CN104127977A - 消防车定点展开控制方法、设备、系统以及消防车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防车定点展开控制方法、设备、系统以及消防车。该设备包括：接收装置，用于接收消防车梯架或臂架的俯仰变幅角度α、消防车梯架或臂架的转动变幅角度β以及消防车梯架或臂架的伸长长度L；控制装置，根据俯仰变幅角度α、转动变幅角度β以及伸长长度L控制消防车定点展开；其中伸长长度L通过对安装在消防车梯架或臂架上的图像设备获取的图像进行视觉图形检测得到，俯仰变幅角度α通过与图像设备关联的第一角度传感器得到，转动变幅角度β通过与图像设备关联的第二角度传感器得到。本发明使得消防车可以快速准确的定点展开，极大的提高了对于目标位置及相关参数测量的准确性。

Description

消防车定点展开控制方法、设备、系统以及消防车

技术领域

本发明涉及消防领域，具体地，涉及消防车定点展开控制方法、设备、系统以及消防车。

背景技术

消防车作为重要的消防设备得到了广泛的应用，其可设置有可伸缩式云梯梯架或可折叠展开的臂架，梯架或臂架末端可以安装有工作斗以及灭火装置，以方便消防人员登高进行灭火和营救被困人员。

在消防车定点展开的过程中，消防车首先到达目的地，然后可以通过手动或半自动的方式展开梯架或臂架，以使工作斗达到目标位置。对于手动展开方式而言，主要依据消防人员的经验进行操作，需要不断地进行尝试和调整，不利于工作斗及时到达预定位置。对于半自动展开方式而言，可以由消防人员根据输入梯架或臂架的俯仰变幅角度α、转动变幅角度β以及伸长长度L，然后通过该输入的俯仰变幅角度α、转动变幅角度β以及伸长长度L进行自动展开。由于俯仰变幅角度α、转动变幅角度β以及伸长长度L需要在消防车到达预定位置后才能确定，而确定这些参数的计算过程也比较复杂，消防人员需要在现场根据具体的情况进行计算，但是消防车在真实的作业环境下的实际情况十分复杂，为了避免过于复杂的计算，需要对计算过程进行简化，从而使得俯仰变幅角度α、转动变幅角度β以及伸长长度L等参数存在较大的误差；同时由于这些参数的计算需要在灭火或救援现场进行，其需要花费相当长的时间，不利于工作斗及时到位，增加了消防车定点展开的时间，降低了消防车的便捷性。

发明内容

本发明的目的是提供一种消防车定点展开控制方法、设备、系统以及消防车，以快速地对消防车进行定点展开。

为了实现上述目的，本发明提供一种消防车定点展开控制设备，该设备包括：接收装置，用于接收消防车梯架或臂架的俯仰变幅角度α、消防车梯架或臂架的转动变幅角度β以及消防车梯架或臂架的伸长长度L；控制装置，根据所述俯仰变幅角度α、所述转动变幅角度β以及所述伸长长度L控制消防车定点展开；其中所述伸长长度L通过对安装在消防车梯架或臂架上的图像设备获取的图像进行视觉图形检测得到，所述俯仰变幅角度α通过与所述图像设备关联的第一角度传感器得到，所述转动变幅角度β通过与所述图像设备关联的第二角度传感器得到。

相应地，本发明提供了一种消防车定点展开控制方法，该方法包括：接收消防车梯架或臂架的俯仰变幅角度α、消防车梯架或臂架的转动变幅角度β以及消防车梯架或臂架的伸长长度L；根据所述俯仰变幅角度α、所述转动变幅角度β以及所述伸长长度L控制消防车定点展开；其中所述伸长长度L通过对安装在消防车梯架或臂架上的图像设备获取的图像进行视觉图形检测得到，所述俯仰变幅角度α通过与所述图像设备关联的第一角度传感器得到，所述转动变幅角度β通过与所述图像设备关联的第二角度传感器得到。

相应地，本发明提供了一种消防车定点展开控制系统，该系统包括所述的设备，该系统还包括：第一角度传感器，用于检测图像设备的俯仰变幅角度α；第二角度传感器，用于检测图像设备的转动变幅角度β；图像设备，用于拍摄图像以通过视觉图形检测得到所述伸长长度L。

相应地，本发明提供了一种消防车，该消防车包括所述的系统。

本发明采用视觉图形检测以及角度检测可以方便、快捷、准确地得到消防车梯架或臂架的俯仰变幅角度α、转动变幅角度β以及伸长长度L等主要参数，使得消防车可以快速准确的定点展开，极大的提高了对于目标位置及相关参数测量的准确性，提高了消防车救援或者灭火作业的及时性和准确性，也极大的提高了消防车定点展开的安全性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的消防车定点展开控制设备示意图；

