CN109240295A - 一种探测火场环境的辅助行走系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探测火场环境的辅助行走系统，其中，系统包括行走子系统，行走子系统包括火场环境探测装置、行走部件、主控制器和视频采集装置；火场环境探测装置，根据主控制器的探测指令，探测当前火场环境数据；主控制器，接收到火场环境探测装置探测到的火场环境数据，并将火场环境数据发送至用户控制终端；以及，接收控制终端的各控制指令，并根据各控制指令控制行走部件执行相应的操作；本发明的方案，能够提前获知前方的道路信息，及时避开障碍物；能够提前获知当前火场环境，避开当前火场环境中可能存在的所有危险，例如，高温环境，CO浓度过高的环境。

Description

一种探测火场环境的辅助行走系统

技术领域

本发明涉及火场环境探测技术领域，具体涉及一种探测火场环境的辅助行走系统。

背景技术

建筑物火灾的破坏性极大，给人们带来许多不可估量的损失，火灾发生时需要救援人员进入火场进行灭火和救援。火灾环境下基础设施损坏、非消防电源关闭、照明设施失效。由于对建筑内部结构不了解，且受到烟雾的影响，火场环境能见度较低。因此在进行灭火和救援时，救援人员的自身安全受到极大的威胁，行走速度受到极大影响，很难快速到达指定的地点实施救援，从而错过良好的营救时机。

在实际的火灾救援现场，针对当前火场低能见度的问题，如何帮助救援人员避开火场中存在的各种危险因素，并在此环境下，快速行走，是目前待解决的问题。

为了加快在火场中的行进速度，救援人员使用强光手电、红外热成像仪、超声波测距仪、视频图像处理技术等设备对火场环境进行探测。强光手电的对烟雾的穿透性较差，因此强光手电在烟气浓度较高时并不能帮助救援人员有效的观察前方火场环境；红外热成像仪对烟雾的穿透性较好，但其受温度影响较大，当烟气温度接近物体(如人体)或场景中出现超高温物体时，受制于分辨率影响，会出现信息遗漏的情况；视频图像处理技术在火灾发生的早期烟雾浓度较小时效果较好，烟气浓度较大时图像失真较为严重，对观测火场环境不能起到有效作用；超声波测距仪在火场中对烟雾的穿透性较好，可以用来对火场环境进行探测，但火场环境中超声波声速变化较大，必须对超声波传播速度进行修正。

目前对火场中超声波的修正方法是使用声速方程修正，也就是仅考虑了温度对传播速度的影响，但在火场中受温度、烟气浓度、湿度等的耦合作用，使用此方法修正的声速是不准确的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种探测火场环境的辅助行走系统，用以解决现有的火场环境探测装置，无法提前获知前方的道路信息，无法及时避开障碍物；无法提前获知当前火场环境，无法及时避开当前火场环境中可能存在的所有危险，例如，高温环境，CO浓度过高的环境的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种探测火场环境的辅助行走系统，所述系统包括行走子系统，所述行走子系统包括火场环境探测装置、行走部件、主控制器和视频采集装置；所述火场环境探测装置，根据所述主控制器的探测指令，探测当前火场环境数据；所述火场环境探测装置至少包括障碍物距离探测子装置，所述障碍物距离探测子装置，用于探测至少包括距离当前用户的障碍物数量、各障碍物的各方位数据、各障碍物与所述行走部件的各距离数据中的一项或多项的障碍物距离数据；所述主控制器，接收到所述火场环境探测装置探测到的所述火场环境数据，并将所述火场环境数据发送至用户控制终端；以及，接收所述控制终端的各控制指令，并根据各控制指令控制所述行走部件向左/右转行驶以避开前方障碍物的操作，或者，控制所述行走部件加速行驶，或者，控制所述行走部件停止行走，或者，控制所述行走部件转向；所述视频采集装置用于采集处于当前火场环境下的物体图像数据，并将所述物体图像数据输出至与所述视频采集装置连接的显示装置，其中，所述视频采集装置为内置有红外摄像头，且能够实现360度旋转的视频采集装置；所述火场环境探测装置还包括温度探测子装置、烟气浓度探测子装置、CO浓度探测子装置和地面平整度探测子装置；所述温度探测子装置，用于探测当前火场环境的温度数据；所述烟气浓度探测子装置，用于探测当前火场的烟气浓度数据；所述CO浓度探测子装置，用于探测当前火场的CO浓度数据；所述地面平整度探测子装置，用于探测当前火场前方路面平整度的变化数据。

