CN110634261A - 一种地下配电网火灾预警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种地下配电网火灾预警系统及方法，包括设备温度感知模块、电缆火灾探测模块、视频火灾识别模块和上位机，所述设备温度感知模块用于测量地下配电设备的温度；所述电缆火灾探测模块用于对地下配电电缆进行火灾检测；所述视频火灾识别模块用于对地下配电网易发生火灾的区域进行实时监控，并提取关键区域的视频信息进行智能识别分析；所述上位机与上述三个模块通信连接，用于接收上述三个模块采集的信息进行集成分析，并发送应急处置决策，实现了对配电设备和配电电缆的双重火灾探测，并结合实时视频采集，对重点区域进行重点数据采集和分析，及时发送预警信息，极大的提高了地下配电网的火灾预警能力，降低了火灾发生的概率。
Description
技术领域
本公开涉及火灾检测技术领域，特别涉及一种地下配电网火灾预警系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
地下空间火灾的危险性与危害性比地上建筑物火灾要大很多。地下空间一般出口少，空间相对密闭，火灾燃点很难确定，火灾时救援非常困难，一旦发生火灾，极易造成群死群伤事件及严重的财产损失。但限于现有的技术能力，对地下空间尤其是地下大空间火灾的早期探测尚存在不足，在技术上目前无法实现对火灾的早期定位，当火灾发展到中后期时也已经失去了救援的最佳时机。
发明人在研究中发现，随着地下空间的不断发展和利用，越来越多的地下配电网投入使用，配电网高负荷运行过程中，会产生大量的热量，极易引发火灾，但是目前并没有针对地下配电网的火灾预警的方法，一旦地下配电网发生火灾，将会引发配电设备发生爆炸，极易造成巨大的灾难性事故。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种地下配电网火灾预警系统及方法，实现了对配电设备和配电电缆的双重火灾探测，并结合实时视频采集，对重点区域进行重点数据采集和分析，及时发送预警信息，极大的提高了地下配电网的火灾预警能力，降低了火灾发生的概率。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
第一方面，本公开提供了一种地下配电网火灾预警系统；
一种地下配电网火灾预警系统，包括设备温度感知模块、电缆火灾探测模块、视频火灾识别模块和上位机，所述设备温度感知模块用于测量地下配电设备的温度；所述电缆火灾探测模块用于对地下配电电缆进行火灾检测；所述视频火灾识别模块用于对地下配电网易发生火灾的区域进行实时监控，并提取关键区域的视频信息进行智能识别分析；所述上位机与设备温度感知模块、电缆火灾探测模块和视频火灾识别模块通信连接，用于接收上述三个模块采集的信息进行集成分析，并发送应急处置决策。
作为可能的一些实现方式，所述设备温度感知模块包括多个红外测温传感器，所述红外测温传感器设于地下配电设备的开关柜内或者表面。
作为可能的一些实现方式，所述电缆火灾探测模块包括多个图像火灾探测器，所述图像火灾探测器安装于电缆层内并与上位机通信连接，上位机根据图像火灾探测器探测到的火灾图像，进行电缆层火灾区域的识别和定位。
作为可能的一些实现方式，还包括多个智能灭火装置，与上位机通信连接，所述智能灭火装置为多个悬挂式超细干粉灭火装置，分别固定设于电缆层顶部，用于根据上位机的指令进行灭火；
在每个图像火灾探测器监控区域内每隔一定距离安装一个悬挂式超细干粉灭火装置，所述悬挂式超细干粉灭火装置喷射半径至少为5米。
