CN103871192A - 一种高效的智能防火预警系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效的智能防火预警系统，包括前端云台、无线通讯系统、控制中心三大部分，超远距离变焦镜头在林区实时扫描，并通过无线通讯系统将视频信号传给控制中心，由控制中心对接收到的信号进行数字图像处理，数字图像处理可以检查出烟雾的特征，有烟雾特征即发生火情，当没有发现火情时，继续进行林区实时扫描，当发现火情时，控制中心向指定前端云台发出操作信号，利用激光测距仪测出火点与前端云台的距离，同时将前端云台回转数据及距离传给控制中心，前端云台的坐标已知，经过计算处理，在电子地图上显示出火点坐标，发出火灾警报。本发明能够精确定位火情的位置，节省时间，减少经济损失；经济适用，易安装，处理方便。

Description

一种高效的智能防火预警系统及其方法

技术领域

本发明属于激光领域以及制动化控制领域，涉及一种智能防火预警系统及其方法，具体涉及一种在原来的云台上添加一个激光测距仪来测量火点与云台的距离的防火预警系统及其方法。

背景技术

森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，每年都有一定数量的发生，造成森林资源的重大损失和全球性的环境污染。森林火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内能造成巨大损失的特点。

预防它不仅可以降低全球林木资源的减少，还可以减少环境污染等方面的问题。森林火灾的不确定性、随机性和突然性能在很短的时间内烧毁森林动植物及林业的副产品。同时对火灾的扑救需要浪费消耗大量的人力物力，还有可能发生人员伤亡事件。一旦发生森林火灾，就必须快速的对火灾进行扑救，火灾发现的及时性、判断的准确性和决策的合理性，对火灾扑救和快速救援有很大帮助。

我国地域辽阔，地形复杂，气候多样，森林类型各异，社会经济发展水平不一，森林火灾状况在各地存在很大的差异。一年四季都有不同程度的森林火灾发生。在新中国成立初期，我国就已经十分重视森林防火，但是由于不同时期的社会的发展不一，所以也就导致了各个阶段的防火措施的不同。以往的灾情主要是通过长期驻守队员的巡视瞭望和应用直升飞机进行监测；常用对温度和烟雾敏感的传感器面对多变的自然环境时常出现错报没报情况。特别在现在还没有被探索的原始森林，应用这些传感器就更加满足不了森林的需要了。图像型火灾探测技术和常规判据相比简单易行，可以在环境恶劣复杂的林区中运行，大大的增强了探测的可靠性。图像包含信息多样，是人体视觉的延伸，而森林火灾的各种动静特点可以被采集到视频图像的序列中，通过数字图像处理对火灾图像进行分析，就能够完成前期森林火灾的探测及预警。现如今随着科技的发展和国力的增强，在红外光学监控、无线电传输、机械自动化控制、数字图像处理以及太阳能供电等方面都有极大的发展。国内许多林区都采用视频监控技术预防和检测森林火灾。但仍然存在着许多问题。虽然能够发现火点，但由于林区的地形的复杂多变性不能够精确的定位火点的位置，由于定位不够准确，使消防队员不能够及时到达火灾现场，短短的几十分钟，或几个小时火势就可能不可控制，所以这样小小的技术不足会带来不可估量的经济损失和人员伤亡。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种装置简单、经济可行的带有激光测距装置的智能防火预警系统及其方法。本发明在原来的云台上添加一个激光测距仪来测量火点与云台的距离，可以在极短的时间内计算出在电子地图上火点的位置坐标，满足了在极短时间内精确定位火点位置的需求，保证消防队伍能够在第一时间赶到火灾现场进行及时的扑救，为防火指挥部门科学的地部署人力、物力，提供了可靠依据，避免因盲目投入所造成的浪费和不足。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种智能防火预警系统，包括前端云台、无线通讯系统、控制中心三大部分，前端云台和控制中心通过无线通讯系统进行数据传输，其中：

