CN110917530B - 一种变电站消防连续作业系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种变电站消防连续作业系统及其方法，包括消防机器人和消防介质供给装备，所述消防介质供给装备上承载有供水机构和泡沫供给机构，本公开提供了一种消防机器人和消防介质供给装备相结合的灭火方式，可以连续作业，同时可以根据火情切换喷射介质和喷射角度，保证最快速的控制火势，为变电站的可靠安全运行提供保障。

Description

一种变电站消防连续作业系统及方法

技术领域

本公开属于变电站消防机器人技术领域，具体涉及一种变电站消防连续作业系统及方法。

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信息，不必然构成在先技术。

变电站/换流站内存在大量的高电压、大电流设备，容易因设备故障、线路缺陷等问题引发火灾，而且一旦发生火灾的话后果非常严重，因此，各变电站/换流站等对其自身的防火安全均非常重视，目前，变电站的消防设施主要有利用火灾参数(如烟雾、温度等)检测，确定火灾，然后报警，值守人员利用变电站/换流站内各个位置存放的灭火设置来灭火，而无人值守的变电站/换流站一般投入装载有一定容量灭火介质(如消防水等)的机器人。

但据发明人了解，上述消防设施由于通信限制、成本限制等多个因素，投入区域十分有限，主要是在重要的功能分区，才安装有火灾探测器并具有遥信接口，可将火灾报警信号反馈给工作人员。少数极重要的功能区则配置有自动灭火装置及视频监控系统。这对早期火灾隐患进行监测和预警来说还远远不够，对于有人值班的变电站，设备故障和异常运行情况在巡检过程中都能及时发现和处理，而对于无人值班变电站，其地理位置大多地处偏远，一旦发生火情，从专业消防人员出发赶往火灾现场都需要一定时间，无法在最佳灭火期对火灾进行扑救，可能由小火酿成重大火灾事故，大型火灾事故会对多个区域的电力系统的建筑安全和用电安全造成严重影响。

目前，国内外消防机器人一般配备一台大口径水炮，由消防车进行供水，只能使用水柱进行灭火，灭火介质单一，在变电站消防领域应用具有很大局限性；机器人消防水炮高度固定，无法满足变电站内不同高度设备精确灭火需求。如果是小型消防机器人，携带的灭火介质有限，有可能不能一次性控制火势，反而造成火势延误或者机器人自身安全受到威胁。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种变电站消防连续作业系统及方法，本公开提供了一种消防机器人和消防介质供给装备相结合的灭火方式，可以连续作业，同时可以根据火情切换消防介质和喷射角度，保证最快速的控制火势，为变电站的可靠安全运行提供保障。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种变电站消防连续作业系统，包括消防机器人和消防介质供给装备，所述消防介质供给装备上承载有供水机构和泡沫供给机构，所述消防介质供给装备能够和消防栓可拆卸连接，实现持续供水，其中：

所述泡沫供给机构和供水机构之间通过接头可开闭式连通，以提供设定比例的泡沫混合液或消防水，通过水带将所述泡沫混合液或消防水供给所述消防机器人；

所述消防机器人的移动底盘上设置有灭火机构，所述灭火机构的进水管一端设置有与水带的第一接头相配合的第二接头，另一端连通能够提供水柱和细水雾双喷射模式的喷射喷头，且所述喷射喷头的高度和角度可调。

消防介质供给装备可以是固定式机构，也可以是如移动车体的可移动式机构。

作为进一步的限定，所述供水机构包括至少一个消防水存储罐，消防水存储罐通过管路与增压泵连接，为供水提供压力，增压泵的排水管通过接头连接水带；

所述泡沫供给机构包括至少一个泡沫存储罐，所述泡沫存储罐通过管路与泡沫泵连接，泡沫泵的排水管通过接头连接增压泵的进水管，水带端部设置有第一接头；

所述泡沫供给机构和供水机构之间通过接头可开闭式连通，以提供设定比例的泡沫混合液或消防水。

作为进一步的限定，所述灭火机构包括消防水/泡沫喷射机构，所述消防水/泡沫喷射机构包括至少一进水管，所述进水管的一端设置有与第一接头相配合的第二接头，另一端连接传输水管，所述传输水管的另一端设置有回转接头，所述回转接头上设置有喷射喷头，所述喷射喷头提供水柱和细水雾双喷射模式，回转接头通过升降机构设置于移动底盘上。

作为进一步的限定，还包括自喷淋机构，所述自喷淋机构包括于所述传输水管连通的立管,以及设置于立管上端喷射角度向上的喷头。

本公开利用消防机器人和消防介质供给装备相互配合，两者均具有移动机构，可以自由移动，结合水带、进水管、传输水管的长度和柔性，能够充分利用变电站内有限的空间，保证连续作业，充分控制火势。