作为可能的一些实现方式，还包括联动模块，所述联动模块包括多个风机和防烟防火阀，所述风机和防烟防火阀依次联动设置在通风管道内，当防烟防火阀检测到烟气信号时，打开阀门和风机进行排烟；各个风机之间和各个防烟防火阀之间联动设置，同一通风管道中中的风机和防烟防火阀联动设置，当一个位置的风机和防烟防火阀动作时，其他位置的风机和防烟防火阀同时动作，快速排出地下配电系统中的烟气。
第二方面，本公开提供了一种地下配电网火灾预警系统的预警方法；
一种地下配电网火灾预警系统的预警方法，步骤如下：
设备温度感知模块实时监控地下配电设备的温度并上传到上位机；
视频火灾识别模块对地下配电网易发生火灾的区域进行实时监控，提取关键区域的视频信息进行智能识别分析并将分析结果上传到上位机；
若地下配电设备温度异常升高，上位机立即调取视频火灾识别模块的实时识别分析结果，若未监测到火灾信号，发出设备温度异常告警信息，及时安排检修人员处置并进行设备异常信息备案，对温度异常升高设备区域进行重点监控；若监测到火灾信号，及时向管理人员和消防部门发出告警信息，并打开所有排气设备进行排烟；
若地下配电设备温度正常，上位机实时调取视频火灾识别模块的实时识别分析结果，若监测到火灾信号，及时向管理人员和消防部门发出告警信息，并打开所有排气设备进行排烟；
作为可能的一些实现方式，电缆火灾探测模块实时对电缆区域进行火焰和烟雾的探测，并同时处理探测区域的彩色、黑白或NIR图像，寻找符合火灾的特征，并将识别出的特征上传到上位机；
视频火灾识别模块对地下配电网易发生火灾的区域进行实时监控，提取关键区域的视频信息进行智能识别分析并将分析结果上传到上位机；
若电缆火灾探测模块检测到火焰和/或烟雾信号，上位机发送控制信号启动灭火装置对电缆火灾进行灭火，同时立即调取视频火灾识别模块的实时识别分析结果，确认火灾影响区域，及时向工作人员和消防部门发送火灾告警信号，并打开所有排气设备进行排烟。
作为可能的一些实现方式，所述视频火灾识别模块的识别方法为：从采集的视频信息中提取帧图片，对提取的单帧图片进行分割，划分为相同大小的图像块，结合RGB判据进行图像块的火焰静态特征识别，根据HSV判据进行烟雾静态特征识别，采用运动趋势检测算法进行烟雾动态特征识别，符合烟雾动态特征的区域即识别的烟火区域。
作为可能的一些实现方式，所述火焰静态特征识别方法为：将图像块二值化，经过中值滤波以及数学形态学的膨胀运算消除图片的一些噪声及离散点，连通一些遗漏的区域，图像块中的火焰部分红色分量R和绿色分量G很大，并且绿色分量G会大于蓝色分量B，RGB判据的具体条件是：
rule1：R≥G≥B
rule2：R≥RT
rule3：S≥((255-R)*ST/RT)
其中，RT是红色分量阈值，ST是饱和度阈值，若满足上式判据条件，则判断该位置为火焰像素，显示为白色，否则显示为黑色。
作为可能的一些实现方式，所述烟雾静态特征识别方法为：在HSV颜色模型中，H代表色调，反应图像的颜色，S代表饱和度，反应图像颜色的鲜艳程度，V代表亮度，使用当前视频帧的前50帧亮度值V的平均值作为亮度阈值，如果识别候选区域的平均亮度值大于阈值且饱和度S低于70则认为该区域是烟雾的候选区域。
作为可能的一些实现方式，所述运动趋势检测算法具体流程为：将视频火灾识别模块采集的视频中的运动趋势分为八个方向，以水平向右为0度方向，逆时针顺序，每个方向的间隔为45度，然后以正右方为1号方向，逆时针依次分别为每个方向进行编号，3号方向表示正上方，7号方向表示正下方，分别计算当前帧图片中心图像和下一帧图像中对应位置的八邻域图像的差异大小，然后选取差异值最小的位置，即为中心图像的运动趋势。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开所述的内容通过对配电设备和配电电缆的双重火灾探测，并结合实时视频采集，对重点区域进行重点数据采集和分析，将采集到的视频数据与配电设备和配电电缆的检测结果相结合，可以及时有效的进行火灾位置定位和火灾面积预测，及时发送预警信息，极大的提高了地下配电网的火灾预警能力，降低了火灾发生的概率。
