CN108765237A - 一种基于环境监测的消防ar辅助决策系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境监测设备的技术领域，公开了一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法，包括环境数据采集装置、AR云端和AR眼镜，所述环境数据采集装置中内置有风速风向传感器、噪声传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、气压传感器和第一无线通信模块，所述AR云端内置有云识别服务、内容可视化管理、AR编辑器、Web管理系统和第二无线通信模块，所述AR眼镜内置有摄像采集模块、北斗GPS双模定位模块、本地识别模块、3D识别模块、SLAM模块、AR内容解析模块和第三无线通信模块。所述消防AR辅助决策系统采用AR眼镜采集现场信息并进行虚实结合的处理，小巧轻便，实用性强。

Description

一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法

技术领域

本发明属于环境监测设备的技术领域，具体涉及一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法。

背景技术

近年来重大消防事故频发，从消防救援的角度讲，专业指挥命令下达、事故现场信息精准传达以及消防装备应用，对火灾救援、事故调查都具有决定性作用。但由于现有消防机制及设备限制，救灾现场很难得到及时专业指挥，消防人员还在用肉眼直观判断现场环境，决定救援方案，给抢险救灾带来了极大的困难，同时也给消防员自身带来了极大的伤害和牺牲。目前，很多消防员已经开始使用热感摄像机，消防员在抢救时，身上往往要背负许多重物，除了重达二十几公斤的防护装置之外，还要携带水管和一部热感摄像机，热感摄像机的主要功能是帮助消防员看清火灾现场环境。但是目前应用的热感摄像机体积庞大，并且需要手持，工作效率低。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法，所述消防AR辅助决策系统采用AR眼镜采集现场信息并进行虚实结合的处理，协助精准指挥，小巧轻便，实用性强。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法，包括环境数据采集装置、AR云端和AR眼镜，所述环境数据采集装置中内置有风速风向传感器、噪声传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、气压传感器和第一无线通信模块，所述AR云端内置有云识别服务、内容可视化管理、AR编辑器、Web管理系统和第二无线通信模块，所述AR眼镜内置有摄像采集模块、北斗GPS双模定位模块、本地识别模块、3D识别模块、SLAM模块、AR内容解析模块、语音采集模块和第三无线通信模块，所述环境数据采集装置将风速风向传感器、噪声传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、气压传感器收集到的信息通过第一无线通信模块传送到AR云端，AR眼镜通过摄像采集模块采集实时的现场信息，AR眼镜通过北斗GPS双模定位模块实时定位，AR眼镜将采集到的实时现场信息和实时定位通过第三无线通信模块传送给AR云端，所述AR云端将接受到的信息进行识别处理后给AR眼镜发出对应信号，AR眼镜接收到AR云端传来的信号后将信号进行处理后做出对应的图像处理显示辅助行动决策。

进一步的，所述消防AR辅助决策系统还包括动态环境监测的数据采集装置，所述动态环境监测的数据采集装置至少包括一台用于检测气体和辐射信息的多功能检测仪、用于检测气象信息的便携式环境监测站、用于作为数据通讯枢纽和应急指挥的本地应急指挥系统和用于多功能检测仪定位的卫星；所述多功能检测仪内置有北斗GPS双模定位模块和第一本地通讯模块，所述卫星与北斗GPS双模定位模块进行信息交互确定多功能检测仪的位置，所述卫星将多功能检测仪的位置信息通过通讯传输给本地应急指挥系和AR云端，所述多功能检测仪通过第一本地通讯模块将检测到的周围的气体和辐射信息传送给本地应急指挥系统；所述便携式环境监测站内置有第二本地通讯模块，所述便携式环境监测通过第二本地通讯模块将检测到的气象信息传送给本地应急指挥系统；所述本地应急指挥系统内置第四无线通讯模块，所述本地应急指挥系统通过无线通讯模块将采集到的气体和辐射信息以及气象信息传送给AR云端。

