离探测装置获得的所述作业台与所述火场之间的距离，以及所述灭火装置与所述作业台之间的安装距离，得到所述灭火装置与所述火场间的距离信息；

确定设备，用于根据所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息和所述灭火装置与所述火场间的距离信息，得到所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值；

控制设备，用于分别将所述高度差值以及角度偏差值与对应的高度阈值以及角度阈值进行比较，根据比较结果控制对应的执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，用以调整灭火装置的位置，其中，所述执行机构包括：灭火装置、作业台和臂架装置，所述设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置；

发送设备，用于发送灭火指令给所述灭火装置进行灭火作业。

本发明提供一种消防机械中灭火作业的控制系统，包括：

图像采集装置，位于所述消防机械的作业台的灭火装置上，用于采集火场的图像，并发送给控制装置；

距离探测装置，位于所述消防机械的作业台上，用于探测所述作业台与所述火场之间的距离，并发送给控制装置；

控制装置，用于对接收的火场的图像进行图像处理，确定所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息，根据通过所述距离探测装置获得的所述灭火装置与所述火场的距离，以及所述灭火装置与所述作业台之间的安装距离，得到所述灭火装置与所述火场间的距离信息，根据所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息和所述灭火装置与所述火场间的距离信息，得到所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值，分别将所述高度差值以及角度偏差值与对应的高度阈值以及角度阈值进行比较，根据比较结果控制对应的执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，用以调整灭火装置的位置，并发送灭火指令给所述灭火装置进行灭火作业，其中，所述执行机构包括：灭火装置、作业台和臂架装置，所述设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置。

本发明提供一种消防机械，包括：上述的灭火作业的控制系统。

本发明中，可通过所述图像采集装置获取火场的图像，并对所述图像进行图像处理，确定所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息，并通过所述距离探测装置获得所述作业台与所述火场之间的距离，然后，根据所述中心的位置信息、距离，以及所述灭火装置与所述作业台之间的安装距离，得到所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值，并分别将所述高度差值以及角度偏差值与对应的阈值进行比较，根据比较结果控制对应的执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，其中，所述执行机构为灭火装置、作业台，和臂架装置，所述设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置；最后，发送灭火指令给所述灭火装置进行灭火作业。这样，可自动实现对灭火装置、作业台，或臂架装置运动的控制，提高了消防机械的自动化控制的精度。

附图说明

图1为现有技术中消防高喷车的结构示意图；

图2为本发明实施例中消防机械灭火作业控制的流程图；

图3为本发明实施例中控制执行机构进行展收运动的流程图；

图4为本发明具体实施例中消防高喷车的结构示意图；

图5为本发明具体实施例中灭火作业控制系统的框图；

图6为本发明具体实施例中消防高喷车灭火作业控制的流程图；

图7为本发明实施例中消防机械灭火作业控制装置的结构图；

图8为本发明实施例中消防机械灭火作业控制系统的架构图。

具体实施方式

本发明实施例中，消防机械可进行高空灭火作业，因此，该消防机械一般包括：本体，臂架装置，以及作业台，其中，臂架装置一端与本体连接，另一端与作业台连接的臂架装置，而作业台上安装了灭火装置。

具体地，臂架装置可通过转台与本体连接，这样，转台可带动整个臂架装置进行回转运动。而臂架装置一般由多节臂架组成，例如：三、四、或五节臂架组成。作业台与臂架装置之间也是活动连接，可绕臂架装置进行一定阈值范围内的左右转动。

本发明实施例中，为实现对消防机械灭火作业的自动控制，不仅在作业台上安装了灭火装置，并且还安装了图像采集装置和距离探测装置。其中，图像采集装置可安装在灭火装置的上方，灭火装置可在设定范围内进行上下变幅以及左右转动。而距离探测装置一般安装在作业台的外边缘，这样，距离探测装置探测到的与火场的距离即可为作业台与火场之间的距离。

可见，本发明实施例中，使得灭火装置喷头的方向和位置发生变化的机构包括：灭火装置、作业台，和臂架装置；因此，这些机构可确定为执行机构。执行机构包括：灭火装置、作业台，和臂架装置。执行机构可进行展收运动，展收运动包括：伸缩、变幅，或回转运动。当然，臂架装置还需安装对应的位置测量装置，用以获得臂架的位置信息。

消防机械上配置了上述装置后，可实现灭火作业的自动控制，参见图2，具体过程包括：

步骤201：通过图像采集装置获取火场的图像，并对图像进行图像处理，确定火场的中心相对图像采集装置的位置信息。

通过图像采集装置获取火场的图像后，获取该图像中像素点的灰度值，将灰度值大于第一阈值的像素点的图像坐标的横坐标，以及纵坐标分别求和取平均，获得火场的中心的横坐标和纵坐标。即火场的中心H（X₁,Y₁）。该H（X₁,Y₁）是图像坐标上的位置信息。

