CN106843240A - 基于智能视频的防火机器人及多机协调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了基于智能视频的防火机器人及多机协调系统，属于智能消防领域。包括行走机器人、摄像头、补光灯、云台、主控模块、定位模块、灭火器、灭火器支撑结构、无线通讯模块、烟雾传感器、红外传感器。采用实时智能视频分析技术，结合烟雾和红外传感器辨识起火点，提高了判断的准确性。多台防火机器人按区域巡查，且相互联网通讯构成多机协调系统，发现起火点后集体扑灭，大大提高了火灾监测效率和对火灾初期的扑灭能力。采用人员识别和特定动作巡检，避免了误灭火，提高了监测效果。本系统实现了高精度的智能化火灾识别并能高效率的扑灭起火点，防患于未然，可广泛应用于仓库、变电站等，尤其是无人值守的区域。
Description
技术领域
本发明涉及智能消防领域，尤其涉及一种基于智能视频的防火机器人及多机协调系统。
背景技术
在我国，火灾频繁发生，促使火灾发生的原因多样，严重危害人民的生活和财产安全。及时预防是解决火灾问题的一种重要途径，尤其是在火灾初期，如果能及时发现预警、及时扑灭，可以有效减少火灾扩大造成严重损失。此外，在诸如仓库、变电站等设备较多、区域较大，且经常无人值守的场所，起火点的实时监测、预警和及时扑灭尤为重要。
目前的系统如通用的火灾监测报警系统，只能在发现火灾时报警，等灭火人员和设备赶到时，往往火灾已经扩大；再如喷淋系统，必须是火灾达到一定程度才能感应动作，这时已经造成了一定的财产损失，甚至火灾已经发展到难以扑灭的程度。因此，需要一种能够及时发现起火点，并在火灾初期就能及时扑灭的智能灭火机器人系统。
现阶段的灭火机器人系统一般采用火焰传感器或烟雾传感器等监测起火点然后进行灭火，但这种方法准确度不高、容易误报。采用智能视频分析进行火灾监测可以快速的判断起火点并确定发生起火点的位置，目前国内关于此方面的专利十分稀少，中国专利“智能预警灭火机器人”（申请号：201410565265.6）提出了一种带有摄像头的智能预警灭火机器人，利用多数据融合完成火灾火焰识别和火源定位，有效地提高了识别的准确度；但是其提出的预警灭火机器人为单台独立工作，对于监测范围较大的区域具有巡视周期长，无法及时发现和扑灭起火点的缺点；而且对于较难扑灭的起火点，单台预警灭火机器人独立工作难以有效扑灭火源；此外，其不具备重点设备监测和特定动作监测等功能，无法有目的性的监测容易发生火灾的设备和区域，对于人为点火如抽烟等行为也不能有效识别，容易发生误灭火。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于智能视频的防火机器人及多机协调系统。巡检周期短，对起火点识别准确度高，能够在火灾初期发现起火点并灭火，且对于监管范围大的区域同样具备较快的巡检速度和较强灭火能力。另外其能够按照设定动作监测重点区域和重点设备，并兼有防盗预警和动物意外闯入预警等功能，具有成本较低，准确度高，适用性强，功能全面等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的基于智能视频的防火机器人，包括行走机器人（1），以及装设于行走机器人（1）上的摄像头（2）、补光灯（3）、云台（4）、主控模块（5）、定位模块（6）、灭火器（7）、无线通讯模块（8）。其中摄像头（2）可以采用双目摄像头，其采集图像经过处理分析可以确定目标的准确方位。
摄像头（2）和补光灯（3）经云台（4）固定在行走机器人（1）上，由主控模块（5）根据需要控制云台（4）调整摄像头（2）方向和角度。其中云台（4）由旋转舵机控制，拥有2自由度，可以更好的获取图像和视频信息，补光灯（3）有助于提高摄像头（2）在烟雾环境下的图像辨识率。
主控模块（5）通过定位模块（6）实时确定自身所在位置，并控制行走机器人（1）在被监测区域内按照设定路线巡航，摄像头（2）不断将拍摄的周边环境视频图像送给主控模块（5）进行实时智能视频分析处理，并判断是否存在起火点；
当主控模块（5）经分析判断确定某一位置为起火点，控制行走机器人（1）接近起火点，同时控制灭火器（7）扑灭起火点，并将相关视频图像经无线通讯模块（8）传给管理人员进行报警。采用视频监测分析的方法可以在火灾初生时期及时发现起火点并及时灭火，将火灾扼杀在萌芽状态，防患于未然。
