CN108416969A - 一种无死角地下空间火灾检测方法 - Google Patents

一种无死角地下空间火灾检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种无死角地下空间火灾检测方法，应用于地下空间安全检测领域，通过采用“多边形三角剖分方法”对地下空间的探测器安装进行合理的规划，实现对地下空间无死角、低成本的进行火焰监测；并且通过紫外探测部分探测到的紫外信号，来初步判断是否存在火焰；当紫外探测部分初步探测到存在火焰时，触发光学相机部分采集光学图像，进一步判断是否出现火焰；当光学相机部分探测到火焰时，触发报警，能够高精度的判断地下空间被监控区域中有无火焰。

Description

一种无死角地下空间火灾检测方法
技术领域
本发明属于地下空间安全检测领域，特别涉及一种地下空间火焰检测技术。
背景技术
现阶段常常使用的火焰探测器有以下几种：
1：感温探测器
单一的感温探测器由于灵敏度低，探测速度慢，误报率高。
2：感烟探测器
感烟探测器分为离子感烟探测器，光电感烟探测器，气体探测器。其中光电感烟探测器及起点探测器误报率很高；离子感烟探测器随在各种场景下都有较好的探测鲜果，但是并不具有现场录像功能，不能为后来的事故调查提供可靠的证据。
3：紫外火焰探测器
紫外火灾探测器容易受电焊光、电弧、闪电、X射线等(紫外线辐射)触发而产生误报警。更适用于地下空间的探测。但同样并不具有现场录像功能，不能为后来的事故调查提供可靠的证据。
4：图像探测方式
目前图像火灾探测器有烟雾图像探测器、火焰图像探测器、激光图像感烟火灾探测器等。图像探测方式探测速度快，能够实时录制视频以便为以后火灾事故调查提供证据。但为了节约成本，仅将其安装于大概率发生火灾的区域，有些区域并不在监控范围内，并不能实现无死角测量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种无死角地下空间火灾检测方法，通过将紫外、图像测量方法相融合，同时利用“多边形三角剖分方法”对如何安装探测器进行合理的规划，以实现对地下空间无死角、低成本的进行火焰监测。
本发明采用的技术方案为：一种无死角地下空间火灾检测方法，通过紫外探测仪部分探测到的紫外信号，来初步判断是否存在火焰；当紫外探测仪部分初步探测到存在火焰时，触发光学相机部分采集光学图像，进一步判断是否出现火焰；当光学相机部分探测到火焰时，触发报警；从而能够高精度的判断地下空间被监控区域中有无火焰；并且采用“多边形三角剖分方法”对地下空间的探测器安装进行合理的规划，实现对地下空间无死角、低成本的进行火焰监测。具体涉及以下技术：
1、地下空间多边形剖分技术
将地下空间抽象为平面多边形Pn，对此平面多边形Pn进行三角剖分处理，具体包括以下分步骤：
11、逆时针取出Pn中的三个顶点Aj,Bj,Cj，令记多边形所在平面的法向量为
其中，j表示第j次选取中间顶点；
12、若当前三个顶点的中间顶点为凸顶点，则执行步骤14；否则执行步骤13；具体判断方式如下：
若则记中间顶点Bj为凸顶点，若则中间顶点Bj为凹顶点；
13、跳过当前的中间顶点，逆时针选取Pn中的下一个顶点，返回步骤12；
若当前三个顶点中的中间顶点为凹顶点，则跳过这个凹顶点，执行步骤11；否则执行步骤13；
14、根据当前的三个顶点构成三角形；连接Aj、Bj、Cj，形成三角形ΔAjBjCj；
15、判断步骤14构成的三角形中是否存在Pn的其他顶点，若是则执行步骤13；否则该三角形为有效三角形；判断过程为：
将Pn中的剩余顶点依次相连，记为Dj iEj i，其中i代表第i条线段。记以线段Dj iEj i为对角线的矩阵为R，以线段AjBj为对角线的矩阵为Q，依次利用公式(1)、(2)判断线段R与Q是否相交，若相交则说明ΔAjBjCj内部有其他顶点，顶点Bj不能作为有效顶点，ΔAjBjCj无效，接着逆时针选取Pn中的下一个顶点，执行步骤11；若无，则将此三角形作为有效三角形；
16、若Pn中还有未选的顶点，则执行步骤13；否则根据所有的有效三角形得到Pn的三角剖分网格。