本发明实施例中，图像采集装置可为工业摄像头或者红外摄像头，当为红外摄像头时可直接应用到晚间作业中。

步骤202：通过距离探测装置获得作业台与火场之间的距离。

由于火场的中心的位置信息是相对于图像采集装置的位置信息，这里，还需直接通过距离探测装置获得作业台与火场之间的距离。一般，距离探测装置安装在作业台的外边缘，这样，距离探测装置探测到的与火场的距离即可为作业台与火场之间的距离，因此，距离探测装置检测到得距离中包括了作业台与火场间的垂直距离L。

距离探测装置可为超声波传感器，当然也可为其他的设备，例如：激光测距仪等。

步骤203：根据探测到的作业台与火场之间的距离，以及灭火装置与作业台之间的安装距离，得到灭火装置与火场间的距离信息。

这里，须得到灭火装置与火场间的距离信息。

由于安装了图像采集装置的灭火装置与作业台上的距离探测装置还存在一定的安装距离，因此，可根据探测的距离，以及消防机械生产完毕后已知的灭火装置与作业台之间的安装距离，得到灭火装置与火场间的距离信息。

一般，灭火装置与作业台上的距离探测装置还存在的垂直距离L’，因此，根据探测的作业台与火场间的垂直距离L，以及灭火装置与作业台之间的安装距离L’，可得到灭火装置与火场间的垂直距离。即距离信息中灭火装置与火场的垂直距离为Ls=L+L’。

步骤204：根据火场中心相对所述图像采集装置的位置信息和灭火装置与火场间的距离信息，得到灭火装置与火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值。

首先，须将图像坐标上的位置信息转换为实际坐标的位置信息，因为已经通过上述步骤确定灭火装置与火场之间的距离信息，从而，以距离信息中灭火装置与火场的垂直距离Ls为参考，将中心的位置信息转换为中心相对于图像采集装置的实际位置信息，并由于灭火装置与图像采集装置安装在一起，因此，可根据距离信息中灭火装置与火场的垂直距离，将中心的位置信息转换为中心相对于灭火装置的实际位置信息。具体地，将H（X₁,Y₁）转换为H’（X₂,Y₂）。此时，将实际位置信息中纵坐标的值Y₂确定为所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值H_y。

然后，根据实际位置信息中横坐标的值X₂以及距离信息中灭火装置与火场的垂直距离L_s，确定灭火装置与火场的中心之间的角度偏差值θ。即θ=arctg(X₂/L_s)。

步骤205：分别将高度差值以及角度偏差值与对应的高度阈值以及角度阈值进行比较，并根据比较结果控制执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，用以调整灭火装置的位置。

本发明实施例中，可根据灭火装置与火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值控制执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，该设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置，最终使得灭火装置与火场的中心点间的角度和距离达到最优的关系。

步骤206：发送灭火指令给灭火装置进行灭火作业。

上述步骤中已对灭火装置、作业台，或臂架装置的展收运动进行了控制，从而调整了灭火装置的位置，已经使得消防机械中的灭火装置瞄准火场中心点了，因此，可发送灭火指令给灭火装置进行灭火作业。

本发明实施例中灭火装置可有多种灭火模式，例如：直喷模式或开花模式。因此，这里可根据火场的实际面积来确定该灭火装置的具体工作模式。

具体地，可根据保存的灭火装置与火场之间的距离信息，图像中像素点面积，以及实际物体面积之间的对应关系，确定通过图像采集装置获取的图像中与火场对应的每个像素点对应的第一实际面积，若所有的像素点对应的第一实际面积之和小于或等于设置阈值时，向灭火装置发送第一指令，指示灭火装置以直喷模式进行灭火作业；否向灭火装置发送第二指令，指示灭火装置以开花模式进行灭火作业。

可见，通过上述的灭火作业的控制，可自动控制消防机械中各执行机构，使其能够根据灭火装置与火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值按设定的先后顺序进行展收运动，该设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置，最终使得灭火装置与火场的中心点间的角度和距离达到最优的关系。提高了消防机械的工作效率。并且，自动控制灭火系统实现无人操作，大大提高了消防机械的自动化控制的精度，同时保证了在极度危险的环境下，操作人员的生命安全。

上述实施例的步骤205中，可分别将高度差值以及角度偏差值与对应的高度阈值以及角度阈值进行比较，并根据比较结果控制执行机构按设定的先后顺序进行展收运动。具体可先将高度差值与高度阈值进行比较，根据比较结构控制执行机构进行展收运动，然后，将角度偏差值与角度阈值进行比较，根据比较结构控制执行机构进行展收运动。或，先将角度偏差值与角度阈值进行比较，根据比较结构控制执行机构进行展收运动，然后，将高度差值与高度阈值进行比较，根据比较结构控制执行机构进行展收运动。

参见图3，根据比较结果控制执行机构按设定的先后顺序进行展收运动的过程包括：

步骤301：将得到的高度差值与高度阈值进行比较，当高度差值小于或等于高度阈值时，执行步骤302，否则，执行步骤303。

由于灭火装置可以在设定范围内上下变幅，其上下变幅的角度阈值为|A°|。并且，上述步骤中已获得了灭火装置与火场的垂直距离L_s，这里，可根据灭火装置与火场的垂直距离L_s以及灭火装置设定的变幅阈值|A°|来确定高度阈值，即高度阈值=(tg|A°|*L_s)。