所述的基于智能视频的防火机器人的多机协调系统，是将被监测场地划分为多个区域，每个区域配置一台所述的基于智能视频的防火机器人负责该区域的巡航监测，且通过各自的无线通讯模块（8）相互联网通讯，由多台防火机器人构成多机协调工作的防火系统。
正常工作时每台防火机器人在各自负责区域内按照设定的路径巡航，当某一台防火机器人发现起火点时，将其定位模块（6）获得的位置信息通过无线通讯模块（8）传送给被监测场地内的其他区域的防火机器人，多台防火机器人汇集到起火点，按照灭火进程协调工作，共同扑灭起火点。
当监测区域范围较大时，采用这种方式可以提高监测效率，有效的解决了单台防火机器人监测不及时的问题。其中每台防火机器人的主控模块（5）都预存有整个区域的路径图，可以根据无线通讯模块（8）收到的定位模块（6）传来的位置信息判断抵达起火点的最佳路径并集体灭火，大大提高了灭火效率。
所述的防火机器人还包括烟雾传感器（9）和红外传感器（10），如果检测到疑似烟雾或火焰信息，则送给主控模块（5），主控模块（5）控制行走机器人（1）接近疑似起火点，调整摄像头（2）拍摄并进行智能视频分析，联合判断是否为起火点。
或者当主控模块（5）通过实时智能视频分析处理，发现疑似起火点时，控制行走机器人（1）接近疑似起火点，通过烟雾传感器（9）和红外传感器（10）采集烟雾或火焰信息，联合判断是否为起火点。
当无法确定是否为起火点时，主控模块（5）将疑似起火点的视频图像经无线通讯模块（8）远程传给管理人员，由管理人员人工判断起火点、并对主控模块（5）发出是否扑灭起火点的控制指令。
烟雾传感器（9）和红外传感器（10）可以设置为多个，以扇形分布方式安装于行走机器人（1）前方，主控模块（5）通过对各个烟雾传感器（9）或红外传感器（10）传回的信号进行分析判定起火点准确方向。采用烟雾传感器（9）和红外传感器（10）检测与智能视频分析联合判断，能够更加准确的判断起火点，有效避免误判。
为提高防火效果，在主控模块（5）中预先设定重点监测区域或重点监测设备，并设定防火机器人在不同位置执行的特定动作，由摄像头（2）采集所设定区域或设备的视频图像送入主控模块（5）分析，判断其状态，若有异常情况经无线通讯模块（8）向管理人员报警。预先设定重点监测区域或重点监测设备，可以在规划巡航路径时，加大对这些容易产生起火点的区域或设备巡检的频度，提高系统工作效率，有效缩短发现起火点的时间间隔；设定特定动作，则可以对一些常规巡检难以检测或极易漏检的拐角、背面，乃至设备内部等进行巡检，当然，这些复杂的功能需要行走机器人（1）的功能配合，在系统实现时可根据需要选用或设计。
所述的基于智能视频的防火机器人还包括报警模块（11），当主控模块（5）经分析判断发现起火点时，通过智能视频分析判断起火点周边是否有人，如果有人则驱动报警模块（11）发出警告，并拍摄相关视频图像经无线通讯模块（8）向管理人员报警。
报警模块（11）可以采用声光等方式，一方面是针对在禁烟禁火区域内有人员抽烟或点燃明火的情况，由于特征明显，防火机器人的智能视频分析能够准确发现这种起火点，但是这时不需要启动灭火器（7）进行灭火，否则可能会对人员造成误伤，只需采用警告结合报警的方式就能很好解决这一问题。因此，需要同时判断监测到的起火点是否与人员相关联，而目前的技术中，只有智能视频识别技术能够很好的做到这一点。另一方面，如果起火点不是由于周边人员导致的，采用报警模块（11）也有利于及时提醒周边人员，及时进行处理。
当夜间巡视时，如果红外传感器（10）检测到有生物信息，向主控模块（5）发送信息，主控模块（5）控制补光灯（3）点亮，同时控制云台（4）将摄像头（2）对准检测到生物信息的位置，录取视频并经无线通讯模块（8）向管理人员报警。不仅增加了监管区域的防盗能力，有效防止监管区域内物品被盗，同时，还增加了对像老鼠等具有破坏性动物的检测判断预警功能，尤其是具有电气设备运行的场合，小动物往往是造成火灾的主要原因之一。