本公开所述的内容基于图像火灾探测器的超细干粉灭火装置同时采用了彩色、黑白和近红外三种不同的图像进行分析计算，采用多方面技术防止火灾误报，将火焰探测的灵敏度等级划分为五级，烟雾探测的灵敏度等级划分为九级，并采用复合探测方式，使系统更加可靠、灵活和高效，提升了对非火灾源的防误报特性，还可对多火灾进行识别判断，同时提高对遮挡火的探测能力，降低了火灾漏报概率。
本公开所述的内容结合超细干粉灭火设备，当火灾发生时，探测火灾情况并输出火灾报警信号，打开超细干粉灭火设备，对相应区域进行喷放灭火，为地下配电网电缆层电缆及其附属设备的安全稳定运行提供保障，具有非常重大的意义。
本公开所述的内容通过设置联动模块，当发生火灾时，及时的进行排烟，尽可能的将烟雾排出，以方便救援的进行，还设有防火防烟阀，当温度过高时，防火防烟阀及时关闭，放置火焰通过通风管道向外扩散，从而即保证了火灾轻微时的救援，又防止了火情较大时的迅速蔓延，提高了对地下配电网的火灾的防控能力。
本公开所述的内容针对设备和电缆采用不同的探测方式，实时监测易发热设备、易发热结构的温度信息，在尚未发生火灾时提前预警温度上升态势，由电缆火灾探测模块感知电缆层的火情信息，并结合视频火灾识别模块对重点区域的烟火信息进行人工智能识别分析，实现了对配电网火灾的及时预警，极大的降低了火灾事故扩大的可能性，有效的保证了财产和生命安全。
附图说明
图1为本公开实施例1所述的地下配电网火灾预警系统示意图。
图2为本公开实施例2所述的地下配电网火灾预警方法流程示意图。
图3为本公开实施例3所述的地下配电网火灾预警方法流程示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1：
如图1所述，本公开实施例1提供了一种地下配电网火灾预警系统，包括设备温度感知模块、电缆火灾探测模块、视频火灾识别模块和上位机，所述设备温度感知模块用于测量地下配电设备的温度；所述电缆火灾探测模块用于对地下配电电缆进行火灾检测；所述视频火灾识别模块用于对地下配电网易发生火灾的区域进行实时监控，并提取关键区域的视频信息进行智能识别分析；所述上位机与设备温度感知模块、电缆火灾探测模块和视频火灾识别模块通信连接，用于接收上述三个模块采集的信息进行集成分析，并发送应急处置决策。
所述设备温度感知模块包括多个红外测温传感器，所述红外测温传感器设于地下配电设备的开关柜内或者表面。
所述电缆火灾探测模块包括多个图像火灾探测器，所述图像火灾探测器安装于电缆层内并与上位机通信连接，上位机根据图像火灾探测器探测到的火灾图像，进行电缆层火灾区域的识别和定位。
还包括多个智能灭火装置，与上位机通信连接，所述灭火装置为多个悬挂式超细干粉灭火装置，分别固定设于电缆层顶部，用于根据上位机的指令进行灭火；
在每个图像火灾探测器监控区域内每隔一定距离安装一个悬挂式超细干粉灭火装置，所述悬挂式超细干粉灭火装置喷射半径至少为5米。
还包括联动模块，所述联动模块包括多个风机和防烟防火阀，所述风机和防烟防火阀依次联动设置在通风管道内，当防烟防火阀检测到烟气信号时，打开阀门和风机进行排烟；各个风机之间和各个防烟防火阀之间联动设置，同一通风管道中中的风机和防烟防火阀联动设置，每个排风管道内设有至少一个风机和防烟防火阀，当一个位置的风机和防烟防火阀动作时，处于同一区域的其他通风管道内的风机和防烟防火阀同时动作，快速排出地下配电系统中的烟气。