这样，判断高度差值H_y是否小于或等于高度阈值(tg|A°|*L_s)，若是，则执行步骤302，否则，执行步骤303。

步骤302：控制灭火装置进行变幅运动，变幅运动后转入步骤304。

由于高度差值可通过灭火装置的上下变幅运动来调整，因此，控制灭火装置进行变幅运动，其中，变幅量可由高度差值H_y，以及灭火装置与火场的垂直距离Ls来确定，具体地变幅量α=arctg(H_y/L_s)。

步骤303：控制臂架装置进行展收运动，展收运动后转入步骤304。

本发明实施例中，臂架装置是一个包括多节臂架，例如：臂架装置包括2节臂架，即臂架1和飞臂，其中，飞臂与作业台连接，每节臂架都可进行变幅运动或伸缩运动。或者，臂架装置包括4节臂架，即臂架1、臂架2、臂架3和飞臂，其中，飞臂与作业台连接，臂架2、臂架3和飞臂都可进行变幅运动或伸缩运动，而臂架1只能进行伸缩运动。其他的臂架装置就不再一一列举了。

本发明实施例中对于臂架装置进行展收运动的控制，可依据与作业台连接的顺序，依次进行控制，可先将与作业台连接的飞臂作为当前臂架进行控制，然后将与飞臂连接的第一臂架作为当前臂架进行控制，依据臂架装置设定的运动顺序，逐次进行控制，直至控制最后一节臂架的展收运动。具体过程包括：将臂架装置中与作业台连接的臂架作为当前臂架；通过与当前臂架对应的位置测量装置获取当前臂架的位置信息，并获得当前臂架的高度变化余量，若高度差值小于高度变化余量时，控制当前臂架进行展收运动，否则，将与当前臂架连接的下一节臂架作为当前臂架进行展收运动控制。

本发明实施例中，每节臂架都安装有对应的位置测量装置，该测量装置可以包括：角度传感器和/或长度传感器，这样，可以通过位置测量装置获取到每节臂架的位置信息，包括：当前长度和/或当前变幅角度。而消防机械设计生产后，每节臂架的最大长度以及最大变幅角度都是已知的，因此，根据当前臂架的位置信息中的当前长度和/或当前变幅角度，即可知道当前臂架的可伸缩余量和/可变幅余量，从而可计算出当前臂架的高度变化余量。这样，展收运动中的伸缩量和/或变幅角度量由当前臂架的位置信息中的当前长度和当前变幅角度，以及当前臂架可伸缩余量、可变幅余量确定。

若高度差值大于或等于高度变化余量时，则表明当前臂架的展收运动已经不能使得灭火装置瞄准火场中心点了，需将与前臂架连接的下一节臂架作为当前臂架进行展收运动控制，即把下一节臂架作为当前臂架进行上述到的展收运动控制。若所有的臂架的展收运动都不能使得灭火装置瞄准火场中心点了，则表明该消防机械已经不能应用于该火场灭火作业了需更换消防装置。

步骤304：将灭火装置与火场之间的角度偏差值与灭火装置左右运动的角度阈值进行比较，若角度偏差值小于或等于灭火装置左右运动的角度阈值时，执行步骤305，否则，执行步骤306。

由于灭火装置可以在设定范围内左右转动，左右转动角度为|B°|，因此当角度偏差值|θ°|<=|B°|时，可对灭火装置的左右转动进行控制，执行步骤305，否则，需对作业台的转动进行控制，执行步骤306。

步骤305：控制灭火装置进行左右运动。

这里，灭火装置进行左右运动的角度即为θ°，即控制灭火装置根据角度偏差值进行左右运动。

步骤306：控制作业台进行转动。

本发明实施例中，可直接将作业台根据角度偏差值θ°进行左右运动，或者，由于作业台也有左右运动的角度阈值|C°|，此时，将角度偏差值θ°与作业台左右运动的角度阈值|C°|进行比较，若|θ°|<=|C°|时，控制作业台进行左右运动，运动的角度值为角度偏差值；否则，控制连接臂架装置与本体的转台进行回转运动。这样，转台的转动可通过臂架装置带动作业台的转动。由于转台可进行360°的转动，因此，其转动的角度值可为角度偏差值。

上述实施例中，在根据比较结果控制执行机构按设定的先后顺序进行展收运动的过程中，先将高度差值与高度阈值进行比较，然后，将角度偏差值与角度阈值进行比较，但是，本发明实施例不限于此，上述过程中，可先执行步骤304-306，然后执行步骤301-303，具体过程就不再累述了。