所述的基于智能视频的防火机器人还包括灭火器支撑结构（12），由主控模块（5）经过对摄像头（2）采集的视频图像分析，根据起火点的位置和灭火的进程，实时调整灭火器（7）的高度和喷头角度。其中灭火器支撑结构（11）为可以旋转角度和升降高度的云梯，灭火器（7）整体固定在云梯上，灭火器（7）喷头固定在云梯顶端，主控模块（5）能够精确控制云梯运动。由于起火点的位置可能在地面，也可能在高于地面的位置，因此采用灵活的灭火器支撑结构（11）能够根据起火点的位置调整灭火器（7）的高度和喷头角度；而且，随着起火点扑灭进程的发展，起火点的形状、面积等都会发生变化，控制灭火器（7）的喷射方向随之改变，可有效提高灭火效果。同时，多机协调工作时，也要对多台防火机器人的喷射角度及位置进行协调控制，才能有效工作。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1.采用基于智能视频的防火机器人，在火灾初发时就能发现起火点，同时快速扑灭，将火灾扼杀在萌芽状态，最大限度的减少火灾造成的损失。
2.采用多台基于智能视频的防火机器人构成多机协调系统，大大提高了巡检效率，有效缩短了发现起火点的时间间隔，且多机联网通讯集体灭火，大大提高了对初发火灾的扑灭能力。
3.采用烟雾传感器和红外传感器检测与智能视频分析联合判断，能够更加准确的判断起火点，有效避免误判。
4.采用预先设定重点监测区域和重点监测设备的方式，可以在规划巡航路径时，加大对这些容易发生起火点的区域或设备巡检的频度，提高系统工作效率，有效缩短发现起火点的时间间隔；设定特定动作，则可以对一些常规巡检难以检测或极易漏检的拐角、背面，乃至设备内部等进行检测。
5.采用智能视频分析判断起火点是否与人员关联并发出警告和报警，可以避免因为在禁烟禁火区域有人员抽烟或点燃明火所造成的误灭火，同时，通过对生物信息进行智能视频分析判断并报警，能够起到防盗和防止动物入侵的作用。
6.采用补光灯有助于摄像头在光照强度较弱或烟雾较浓的情况下更好的获取图像和视频信息，提高图像辨识率。
7.采用可以升降高度和旋转角度的灭火器支撑结构，便于控制灭火器根据起火点的位置调整高度和角度；而且，随着起火点扑灭进程的发展，起火点的形状、面积等都会发生变化，控制灭火器的喷射方向随之改变，可有效提高灭火效果。同时，多机协调工作时，灵活的灭火器支撑结构有助于主控模块协调控制多台防火机器人的喷射角度及位置，使防火机器人更加高效的工作。
附图说明
图1：基于智能视频的防火机器人结构示意图。
图2：基于智能视频的防火机器人的多机协调系统巡检区域规划图。
图中：1—行走机器人、2—摄像头、3—补光灯、4—云台、5—主控模块、6—定位模块、7—灭火器、8—无线通讯模块、9—烟雾传感器、10—红外传感器、11—灭火器支撑结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示，为基于智能视频的防火机器人的顶视图，包括行走机器人（1）、摄像头（2）、补光灯（3）、云台（4）、主控模块（5）、定位模块（6）、灭火器（7）、无线通讯模块（8）、烟雾传感器（9）、红外传感器（10）、灭火器支撑结构（11）。
其中行走机器人（1）目前技术较成熟，可以根据需要选择已有的类型或根据功能需要设计，本发明选用最简单的用直流电机驱动的四轮车，摄像头（2）和补光灯（3）经云台（4）固定在行走机器人（1）的上方，3个烟雾传感器（9）和3个红外传感器（10）以扇形分布安装于行走机器人（1）的前方，另外有3个红外传感器（10）以扇形分布安装于行走机器人（1）的后方，主控模块（5）、定位模块（6）与无线通讯模块（8）按如图1所示安装在行走机器人（1）上，行走机器人（1）、摄像头（2）、补光灯（3）、云台（4）、定位模块（6）、灭火器（7）、无线通讯模块（8）、烟雾传感器（9）、红外传感器（10）和灭火器支撑结构（11）都与主控模块（5）相连。
摄像头（2）采用双目摄像头并且具备夜视功能，云台（4）拥有2个自由度，由可以360度旋转的舵机控制，定位模块（6）采用GPS定位，无线通讯模块（8）包括WIFI模块和GPRS模块，红外传感器（10）可以检测火焰信息和生物信息，灭火器支撑结构（11）采用能够旋转角度和垂直升降高度的云梯并按图1所示固定在行走机器人（1）上，灭火器（7）采用干粉灭火器，并且整体固定在灭火器支撑结构（11）上，灭火器（7）喷头固定在云梯最前端，由继电器开关控制灭火器（7）喷头喷放灭火物质。