17、局部优化，此步可以使三角形最小内角最大化，使得锐角三角形相对偏多：在三角网格中，两个三角形相连可以形成一个四边形，若四边形为凸四边形，计算2个三角形的最小内角α，交换对角线形成新的两个三角形，若新的三角形最小内角β＞α，则用新的三角形划分替换原本的划分，如图2所示。依次对三角形网格中的三角形执行此步骤，完成后即可完成平面多边形的三角剖分；
2、基于地下空间多边形剖分的探测器布置
21、对多边形Pn进行三染色；具体的：依次对三角形网格中的各个三角形顶点进行染色，染色的原则是：每个边两个顶点所染颜色不能相同；
22、寻找出包含最少顶点的颜色，在这些颜色处放置火焰探测仪。
23、对某些火焰探测仪的位置进行调整：因光学相机的监测范围为90°圆锥，若顶点N为钝角顶点或者凹顶点，在N点处放置火焰探测仪将出现监测盲区。如图3中a点所示。解决方案为：将N点为顶点的相邻三角形进行组合，得到四边形+四边形/四边形+三角形的组合结果；在这些四边形和三角形中寻找一个锐角顶点，在这些锐角/直角顶点处放置火焰探测仪以代替a处的仪器。至此完成火焰探测仪的位置调整。
根据上述的地下空间多边形剖分技术与基于地下空间多边形剖分的探测器布置技术，本发的流程为：
S1、采用多边形三角剖分方法对地下空间的探测器安装进行布置；所述探测器包括紫外探测部分与光学相机部分；
S2、根据紫外探测部分采集到的紫外信号，初步判断是否出现火焰；
S3、若初步判断出现火焰则触发光学相机部分启动采集；对光学相机部分采集到的光学图像进行分析处理，判断是否出现火焰。
本发明的有益效果：一种无死角地下空间火灾检测方法，通过采用多边形剖分方法对地下空间进行三角剖分，得到地下空间的三角形网格；根据剖分得到的三角形网格来对探测器进行安装，可以实现无死角检测，并且通过优化探测器安装配置，降低了火灾检测的成本；同时本发明通过融合紫外探测仪与光学相机，首先经紫外探测仪进行初步的火灾判断，存在火灾时再启动光学相机做进一步地判断，提高了火灾的检测的精度。
附图说明
图1为本发明的方案流程图；
图2为本发明的采用多边形三角剖分方法对地下空间进行划分的流程图；
图3为对三角剖分网络的优化示意图；
图4为凹点放置探测器示意图；
图5为紫外线探测部分初步检测空间火焰的信号数据示意图；
图6为本发明实施例提供的地下空间平面图；
图7为本发明实施例提供的多边形三角网格图；
图8为本发明实施例提供的三染色效果图；
图9为本发明实施例提供的紫外线探测仪初步检测空间火焰的信号数据示意图；
图10为本发明实施例提供的光学相机不跟采集到的图像；
图11为本发明实施例提供的检测到的火焰示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
如图1所示为本发明的方案流程图，本发明的技术方案为：一种无死角地下空间火灾检测方法，包括：
S1、采用多边形三角剖分方法对地下空间的探测器安装进行布置；所述探测器包括紫外探测部分与光学相机部分；
多边形三角剖分方法对地下空间的探测器安装进行布置，包括：采用多边形三角剖分方法对地下空间进行剖分处理，然后根据剖分处理结果进行探测器安装布置；如图2所示，具体包括以下步骤：
1、多边形三角剖分方法对地下空间进行剖分处理，具体为：将地下空间抽象为平面多边形Pn，对此平面多边形Pn进行三角剖分处理，包括以下分步骤：
11、逆时针取出Pn中的三个顶点Aj,Bj,Cj，令记多边形所在平面的法向量为其中，j表示第j次选取中间顶点；
12、若当前三个顶点的中间顶点为凸顶点，则执行步骤14；否则执行步骤13；具体判断方式如下：
若则记中间顶点Bj为凸顶点，若则中间顶点Bj为凹顶点；
13、跳过当前的中间顶点，逆时针选取Pn中的下一个顶点，返回步骤12；
若当前三个顶点中的中间顶点为凹顶点，则跳过这个凹顶点，执行步骤11；否则执行步骤13；
14、根据当前的三个顶点构成三角形；连接Aj、Bj、Cj，形成三角形ΔAjBjCj；
15、判断步骤14构成的三角形中是否存在Pn的其他顶点，若是则执行步骤13；否则该三角形为有效三角形；判断过程为：