下面结合说明书附图进一步描述消防机械灭火作业的控制过程。

本实施例中，消防机械如图4所示为高空消防车，包括：车体，臂架装置，作业台。其中，臂架装置包括三节臂架，分别为一号臂架1、二号臂架2、以及飞臂3，其中，一号臂架1与车体0通过转台连接，只能进行伸缩运动，二号臂架2、以及飞臂3都可进行伸缩运动以及变幅运动。作业台4与飞臂3铰接，可在角度|C°|内左右摆动转动，即工作左右运动的角度阈值为|C°|。作业台4下底面的端面上安装了距离探测装置7，这里为超声波传感器7，在该作业台4上安装了灭火装置5，这里为高压水炮5，高压水炮5的炮头可以在小范围角度内上下变幅、左右转动，上下变幅角度为|A°|，左右转动角度为|B°|。并高压水炮5可以采用直喷和开花两种模式进行喷水灭火作业。图像采集装置6，这里为红外摄像头6，安装在高压水炮5的顶部，跟随水炮运动，保证摄像角度与高压水炮喷射角度相同。当然，与每节臂架对应还有位置测量装置，用以获取对应臂架的位置信息。位置测量装置可具体为长度传感器以及角度传感器。

本实施例中消防机械灭火作业的控制可具体由PLC控制，其系统的结构框图如图5所示，PLC分别从与其连接的超声波传感器、红外摄像头、长度传感器以及角度传感器获取到对应的信息，对获取的信息进行处理后，分别控制与其连接的高压水炮、臂架装置，以及作业台。

参见图6，PLC对灭火作业的控制过程包括：

步骤601：从红外摄像头获取火场的图像，并对图像进行图像处理，确定火场的中心相对图像采集装置的位置信息。

将红外摄像投传送回来的图像数据通过公式1转化为一维的灰度值存储于数组image[a][b]中，其中，a是每一行的像素个数，b是每一列的像素个数。

公式1：0.6*R+0.3*G+0.1*B=image[i][j]

若image[i][j]>=A，则将image[i][j]赋值为1，否则赋值为0。最终在坐标系[x,y]上得到一副由0和1组成的图像。将图像坐标上所有为1的点的横坐标x求和取平均，再将其纵坐标y求和取平均，得到点H（X₁,Y₁）。H这个点就是火场的中心。即火场的中心相对图像采集装置的位置信息包括H（X₁,Y₁）。该H（X₁,Y₁）为图像坐标上的位置信息。

步骤602：通过超声波传感器获得作业台与火场之间的距离。

这里，可直接利用超声波传感器获得作业台与火场之间的垂直距离为L。

步骤603：根据中心的位置信息和获得的距离，以及高压水炮与超声波传感器之间的安装距离，得到高压水炮与火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值。

由于红外摄像的摄像角度与高压水炮喷射角度相同，将H（X₁,Y₁）转换为实际位置信息H’（X₂,Y₂），并将实际位置信息中纵坐标的值Y₂确定为高压水炮与火场的中心之间的高度差值H_y，然后，根据实际位置信息中横坐标的值X₂以及高压水炮与火场的垂直距离L_S，通过公式2:θ=arctg(X₂/L_S)，确定高压水炮与火场的中心之间的角度偏差值θ，其中，高压水炮与火场的垂直距离L_S为获得的作业台与火场之间的垂直距离为L与高压水炮与超声波传感器之间的安装距离L’的和值。

步骤604：高度差值H_y<=高度阈值，若是，执行步骤605，否则，执行步骤606。

高压水炮的上下变幅的角度阈值为|A°|，作业台与火场的垂直距离L，高压水炮与超声波传感器的垂直距离L’，因此，高压水炮与火场的垂直距离为L_s=L+L’，因此，高度阈值=(tg|A°|*L_s)。

步骤605：控制高压水炮变幅进行变幅运动，变幅运动后转入步骤512。

这里，变幅角度可由高度差值H_y，以及灭火装置与火场的垂直距离L_s来确定，具体地变幅量α=arctg(H_y/L_s)。

步骤606：高度差值H_y是否<=△H_f，其中，△H_f是飞臂高度变化余量，若是，执行步骤607，否则执行步骤608。

本实施例中，可通过长度传感器获得对应臂架的当前长度L_X，其中，小标X可以为f、1或2，这样，L_f代表飞臂当前长度，L₂代表二号臂架当前长度，L₁代表一号臂架当前长度，并且，通过角度传感器获得对应臂架的当前变幅角度φ，由于1号臂只能进行伸缩运动，其变幅角度固定为85°。

这样，可通过公式（3）△H_X ²=L_X ²+(L_X+△L_X)²-2L_X*(L_X+△L_X)*COS(△φ)，获得飞臂高度变化余量，其中，△L_X是各个臂架可伸缩余量，可通过已知的伸缩阈值与当前长度获得,△φ是臂架可变幅余量，可通过已知的变幅阈值与当前变幅角度获得，这里，X为f。

步骤607：控制飞臂进行变幅运动以及伸缩运动，运动后转入步骤512。

具体可通过公式4以及公式5获得所需完成高压水炮的高度变化H_y时，臂架所必须完成的伸缩量△L_X’以及臂架变幅角度△φ’。

公式4：H_y ²=L_X ²+(L_X+△L_X’)²-2L_X*(L_X+△L_X’)*COS△φ’

公式5:(L_X*sinφ+H_y)/(L_X*cosφ)=tg(φ+△φ’)