采用双目摄像头，便于主控模块（5）分析判断防火机器人与疑似起火点之间的距离，摄像头（2）带有夜视功能使防火机器人能够夜间巡检；采用补光灯（3）有助于摄像头（2）在光线强度较弱或烟雾较浓的情况下更好的获取图像和视频信息，提高图像辨识率；采用360度可旋转舵机组成的2自由度云台固定摄像头（2）便于主控模块（5）根据所拍摄目标位置调整摄像头（2）在适当角度采集目标图像信息；采用可以升降高度和旋转角度的灭火器支撑结构，便于控制灭火器（7）根据起火点的位置调整高度和角度；而且，随着起火点扑灭进程的发展，起火点的形状、面积等都会发生变化，控制灭火器（7）的喷射方向随之改变，可有效提高灭火效果。同时，多机协调工作时，灵活的灭火器支撑结构（11）有助于主控模块（5）协调控制多台防火机器人的喷射角度及位置，使防火机器人更加高效的工作。
如图2所示，当被监测场地范围较大时，将被监测场地划分为四个区域，每个区域设置一台所述的基于智能视频的防火机器人，构成基于智能视频的防火机器人的多机协调系统；正常工作时，每台防火机器人由设定好的起点开始，在各自负责区域内按照设定的路径巡检，并且它们之间相互联网通讯。
如图1和图2所示，巡检过程中，烟雾传感器（9）和红外传感器（10）实时检测烟雾和火焰信息送给主控模块（5）进行判断，同时主控模块（5）控制云台（4）使摄像头（2）360度旋转，如可设置每转动30度角进行一次图像采集并进行智能视频分析，判断是否存在疑似起火点信息。
当烟雾传感器（9）或红外传感器（10）发现疑似烟雾或火焰信息后送给主控模块（5），主控模块（5）根据各位置的烟雾传感器（9）或红外传感器（10）传来的模拟电压信号大小判断疑似起火点的具体方位，并驱动防火机器人接近疑似起火点，期间由摄像头（2）实时拍摄图像信息分析判断防火机器人与疑似起火点之间的距离；当主控模块（5）通过实时智能视频分析发现疑似起火点时，由主控模块（5）分析图像信息判断疑似起火点的具体方位和防火机器人距离疑似起火点的距离，并控制防火机器人接近疑似起火点。
接近疑似起火点后，主控模块（5）结合烟雾传感器（9）和红外传感器（10）传回信息与智能视频分析进行判断，如果确定是起火点，则由主控模块（5）根据起火点所在位置控制云梯旋转和升降适当的角度和高度，使灭火器（2）喷头对准起火点进行灭火；同时，将定位模块（6）获得的位置信息通过无线通讯模块（8）传送给被监测场地内其他区域的防火机器人，其它区域防火机器人的主控模块（5）根据接收的位置信息，从预存的被监测场地路径图中选择最佳路径在起火点集合，并且协调工作共同扑灭起火点。如果无法确定是否为起火点时，主控模块（5）将疑似起火点的视频图像经无线通讯模块（8）远程传到管理人员的手机或电脑上，由管理人员进行判断，并对主控模块（5）发出是否扑灭起火点的控制指令。
采用烟雾传感器（9）和红外传感器（10）检测与智能视频分析联合判断，能够更加准确的判断起火点，有效避免误判；采用多台基于智能视频的防火机器人构成多机协调系统，大大提高了巡检效率，有效缩短了发现起火点的时间间隔，且多机联网通讯集体灭火，大大提高了对初发火灾的扑灭能力。
在主控模块（5）中预先设定重点监测区域或重点监测设备，并设定防火机器人在不同区域执行特定动作。当主控模块（5）通过定位模块（6）传回的位置信息判断到达设定区域时，按照规定动作采集所设定区域或设备的视频图像送入主控模块（5）进行分析，判断区域或设备状态，若发现异常情况，将相关视频图像经无线通讯模块（8）远程传到管理人员的手机或电脑上进行报警。采用预先设定重点监测区域和重点监测设备的方式，可以在规划巡航路径时，加大对这些容易发生起火点的区域或设备巡检的频度，提高系统工作效率，有效缩短发现起火点的时间间隔。设定特定动作，则可以对一些常规巡检难以检测或极易漏检的拐角、背面，乃至设备内部等进行检测。
当主控模块（5）通过智能视频分析判断发现起火点时，首先通过摄像头（2）采集起火点周围图像信息送入主控模块（5）进行智能视频分析，判断起火点周边是否有人，如果判断有人则为人员在禁火区域内点火，由主控模块（5）控制补光灯（3）闪烁警告点火人员熄灭火源，并通过摄像头（2）拍摄相关视频图像经无线通讯模块（8）远程传到管理人员的手机或电脑上进行报警。采用智能视频分析判断起火点是否与人员关联并发出警告和报警，可以避免因为在禁烟禁火区域有人员抽烟或点燃明火所造成的误灭火。