可选地，所述障碍物距离探测子装置为超声波探测子装置，所述超声波探测子装置安装在所述行走部件的舵机上，且所述超声波探测装置使用标准挡板法对超声波在火场环境中的传播速度进行修正，以获取各障碍物与所述行走部件的各距离数据。

可选地，所述标准挡板法采用的是渡越时间法的测距原理，所述渡越时间法测距对应的公式为：c＝2S/T________公式(1)，

其中，S即表示障碍物距超声波探测器的距离；c指超声波的传播速度，T为从发射超声波信号到超声波换能器接收到障碍物返回的超声波信号的时间；

所述标准挡板法具体为：超声波测距模块与所述超声波测距模块正前方的挡板共同构成了声速参考单元；将所述超声波测距模块与所述挡板之间的距离设置为固定值，测量超声波从所述超声波测距模块发射和被所述挡板反射后再次到达所述超声波测距模块的时间差，依据所述时间差，通过公式(1)计算出：在当前火场环境中超声波的实际传播速度；基于所述声速参考单元的超声波测距模块和障碍物探测超声波测距模块所处环境一致，将所述声速参考单元测量的速度作为参考速度代入到障碍物探测超声波测距模块中，以便于测量出当前火场中各障碍物至用于避开各障碍物的超声波行走部件的各距离值。

可选地，所述行走子系统还包括修正装置，所述修正装置，根据获取到的所述行走部件的运动速度信息，对多普勒效应产生的测距误差进行修正。

可选地，所述地面平整度探测子装置至少包括一个红外测距传感器，当所述地面平整度探测子装置探测到该红外测距传感器到地面的距离值增大，则将该距离值输出至所述主控制器，以便于所述主控制器根据接收到的控制指令控制所述行走部件执行停止行走的操作。

可选地，所述行走子系统还包括位置指示装置，所述位置指示装置，用于为当前用户指示出所述行走部件在当前火场中的位置；所述位置指示装置包括发光二极管和继电器，当所述继电器闭合，电路接通时，所述位置指示装置能够发光闪烁，以便于指示所述行走部件在当前火场中的位置；或者，所述行走子系统还包括电机驱动装置，用于根据接收到的所述控制终端的各控制指令，驱动所述行走部件执行向左/右转行驶以避开前方障碍物的操作，或者，执行加速行驶的操作，或者，执行停止行走的操作，或者，执行转向的操作；或者，所述行走部件为具有履带式智能小车底盘的辅助行走小车。

可选地，所述控制终端至少包括显示装置，所述控制终端通过无线通信模块与所述行走子系统进行通信，所述控制终端，接收所述火场环境数据并输出至所述显示装置进行显示；以及根据所述显示装置的显示信息，向所述行走子系统发送向左/右转行驶以避开前方障碍物的第一控制指令，或者，加速行驶的第二控制指令，或者，停止行走的第三控制指令，或者，转向的第四控制指令。

可选地，所述控制终端设置有指南针，所述指南针用于辨识当前用户所处的方位；或者，所述控制终端还设置有报警装置，在所述控制终端接收到的所述温度探测子装置探测到当前火场的温度值达到预设的温度阈值，或者，在所述控制终端接收到的所述烟气浓度探测子装置探测到当前火场的烟气浓度值达到预设的烟气浓度阈值，或者，在所述控制终端接收到的所述地面平整度探测子装置探测到的该红外测距传感器到地面的距离值大于预设的距离值，则所述报警装置发出至少包括警报声或震动的报警提示。

可选地，所述无线通信模块将所述火场环境探测装置探测到的所述烟气浓度数据、所述温度数据、所述障碍物距离数据、所述前方路面平整度变化数据中的一项或多项传输至当前用户的所述控制终端；以及，将接收到的所述控制终端的相应的控制指令发送至所述行走子系统的所述主控制器，以控制所述行走部件根据所述第一控制指令执行向左/右转行驶以避开前方障碍物的操作，或者，根据所述第二控制指令执行加速行驶的操作，或者，根据所述第三控制指令执行停止行走的操作，或者，根据所述第四控制指令执行转向的操作；或者，所述系统还包括供电装置，所述供电装置为所述行走系统进行供电。