所述前端云台包括译码器A，以及与其连接的超远距离变焦镜头、激光测距仪、太阳能电池板、360°机械转台和机械俯仰装置；

所述控制中心包括译码器B，以及与其连接的数字图形处理、电子地图和火灾报警装置；

译码器A将无线通讯系统收到的信号转译成操作程序控制360°机械转台转动、机械俯仰装置俯仰、超远距离变焦镜头变焦以及激光测距仪激光测距；超远距离变焦镜头将得到的视频信号通过无线通讯系统发送到控制中心；控制中心接收到的视频信号经译码器B转换后通过数字图形处理进行实时观察，当发现有火情图像的时候，控制中心向指定前端云台发出操作信号，利用激光测距仪测出火点与前端云台的距离，同时将前端云台回转数据及距离传给控制中心，前端云台的坐标已知，经过计算处理，在电子地图上显示出火点坐标，通过电子地图标定火情位置，与此同时，火灾报警装置发出警报。

利用上述智能防火预警系统进行智能防火预警的方法，其步骤如下：

超远距离变焦镜头在林区实时扫描，并通过无线通讯系统将视频信号传给控制中心，由控制中心对接收到的信号进行数字图像处理，数字图像处理可以检查出烟雾的特征，有烟雾特征即发生火情，当没有发现火情时，继续进行林区实时扫描，当发现火情时，利用激光测距仪、云台转角、俯仰角、以及电子地图上云台的位置即可确定出火点的位置，发出火灾警报。

本发明中，所述的无线通讯系统是以AboveCable无线桥接系统所构建的无线网络连接为基础。

本发明中，所述的太阳能电池板作为前端云台的供电装置，它包括：太阳能光电池、控制器、蓄电池和逆变器。蓄电池的容量一般在阴天的情况下保证系统的正常运行3天。

本发明中，所述的激光测距仪和超远距离变焦镜头中轴线保持平行。

本发明中，所述的超远距离变焦镜头采用最大倍数为128变焦镜头，可观察半径l0km范围内烟火。

本发明中，所述的烟雾的图像特征在于模糊性和扩散性。

本发明中，所述的激光测距仪是由能级4F3／2态到能级4I11／2态的受激辐射跃迁过程中因粒子藏反转产生1．06um 的激光。

本发明提供的带有激光测距的防火预警装置的设计，是在原有的防火预警系统的基础上，添加一个测距装置，并根据不同的地形，不同的环境参数，选取相应型号的设备，弥补了原来预警系统的精度不高的缺点，简单易行，计算方便。

与现有的技术相比，本发明具有以下优点：

1、能够精确定位火情的位置，节省时间，减少经济损失；

2、经济适用，易安装，处理方便。

附图说明

图1为智能防火预警系统的组成结构框图；

图2为本发明的智能防火预警系统的执行流程图；

图3为本发明的智能防火预警系统的电子地图定位原理简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供的智能防火预警系统，主要新颖之处在于云台上加入了激光测距装置，激光测距装置与原有技术，包括云台回转数据以及电子地图相结合，可以更精确的定位火点的坐标。

如图1和2所示，智能防火预警系统包括前端云台、无线通讯系统、控制中心三大部分，其中：

本系统的关键部分是前端云台，它包括：超远距离变焦镜头、激光测距仪、无线电收发装置、译码器A、太阳能电池板、360°机械转台、机械俯仰装置等。译码器A与变焦镜头和激光测距仪相连，把无线接收装置受到的信号转译成操作程序来控制转动，俯仰，镜头变焦以及激光测距。变焦镜头得到的视频信号通过无线发送装置发送到控制中心。

本系统的核心处理部分主要在控制中心，它包括：数字图形处理，电子地图，无线电收发装置，译码器B以及火灾报警装置等。接收到的视频信号通过数字图形处理进行实时观察，当发现有火情图像的时候会发出警报。与此同时，通过在电子地图上标定的云台位置、云台的转角、俯仰角以及激光测距得到的距离，即可在电子地图上准确标定火情的位置。