将Pn中的剩余顶点依次相连，记为Dj iEj i，其中i代表第i条线段。记以线段Dj iEj i为对角线的矩阵为R，以线段AjBj为对角线的矩阵为Q，依次利用公式(1)、(2)判断线段R与Q是否相交，若相交则说明ΔAjBjCj内部有其他顶点，顶点Bj不能作为有效顶点，ΔAjBjCj无效，接着逆时针选取Pn中的下一个顶点，执行步骤11；若无，则将此三角形作为有效三角形；
16、若Pn中还有未选的顶点，则执行步骤13；否则根据所有的有效三角形得到Pn的三角剖分网格。
17、局部优化，此步骤可以使三角形最小内角最大化，使得锐角三角形相对偏多：在三角网格中，两个三角形相连可以形成一个四边形，若四边形为凸四边形，计算2个三角形的最小内角α，交换对角线形成新的两个三角形，若新的三角形最小内角β＞α，则用新的三角形划分替换原本的划分，如图3所示；左边划分方式2个三角形的最小内角小于交换对角线形成新的两个三角形的最小内角，因此用右边的划分方式替换左边的划分。依次对三角形网格中的三角形执行此步骤，完成后即可完成平面多边形的三角剖分。
2、根据剖分处理结果进行探测器安装布置，包括以下分步骤：
21、对多边形Pn进行三染色；具体的：依次对三角形网格中的各个三角形顶点进行染色，染色的原则是：每个边两个顶点所染颜色不能相同；
22、寻找出包含最少顶点的颜色，在这些颜色处放置火焰探测仪。
23、对某些火焰探测仪的位置进行调整：因光学相机的监测范围为90°圆锥，若顶点N为钝角顶点或者凹顶点，在N点处放置火焰探测仪将出现监测盲区。如图4中a点所示，列举了a点为钝角顶点和凹顶点的两种情况；解决方案为：将a点为顶点的相邻三角形进行组合，得到四边形+四边形/四边形+三角形的组合结果；在这些四边形和三角形中寻找一个锐角顶点，在这些锐角/直角顶点处放置火焰探测器以代替a处的探测器。至此完成火焰探测器的位置调整。
S2、在经步骤S1完成火焰探测器的放置工作后，根据紫外探测部分采集到的紫外信号，初步判断是否出现火焰；
紫外线探测部分以自定义的频率(200～2000Hz)采集路段弓网的紫外波段信号，并将采集到的紫外信号通过光电传感器转换为电信号Vd，若出现波段在(185～260nm)特征紫外线光信号，系统记为01，代表出现，若没有则记为00；如图5所示，本步骤的处理可通过紫外线探测仪对地下空间中出现的火焰进行初步检测。
S3、若初步判断出现火焰则触发光学相机部分启动采集；对光学相机部分采集到的光学图像进行分析处理，判断是否出现火焰；具体过程为：
S31、记录01持续的次数c，利用公式(3)计算出火焰持续的时间ti。
出现01信号时，控制板发送触发信号触发光学相机进行抓拍，记录在ti时间段内获得Z1帧光学图像。
S32、若光学图像为灰度图像，无需进行灰度处理，直接进行步骤8；若其为彩色图像则利用公式(4)对光学图像进行灰度处理：
Yin＝0.65R+0.33G+0.02B (4)
S33、利用公式(5)对步骤(4)中得到的有效区域进行阈值分割：
其中，n代表每帧图像，j代表每帧图像中的每个像素点，K代表经验得到的阈值，若此处灰度比K大，则证明此像素点有火焰，否则，此像素点没有火焰。
S34、通过紫外摄像部分和光学相机部分两次确认有火焰后，触发报警电路工作，蜂鸣器响应，并将ti时间段内Z1帧的光学图像进行特殊存储。
以下举例说明，以便于本领域技术人员进一步理解本发明的内容：
假设地下空间平面图如图6所示，本发明的一种无死角地下空间火灾检测方法，实施过程为：
S1、经多边形剖分处理后得到如图7所示的平面多边形的三角网格；通过染色后得到如图8所示的平面多边形的染色；根据染色结果对探测器进行安装布置，得到火焰探测器需要安装于d位置，对火焰探测器位置进行调整，将相邻三角形进行结合，a、d、f、e形成四边形M，a、b、c、d形成四边形V，寻找M和V中的锐角，可得f点和c点处需放置火焰探测仪。
S2、采集到的紫外线信号数据如图9所示，01表示采集到特征紫外线光信号，00表示没有采集到特征紫外线光信号；初步判断是否出现火焰.