本发明实施例具有如下优点：本发明实施例提供的一种探测火场环境的辅助行走系统，能够提前获知前方的道路信息，及时避开障碍物；能够提前获知当前火场环境，避开当前火场环境中可能存在的所有危险，例如，高温环境，CO浓度过高的环境。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的探测火场环境的辅助行走系统的一结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的探测火场环境的辅助行走系统的另一结构示意图；

图3为本发明实施例3提供的使用探测火场环境的行辅助走系统进行探测当前火场环境的探测方法的流程示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

根据本发明的实施例，提供了一种探测火场环境的辅助行走系统，所述系统包括行走子系统，行走子系统包括火场环境探测装置、行走部件、主控制器和视频采集装置；火场环境探测装置，根据主控制器的探测指令，探测当前火场环境数据；火场环境探测装置至少包括障碍物距离探测子装置，障碍物距离探测子装置，用于探测至少包括距离当前用户的障碍物数量、各障碍物的各方位数据、各障碍物与行走部件的各距离数据中的一项或多项的障碍物距离数据；主控制器，接收到火场环境探测装置探测到的火场环境数据，并将火场环境数据发送至用户控制终端；以及，接收控制终端的各控制指令，并根据各控制指令控制行走部件向左/右转行驶以避开前方障碍物，或者，控制行走部件加速行驶，或者，控制行走部件停止行走，或者，控制行走部件转向；视频采集装置用于采集处于当前火场环境下的物体图像数据，并将物体图像数据输出至与视频采集装置连接的显示装置，其中，视频采集装置为内置有红外摄像头，且能够实现360度旋转的视频采集装置；火场环境探测装置还包括温度探测子装置、烟气浓度探测子装置、CO浓度探测子装置和地面平整度探测子装置；温度探测子装置，用于探测当前火场环境的温度数据；烟气浓度探测子装置，用于探测当前火场的烟气浓度数据；CO浓度探测子装置，用于探测当前火场的CO浓度数据；地面平整度探测子装置，用于探测当前火场前方路面平整度的变化数据；这样，能够提前获知前方的道路信息，及时避开障碍物；能够提前获知当前火场环境，避开当前火场环境中可能存在的所有危险，例如，高温环境，CO浓度过高的环境。

需要说明的是，行走部件为可以在火场环境中进行行走的部件，不仅仅为辅助行走小车，行走部件除了辅助行走小车外，还可以为其余的能够在火场环境下行走的部件，例如，行走坦克，行走机器人，在此不再一一列举。在实际应用中，辅助行走小车可以辅助救援人员了解前方道路信息，该辅助行走小车与救援人员保持适当的距离，这样，不仅救援人员能够保障自己的安全，还能够对该辅助行走小车进行实时控制。

行走部件避开前方障碍物的方式为：行走部件向左转行驶，或者，行走部件向右转行驶。

在一个可选的例子中，障碍物距离探测子装置为超声波探测子装置，超声波探测子装置安装在行走部件的舵机上，且超声波探测装置使用标准挡板法对超声波在火场环境中的传播速度进行修正，以获取各障碍物与行走部件的各距离数据。

在一个可选的例子中，标准挡板法具体为：标准挡板法使用的超声波换能器还能用于测距，且在超声波换能器的相对一侧设置有标准挡板，在水平方向上，超声波换能器距离标准挡板之间的距离为第一固定值，在实际应用中，可以根据实验设备的具体情况设定第一固定值的数值，例如，第一固定值可以等于20cm，第一固定值也可以是其它数值，在此对第一固定值的范围不做具体限制，在此不再赘述。

此外，在竖直方向上，超声波环能器距离标准挡板之间的距离为第二固定值，在实际应用中，跟第一固定值类似，可以根据实验设备的具体情况设定第二固定值的数值，例如，第二固定值可以等于7cm，第二固定值也可以是其它数值，在此对第一固定值的范围不做具体限制，在此不再赘述。