实施例2：
如图2所示，本公开实施例2提供了一种地下配电网火灾预警系统的预警方法，步骤如下：
设备温度感知模块实时监控地下配电设备的温度并上传到上位机；
视频火灾识别模块对地下配电网易发生火灾的区域进行实时监控，提取关键区域的视频信息进行智能识别分析并将分析结果上传到上位机；
若地下配电设备温度异常升高，上位机立即调取视频火灾识别模块的实时识别分析结果，若未监测到火灾信号，发出设备温度异常告警信息，及时安排检修人员处置并进行设备异常信息备案，对温度异常升高设备区域进行重点监控；若监测到火灾信号，及时向管理人员和消防部门发出告警信息，并打开所有排气设备进行排烟；
若地下配电设备温度正常，上位机实时调取视频火灾识别模块的实时识别分析结果，若监测到火灾信号，及时向管理人员和消防部门发出告警信息，并打开所有排气设备进行排烟；
电缆火灾探测模块实时对电缆区域进行火焰和烟雾的探测，并同时处理探测区域的彩色、黑白或NIR图像，寻找符合火灾的特征，并将识别出的特征上传到上位机；
视频火灾识别模块对地下配电网易发生火灾的区域进行实时监控，提取关键区域的视频信息进行智能识别分析并将分析结果上传到上位机；
若电缆火灾探测模块检测到火焰和/或烟雾信号，上位机发送控制信号启动灭火装置对电缆火灾进行灭火，同时立即调取视频火灾识别模块的实时识别分析结果，确认火灾影响区域，及时向工作人员和消防部门发送火灾告警信号，并打开所有排气设备进行排烟。
所述视频火灾识别模块的识别方法为：从采集的视频信息中提取帧图片，对提取的单帧图片进行分割，划分为相同大小的图像块，结合RGB判据进行图像块的火焰静态特征识别，根据HSV判据进行烟雾静态特征识别，采用运动趋势检测算法进行烟雾动态特征识别，符合烟雾动态特征的区域即识别的烟火区域。
所述火焰静态特征识别方法为：将图像块二值化，经过中值滤波以及数学形态学的膨胀运算消除图片的一些噪声及离散点，连通一些遗漏的区域，图像块中的火焰部分红色分量R和绿色分量G很大，并且绿色分量G会大于蓝色分量B，RGB判据的具体条件是：
rule1：R≥G≥B
rule2：R≥RT
rule3：S≥((255-R)*ST/RT)
其中，RT是红色分量阈值，ST是饱和度阈值，若满足上式判据条件，则判断该位置为火焰像素，显示为白色，否则显示为黑色。
所述烟雾静态特征识别方法为：在HSV颜色模型中，H代表色调，反应图像的颜色，S代表饱和度，反应图像颜色的鲜艳程度，V代表亮度，使用当前视频帧的前50帧亮度值V的平均值作为亮度阈值，如果识别候选区域的平均亮度值大于阈值且饱和度S低于70则认为该区域是烟雾的候选区域。
所述运动趋势检测算法具体流程为：将视频火灾识别模块采集的视频中的运动趋势分为八个方向，以水平向右为0度方向，逆时针顺序，每个方向的间隔为45度，然后以正右方为1号方向，逆时针依次分别为每个方向进行编号，3号方向表示正上方，7号方向表示正下方，分别计算当前帧图片中心图像和下一帧图像中对应位置的八邻域图像的差异大小，然后选取差异值最小的位置，即为中心图像的运动趋势。
实施例3：
如图3所示，本公开实施例3提供了一种地下配电网火灾预警系统的预警方法，步骤如下：
电缆火灾探测模块实时对电缆区域进行火焰和烟雾的探测，并同时处理探测区域的彩色、黑白或NIR图像，寻找符合火灾的特征，并将识别出的特征上传到上位机；
视频火灾识别模块对地下配电网易发生火灾的区域进行实时监控，提取关键区域的视频信息进行智能识别分析并将分析结果上传到上位机；