进一步的，所述AR云端中的AR编辑器进行虚实物体配准时采用基于硬件跟踪器与基于视觉计算混合的配准技术。

进一步的，所述摄像采集模块中采用热感摄像机。

进一步的，所述环境数据采集装置中还设有烟雾传感器。

进一步的，所述北斗GPS双模定位模块采用HOE-BDGPSH型。

本发明还公开了一种基于动态环境监测的消防AR辅助决策的方法，AR云端接收到环境数据采集装置和动态环境监测的数据采集装置分别传送的气体浓度数据和气象数据以后进行计算，所述计算参考模型为：质量守恒定律、高斯烟羽模型，计算步骤为：

(1)假设泄漏点为一个泄漏点，泄漏速度恒定或者变化不大，泄漏物性质稳定，不宜分解或者被吸收，假设风速风速、风向相对恒定，地形以平原无高建筑物为主；

(2)计算过程：

下风向任意一点X(x,y,z,H)处泄漏气体浓度的函数为：

坐标原点为泄漏源在地面的投影点,C为点(x,y,z)处的污染物质量浓度mg/m3,x为计算点距泄漏源下风向的距离,y为计算点距泄漏源横向,z为计算点距地面高度,Q为泄漏源源强mg/s,H为泄漏源源高,u为平均风速m/s,σx,σy为水平方向扩散参数,σz为垂直方向扩散参数；

A、根据现场情况可以得知，泄漏源位置和泄漏时间，

B、根据动态环境监测的数据采集装置定位信息可以得知与泄漏源的相对位置和距离，

C、将动态环境监测的数据采集装置数据带入扩散方程，推算出扩散系数和扩散系数修正参数，

D、根据求得的扩散系数，再次带入方程，求得扩散范围。根据危险程序，划分三层危险区域，分别求得危险区域的形状和边界；

(3)通过不断将参数带入上述公式，会获得扩散范围，经扩散范围进行数据转换，可将需要疏散和警戒位置标注在地图上。

本发明的有益效果为：

1、协助指挥，小巧轻便，实用性强。这样的消防AR辅助决策系统通过环境数据采集装置采集事故现场的风速风向信息、噪声信息、温湿度信息、PM2.5信息和气压信息通过第一无线通信模块发送给AR云端，通过AR眼镜中的摄像采集模块和北斗GPS双模定位模块将消防人员的位置信息以及消防人员的现场情况信息通过第二无线通信模块发送给AR云端，AR云端将接收到的信号进行整合，由AR编辑器编辑出AR处理信号，将AR处理信号通过第三无线通信模块传送给AR眼镜，AR眼镜接收到AR处理信号通过3D识别模块、SLAM模块和AR内容解析模块结合识别解析并与现实场景进行虚实结合的显示处理，通过这样的辅助决策系统，可以实时、准确的了解到事故现场的的情况，并根据现场的情况作出准确的指挥，减少人员伤亡和财产损失，此外整个辅助决策的系统中，需要消防人员佩戴的只有一个AR眼镜，小巧轻便，不会影响消防人员的施救行动。

2、使得远程指挥更加精确、专业、高效。将多台多功能检测仪安装在需要环境监测的地域内的不同位置，通过多台多功能检测仪检测同时检测地域内不同位置处的有害气体的含量，每一台多功能检测仪将自己将测到的数据通过第一本地通讯模块传送给本地应急指挥系，每一台多功能检测仪均通过内置的北斗GPS双模定位模块与卫星进行信息交互定位，将通过卫星将每台多功能检测仪的位置传送给本地应急指挥系，本地应急指挥系将每台多功能检测仪所检测出来的气体信息与每台多功能检测仪的位置信息进行整合、显示，并将这些信息通过无线通信传送给AR云端，将便携式环境检测站安装设置在需要检测的地域内，对气象信息即风向、风速、气温、湿度、气压、PM2.5和环境噪音等进行实时监测，便携式环境检测站将检测到的信息通过第二本地通讯模块将检测到的信息传送给本地应急指挥系，本地应急指挥系统将接收到的多功能检测仪的信息和便携式环境检测站的信息进行整合、显示，本地指挥人员通过本地应急指挥系统显示的信息进行紧急的现场指挥，应急指挥系统将整合后的信号还通过第四无线通信传送给AR云端，AR云端将接收到的多方面的信息进行整合，更加进一步的确保了远程指挥能够更加准确、专业、有效的进行；AR云端中的AR编辑器进行虚实物体配准时采用基于硬件跟踪器与基于视觉计算混合的配准技术，采用两者混合的配准技术的算法鲁棒性强，定标精度高；摄像采集模块中采用热感摄像机，采用这种摄像机，能够更加容易帮助消防人员在厌恶和黑暗中获得清晰的视野，帮助消防人员更容易发现被困人员或者暗藏的威胁；北斗GPS双模定位模块采用HOE-BDGPSH型，采用这种定位模块定位更精准，抗干扰能力强。