进一步地，对超声波换能器发射的超声波到标准挡板的时间进行计时，以得到第一时间，并根据第一时间，计算出在当前环境下超声波的当前传播速度。

在一个可选的例子中，标准挡板法采用的是渡越时间法的测距原理，渡越时间法测距对应的公式为：c＝2S/T________公式(1)，

其中，S即表示障碍物距超声波探测器的距离；c指超声波的传播速度，T为从发射超声波信号到超声波换能器接收到障碍物返回的超声波信号的时间；

标准挡板法具体为：超声波测距模块与超声波测距模块正前方的挡板共同构成了声速参考单元；将超声波测距模块与挡板之间的距离设置为固定值，测量超声波从超声波测距模块发射和被挡板反射后再次到达超声波测距模块的时间差，依据时间差，通过公式(1)计算出：在当前火场环境中超声波的实际传播速度；基于声速参考单元的超声波测距模块和障碍物探测超声波测距模块所处环境一致，将声速参考单元测量的速度作为参考速度代入到障碍物探测超声波测距模块中，以便于测量出当前火场中各障碍物至用于避开各障碍物的超声波行走部件的各距离值；这样，相对于现有的超声波测距方法而言，本发明实施例1提供的超声波测距方法，无需对火场中的温度、烟颗粒等参数进行测量，而仅需测量两个超声波模块的声传播时间差，在降低设备测量误差的同时，也解决了当前理论公式不足的难题。

如图1所示，为本发明实施例1提供的探测火场环境的辅助行走系统的一结构示意图；

通过如图1所示的结构示意图，能够更好地理解本发明实施例1提供的一种探测火场环境的辅助行走系统所使用的标准挡板法即可测量出：当前火场中各障碍物至用于避开各障碍物的超声波行走部件的各距离值(在图1所示的结构示意图中，超声波行走部件为超声波避障小车)，进而为火场救援人员提供火场障碍物信息。

下面针对本发明实施例1中的标准挡板法运用的理论进行详细的描述。

超声波的测距方法有渡越时间法、相位测量法、幅值测量法等。其中，相位测量法精确度最高，但测距范围较小；传播媒介对幅值测量法的影响较大，且测量精确度最低；而渡越时间法精确度较高，测距范围较大，电路实现更简单，运用领域更普遍。因此本文选择渡越时间法进行超声波距离测量。渡越时间法的测距原理如公式(1)所示。

c＝2S/T__------公式(1)

在公式(1)中，S即表示障碍物距超声波探测器的距离；c指超声波的传播速度，T为从发射超声波信号到超声波换能器接收到障碍物返回的超声波信号的时间。

从公式(1)可以看出，超声波的传播速度是超声波测距准确与否的关键。而作为物质波，超声波的传播速度并不会恒定不变，而是随着环境参数的改变而随之变化，进而对测距的准确性造成影响。因此，若要保证超声波测距的准确性，必须对传播速度与环境参数的影响关系进行分析。

对于火场环境中的烟颗粒而言，其并非由单一物质组成，而是融合了燃烧产物、未完全燃烧可燃物、水蒸气等多种成分。

受限于火场复杂的环境特点，通过理论公式对超声波传播速度进行补偿比较难以实现。基于此，本发明实施例1提供的技术方案，依托“参考速度”的思想，开发了一种基于挡板法的超声波避障小车，用于辅助火场搜救人员行走。

超声波测距模块与其正前方的挡板共同构成了声速参考单元。将超声波测距模块与挡板的距离固定，通过测量超声波从超声波测距模块发射和被挡板反射后再次到达超声波测距模块的时间差，采用公式(1)即可计算出在当前火场环境中超声波的实际传播速度。由于声速参考单元超声波测距模块和障碍物探测超声波测距模块所处环境一致，将声速参考单元测量的速度作为参考速度代入到障碍物探测超声波测距模块中，即可测量出火场中障碍物至超声波避障小车的距离，进而为火场救援人员提供火场障碍物信息。(在本发明实施例1提供的方案中，使用的是HC-SR04收发分离超声波测距模块)

超声波测距模块对应的挡板应采用表面光滑、质地坚硬的材料，以提高反射声的强度。此外考虑到火场高温环境，材料的燃点不能过低，本文采用光滑平整的铝板作为挡板。

挡板法的优点在于：无需对火场中的温度、烟颗粒等参数进行测量，而仅需测量两个超声波模块的声传播时间差，在降低设备测量误差的同时，也解决了当前理论公式不足的难题。

需要说明的是，对超声波在火场中的传播速度进行修正的标准挡板法，就是使用和测距相同的超声波换能器，并在此超声波换能器的正方向上设立一块光滑平整的挡板，超声波换能器距挡板的距离一定，那么在得到此超声波换能器发射的超声波到标准挡板时间的基础上，便可以精确得出在此测量环境下超声波的实际传播速度。

在一个可选的例子中，考虑到多普勒效应对超声波测距的影响，所述行走子系统还包括修正装置，修正装置，根据获取到的行走部件的运动速度信息，对多普勒效应产生的测距误差进行修正。