其中，△L_X是各个臂架可伸缩余量,△φ是臂架可变幅余量，L_X是各个臂架的当前长度，,φ是臂架当前与水平面夹角。同样，这里X为f。

步骤608：高度差值H_y是否<=△H₂，其中，△H₂是二号臂架的高度变化余量，若是，执行步骤609，否则执行步骤510。

同样通过公式（3）△H_X ²=L_X ²+(L_X+△L_X)²-2L_X*(L_X+△L_X)*COS(△φ)，获得二号臂架的高度变化余量△H ₂，其中，X为2。

步骤609：控制二号臂架进行变幅运动以及伸缩运动，运动后转入步骤512。

同样通过公式（4）和公式（5）获得臂架所必须完成的伸缩量△L_X’以及臂架变幅角度△φ’。其中，X为2。

步骤610：高度差值H_y是否<=△H₁，其中，△H₁是一号臂架的高度变化余量，若是，执行步骤611，否则流程结束。

这里，由于一号臂只能进行伸缩运动，其变幅角度固定为85°。因此，通过公式6来获得△H₁。

公式6：△H₁=△L₁*sin85°

其中，△L₁是一号臂架可伸缩余量。

当H_y>△H₁时，表明该臂架装置已不能调整到合适位置使得高压水炮能瞄准火场的中心，因此，该高空消防车已不能应用于该火场的作业了。

步骤611：控制一号臂架进行伸缩运动，运动后转入步骤612。

一号臂架进行伸缩运动的伸缩量同样由公式4和公式5确定，其中，X为1.

步骤612：高压水炮与火场之间的角度偏差值|θ°|是否<=|B°|，若是，执行步骤613，否则，执行步骤614。

高压水炮与火场之间的角度偏差值|θ°|<=|B°|，表明可直接调整高压火炮的左右转动值就可补偿该角度偏差值，因此，执行步骤613，否则，执行步骤614

步骤613：控制灭火装置进行左右运动，即左右转动θ°，运动后进入步骤617。

步骤614：角度偏差值θ°是否<=|C°|，若是，执行步骤615，否则，执行步骤616。

若|θ°|<=|C°|，表明该偏差值没有超出作业台的左右转动阈值，可以对作业台的左右转动进行控制，否则，只能控制连接臂架装置与车体的转台了。

步骤615：控制作业台转动，转动的角度为θ°，转动后转入步骤617。

步骤616：控制连接臂架装置与车体的转台，转动的角度为θ°，转动后转入步骤617。

步骤617：发送灭火指令给高压水炮进行灭火作业。

本实施例中高压水炮的工作模式包括：直喷模式或开花模式。因此，这里可根据火场的实际面积来确定该灭火装置的具体工作模式。

具体地，可根据保存的灭火装置与火场之间距离信息、图像中像素点面积，以及实际物体面积之间的对应关系，确定通过图像采集装置获取的图像中与火场对应的每个像素点对应的第一实际面积，若所有的像素点对应的第一实际面积之和小于或等于设定阈值时，向灭火装置发送第一指令，指示灭火装置以直喷模式进行灭火作业；否则，向灭火装置发送第二指令，指示灭火装置以开花模式进行灭火作业。

由此可见，本实施例中对执行机构进行了分层控制，其中，高压水炮的转动优先于作业台运动和臂架装置的展收运动，而在臂架装置的展收运动中，飞臂的展收运动优先级最高，其次是二号臂架的展收运动，最后才是一号臂架的展收运动。这样双层次的控制运动优先级方式，可实现高效、节能的灭火作业。

上述实施例中，灭火装置、作业台，以及臂架装置分别为一种执行机构，在灭火作业中带动灭火装置的炮头的方向和位置发生改变，但是本发明实施例不限于此，对于只包括灭火装置以及臂架装置的消防机械也可应用上述方法进行灭火作业控制，或者，对于还包括其他执行机构的消防机械也可应用上述方法进行灭火作业控制，不再一一累述了。

根据上述的消防机械灭火作业的控制过程，可构建一种消防机械灭火作业的控制装置，该消防机械还包括：本体，臂架装置，以及作业台，其中，所述臂架装置一端与所述本体连接，另一端与作业台连接，所述作业台上安装了图像采集装置、灭火装置以及距离探测装置，该控制装置如图7所示，包括：图像处理设备710、数据采集设备720、确定设备730、控制设备740，以及发送设备750。其中，

图像处理设备710，用于通过所述图像采集装置获取火场的图像，并对所述图像进行图像处理，确定所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息。

数据采集设备720，用于根据通过所述距离探测装置获得的所述作业台与所述火场之间的距离，以及所述灭火装置与所述作业台之间的安装距离，得到所述灭火装置与所述火场间的距离信息。

确定设备730，用于根据所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息和所述灭火装置与所述火场间的距离信息，得到所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值值。

控制设备740，用于分别将所述高度差值以及角度偏差值与对应的高度阈值以及角度阈值进行比较，根据比较结果控制对应的执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，用以调整灭火装置的位置，其中，所述执行机构包括：灭火装置、作业台和臂架装置，所述设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置。

发送设备750，用于发送灭火指令给所述灭火装置进行灭火作业。

该控制装置中，图像处理设备710，具体用于获取所述图像中像素点的灰度值，将灰度值大于第一阈值的像素点的图像坐标的横坐标，以及纵坐标分别求和取平均，获得所述火场的中心的横坐标和纵坐标。