如图3所示，A为云台塔的坐标，B为火点坐标，C为云台的空间位置，当发现火情是，云台会通过无线通讯设备将该时刻变焦镜头的转角，俯仰角等数据信息传送到控制中心，激光测距仪测出云台到火点距离，将测得的数据传送到控制中心。已知云台的俯仰角以及BC点间的距离，根据正弦定理可以很容易的计算出AB，又已知云台的坐标位置和转角，就可以在电子地图上定位出火点的位置。

激光测距仪的工作原理：任何尺度大于特定激光波长的微粒都会造成激光的漫反射和产生回波信号。实验表明，林火燃烧过程中所产生的烟尘所形成的烟柱对激光具有反射能力，能够产生林火目标的漫反射信号V1和由空气散射而产生的激光信号V2。由于距离不同，V1是激光到达林火目标返回的光信号，V2为激光发射出发射镜口时产生的散射空气信号，设其运行时间差为△t， 测目标到仪器之间的距离为S= 1／2c△t。

工作过程：激光器电源电路----激光发射控制电路----激光器工作电路----激光脉冲电路----激光发射天线----目标回波信号----接收天线----放大器----识别与逻辑门电路----计数显示器及同步光标显示器显示目标距离。表1为激光对不同物质的目标反射背景值。

表1  1.06um激光的反射率表

Claims (8)

1.一种高效的智能防火预警系统，其特征在于所述系统包括前端云台、无线通讯系统、控制中心三大部分，前端云台和控制中心通过无线通讯系统进行数据传输，所述前端云台包括译码器A、超远距离变焦镜头、太阳能电池板、360°机械转台和机械俯仰装置；所述控制中心包括译码器B、数字图形处理、电子地图和火灾报警装置；其特征在于所述前端云台还包括激光测距仪，激光测距仪与译码器A相连，译码器A将无线通讯系统收到的信号转译成操作程序控制360°机械转台转动、机械俯仰装置俯仰、超远距离变焦镜头变焦以及激光测距仪激光测距；超远距离变焦镜头将得到的视频信号通过无线通讯系统发送到控制中心，控制中心接收到的视频信号经译码器B转换后通过数字图形处理进行实时观察，当发现有火情图像的时候，控制中心向前端云台发出操作信号，利用激光测距仪测出火点与前端云台的距离，同时将前端云台回转数据及距离传给控制中心，通过电子地图标定火情位置，火灾报警装置发出警报。

2.根据权利要求1所述的高效的智能防火预警系统，其特征在于所述无线通讯系统是以AboveCable无线桥接系统所构建的无线网络连接为基础。

3.根据权利要求1所述的高效的智能防火预警系统，其特征在于所述太阳能电池板包括：太阳能光电池、控制器、蓄电池和逆变器。

4.根据权利要求3所述的高效的智能防火预警系统，其特征在于所述蓄电池的容量在阴天的情况下保证系统的正常运行3天。

5.根据权利要求1所述的高效的智能防火预警系统，其特征在于所述激光测距仪和超远距离变焦镜头中轴线保持平行。

6.根据权利要求1所述的高效的智能防火预警系统，其特征在于所述超远距离变焦镜头采用最大倍数为128变焦镜头。

7.根据权利要求1所述的高效的智能防火预警系统，其特征在于所述激光测距仪是由能级4F3／2态到能级4I11／2态的受激辐射跃迁过程中因粒子藏反转产生1．06um 的激光。

8.一种利用权利要求1-7任一权利要求所述的高效的智能防火预警系统进行智能防火预警的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

超远距离变焦镜头在林区实时扫描，并通过无线通讯系统将视频信号传给控制中心，由控制中心对接收到的信号进行数字图像处理，数字图像处理可以检查出烟雾的特征，有烟雾特征即发生火情，当没有发现火情时，继续进行林区实时扫描，当发现火情时，利用激光测距仪、云台转角、俯仰角、以及电子地图上云台的位置即可确定出火点的位置，发出火灾警报。

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