在一个可选的例子中，地面平整度探测子装置至少包括一个红外测距传感器，当地面平整度探测子装置探测到该红外测距传感器到地面的距离值增大，则将该距离值输出至主控制器，以便于主控制器根据接收到的控制指令控制行走部件执行停止行走的操作；这样，地面平整度探测子装置使用红外测距传感器，用于测量该传感器到地面的距离，正常情况下该传感器到地面的距离为固定值(在实际应用中，固定值为12cm，但也可以为其它数值)，若测量距离突然增加，则表示当前地面并不平整。进一步地，若测量距离达到预设的阈值范围，例如，可以将预设的阈值范围设置为20cm-22cm之间(在实际应用中，也可以为其它范围)，则此时行走部件会自动停止，且用户的控制终端发出报警(震动和声音)，提醒救援人员注意前方路面平整度变化较大；这样，能够避免救援人员受伤。

在一个可选的例子中，所述行走子系统还包括位置指示装置，位置指示装置，用于为当前用户指示出行走部件在当前火场中的位置；位置指示装置包括发光二极管和继电器，当继电器闭合，电路接通时，位置指示装置能够发光闪烁，以便于指示行走部件在当前火场中的位置；这样，在低能见度的情况下，如果救援人员在火场看不到该行走子系统时，通过该位置指示装置，救援人员能够快速地找到该行走子系统，以便于通过该行走子系统为救援人员探路，获取到准确的前方道路信息。

在一个可选的例子中，所述行走子系统还包括电机驱动装置，用于根据接收到的控制终端的各控制指令，驱动行走部件执行向左/右转行驶以避开前方障碍物的操作，或者，执行加速行驶的操作，或者，执行停止行走的操作。

在一个可选的例子中，行走部件为具有履带式小车底盘的行走小车；这样，方便救援人员通过手上的控制终端实现对行走小车的控制，以使得该行走小车始终保持与救援人员的适当距离，以便于救援人员通过该在前方探路的行走小车，准确地获知火场前方道路信息，例如，前方是否有障碍物，障碍物的数量，各障碍物的方位信息，以及，各障碍物与该行走小车的各距离数据。

在一个可选的例子中，所述系统除了包括上述行走子系统，例如，行走小车之外，所述系统还包括用于控制行走小车行走的控制终端，控制终端至少包括显示装置，控制终端通过无线通信模块与行走子系统进行通信，控制终端，接收火场环境数据并输出至显示装置进行显示；以及根据显示装置的显示信息，向所述行走子系统发送向左/右转行驶以避开前方障碍物的第一控制指令，或者，加速行驶的第二控制指令，或者，停止行走的第三控制指令，或者，转向的第四控制指令。

在一个可选的例子中，控制终端设置有指南针，指南针用于辨识当前用户所处的方位；或者，控制终端还设置有报警装置，在控制终端接收到的温度探测子装置探测到当前火场的温度值达到预设的温度阈值，或者，在控制终端接收到的烟气浓度探测子装置探测到当前火场的烟气浓度值达到预设的烟气浓度阈值，或者，在控制终端接收到的地面平整度探测子装置探测到的该红外测距传感器到地面的距离值大于预设的距离值，则报警装置发出至少包括警报声或震动的报警提示。

在一个可选的例子中，无线通信模块将火场环境探测装置探测到的烟气浓度数据、温度数据、障碍物距离数据、前方路面平整度变化数据中的一项或多项传输至当前用户的控制终端；以及，将接收到的控制终端的相应的控制指令发送至所述行走子系统的主控制器，以控制行走部件根据第一控制指令执行向左/右转行驶以避开前方障碍物的操作，或者，根据第二控制指令执行加速行驶的操作，或者，根据第三控制指令执行停止行走的操作，或者，根据第四控制指令执行转向的操作。

在一个可选的例子中，所述系统还包括供电装置，供电装置为所述行走系统进行供电，其中，电源装置使用12V锂电池供电，并具有5V、12V等稳压调压装置，便于给各种设备供电。

实施例2

根据本发明的实施例，提供了另一种探测火场环境的辅助行走系统，所述系统包括行走子系统，该行走子系统为辅助行走小车，如图2所示，为本发明实施例2提供的探测火场环境的辅助行走系统的另一结构示意图。

