CN105261142A - 一种室外大空间智能型火灾探测灭火系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种室外大空间智能型火灾探测灭火系统及其工作方法。室外大空间智能型灭火系统包括：红外热像仪、图像处理板、报警输出板、报警主机，多门带有双波段图像探测器的自动消防水炮和网络交换机。本发明的工作方法为：1)调整红外热像仪视野；2)采集红外热像数据；3)计算直方图数组H、最低热辐射阈值等数值，综合分析输出报警信号；4)根据火点的图像位置初步确定火点坐标，启动自动水炮；5)自动水炮对火点进行精确定位；6)自动水炮启动喷水；7)红外热线图像处理板继续监测火点情况。本发明可以应用于室外大空间复杂场合，能够较好地实现智能化火灾防护功能。

Description

一种室外大空间智能型火灾探测灭火系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种室外大空间智能型火灾探测灭火系统及其工作方法，属于火灾监测及自动灭火技术领域。

背景技术

火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一，火灾报警、定位与扑灭系统是关系到人民生命和财产安全的重要装备。当前，消防水炮是远距离扑救火灾的重要消防设备，通常配合各种火灾探测设备构成大空间灭火系统。随着技术的发展，基于红紫外管及双波段图像探测定位技术的自动消防水炮及其探测、报警、定位和扑灭的系统在室内大空间的应用已经逐步走向成熟，在各种室内场合大量布设，大大提高了室内大空间环境下的安全水平。然而因为红紫外及双波段图像探测方法从原理上无法解决太阳光的干扰问题，在室外环境下无法应用。目前室外消防水炮以手控型为主，定位精度差，扑灭时间长，存在重大安全隐患，急需一种室外大空间智能型火灾探测灭火系统。

红外热像是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布转换成图像的技术，在军事、工业、汽车辅助驾驶、医学领域都有广泛的应用。近年来，红外热像技术发展迅猛。以非制冷焦平面红外探测器为核心的红外热像系统，拥有较高的图像分辨率和较低的价格，无需制冷装置，体积小巧，热灵敏度高达40mk，能够呈现理想的热对比度。由于非制冷焦平面红外探测器通过感应热辐射成像，不受室外阳光影响，白天黑夜及各种气象条件下均可成像，由高温产生的烟和火能够在红外热像中呈现，为室外火灾的探测提供了技术保障。红外热像仪分为测温型和非测温型两种，其中测温型价格较高，需要准确的输入待测物体发射率、距离、环境温度等参数，难以适应复杂的室外场景探测需求；非测温型热像仪只能输出场景内热辐射差异，自动映射成256级灰度或色彩输出，当环境中有较多热辐射体时无法进行区分，存在大量干扰，不能直接应用于火灾探测。实际上，非制冷焦平面红外探测器直接输出的是12到14位的热辐射信号，通过对该原始信号的直接处理可以对热辐射信号进行合理的量化，从而去除干扰，有效提取火点信息。本发明基于该出发点，提出了一种室外大空间智能型火灾探测灭火系统及其工作方法，有效地解决了室外大空间火灾探测和扑灭问题。

发明内容

本发明给出了一种室外大空间智能型火灾探测灭火系统及其工作方法，有效地解决了室外大空间复杂环境下火灾探测和火灾扑灭的问题。

为实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明设计的一种室外大空间智能型火灾探测灭火系统：由红外热像仪1、图像处理板2、报警输出板3、报警主机4，多门带有双波段图像探测器5的自动消防水炮6和网络交换机7构成。其中红外热像仪通过数据线与图像处理板2相连，图像处理板2通过RS232口与报警输出板3相连，报警输出板3通过RS485总线与报警主机4相连，图像处理板2通过RJ45口与网络交换机7相连，双波段图像探测器5通过RS485口与自动消防水炮6相连，自动消防水炮通过RJ45口与交换机7相连，通过交换机7，使得红外热像图像处理板2与多门消防水炮构建成局部网络，交换机7通过RJ45口与外围消防监控网络联网。为了减少室外环境对双波段图像探测器5的干扰，在其前端加装偏振镜片，消除强反光干扰。系统工作时，红外热像仪布置于监控区域中央，用于对火点进行探测和报警；当发现火点后，根据热像对火点进行初步定位，然后根据事先划分的区域启动覆盖相应区域的自动消防水炮，携带双波段探测器的自动消防水炮利用自身的双波段探测进行精确定位后进行扑灭。红外热像仪对扑灭情况进行二次确认，保证火灾完全扑灭，形成灭火过程的闭环控制。