若电缆火灾探测模块检测到火焰和/或烟雾信号，上位机发送控制信号启动灭火装置对电缆火灾进行灭火，同时立即调取视频火灾识别模块的实时识别分析结果，确认火灾影响区域，及时向工作人员和消防部门发送火灾告警信号，并打开所有排气设备进行排烟。
所述视频火灾识别模块的识别方法为：从采集的视频信息中提取帧图片，对提取的单帧图片进行分割，划分为相同大小的图像块，结合RGB判据进行图像块的火焰静态特征识别，根据HSV判据进行烟雾静态特征识别，采用运动趋势检测算法进行烟雾动态特征识别，符合烟雾动态特征的区域即识别的烟火区域。
所述火焰静态特征识别方法为：将图像块二值化，经过中值滤波以及数学形态学的膨胀运算消除图片的一些噪声及离散点，连通一些遗漏的区域，图像块中的火焰部分红色分量R和绿色分量G很大，并且绿色分量G会大于蓝色分量B，RGB判据的具体条件是：
rule1：R≥G≥B
rule2：R≥RT
rule3：S≥((255-R)*ST/RT)
其中，RT是红色分量阈值，ST是饱和度阈值，若满足上式判据条件，则判断该位置为火焰像素，显示为白色，否则显示为黑色。
所述烟雾静态特征识别方法为：在HSV颜色模型中，H代表色调，反应图像的颜色，S代表饱和度，反应图像颜色的鲜艳程度，V代表亮度，使用当前视频帧的前50帧亮度值V的平均值作为亮度阈值，如果识别候选区域的平均亮度值大于阈值且饱和度S低于70则认为该区域是烟雾的候选区域。
所述运动趋势检测算法具体流程为：将视频火灾识别模块采集的视频中的运动趋势分为八个方向，以水平向右为0度方向，逆时针顺序，每个方向的间隔为45度，然后以正右方为1号方向，逆时针依次分别为每个方向进行编号，3号方向表示正上方，7号方向表示正下方，分别计算当前帧图片中心图像和下一帧图像中对应位置的八邻域图像的差异大小，然后选取差异值最小的位置，即为中心图像的运动趋势。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种地下配电网火灾预警系统，其特征在于，包括设备温度感知模块、电缆火灾探测模块、视频火灾识别模块和上位机，所述设备温度感知模块用于测量地下配电设备的温度；所述电缆火灾探测模块用于对地下配电电缆进行火灾检测；所述视频火灾识别模块用于对地下配电网易发生火灾的区域进行实时监控，并提取关键区域的视频信息进行火灾智能识别分析；所述上位机与设备温度感知模块、电缆火灾探测模块和视频火灾识别模块通信连接，用于接收上述三个模块采集的信息进行集成分析，并发送应急处置决策。
2.如权利要求1所述的地下配电网火灾预警系统，其特征在于，所述设备温度感知模块包括多个红外测温传感器，所述红外测温传感器设于地下配电设备的开关柜内或者表面。
3.如权利要求1所述的地下配电网火灾预警系统，其特征在于，所述电缆火灾探测模块包括多个图像火灾探测器，所述图像火灾探测器安装于电缆层内并与上位机通信连接，上位机根据图像火灾探测器探测到的火灾图像，进行电缆层火灾区域的识别和定位。
4.如权利要求3所述的地下配电网火灾预警系统，其特征在于，还包括多个智能灭火装置，与上位机通信连接，所述智能灭火装置为多个悬挂式超细干粉灭火装置，分别固定设于电缆层顶部，用于根据上位机的指令进行灭火；
在每个图像火灾探测器监控区域内每隔一定距离安装一个悬挂式超细干粉灭火装置，所述悬挂式超细干粉灭火装置喷射半径至少为5米。
5.如权利要求1所述的地下配电网火灾预警系统，其特征在于，还包括联动模块，所述联动模块包括多个风机和防烟防火阀，所述风机和防烟防火阀依次联动设置在通风管道内，当防烟防火阀检测到烟气信号时，打开阀门和风机进行排烟；各个风机之间和各个防烟防火阀之间联动设置，同一通风管道中中的风机和防烟防火阀联动设置，当一个位置的风机和防烟防火阀动作时，其他位置的风机和防烟防火阀同时动作，快速排出地下配电系统中的烟气。