在本发明实施例提供的方案中，行走子系统为基于超声波测距的火场环境辅助行走小车，该行走小车辅助救援人员在火场中快速前进，同时避开危险因素，保护自身安全。

在本发明实施例提供的方案中，辅助行走小车使用履带式智能小车底盘，搭载视频采集装置、超声波测距子装置、地面平整度探测子装置、烟气浓度探测子装置、温度探测子装置。救援人员通过手持的控制终端，控制各设备对前方火场环境进行探测。如探测前方能见度较低环境中的障碍物数据、烟气浓度数据、CO浓度数据、环境温度数据，地面平整度数据，并将探测到的数据返回到救援者手中的控制终端。救援人员根据控制终端显示装置的显示界面上的显示信息，对前方火场环境做出判断，及时做出应对措施，以达到避开火场环境的危险因素(辅助行走小车通过向左转行驶，或向右转行驶前方障碍物)；或加快行走速度，或者，停止行走的目的。

如图2所示，该行走子系统主要包括行走小车的主控制器、视频采集装置、火场环境探测装置(温度探测、烟气浓度探测、CO浓度探测、障碍物距离探测、距地高度探测)、无线通信模块、电机驱动装置、位置指示装置、电源装置，控制行走小车的控制终端在救援人员的手上，以便于通过控制终端控制该辅助行走小车避开火场环境的危险因素(辅助行走小车通过向左转行驶，或向右转行驶前方障碍物)；或者，加快行走速度，或者，停止行走，或者，转向。

如图2所示，视频采集装置，搭载云台可实现360度全方位旋转监控，且内置红外摄像功能，用于获取火场低照度情况下的物体图像；

如图2所示，环境探测装置用于探测当前火场的温度，或者，探测当前火场的烟气浓度，或者，探测当前火场的CO浓度，或者，探测当前火场的障碍物距离，或者，探测当前火场的地面平整度。需要说明的是，障碍物距离探测使用的是超声波测距子装置，超声波测距子装置安装在舵机上，可测量前方障碍物，并在控制终端的显示装置的显示界面显示出：障碍物的数量及各障碍物的各方位信息。超声波探测装置使用标准挡板法对超声波在火场环境中的传播速度进行修正，以获取准确的各障碍物与行走部件的各距离数据；其中，对超声波在火场中的传播速度进行修正的标准挡板法就是使用和测距相同的超声波换能器，并在此超声波换能器的正方向上设立一块光滑平整的挡板，超声波换能器距挡板的距离一定，那么在得到此超声波换能器发射的超声波到标准挡板时间的基础上便可以精确得出在此测量环境下超声波的实际传播速度。

地面平整度探测是通过地面平整度探测子装置，地面平整度探测子装置使用红外测距传感器，用于测量该传感器到地面的距离，正常情况下该传感器到地面的距离为固定值(在实际应用中，固定值为12cm，但也可以为其它数值)，若测量距离突然增加，则表示当前地面并不平整。进一步地，若测量距离达到预设的阈值范围，例如，可以将预设的阈值范围设置为20cm-22cm之间(在实际应用中，也可以为其它范围)，则此时行走部件会自动停止，且用户的控制终端发出报警(震动和声音)，提醒救援人员注意前方路面平整度变化较大。

如图2所示，位置指示装置用于帮助救援人员快速的观测到该辅助行走小车的位置。位置指示装置主要有红色高亮度的发光二极管、继电器构成，继电器闭合时电路接通，位置指示装置发光闪烁用于在充满烟气的建筑物火场中指示该辅助行走小车所在的位置。

需要说明的是，辅助行走小车在运动时，进行超声波测距会发生多普勒效应。为了消除多普勒对超声波测距造成的误差，实时获取小车的运动速度，并将小车的运动速度融入超声波测距算法。在实际应用中，考虑到多普勒效应对超声波测距的影响，该实施例的行走子系统还包括修正装置，修正装置，根据获取到的行走部件的运动速度信息，对多普勒效应产生的测距误差进行修正。

如图2所示，电源装置使用12V锂电池供电，并具有5V、12V等稳压调压装置，便于给各种设备供电；

如图2所示，无线传输装置用于将探测器探测到的前方环境的烟气浓度、CO浓度、温度、障碍物距离等环境数据使用无线通信的方式将其传输到救援人员手中的控制终端；以及，将控制终端的控制指令发送到行走小车的主控制器，以控制小车进行相应的动作，例如，避开前方障碍物(向左转行驶，或向右转行驶)，或者，加速行驶的操作，或者，停止行走，或者，转向。