相应的，一种室外大空间智能型火灾探测灭火系统的工作方法方法，包含以下步骤：

1)根据探测范围的需要将红外热像仪安放于探测区域中心合适高度，镜头朝下使得图像覆盖整个探测区域；

2)通过图像处理板采集红外热像仪原始数据，该数据为一个单点取值范围在12-14维的二维图像矩阵；

3)对原始数据进行直方图统计，获得直方图数组：

H＝{h(x₀),h(x₁),Λ,h(x_n)}(1)

其中h(x_i)代表值i的像素的个数(根据热像仪输出信号的位数为12、13、14位，n取值分别是4096、8192、16384)；

4)计算H中h(x_T1)到h(x_n)的和S_T1-n，T1为预先设定的最低热辐射阈值，一般取n/2；

5)若S_T-n＜T2，则返回步骤2，否则进入步骤6，T2为预先设定的阈值，一般为图像像素数的1/10000；

6)利用如下基于类间方差的方法计算图像量化阈值T3：

对数组H，计算阈值取t(t＝1,Λ,n-1)时将像素点分成两大类：值小于等于t的像素和值大于t的像素，设总像素数为S，像素点的平均值为μ；值小于等于t的像素数量为N0(t)，像素点的平均值为μ0(t)；值大于t的像素数量为N1(t)，像素点的平均值为μ1(t)；记ω0(t)＝N0(t)/S，ω1(t)＝N1(t)/S，两类像素点取值的类间方差可表示为：

g(t)＝ω0(t)*(μ0(t)-μ)²+ω1(t)*(μ1(t)-μ)²(2)

则图像量化的阈值T3＝max(g(t))|_t＝1,Λ,n-1。

7)以T3为阈值，将图像进行二值化，即值小于等于T3的赋值为0，大于T3的赋值为255，得到一个二值化的图像；

8)在步骤7所得到的二值化图像中搜索联通区域，求取最大联通区域的中心C、面积A、周长P和尖角数量Sc，若面积A≤T4(T4为区域面积阈值，根据场景大小选取)，则进入步骤9，否则返回步骤2；

9)若该图像是第一帧符合条件的图像则符合条件的图像计数加1，记录中心C、面积A和周长P，返回步骤2；否则比较该帧与前一帧图像最大联通区域的中心C，面积、周长和尖角数量的差值C_diff，A_diff,P_diff，Sc_diff，若满足C_diff＜T5，A_diff＞T6，P_diff＞T7，Sc_diff＞T8则符合条件的图像计数加1，若符合条件的图形计数值大于T9，则进入步骤10；否则将符合条件的图像数量计数值赋为0，返回步骤2；

10)输出火警信号；

11)根据火点的图像位置初步确定火点坐标，启动覆盖该红点范围的自动水炮；

12)自动水炮通过与自身联动的双波段摄像头对火点进行精确定位；

13)自动水炮启动喷水；

14)红外热线图像处理板继续监测火点情况，若扑灭则返回步骤2，否则返回步骤12。

由于本发明采用以上技术方案，使其在室外大空间复杂环境下能够实现高精度火灾探测、报警及定位，并且具有定位速度快、抗干扰能力强、灭火效果好的特点。

本发明可以应用在一切室外大空间火灾探测、报警、定位及扑灭的场合，例如大型石化工厂、大型室外码头、大型室外公众场所的等诸多领域。

附图说明

图1是本发明室外大空间火灾探测、报警、定位及扑灭方法的流程图

图2是本发明室外大空间火灾探测、报警、定位及扑灭系统的结构框图

图3是本发明中红外热像没有火焰时的输出图像及其柱状图

图4是本发明中红外热像有火焰时的未经处理的输出图像及其柱状图

图5是本发明中红外热像有火焰时的经本发明方法处理后的输出图像及红点位置判断示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图2所示，根据监控区域构建由红外热像仪1、图像处理板2、报警输出板3、报警主机4，若干门带有双波段图像探测器5的自动消防水炮6和网络交换机7构成的系统。其中红外热像仪悬挂于监控区域中心，镜头朝下，焦距为5mm，分辨率为384×288，数据信号为12位，悬挂高度为30米，通过数据线与图像处理板2相连，图像处理板2通过RS232口与报警输出板3相连，报警输出板3通过RS485总线与报警主机4相连，图像处理板2通过RJ45口与网络交换机7相连，双波段图像探测器5通过RS485口与自动消防水炮6相连，自动消防水炮通过RJ45口与交换机7相连，通过交换机7，使得红外热像图像处理板2与多门消防水炮构建成局部网络，交换机7可通过RJ45口与外围消防监控网络联网。