6.一种地下配电网火灾预警系统的预警方法，其特征在于，步骤如下：
设备温度感知模块实时监控地下配电设备的温度并上传到上位机；
视频火灾识别模块对地下配电网易发生火灾的区域进行实时监控，提取关键区域的视频信息进行智能识别分析并将分析结果上传到上位机；
若地下配电设备温度异常升高，上位机立即调取视频火灾识别模块的实时识别分析结果，若未监测到火灾信号，发出设备温度异常告警信息，及时安排检修人员处置并进行设备异常信息备案，对温度异常升高设备区域进行重点监控；若监测到火灾信号，及时向管理人员和消防部门发出告警信息，并打开所有排气设备进行排烟；
若地下配电设备温度正常，上位机实时调取视频火灾识别模块的实时识别分析结果，若监测到火灾信号，及时向管理人员和消防部门发出告警信息，并打开所有排气设备进行排烟；
或，
电缆火灾探测模块实时对电缆区域进行火焰和烟雾的探测，并同时处理探测区域的彩色、黑白或NIR图像，寻找符合火灾的特征，并将识别出的特征上传到上位机；
视频火灾识别模块对地下配电网易发生火灾的区域进行实时监控，提取关键区域的视频信息进行智能识别分析并将分析结果上传到上位机；
若电缆火灾探测模块检测到火焰和/或烟雾信号，上位机发送控制信号启动灭火装置对电缆火灾进行灭火，同时立即调取视频火灾识别模块的实时识别分析结果，确认火灾影响区域，及时向工作人员和消防部门发送火灾告警信号，并打开所有排气设备进行排烟。
7.如权利要求6所述的地下配电网火灾预警方法，其特征在于，所述视频火灾识别模块的识别方法为：从采集的视频信息中提取帧图片，对提取的单帧图片进行分割，划分为相同大小的图像块，结合RGB判据进行图像块的火焰静态特征识别，根据HSV判据进行烟雾静态特征识别，采用运动趋势检测算法进行烟雾动态特征识别，符合烟雾动态特征的区域即识别的烟火区域。
8.如权利要求7所述的地下配电网火灾预警方法，其特征在于，所述火焰静态特征识别方法为：将图像块二值化，经过中值滤波以及数学形态学的膨胀运算消除图片的一些噪声及离散点，连通一些遗漏的区域，图像块中的火焰部分红色分量R和绿色分量G很大，并且绿色分量G会大于蓝色分量B，RGB判据的具体条件是：
rule1：R≥G≥B
rule2：R≥RT
rule3：S≥((255-R)*ST/RT)
其中，RT是红色分量阈值，ST是饱和度阈值，若满足上式判据条件，则判断该位置为火焰像素，显示为白色，否则显示为黑色。
9.如权利要求7所述的地下配电网火灾预警系统，其特征在于，所述烟雾静态特征识别方法为：在HSV颜色模型中，H代表色调，反应图像的颜色，S代表饱和度，反应图像颜色的鲜艳程度，V代表亮度，使用当前视频帧的前50帧亮度值V的平均值作为亮度阈值，如果识别候选区域的平均亮度值大于阈值且饱和度S低于70则认为该区域是烟雾的候选区域。
10.如权利要求7所述的地下配电网火灾预警系统，其特征在于，所述运动趋势检测算法具体流程为：将视频火灾识别模块采集的视频中的运动趋势分为八个方向，以水平向右为0度方向，逆时针顺序，每个方向的间隔为45度，然后以正右方为1号方向，逆时针依次分别为每个方向进行编号，3号方向表示正上方，7号方向表示正下方，分别计算当前帧图片中心图像和下一帧图像中对应位置的八邻域图像的差异大小，然后选取差异值最小的位置，即为中心图像的运动趋势。
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