图2是本发明提供的图像设备安装位置示意图；

图3是消防车梯架与图像设备的转动变幅角度差异示意图；

图4是视觉图形检测原理示意图；

图5是本发明提供的消防车定点展开控制方法示意图。

附图标记说明

100  接收装置                200   控制装置

401  图像平面                403   第一焦点

405  镜头                    407   目标位置平面

409  光轴                    411   第二焦点

A    CCD摄像机               B     第一角度传感器

C    倾角调节装置            D     转角调节装置

E    第二角度传感器          F     显示和控制面板

G    信号输出装置            H     支撑及安装结构

I     梯架一节梯上弦杆        S     CCD相机转动中心

R     梯架回转中心            T     目标位置点

Q     第一交点                P     第二交点

r     CCD摄像机光轴与梯架长度方向中心线之间的夹角

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了使消防车能够快速定点展开，本发明提供了如图1所示的消防车定点展开控制设备，该设备包括：接收装置100，用于接收消防车梯架或臂架的俯仰变幅角度α、消防车梯架或臂架的转动变幅角度β以及消防车梯架或臂架的伸长长度L；控制装置200，根据所述俯仰变幅角度α、所述转动变幅角度β以及所述伸长长度L控制消防车定点展开；其中所述伸长长度L通过对安装在消防车梯架或臂架上的图像设备获取的图像进行视觉图形检测得到，所述俯仰变幅角度α通过与所述图像设备关联的第一角度传感器得到，所述转动变幅角度β通过与所述图像设备关联的第二角度传感器得到。

在控制消防车定点展开的过程中，即在消防车到达预定地址之后，在控制消防车展开的过程中，需要第一角度传感器B和第二角度传感器E提交角度信息，而通过对例如CCD摄像机A的图像设备所拍摄的图像进行视觉图形检测，可以得到消防车梯架或臂架需要伸长的长度L。

图2示出了CCD摄像机A的安装位置示意图。为了便于控制，优选地，CCD摄像机A朝向消防车梯架或臂架末端且与消防车梯架或臂架平行地安装。CCD摄像机A在不处于工作状态时，其镜头处于沿消防车梯架或臂架未动作状态的水平方向。在消防车到达灭火或救援现场之后，选定停车位置并停车展开支腿后，消防人员通过倾角调节装置C和转角调节装置D进行初步调节，使CCD摄像机A的镜头对准目标位置，再利用CCD摄像机A的缩放和自动调焦系统，操作显示和控制面板，选择适当的缩放比例并对焦，以保证目标位置(点)在镜头视域范围的中心位置，最后利用CCD摄像机A对目标位置进行拍照并计算出与目标位置间的距离，此距离即为消防车梯架或臂架伸长长度。

如果在消防车到达灭火或救援现场并停车展开支腿后，如果CCD摄像机A的初始方向与未动作的梯架或臂架之间存在一定的角度，控制装置可以记录当前状态下，CCD摄像机A与梯架或臂架在垂直方向和水平方向的初始角度，然后消防人员可以通过调整倾角调节装置C和转角调节装置D使得CCD摄像机A的镜头对准目标位置，从而得到CCD摄像机A与梯架或臂架在垂直方向和水平方向的最终角度。此时，控制装置可以记录垂直方向和水平方向的最终角度，并利用CCD摄像机A与梯架或臂架在垂直方向和水平方向的初始角度和CCD摄像机A与梯架或臂架在垂直方向和水平方向的最终角度来修正消防车梯架或臂架需要的俯仰变幅角度α以及转动变幅角度β。在修正的过程中，可以将CCD摄像机A与梯架或臂架在垂直方向的最终角度与CCD摄像机A与梯架或臂架在垂直方向的初始角度相减得到消防车梯架或臂架需要的俯仰变幅角度α，同时将CCD摄像机A与梯架或臂架在水平方向的最终角度与CCD摄像机A与梯架或臂架在水平的初始角度相减得到消防车梯架或臂架需要的转动变幅角度β。

需要说明的是，通过第二传感器D测得的转动变幅角度β实际上是CCD摄像机A的转动到目标位置的转动变幅角，该值与梯架或臂架转动到目标位置的转动变幅角不同。图2示出了消防车梯架与图像设备的转动变幅角度差异示意图。CCD摄像机A转动中心S与第一交点Q之间的连线和CCD摄像机A转动中心S与目标位置点T之间的夹角为CCD摄像机A的转动变幅角度β，而梯架回转中心R与第二交点P之间的连线和梯架回转中心R与目标位置点T之间的夹角为梯架的转动变幅角度β’。可以看出转动变幅角度β与转动变幅角度β’之间存在角度差r，即CCD摄像机光轴与梯架长度方向中心线之间的夹角。