附图说明

图1为基于动态环境监测的消防AR辅助决策系统的工作流程图；

图2为多功能检测仪的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

如图1、2所示，一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法，包括环境数据采集装置、AR云端和AR眼镜，所述环境数据采集装置中内置有风速风向传感器、噪声传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、气压传感器和第一无线通信模块，所述AR云端内置有云识别服务、内容可视化管理、AR编辑器、Web管理系统和第二无线通信模块，所述AR眼镜内置有摄像采集模块、北斗GPS双模定位模块、本地识别模块、3D识别模块、SLAM模块、AR内容解析模块、语音采集模块和第三无线通信模块，所述环境数据采集装置将风速风向传感器、噪声传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、气压传感器收集到的信息通过第一无线通信模块传送到AR云端，AR眼镜通过摄像采集模块采集实时的现场信息，AR眼镜北斗GPS双模定位模块实时定位，AR眼镜将采集到的实时现场信息和实时定位通过第三无线通信模块传送给AR云端，所述AR云端将接受到的信息进行识别处理后给AR眼镜发出对应信号，AR眼镜接收到AR云端传来的信号后将信号进行处理后做出对应的图像处理显示辅助行动决策。这样的消防AR辅助决策系统通过环境数据采集装置采集事故现场的风速风向信息、噪声信息、温湿度信息、PM2.5信息和气压信息通过第一无线通信模块发送给AR云端，通过AR眼镜中的摄像采集模块和北斗GPS双模定位模块将消防人员的位置信息以及消防人员的现场情况信息通过第二无线通信模块发送给AR云端，AR云端将接收到的信号进行整合，由AR编辑器编辑出AR处理信号，将AR处理信号通过第三无线通信模块传送给AR眼镜，AR眼镜接收到AR处理信号通过3D识别模块、SLAM模块和AR内容解析模块结合识别解析并与现实场景进行虚实结合的显示处理，通过AR眼镜中的语音采集模块可与远程监控的人员进行语音信息交互；通过这样的辅助决策系统，可以实时、准确的了解到事故现场的的情况，并根据现场的情况作出准确的指挥，减少人员伤亡和财产损失，此外整个辅助决策的系统中，需要消防人员佩戴的只有一个AR眼镜，小巧轻便，不会影响消防人员的施救行动。