S3、若初步判断出现火焰则触发光学相机部分启动采集；光学相机部分采集到的图像如图10所示，经过对光学图像进行分析处理，得到检测到的火焰如图11所示。
本发明的方法将紫外探测与光学相机的检测方式融合，紫外探测部分初步判断存在火焰，然后启动光学相机部分采集光学图像，再通过对光学图像进行分析处理，最终判断是否存在火焰，本发明的方法较现有方法判断更为精确；并且本发明的方法采用多边形三角剖分的方式对地下空间进行三角剖分处理，对探测器安装进行合理的规划，实现了对地下空间无死角、低成本的进行火焰监测。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种无死角地下空间火灾检测方法，其特征在于，包括：
S1、采用多边形三角剖分方法对地下空间的探测器安装进行布置；所述探测器包括紫外探测部分与光学相机部分；
S2、根据紫外探测部分采集到的紫外信号，初步判断是否出现火焰；
S3、若初步判断出现火焰则触发光学相机部分启动采集；对光学相机部分采集到的光学图像进行分析处理，判断是否出现火焰。
2.根据权利要求1所述的一种无死角地下空间火灾检测方法，其特征在于，所述采用多边形三角剖分方法对地下空间的探测器安装进行布置；具体包括：采用多边形三角剖分方法对地下空间进行剖分处理，得到三角剖分网格；然后根据三角剖分网格进行探测器安装布置。
3.根据权利要求2所述的一种无死角地下空间火灾检测方法，其特征在于，所述多边形三角剖分方法对地下空间进行剖分处理，具体为：将地下空间抽象为平面多边形Pn，对此平面多边形Pn进行三角剖分处理，包括以下分步骤：
11、逆时针取出Pn中的三个顶点，作为三角剖分的基点；
12、若当前三个顶点的中间顶点为凸顶点，则执行步骤14；否则执行步骤13；
13、跳过当前的中间顶点，逆时针选取Pn中的下一个顶点，返回步骤12；
若当前三个顶点中的中间顶点为凹顶点，则跳过这个凹顶点，执行步骤11；否则执行步骤13；
14、根据当前的三个顶点构成三角形；
15、判断步骤14构成的三角形中是否存在Pn的其他顶点，若是则执行步骤13；否则该三角形为有效三角形；
16、若Pn中还有未选的顶点，则执行步骤13；否则根据所有的有效三角形得到Pn的三角剖分网格。
4.根据权利要求3所述的一种无死角地下空间火灾检测方法，其特征在于，还包括对Pn的三角剖分网格进行优化；具体为：在三角剖分网格中，两个三角形相连可以形成一个四边形，若四边形为凸四边形，计算2个三角形的最小内角α，交换对角线形成新的两个三角形，若新的三角形最小内角β＞α，则用新的三角形划分替换原本的划分。
5.根据权利要求2所述的一种无死角地下空间火灾检测方法，其特征在于，所述根据三角剖分网格进行探测器安装布置，具体包括以下分步骤：
21、对多边形Pn进行三染色；具体的：依次对三角形网格中的各个三角形顶点进行染色，染色的原则是：每个边两个顶点所染颜色不能相同；
22、寻找出包含最少顶点的颜色，在这些颜色处放置火焰探测仪。
6.根据权利要求5所述的一种无死角地下空间火灾检测方法，其特征在于，若某顶点为钝角顶点或者凹顶点，还包括：对探测器的位置进行调整；具体为：将该顶点的相邻两个三角形进行组合，得到四边形+四边形或四边形+三角形的组合结果；在组合结果中寻找一个锐角顶点，在这些锐角/直角顶点处放置探测器以代替该顶点处的探测器。
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