实际上，由于CCD摄像机A转动中心S与梯架回转中心R之间的距离远小于梯架回转中心R与目标位置点T之间的距离，即 $\left|\mathrm{SR}\right|<<\left|\mathrm{RT}\right|\&DoubleRightArrow;\left|\mathrm{ST}\right|\&ap;$ $\left|\mathrm{RT}\right|,\left|\mathrm{QT}\right|\&ap;\left|\mathrm{PT}\right|,$ 所以

$\sin \mathrm{\&beta;}=\frac{\left|\mathrm{QT}\right|}{\left|\mathrm{ST}\right|}\&ap;\frac{\left|\mathrm{PT}\right|}{\left|\mathrm{RT}\right|}=\sin {\mathrm{\&beta;}}^{,}$

即有：β≈β’。

在实际应用的过程中，可以忽略转动变幅角度β与转动变幅角度β’之间的差异，可以直接将转动变幅角度β等同于转动变幅角度β’。

如上所述，本发明中通过CCD摄像机拍摄图像后进行视觉图形检测，从而得到梯架或臂架伸出的长度。图4示出了视觉图形检测原理。其中，图像平面401即为目标像素图像，镜头平面405即为CCD摄像机镜头，目标位置平面407即为目标位置图像，f为CCD摄像机镜头焦距，L即为目标位置到CCD摄像机(镜头)的距离，其成像原理即为基本的光学成像原理；目标位置图像中心为M₀，目标位置图像上有某个位置点M_i(i＝1,2,3,…,n，n为正整数)，在其成像的像素图像上则对应的有像素中心T₀和像素点T_i(i＝1,2,3,…,n，n为正整数)；同时，建立如图4所示的坐标系统T₀XYZ，令T₀为坐标原点，且使得镜头平面中心与M₀都在Z轴(光轴409)上，令目标位置平面上位置点M_i与M₀之间的距离为D_i、图像平面上像素点T_i与T₀之间的距离为d_i。根据几何关系可以得到：

$\frac{d_i}{L^{\&prime;}}=\frac{D_i}{L};$

根据拍摄图像与对象之间的比例关系，可以得到：

D_i＝kd_i；

因此， $k=\frac{L}{L^{\&prime;}}.$

根据基本的光学成像原理，可知：

$\frac{1}{L}+\frac{L}{L^{\&prime;}}=\frac{1}{f};$

从而可以得到L＝(1+k)f。

由上式可以看出，只要知道放大倍数和焦距，就可以计算出消防车梯架或臂架需要伸出的长度L。

为了使得长度L的误差较小，可以通过多次测量L的值，例如多次拍摄目标位置中心，并自动进行对焦，从而可以得到多个L值。此后，可以对多个L值进行算术平均，从而可以得到更为准确的L值，即：

$L=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{L}_n}{n}=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n\left[(1+k_i)f_i\right]}{n}$ i＝1,2,3,…,n，n∈N。

n的值可以根据实际的需要进行选择，并且进行的平均处理可以由CCD摄像机来进行，也可以由控制装置200接收到多个L值后，由控制装置来进行算术平均。

相应地，本发明提供了接收消防车梯架或臂架的俯仰变幅角度α、消防车梯架或臂架的转动变幅角度β以及消防车梯架或臂架的伸长长度L；根据所述俯仰变幅角度α、所述转动变幅角度β以及所述伸长长度L控制消防车定点展开的方法；其中所述伸长长度L通过对安装在消防车梯架或臂架上的图像设备获取的图像进行视觉图形检测得到，所述俯仰变幅角度α通过与所述图像设备关联的第一角度传感器得到，所述转动变幅角度β通过与所述图像设备关联的第二角度传感器得到。在控制消防车定点展开的过程中，可以按序控制俯仰变幅角度、转动变幅角度、以及伸长长度达到目标值α、β、L，也可以同时分别控制俯仰变幅角度、转动变幅角度、以及伸长长度向目标值α、β、L靠近，直至均达到目标值。