夜间巡视时，当红外传感器（10）检测到有生物信息时，向主控模块（5）发送信息，主控模块（5）根据不同位置的红外传感器（10）传入的模拟电压信号大小判断生物信息出现的具体方位，同时控制补光灯（3）点亮，并控制云台（4）使摄像头（2）对准检测到生物信息的位置，录取视频并经无线通讯模块（8）向管理人员的手机或电脑发送相关图像信息报警。其中，通过对生物信息进行智能视频分析判断并报警，能够起到防盗和防止动物入侵的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.基于智能视频的防火机器人，其特征在于：包括行走机器人（1），以及装设于行走机器人（1）上的摄像头（2）、补光灯（3）、云台（4）、主控模块（5）、定位模块（6）、灭火器（7）、无线通讯模块（8）；
摄像头（2）和补光灯（3）经云台（4）固定在行走机器人（1）上，由主控模块（5）根据需要控制云台（4）调整摄像头（2）方向和角度；
主控模块（5）通过定位模块（6）实时确定自身所在位置，并控制行走机器人（1）在被监测区域内按照设定路线巡航，摄像头（2）不断将拍摄的周边环境视频图像送给主控模块（5）进行实时智能视频分析处理，并判断是否存在起火点；
当主控模块（5）经分析判断确定某一位置为起火点，控制行走机器人（1）接近起火点，同时控制灭火器（7）扑灭起火点，并将相关视频图像经无线通讯模块（8）传给管理人员进行报警。
2.基于智能视频的防火机器人的多机协调系统，其特征在于：将被监测场地划分为多个区域，每个区域配置一台所述的基于智能视频的防火机器人负责该区域的巡航监测，且通过各自的无线通讯模块（8）相互联网通讯；
正常工作时每台防火机器人在各自负责区域内按照设定的路径巡航，当某一台防火机器人发现起火点时，将其定位模块（6）获得的位置信息通过无线通讯模块（8）传送给被监测场地内的其他区域的防火机器人，多台防火机器人汇集到起火点，按照灭火进程协调工作，共同扑灭起火点。
3.根据权利要求1所述的基于智能视频的防火机器人，其特征在于：包括烟雾传感器（9）和红外传感器（10），如果检测到疑似烟雾或火焰信息，则送给主控模块（5），主控模块（5）控制行走机器人（1）接近疑似起火点，调整摄像头（2）拍摄并进行智能视频分析，联合判断是否为起火点；
或者当主控模块（5）通过实时智能视频分析处理，发现疑似起火点时，控制行走机器人（1）接近疑似起火点，通过烟雾传感器（9）和红外传感器（10）采集烟雾或火焰信息，联合判断是否为起火点；
当无法确定是否为起火点时，主控模块（5）将疑似起火点的视频图像经无线通讯模块（8）远程传给管理人员，由管理人员人工判断起火点、并对主控模块（5）发出是否扑灭起火点的控制指令。
4.根据权利要求1所述的基于智能视频的防火机器人，其特征在于：在主控模块（5）中预先设定重点监测区域或重点监测设备，并设定防火机器人在不同位置执行的特定动作，由摄像头（2）采集所设定区域或设备的视频图像送入主控模块（5）分析，判断其状态，若有异常情况经无线通讯模块（8）向管理人员报警。
5.根据权利要求1所述的基于智能视频的防火机器人，其特征在于：包括报警模块（11），当主控模块（5）经分析判断发现起火点时，通过智能视频分析判断起火点周边是否有人，如果有人则驱动报警模块（11）发出警告，并拍摄相关视频图像经无线通讯模块（8）向管理人员报警。
6.根据权利要求1所述的基于智能视频的防火机器人，其特征在于：夜间巡视时，如果红外传感器（10）检测到有生物信息，向主控模块（5）发送信息，主控模块（5）控制补光灯（3）点亮，同时控制云台（4）将摄像头（2）对准检测到生物信息的位置，录取视频并经无线通讯模块（8）向管理人员报警。
7.根据权利要求1所述的基于智能视频的防火机器人，其特征在于：包括灭火器支撑结构（12），由主控模块（5）通过对摄像头（2）采集的视频图像分析，根据起火点的位置和灭火的进程，实时调整灭火器（7）的高度和喷头角度。
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