确定设备730，具体用于根据所述距离信息中所述灭火装置与所述火场的垂直距离，将所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息转换为所述火场的中心相对于所述灭火装置的实际位置信息，并将所述实际位置信息中纵坐标的值确定为所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值；根据所述实际位置信息中横坐标的值，以及所述所述灭火装置与火场的垂直距离，确定所述灭火装置与所述火场的中心之间的角度偏差值。

控制设备740，具体用于若所述高度差值小于或等于高度阈值时，控制所述灭火装置进行变幅运动，否则，控制所述臂架装置进行展收运动，其中，所述高度阈值由所述灭火装置与火场的垂直距离，以及所述灭火装置设定的变幅阈值确定；若所述角度偏差值小于或等于灭火装置左右运动的角度阈值时，控制所述灭火装置进行左右运动，否则，控制作业台进行转动。

在对执行机构的具体控制中，控制设备740，具体用于根据所述高度差值，以及所述灭火装置与火场的垂直距离，确定所述灭火装置的变幅量，控制所述灭火装置根据所述变幅量进行变幅运动。以及，

控制设备740，具体用于将所述臂架装置中与所述作业台连接的臂架作为当前臂架，通过与所述当前臂架对应的位置测量装置获取所述当前臂架的位置信息，并获得当前臂架的高度变化余量，若所述高度差值小于所述高度变化余量时，控制所述当前臂架进行展收运动，其中，所述展收运动中的伸缩量和/或变幅角度量由所述当前臂架的位置信息中的当前长度和当前变幅角度，以及当前臂架可伸缩余量、可变幅余量确定；否则，将与所述当前臂架连接的下一节臂架作为当前臂架进行展收运动控制。以及，

控制设备740，具体用于控制所述灭火装置根据所述角度偏差值进行左右运动。以及，

控制设备740，具体若所述角度偏差值小于所述作业台左右运动的角度阈值时，控制所述作业台进行左右运动，运动的角度值为所述角度偏差值；否则，控制连接臂架装置与所述本体的转台进行回转运动。

该控制装置中，发送设备750，具体用于根据保存的所述灭火装置与所述火场之间距离信息、图像中像素点面积，以及实际物体面积之间的对应关系，确定通过所述图像采集装置获取的图像中与火场对应的每个像素点对应的第一实际面积；若所有的像素点对应的第一实际面积之和小于或等于设定阈值时，向所述灭火装置发送第一指令，指示所述灭火装置以直喷模式进行灭火作业；否则，向灭火装置发送第二指令，指示所述灭火装置以开花模式进行灭火作业。

本发明实施例中控制装置可应用到工业控制设备中，例如PLC中。

本发明实施例中，控制装置可根据得到的灭火装置与火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值控制执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，该设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置，最终使得灭火装置与火场的中心点间的角度和距离达到最优的关系，这样，提高了消防机械的工作效率以及自动化控制的精度。

本发明实施例中的消防机械灭火作业的控制系统，如图8所示，该控制系统包括：图像采集装置100、距离探测装置200、控制装置300、以及执行机构400。

图像采集装置100，位于所述消防机械的作业台上，用于采集火场的图像，并发送给控制装置；

距离探测装置200，位于所述消防机械的作业台上，用于探测所述作业台与所述火场之间的距离信息，并发送给控制装置；

控制装置300，用于对接收的火场的图像进行图像处理，确定所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息，根据通过所述距离探测装置获得的所述灭火装置与所述火场的距离，以及所述灭火装置与所述作业台之间的安装距离，得到所述灭火装置与所述火场间的距离信息，根据所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息和所述灭火装置与所述火场间的距离信息，得到所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值，分别将所述高度差值以及角度偏差值与对应的高度阈值以及角度阈值进行比较，根据比较结果对执行机构进行控制，用以调整灭火装置的位置。

执行机构400，用于在所述控制装置的控制下，按设定的先后顺进行展收运动，用以调整灭火装置的位置，并发送灭火指令给所述灭火装置进行灭火作业，其中，所述执行机构400包括：灭火装置、作业台，和臂架装置，所述设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置。

该控制装置300可具体为图7所示的控制装置、

该系统还包括与所述臂架装置中每节臂架对应的位置测量装置；

这样，所述位置测量装置获取当前臂架的位置信息，并发送给控制装置；

所述控制装置，具体用于将所述臂架装置中与所述作业台连接的臂架作为当前臂架，根据所述当前臂架的位置信息，并获得当前臂架的高度变化余量，若所述高度差值小于所述高度变化余量时，控制所述当前臂架进行展收运动，其中，所述展收运动中的伸缩量和/或变幅角度量由所述当前臂架的位置信息中的当前长度和当前变幅角度，以及当前臂架可伸缩余量、可变幅余量确定；否则，将与所述当前臂架连接的下一节臂架作为当前臂架进行展收运动控制。