如图1、2所示，所述消防AR辅助决策系统还包括动态环境监测的数据采集装置，所述动态环境监测的数据采集装置至少包括一台用于检测气体和辐射信息的多功能检测仪、用于检测气象信息的便携式环境监测站、用于作为数据通讯枢纽和应急指挥的本地应急指挥系统和用于多功能检测仪定位的卫星；所述多功能检测仪内置有北斗GPS双模定位模块和第一本地通讯模块，所述卫星与北斗GPS双模定位模块进行信息交互确定多功能检测仪的位置，所述卫星将多功能检测仪的位置信息通过通讯传输给本地应急指挥系和AR云端，所述多功能检测仪通过第一本地通讯模块将检测到的周围的气体和辐射信息传送给本地应急指挥系统；所述便携式环境监测站内置有第二本地通讯模块，所述便携式环境监测通过第二本地通讯模块将检测到的气象信息传送给本地应急指挥系统；所述本地应急指挥系统内置第四无线通讯模块，所述本地应急指挥系统通过无线通讯模块将采集到的气体和辐射信息以及气象信息传送给AR云端。使用的时候，将多台多功能检测仪安装在需要环境监测的地域内的不同位置，通过多台多功能检测仪检测同时检测地域内不同位置处的有害气体的含量，每一台多功能检测仪将自己将测到的数据通过第一本地通讯模块传送给本地应急指挥系，每一台多功能检测仪均通过内置的北斗GPS双模定位模块与卫星进行信息交互定位，将通过卫星将每台多功能检测仪的位置传送给本地应急指挥系，本地应急指挥系将每台多功能检测仪所检测出来的气体信息与每台多功能检测仪的位置信息进行整合、显示，并将这些信息通过无线通信传送给AR云端，将便携式环境检测站安装设置在需要检测的地域内，对气象信息即风向、风速、气温、湿度、气压、PM2.5和环境噪音等进行实时监测，便携式环境检测站将检测到的信息通过第二本地通讯模块将检测到的信息传送给本地应急指挥系，本地应急指挥系统将接收到的多功能检测仪的信息和便携式环境检测站的信息进行整合、显示，本地指挥人员通过本地应急指挥系统显示的信息进行紧急的现场指挥，应急指挥系统将整合后的信号还通过第四无线通信传送给AR云端，AR云端将接收到的多方面的信息进行整合，更加进一步的确保了远程指挥能够更加准确、专业、有效的进行。

如图1、2所示，所述AR云端中的AR编辑器进行虚实物体配准时采用基于硬件跟踪器与基于视觉计算混合的配准技术。采用两者混合的配准技术的算法鲁棒性强，定标精度高。

如图1、2所示，所述摄像采集模块中采用热感摄像机，采用这种摄像机，能够更加容易帮助消防人员在厌恶和黑暗中获得清晰的视野，帮助消防人员更容易发现被困人员或者暗藏的威胁。

如图1、2所示，所述环境数据采集装置中还设有烟雾传感器。这样在火灾现场还可以同时监测事故现场的烟雾情况，进一步保障消防人员的人身安全。

如图1、2所示，所述北斗GPS双模定位模块采用HOE-BDGPSH型。采用这种定位模块定位更精准，抗干扰能力强。

本发明还公开了本发明还公开了一种基于动态环境监测的消防AR辅助决策的方法，所述AR云端接收到环境数据采集装置和动态环境监测的数据采集装置分别传送的气体浓度数据和气象数据以后进行计算，所述计算参考模型为：质量守恒定律、高斯烟羽模型，计算步骤为：

(1)假设泄漏点为一个泄漏点，泄漏速度恒定或者变化不大。泄漏物性质稳定，不宜分解或者被吸收。假设风速风速、风向相对恒定。地形以平原无高建筑物为主；

(2)计算过程：

下风向任意一点X(x,y,z,H)处泄漏气体浓度的函数为：

坐标原点为泄漏源在地面的投影点,C为点(x,y,z)处的污染物质量浓度mg/m3,x为计算点距泄漏源下风向的距离,y为计算点距泄漏源横向,z为计算点距地面高度,Q为泄漏源源强mg/s,H为泄漏源源高,u为平均风速m/s,σx,σy为水平方向扩散参数,σz为垂直方向扩散参数、