如图2所示，所述行走子系统还包括电机驱动装置，用于根据接收到的控制终端的各控制指令，驱动行走部件执行避开前方障碍物的操作(向左转行驶，或向右转行驶)，或者，执行加速行驶的操作，或者，执行停止行走的操作，或者，转向。

本发明实施例2提供的行走系统的行走子系统的行走部件为辅助行走小车，辅助行走小车行走使用履带式智能小车底盘，搭载视频采集装置、超声波测距子装置、地面平整度探测子装置、烟气浓度探测子装置、CO浓度探测子装置、温度探测子装置、位置指示装置。救援人员通过手中的控制终端，控制该小车对前方火场环境进行探测，位置指示装置用于帮助救援人员快速发现火场中小车的位置。救援人员根据控制终端的显示装置的显示界面的显示信息对前方火场环境做出判断，及时做出应对措施，以达到避开火场环境危险因素(向左转行驶，或向右转行驶)，或者，加快行进速度，或者，停止行走，或者，转向的目的。

此外，本发明实施例2提供的辅助行走小车与控制终端的数据通信使用无线通信，救援人员控制终端的显示装置的显示界面上显示信息至少有以下一项：当前火场的视频图像信息、位于当前辅助行走小车的障碍物数量信息、各障碍物的各方位信息、当前火场环境的温度信息、当前火场环境的烟气浓度信息、当前火场环境的CO浓度信息、以及，行走小车前方的地面平整度信息。

实施例3

根据本发明的实施例，提供了使用探测火场环境的辅助行走系统探测当前火场环境的探测方法，如图3所示，为本发明实施例3提供的使用探测火场环境的辅助行走系统探测当前火场环境的探测方法的流程示意图。

如图3所示，本发明实施例提供的，使用探测火场环境的辅助行走系统探测当前火场环境的探测方法包括以下步骤：

首先开始，该辅助行走系统进行系统程序初始化；

该辅助行走系统的辅助行走小车与控制该辅助行走小车的控制终端通过无线通信模块进行无线数据通信，用户控制终端通过安装在控制终端设备上的控制端软件，在接收到用户的指令后，执行相应的动作，以控制该辅助行走小车，或绕开障碍物(向左转行驶，或向右转行驶)，或加速行驶，或停止行走，或者，转向。

若检测到该辅助行走系统的辅助行走小车与控制该辅助行走小车的控制终端并未成功建立无线数据的通信链接，则重新尝试建立二者的无线数据通信链接。

在当前辅助行走小车执行完成控制终端的指令之后，当前辅助行走小车上安装的探测器继续探测数据，该数据为火场环境数据，该火场环境数据不仅包括障碍物距离数据，该障碍物距离数据至少包括距离当前用户的障碍物数量、各障碍物的各方位数据、各障碍物与行走部件的各距离数据中的一项或多项；该火场环境数据还包括烟气浓度数据、CO浓度数据、温度数据、障碍物距离数据、前方路面平整度变化数据中的一项或多项。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种探测火场环境的辅助行走系统，其特征在于，包括行走子系统，所述行走子系统包括火场环境探测装置、行走部件、主控制器和视频采集装置；

所述火场环境探测装置，根据所述主控制器的探测指令，探测当前火场环境数据；所述火场环境探测装置至少包括障碍物距离探测子装置，所述障碍物距离探测子装置，用于探测至少包括距离当前用户的障碍物数量、各障碍物的各方位数据、各障碍物与所述行走部件的各距离数据中的一项或多项的障碍物距离数据；

所述主控制器，接收到所述火场环境探测装置探测到的所述火场环境数据，并将所述火场环境数据发送至用户控制终端；以及，接收所述控制终端的各控制指令，并根据各控制指令控制所述行走部件向左/右转行驶以避开前方障碍物，或者，控制所述行走部件加速行驶，或者，控制所述行走部件停止行走，或者，控制所述行走部件转向；

所述视频采集装置用于采集处于当前火场环境下的物体图像数据，并将所述物体图像数据输出至与所述视频采集装置连接的显示装置，其中，所述视频采集装置为内置有红外摄像头，且能够实现360度旋转的视频采集装置；