本发明实施例中，消防机械灭火作业的控制系统可根据得到的灭火装置与火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值控制执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，该设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置，最终使得灭火装置与火场的中心点间的角度和距离达到最优的关系，这样，自动控制灭火系统实现无人操作，大大提高了消防机械的自动化控制的精度，同时保证了在极度危险的环境下，操作人员的生命安全。

本发明实施例中的消防机械，例如：高空消防车，带消防功能的高空作业车，这些消防机械中包括上述的灭火作业的控制系统。

本发明实施例中，可自动控制消防机械中各执行机构，使其能够根据灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值按设定的先后顺序进行展收运动，该设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置，最终使得灭火装置与火场的中心点间的角度和距离达到最优的关系。提高了消防机械的工作效率。并且，自动控制灭火系统实现无人操作，大大提高了消防机械的自动化控制的精度，同时保证了在极度危险的环境下，操作人员的生命安全。

并且，本发明实施例中采用双层次的控制运动优先级方式，可实现高效、节能的灭火作业。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种消防机械灭火作业的控制方法，其特征在于，所述消防机械包括：本体，臂架装置，以及作业台，其中，所述臂架装置一端与所述本体连接，另一端与作业台连接，所述作业台上安装了携带了图像采集装置的灭火装置、以及距离探测装置，该方法包括：

通过所述图像采集装置获取火场的图像，并对所述图像进行图像处理，确定所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息；

根据通过所述距离探测装置获得的所述作业台与所述火场的距离，以及所述灭火装置与所述作业台之间的安装距离，得到所述灭火装置与所述火场间的距离信息；

根据所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息和所述灭火装置与所述火场间的距离信息，得到所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值；

分别将所述高度差值以及角度偏差值与对应的高度阈值以及角度阈值进行比较，根据比较结果控制执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，用以调整灭火装置的位置，其中，所述执行机构包括：灭火装置、作业台和臂架装置，所述设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置；

发送灭火指令给所述灭火装置进行灭火作业，其中：所述分别将所述高度差值以及角度偏差值与对应的高度阈值以及角度阈值进行比较，根据比较结果控制执行机构按设定的先后顺序进行展收运动包括：

若所述高度差值小于或等于高度阈值时，控制所述灭火装置进行变幅运动，否则，控制所述臂架装置进行展收运动，其中，所述高度阈值由所述灭火装置与火场的垂直距离，以及所述灭火装置设定的变幅阈值确定；

若所述角度偏差值小于或等于灭火装置左右运动的角度阈值时，控制所述灭火装置进行左右运动，否则，控制作业台进行转动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息包括：

获取所述图像中像素点的灰度值；

将灰度值大于第一阈值的像素点的图像坐标的横坐标，以及纵坐标分别求和取平均，获得所述火场的中心的横坐标和纵坐标。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息和所述灭火装置与所述火场间的距离信息，得到所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值包括：

根据所述距离信息中所述灭火装置与所述火场的垂直距离，将所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息转换为所述火场的中心相对于所述灭火装置的实际位置信息，并将所述实际位置信息中纵坐标的值确定为所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值；

根据所述实际位置信息中横坐标的值，以及所述灭火装置与火场的垂直距离，确定所述灭火装置与所述火场的中心之间的角度偏差值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述灭火装置进行变幅运动包括：

根据所述高度差值，以及所述灭火装置与火场的垂直距离，确定所述灭火装置的变幅量；

控制所述灭火装置根据所述变幅量进行变幅运动。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述臂架装置进行展收运动包括：

将所述臂架装置中与所述作业台连接的臂架作为当前臂架；

通过与所述当前臂架对应的位置测量装置获取所述当前臂架的位置信息，并获得当前臂架的高度变化余量，若所述高度差值小于所述高度变化余量时，控制所述当前臂架进行展收运动；

否则，将与所述当前臂架连接的下一节臂架作为当前臂架进行展收运动控制。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述灭火装置进行左右运动包括：

控制所述灭火装置根据所述角度偏差值进行左右运动。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制作业台进行转动包括：

若所述角度偏差值小于或等于所述作业台左右运动的角度阈值时，控制所述作业台进行左右运动，运动的角度值为所述角度偏差值；

否则，控制连接臂架装置与所述本体的转台进行回转运动。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送灭火指令给所述灭火装置进行灭火作业包括：

根据保存的所述灭火装置与所述火场之间的距离信息、图像中像素点面积，以及实际物体面积之间的对应关系，确定通过所述图像采集装置获取的图像中与火场对应的每个像素点对应的第一实际面积；

若所有的像素点对应的第一实际面积之和小于或等于设定阈值时，向所述灭火装置发送第一指令，指示所述灭火装置以直喷模式进行灭火作业；

否则，向灭火装置发送第二指令，指示所述灭火装置以开花模式进行灭火作业。

9.一种消防机械灭火作业的控制装置，其特征在于，所述消防机械还包括：本体，臂架装置，以及作业台，其中，所述臂架装置一端与所述本体连接，另一端与作业台连接，所述作业台上安装了携带了图像采集装置的灭火装置、以及距离探测装置，该控制装置包括：

图像处理设备，用于通过所述图像采集装置获取火场的图像，并对所述图像进行图像处理，确定所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息；