A、根据现场情况可以得知，泄漏源位置和泄漏时间。

B、根据动态环境监测的数据采集装置定位信息可以得知与泄漏源的相对位置和距离。

C、将动态环境监测的数据采集装置数据带入扩散方程，推算出扩散系数和扩散系数修正参数。

D、根据求得的扩散系数，再次带入方程，求得扩散范围。根据危险程序，划分三层危险区域，分别求得危险区域的形状和边界。

(3)通过不断将参数带入上述公式，会获得扩散范围，经扩散范围进行数据转换，可将需要疏散和警戒位置标注在地图上。

采用上述的计算方式可以准确的得出事故现场的环境信息，根据这些计算结果可以更加准确、专业、高效的进行远程救援指挥工作。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法，其特征在于：包括环境数据采集装置、AR云端和AR眼镜，所述环境数据采集装置中内置有风速风向传感器、噪声传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、气压传感器和第一无线通信模块，所述AR云端内置有云识别服务、内容可视化管理、AR编辑器、Web管理系统和第二无线通信模块，所述AR眼镜内置有摄像采集模块、北斗GPS双模定位模块、本地识别模块、3D识别模块、SLAM模块、AR内容解析模块、语音采集模块和第三无线通信模块，所述环境数据采集装置将风速风向传感器、噪声传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、气压传感器收集到的信息通过第一无线通信模块传送到AR云端，AR眼镜通过摄像采集模块采集实时的现场信息，AR眼镜通过北斗GPS双模定位模块实时定位，AR眼镜将采集到的实时现场信息和实时定位通过第三无线通信模块传送给AR云端，所述AR云端将接受到的信息进行识别处理后给AR眼镜发出对应信号，AR眼镜接收到AR云端传来的信号后将信号进行处理后做出对应的图像处理显示辅助行动决策。

2.根据权利要求1所述的一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法，其特征在于：所述消防AR辅助决策系统还包括动态环境监测的数据采集装置，所述动态环境监测的数据采集装置至少包括一台用于检测气体和辐射信息的多功能检测仪、用于检测气象信息的便携式环境监测站、用于作为数据通讯枢纽和应急指挥的本地应急指挥系统和用于多功能检测仪定位的卫星；所述多功能检测仪内置有北斗GPS双模定位模块和第一本地通讯模块，所述卫星与北斗GPS双模定位模块进行信息交互确定多功能检测仪的位置，所述卫星将多功能检测仪的位置信息通过通讯传输给本地应急指挥系和AR云端，所述多功能检测仪通过第一本地通讯模块将检测到的周围的气体和辐射信息传送给本地应急指挥系统；所述便携式环境监测站内置有第二本地通讯模块，所述便携式环境监测通过第二本地通讯模块将检测到的气象信息传送给本地应急指挥系统；所述本地应急指挥系统内置第四无线通讯模块，所述本地应急指挥系统通过无线通讯模块将采集到的气体和辐射信息以及气象信息传送给AR云端。

3.根据权利要求1所述的一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法，其特征在于：所述AR云端中的AR编辑器进行虚实物体配准时采用基于硬件跟踪器与基于视觉计算混合的配准技术。

4.根据权利要求1所述的一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法，其特征在于：所述摄像采集模块中采用热感摄像机。

5.根据权利要求1所述的一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法，其特征在于：所述环境数据采集装置中还设有烟雾传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于环境监测的消防AR辅助决策系统和方法，其特征在于：所述北斗GPS双模定位模块采用HOE-BDGPSH型。

7.一种基于动态环境监测的消防AR辅助决策的方法，其特征在于：AR云端接收到环境数据采集装置和动态环境监测的数据采集装置分别传送的气体浓度数据和气象数据以后进行计算，所述计算参考模型为：质量守恒定律、高斯烟羽模型，计算步骤为：

(1)假设泄漏点为一个泄漏点，泄漏速度恒定或者变化不大，泄漏物性质稳定，不宜分解或者被吸收，假设风速风速、风向相对恒定，地形以平原无高建筑物为主；

(2)计算过程：

下风向任意一点X(x,y,z,H)处泄漏气体浓度的函数为：

坐标原点为泄漏源在地面的投影点,C为点(x,y,z)处的污染物质量浓度mg/m3,x为计算点距泄漏源下风向的距离,y为计算点距泄漏源横向,z为计算点距地面高度,Q为泄漏源源强mg/s,H为泄漏源源高,u为平均风速m/s,σx,σy为水平方向扩散参数,σz为垂直方向扩散参数；

A、根据现场情况可以得知，泄漏源位置和泄漏时间，

B、根据动态环境监测的数据采集装置定位信息可以得知与泄漏源的相对位置和距离，

C、将动态环境监测的数据采集装置数据带入扩散方程，推算出扩散系数和扩散系数修正参数，

D、根据求得的扩散系数，再次带入方程，求得扩散范围，根据危险程序，划分三层危险区域，分别求得危险区域的形状和边界；

(3)通过不断将参数带入上述公式，会获得扩散范围，经扩散范围进行数据转换，可将需要疏散和警戒位置标注在地图上。