同时，上述技术方案可以实现消防水和泡沫，至少两种介质的灭火，同时利用移动底盘和升降机构、回转头和回转接头的相互配合，可以适应变电站内复杂环境、针对变电站不同地区、高度的火源进行适应性调整扑灭，具有很大的自由度。

同时,设置有自喷淋机构，喷水过程中进行机器人自我喷淋，降低本身温度，保证机器人本身安全。

作为可选择的实施方式，所述灭火机构还包括干粉喷射机构，干粉喷射机构设置于消防机器人的移动底盘上，具体包括若干干粉罐，干粉罐的出口通过管路连接至喷头，所述喷头设置于回转头上，所述回转头通过升降机构设置于移动底盘上，实现干粉喷射的高度、角度可调。

作为可选择的实施方式，所述移动底盘为履带式移动底盘。

作为可选择的实施方式，所述移动底盘上设置有壳体，所述壳体内容纳所述干粉喷射机构和消防水/泡沫喷射机构，且至少回转接头、回转头和喷头外露于所述壳体。

作为可选择的实施方式，所述壳体的前端设置有测距传感器、摄像设备和照明灯。

作为可选择的实施方式，所述干粉喷射机构包括若干电磁阀和干粉罐，所述电磁阀的进粉管连接对应的干粉罐，电磁阀的出粉管一端连接电磁阀，另一端连接多通接头，多通接头的一端连接干粉喷头，干粉喷头固定在回转头上。

作为可选择的实施方式，所述消防水/泡沫喷射机构包括主水管和电磁阀，主水管一端连接进水管，另一端连接喷射喷头，主水管上设置有电磁阀，通过电磁阀控制消防水/泡沫喷射机构的喷射工作。

作为可选择的实施方式，所述自喷淋机构包括水带接头、立管和喷头，水带接头通过管路连接立管，所述立管与竖直方向的夹角小于等于15°，喷头安装在立管上。

自喷淋是喷水过程中进行机器人自我喷淋，降低本身温度，保证机器人本身安全，自喷淋是一直处入开启状态，只要立管有消防水，它就工作。

作为可选择的实施方式，所述升降机构的一端固定移动底盘上，另一端设置有回转底座，所述回转底座上安装回转头，所述回转头上设置有照明灯、摄像设备和红外热成像仪。

作为可选择的实施方式，所述消防介质供给装备上设置有水带对接机构，所述水带对接机构包括设置在消防介质供给装备上的插座，所述插座包括支撑座，所述支撑座上设置有多个立柱，立柱圆周分布，中心处可以容纳所述进水管，所述立柱上设置有弹性体，立柱的端部设置有压紧板，所述压紧板上设置有可相对转动的压紧件，以活动卡接所述第一接头。

当第一接头和第二接头对接时，第一接头设置于插座内，保证第一接头的稳定，同时朝外，机器人侧的第二接头就能够快速对接上，保证及时性和快速性，同时，弹性体还能够一定程度上抵消两个接头对接时的冲力。

作为可选择的实施方式，第一接头和第二接头均为快接式插头。

作为可选择的实施方式，所述消防机器人本体和消防介质供给装备上均设有至少一个图像采集装置，用于实时监控第一接头和第二接头的对接状态。

作为进一步的限定，所述消防介质供给装备上还设置有水带收回机构，具体包括卷盘、驱动件和支撑架，所述驱动件通过传动件与卷盘连接，驱动卷盘转动，所述水带缠绕在所述卷盘上，所述卷盘上设有图像采集设备，用于实时采集消防水带的状态图像。

作为进一步的限定，消防机器人或者消防介质供给装备上设置有处理器，所述处理器与消防机器人的控制系统连接，所述处理器接收图像采集设备的信息，对实时抓取到的消防水带的状态图像进行处理和识别，当图像中出现卷盘与水带连接处的时候认定水带已经完全展开，机器人停止动作；当图像中出现水带与机器人对接的接头时认定水带已完全收回，卷盘停止动作。

作为更进一步的限定，所述卷盘上设有第一传感器，水带展开时：实时监测卷盘的转动圈数，转动圈数到达预设数值时，认定水带已经完全展开，第一传感器向处理器发送完全展开控制信号，机器人停止动作；水带收回时：实时监测卷盘的转动圈数，转动圈数到达预设数值时，认定水带已经完全收回，第一传感器向处理器发送完全展开控制信号，卷盘停止动作。

作为更进一步的限定，所述第一传感器为旋转编码器或旋转传感器或其他圈数测量传感器。

作为进一步的限定，所述消防水带或第一接头或第二接头的位置设有压力传感器，用于实时检测水压并传输到处理器，并与存储的预设压力阈值进行对比，当水压低于预设压力阈值时提示压力不足，判定存在管路泄露/水带破损。