系统工作时，图像处理板2循环采集红外热像仪1信号，对每幅热像信号，按照前述一种自动化室外大空间火灾探测、报警、定位、扑灭方法步骤3统计直方图数组H；按照步骤4的方法统计H中值大于2048的像素点的个数S；若S大于11，则按照步骤6的基于类间方差的方法计算图像量化阈值并将图像二值化；按照步骤8的方法计算二值化图像中最大联通区域的动态参数；若这些参数符合步骤9的条件则对符合条件的图像计数值加1；若计数值大于20则判定出现火情，通过报警输出板3向报警主机4输出火警信号，同时根据火点中心像素值按照监控范围的面积换算成物流坐标，根据设定的自动消防水炮6的覆盖范围选择最佳灭火水炮，将火点坐标作为初始坐标传给该水炮并启动水炮6及其加载的双波段图像探测器7；图像探测器根据火点初始坐标对火点进行精确定位，调整水炮喷嘴至对准火点中心位置开始喷水灭火；图像处理板2继续采集红外热像仪1信号，判断火焰是否扑灭，如火焰已扑灭则完成控制水炮停止喷水；消防水炮复位，系统进入下一轮循环。

Claims (4)

1.一种室外大空间智能型火灾探测灭火系统，其包括：红外热像仪、图像处理板、报警输出板、多门带有双波段图像探测器的自动消防水炮。其特征在于，所述红外热像仪布置于监控区域中央，用于对火点进行探测和报警；当发现火点后，根据热像对火点进行初步定位，然后根据事先标定的结果启动相应区域的自动消防水炮，携带双波段探测器的自动消防水炮利用自身的双波段探测进行精确定位后进行扑灭。

2.如权利要求1所述一种室外大空间智能型火灾探测灭火系统，通过红外热像仪对扑灭情况进行二次确认，保证火焰完全扑灭，所述红外热像仪作为火点探测及定位主传感器。

3.如权利要求1所述的双波段图像探测器，其前端加装有偏振镜，可以削弱环境中的强反光干扰。

4.一种权利要求1所述室外大空间智能型火灾探测灭火系统的工作方法，其特征在于，按以下步骤进行：

1)根据探测范围的需要将红外热像仪安放于探测区域中心合适高度，镜头朝下使得图像覆盖整个探测区域；

2)通过图像处理板采集红外热像仪原始数据；

3)对原始数据进行直方图统计，获得直方图数组：

H＝{h(x₀),h(x₁),Λ,h(x_n)}(1)

其中，其中h(x_i)代表值i的像素的个数(根据热像仪输出信号的位数为12、13、14位，n取值分别是4096、8192、16384)；

4)计算H中h(x_T1)到h(x_n)的和S_T1-n，其中T1为预先设定的最低热辐射阈值，；

5)若S_T-n＜T2，则返回步骤2，否则进入步骤6，T2为预先设定的阈值；

6)利用基于类间方差的方法计算图像量化阈值T3；

7)以T3为阈值，将图像进行二值化，即值小于等于T3的赋值为0，大于T3的赋值为255；

8)在步骤7所得到的二值化图像中搜索联通区域，求取最大联通区域的中心C、面积A、周长P和尖角数量Sc，若面积A≤T4，T4为区域面积阈值，则进入步骤9，否则返回步骤2；

9)若该图像是第一帧符合条件的图像则符合条件的图像计数加1，返回步骤2；否则比较该帧与前一帧图像最大联通区域的中心C，面积、周长和尖角数量的差值C_diff，若满足C_diff＜T5，A_diff＞T6，P_diff＞T7，Sc_diff＞T8则符合条件的图像计数加1，若符合条件的图形计数值大于T9，则进入步骤10；否则将符合条件的图像数量计数值赋为0，返回步骤2；

10)输出火警信号；

11)根据火点的图像位置初步确定火点坐标，启动覆盖该红点范围的自动水炮；

12)自动水炮通过与自身联动的双波段摄像头对火点进行精确定位；

13)自动水炮启动喷水；

14)红外热线图像处理板继续监测火点情况，若扑灭则返回步骤2，否则返回步骤12；

15)完毕。