所述火场环境探测装置还包括温度探测子装置、烟气浓度探测子装置、CO浓度探测子装置和地面平整度探测子装置；

所述温度探测子装置，用于探测当前火场环境的温度数据；

所述烟气浓度探测子装置，用于探测当前火场的烟气浓度数据；

所述CO浓度探测子装置，用于探测当前火场的CO浓度数据；

所述地面平整度探测子装置，用于探测当前火场前方路面平整度的变化数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述障碍物距离探测子装置为超声波探测子装置，所述超声波探测子装置安装在所述行走部件的舵机上，且所述超声波探测装置使用标准挡板法对超声波在火场环境中的传播速度进行修正，以获取各障碍物与所述行走部件的各距离数据。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述标准挡板法采用的是渡越时间法的测距原理，所述渡越时间法测距对应的公式为：c＝2S/T--------公式(1)，

其中，S即表示障碍物距超声波探测器的距离；c指超声波的传播速度，T为从发射超声波信号到超声波换能器接收到障碍物返回的超声波信号的时间；

所述标准挡板法具体为：超声波测距模块与所述超声波测距模块正前方的挡板共同构成了声速参考单元；将所述超声波测距模块与所述挡板之间的距离设置为固定值，测量超声波从所述超声波测距模块发射和被所述挡板反射后再次到达所述超声波测距模块的时间差，依据所述时间差，通过公式(1)计算出：在当前火场环境中超声波的实际传播速度；基于所述声速参考单元的超声波测距模块和障碍物探测超声波测距模块所处环境一致，将所述声速参考单元测量的速度作为参考速度代入到障碍物探测超声波测距模块中，以便于测量出当前火场中各障碍物至用于避开各障碍物的超声波行走部件的各距离值。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述行走子系统还包括修正装置，

所述修正装置，根据获取到的所述行走部件的运动速度信息，对多普勒效应产生的测距误差进行修正。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面平整度探测子装置至少包括一个红外测距传感器，当所述地面平整度探测子装置探测到该红外测距传感器到地面的距离值增大，则将该距离值输出至所述主控制器，以便于所述主控制器根据接收到的控制指令控制所述行走部件执行停止行走的操作。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述行走子系统还包括位置指示装置，所述位置指示装置，用于为当前用户指示出所述行走部件在当前火场中的位置；所述位置指示装置包括发光二极管和继电器，当所述继电器闭合，电路接通时，所述位置指示装置能够发光闪烁，以便于指示所述行走部件在当前火场中的位置；或者，

所述行走子系统还包括电机驱动装置，用于根据接收到的所述控制终端的各控制指令，驱动所述行走部件执行向左/右转行驶以避开前方障碍物的操作，或者，执行加速行驶的操作，或者，执行停止行走的操作，或者，控制所述行走部件转向；或者，

所述行走部件为具有履带式小车底盘的辅助行走小车。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述控制终端至少包括显示装置，所述控制终端通过无线通信模块与所述行走子系统进行通信，

所述控制终端，接收所述火场环境数据并输出至所述显示装置进行显示；以及根据所述显示装置的显示信息，向所述行走子系统发送向左/右转行驶以避开前方障碍物的第一控制指令，或者，加速行驶的第二控制指令，或者，停止行走的第三控制指令，或者，转向的第四控制指令。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述控制终端设置有指南针，所述指南针用于辨识当前用户所处的方位；或者，

所述控制终端还设置有报警装置，在所述控制终端接收到的所述温度探测子装置探测到当前火场的温度值达到预设的温度阈值，或者，在所述控制终端接收到的所述烟气浓度探测子装置探测到当前火场的烟气浓度值达到预设的烟气浓度阈值，或者，在所述控制终端接收到的所述地面平整度探测子装置探测到的该红外测距传感器到地面的距离值大于预设的距离值，则所述报警装置发出至少包括警报声或震动的报警提示。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述无线通信模块将所述火场环境探测装置探测到的所述烟气浓度数据、所述温度数据、所述障碍物距离数据、所述前方路面平整度变化数据中的一项或多项传输至当前用户的所述控制终端；以及，将接收到的所述控制终端的相应的控制指令发送至所述行走子系统的所述主控制器，以控制所述行走部件根据所述第一控制指令执行向左/右转行驶以避开前方障碍物的操作，或者，根据所述第二控制指令执行加速行驶的操作，或者，根据所述第三控制指令执行停止行走的操作，或者，根据所述第四控制指令执行转向的操作；

或者，

所述系统还包括供电装置，所述供电装置为所述行走系统进行供电。