图5示出了消防车定点展开控制方法，其中按序控制俯仰变幅角度、转动变幅角度、以及伸长长度分别达到目标值α、β、L。具体而言，在整个流程开始之后，先调整俯仰变幅角度，并判断该俯仰变幅角度是否达到了目标角度α，如果没有的话继续调整俯仰变幅角度，否则可以调整转动变幅角度，并判断该转动变幅角度是否达到了目标角度β，如果没有的话，继续调整转动变幅角度，否则可以控制梯架伸出，并判断梯架伸出长度是否达到了目标长度L，如果没有的话，继续伸出，否则结束整个流程。至此，消防车定点展开完毕，消防人员可以开始灭火或救援作业。

相应地，本发明提供了一种消防车定点展开控制系统，该系统包括如上所述的接收装置100和控制装置200，该系统还包括：第一角度传感器B，用于检测图像设备的俯仰变幅角度α；第二角度传感器E，用于检测图像设备的转动变幅角度β；图像设备，用于拍摄图像以通过视觉图形检测得到所述伸长长度L。

相应地，本发明提供了一种消防车，该消防车包括所述的系统。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (16)

1.一种消防车定点展开控制设备，其特征在于，该设备包括：

接收装置，用于接收消防车梯架或臂架的俯仰变幅角度α、消防车梯架或臂架的转动变幅角度β以及消防车梯架或臂架的伸长长度L；

控制装置，根据所述俯仰变幅角度α、所述转动变幅角度β以及所述伸长长度L控制消防车定点展开；

其中所述伸长长度L通过对安装在消防车梯架或臂架上的图像设备获取的图像进行视觉图形检测得到，所述俯仰变幅角度α通过与所述图像设备关联的第一角度传感器得到，所述转动变幅角度β通过与所述图像设备关联的第二角度传感器得到。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述图像设备的初始方向与所述消防车梯架或臂架的方向平行。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述图像设备的初始方向朝向所述消防车梯架或臂架的末端。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，控制装置，还用于在所述图像设备的初始方向不平行地朝向所述消防车梯架或臂架的末端的情况下，根据所述图像设备的初始方向与所述消防车梯架或臂架之间的垂直角度和水平角度以及所述图像设备的最终方向与所述消防车梯架或臂架之间的垂直角度和水平角度修正所述俯仰变幅角度α以及所述转动变幅角度β。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述伸长长度L＝(1+k)f，其中f为焦距，k为缩放比例倍数。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述伸长长度 $L=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n\left[(1+k_i)f_i\right]}{n}$ i＝1,2,3,…,n，n∈N。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置还用于控制同时或按序进行所述消防车梯架或臂架伸出、所述消防车梯架或臂架俯仰变幅以及所述消防车梯架或臂架转动变幅。

8.一种消防车定点展开控制方法，其特征在于，该方法包括：

接收消防车梯架或臂架的俯仰变幅角度α、消防车梯架或臂架的转动变幅角度β以及消防车梯架或臂架的伸长长度L；

根据所述俯仰变幅角度α、所述转动变幅角度β以及所述伸长长度L控制消防车定点展开；

其中所述伸长长度L通过对安装在消防车梯架或臂架上的图像设备获取的图像进行视觉图形检测得到，所述俯仰变幅角度α通过与所述图像设备关联的第一角度传感器得到，所述转动变幅角度β通过与所述图像设备关联的第二角度传感器得到。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述图像设备的初始方向与所述消防车梯架或臂架的方向平行。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述图像设备的初始方向朝向所述消防车梯架或臂架的末端。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，控制装置，还用于在所述图像设备的初始方向不平行地朝向所述消防车梯架或臂架的末端的情况下，根据所述图像设备的初始方向与所述消防车梯架或臂架之间的垂直角度和水平角度以及所述图像设备的最终方向与所述消防车梯架或臂架之间的垂直角度和水平角度修正所述俯仰变幅角度α以及所述转动变幅角度β。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述伸长长度L＝(1+k)f，其中f为焦距，k为缩放比例倍数。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述伸长长度 $L=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n\left[(1+k_i)f_i\right]}{n}$ i＝1,2,3,…,n，n∈N。

14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述俯仰变幅角度α、所述转动变幅角度β以及所述伸长长度L控制消防车定点展开包括：

同时或按序控制所述消防车梯架或臂架伸出、所述消防车梯架或臂架俯仰变幅以及所述消防车梯架或臂架转动变幅。

15.一种消防车定点展开控制系统，其特征在于，该系统包括根据权利要求1-7任意一项所述的设备，该系统还包括：

第一角度传感器，用于检测图像设备的俯仰变幅角度α；

第二角度传感器，用于检测图像设备的转动变幅角度β；

图像设备，用于拍摄图像以通过视觉图形检测得到所述伸长长度L。

16.一种消防车，其特征在于，该消防车包括根据权利要求15所述的系统。