数据采集设备，用于根据通过所述距离探测装置获得的所述作业台与所述火场之间的距离，以及所述灭火装置与所述作业台之间的安装距离，得到所述灭火装置与所述火场间的距离信息；

确定设备，用于根据所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息和所述灭火装置与所述火场间的距离信息，得到所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值；

控制设备，用于分别将所述高度差值以及角度偏差值与对应的高度阈值以及角度阈值进行比较，根据比较结果控制对应的执行机构按设定的先后顺序进行展收运动，用以调整灭火装置的位置，其中，所述执行机构包括：灭火装置、作业台和臂架装置，所述设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置；

发送设备，用于发送灭火指令给所述灭火装置进行灭火作业，其中：所述控制设备，具体用于若所述高度差值小于或等于高度阈值时，控制所述灭火装置进行变幅运动，否则，控制所述臂架装置进行展收运动，其中，所述高度阈值由所述灭火装置与火场的垂直距离，以及所述灭火装置设定的变幅阈值确定；若所述角度偏差值小于或等于灭火装置左右运动的角度阈值时，控制所述灭火装置进行左右运动，否则，控制作业台进行转动。

10.如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，

所述控制设备，具体用于根据所述高度差值，以及所述灭火装置与火场的垂直距离，确定所述灭火装置的变幅量，控制所述灭火装置根据所述变幅量进行变幅运动。

11.如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，

所述控制设备，具体用于将所述臂架装置中与所述作业台连接的臂架作为当前臂架，通过与所述当前臂架对应的位置测量装置获取所述当前臂架的位置信息，并获得当前臂架的高度变化余量，若所述高度差值小于所述高度变化余量时，控制所述当前臂架进行展收运动；否则，将与所述当前臂架连接的下一节臂架作为当前臂架进行展收运动控制。

12.如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，

所述控制设备，具体用于控制所述灭火装置根据所述角度偏差值进行左右运动。

13.如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，

所述控制设备，具体若所述角度偏差值小于所述作业台左右运动的角度阈值时，控制所述作业台进行左右运动，运动的角度值为所述角度偏差值；否则，控制连接臂架装置与所述本体的转台进行回转运动。

14.如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，

所述发送设备，具体用于根据保存的所述灭火装置与所述火场之间距离信息、图像中像素点面积，以及实际物体面积之间的对应关系，确定通过所述图像采集装置获取的图像中与火场对应的每个像素点对应的第一实际面积；若所有的像素点对应的第一实际面积之和小于或等于设定阈值时，向所述灭火装置发送第一指令，指示所述灭火装置以直喷模式进行灭火作业；否则，向灭火装置发送第二指令，指示所述灭火装置以开花模式进行灭火作业。

15.一种消防机械灭火作业的控制系统，其特征在于，该控制系统包括：

图像采集装置，位于所述消防机械的作业台的灭火装置上，用于采集火场的图像，并发送给控制装置；

距离探测装置，位于所述消防机械的作业台上，用于探测所述作业台与所述火场之间的距离，并发送给控制装置；

控制装置，用于对接收的火场的图像进行图像处理，确定所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息，根据通过所述距离探测装置获得的所述灭火装置与所述火场的距离，以及所述灭火装置与所述作业台之间的安装距离，得到所述灭火装置与所述火场间的距离信息，根据所述火场的中心相对所述图像采集装置的位置信息和所述灭火装置与所述火场间的距离信息，得到所述灭火装置与所述火场的中心之间的高度差值以及角度偏差值，分别将所述高度差值以及角度偏差值与对应的高度阈值以及角度阈值进行比较，根据比较结果对执行机构进行控制，用以调整灭火装置的位置；

执行机构，用于在所述控制装置的控制下，按设定的先后顺序进行展收运动，并发送灭火指令给所述灭火装置进行灭火作业，其中，所述执行机构包括：灭火装置、作业台和臂架装置，所述设定的先后顺序为：灭火装置、作业台、臂架装置；其中：所述控制装置，具体用于若所述高度差值小于或等于高度阈值时，控制所述灭火装置进行变幅运动，否则，控制所述臂架装置进行展收运动，其中，所述高度阈值由所述灭火装置与火场的垂直距离，以及所述灭火装置设定的变幅阈值确定；若所述角度偏差值小于或等于灭火装置左右运动的角度阈值时，控制所述灭火装置进行左右运动，否则，控制作业台进行转动。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，

所述控制装置为如权利要求10，12-14任一权利要求所述的控制装置。

17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括与所述臂架装置中每节臂架对应的位置测量装置；

所述位置测量装置获取当前臂架的位置信息，并发送给控制装置；

所述控制装置，具体用于将所述臂架装置中与所述作业台连接的臂架作为当前臂架，根据所述当前臂架的位置信息，并获得当前臂架的高度变化余量，若所述高度差值小于所述高度变化余量时，控制所述当前臂架进行展收运动；否则，将与所述当前臂架连接的下一节臂架作为当前臂架进行展收运动控制。

18.一种消防机械，其特征在于，包括如权利要求15-17任一权利要求所述的灭火作业的控制系统。