作为进一步的限定，所述处理器还被配置为：通过提取图像中较为明显的特征值，得到第一接头与第二接头的相对位置，通过持续抓图并进行图像处理，判断目前对接状态。

作为进一步的限定，所述处理器还被配置为：在进行图像处理的同时，第一接头和/或第二接头上装有第一传感器，当第一接头和第二接头对接成功时，第一传感器向处理器发送对接成功信号。

作为可选择的实施方式，所述消防机器人上设置有多目视觉设备，用于采集现场环境的视觉图像信息和红外图像信息。

上述连续作业系统的作业方法，当发生火情后，消防机器人迅速到达火灾现场，对设备着火点进位识别定位，分析着火点三维坐标系位置，结合火情情况，基于多目视觉进行喷射曲线调整，计算出喷射装置的喷射角度、喷射流量，根据着火设备类型确定消防介质；

当出现着火点时，机器人与消防介质供给装备快速柔性自动对接，按照确定的灭火参数进行消防灭火作业。

灭火作业完毕后，机器人完成脱带，水带回收。

作为可选择的实施方式，结合火情情况计算出喷射装置的喷射角度、喷射流量的具体过程包括：

获取多目视觉设备采集的现场环境的视觉图像信息和红外图像信息；

分别对得到的视觉图像信息和红外图像信息进行预处理；

根据视觉图像信息和红外图像信息的预处理结果，确定着火区域；

根据着火区域，建立喷射曲线模型，识别出水柱落点，确定最佳喷射角度和喷射流量；

分析着火区域的着火设备状况，确定最佳灭火位置和距离；

判断着火设备的火势大小，选取最佳喷射模式。

当喷射的消防介质为干粉或细水雾时，只需要满足其喷射覆盖面积包含着火点即可。

作为进一步的限定，所述对视觉图像信息进行预处理的步骤包括：

对视觉图像进行预处理；

将预处理后的图像进行灰度化处理和运动检测，确定视觉图像中是否有可疑火焰的区域；

对可疑火焰的区域进行滤波处理，提取滤波处理后图像的颜色直方图，提取图像特征值，进行匹配处理，确定视觉图像中可疑火灾的区域；

将可疑火灾区域进行分割并归一化处理。

作为进一步的限定，对红外图像信息进行预处理的步骤包括：

对红外图像进行图像灰度化预处理后进行分割，提取分割后图像特征值，将提取的图像特征值输入训练好的神经网络模型进行识别，得到红外图像的可疑火灾区域。

作为进一步的限定，所述着火区域的确定方法为：

将视觉图像处理后得到的可疑火灾区域与红外图像处理后得到的可疑火灾区域进行对比，将重叠的可疑火灾区域作为可信火灾区域，将未重叠的可疑火灾区域作为疑似火灾区域，将重叠的未可疑火灾区域判定为未发生火灾的区域。

作为进一步的限定，所述最佳喷射角度和喷射流量的确定方法为：

以着火区域的底部为目标区域，建立喷射曲线模型；

获取消防机器人的喷射图像，并对喷射图像进行处理，识别出喷射的水柱落点；

根据水柱落点与着火区域的坐标差，确定最佳喷射角度；根据着火区域中可信火灾区域和疑似火灾区域的面积占比，调整喷射流量。

作为进一步的限定，所述分析着火区域的着火设备状况，确定最佳灭火位置和距离的步骤包括：

对着火区域图像进行预处理；

提取预处理后着火区域图像的特征值；

将提取到的特征值输入神经网络图像识别模型，识别出着火设备；

选择着火设备各个方向中，遮挡最少的一个角度作为确定最佳灭火位置；

根据着火区域占据整个图像的比例，调整消防机器人与着火设备之间的距离。

作为进一步的限定，所述判断着火设备的火势大小，选取最佳喷射模式的步骤包括：

建立包含着火设备的灭火距离和火情判断依据的样本库；

从样本库中获取着火设备的灭火距离和火情判断依据；

将着火区域面积与着火设备面积相比，根据着火设备的火情判断依据，判断该着火设备的火势大小；

根据着火设备的火势大小，选取最佳喷射模式。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开创新性设计了一种变电站消防连续作业技术，针对变电站内环境复杂且部分区域较为狭窄，且机器人自身携带的介质有限的问题,利用消防机器人和消防介质供给装备相互配合，充分利用变电站内有限空间，能够保证长时间的连续作业。

本公开创新性提出了基于电力设备着火状态的多消防介质混合增压技术，当发生火情后，根据着火设备类型，确定供给介质，并进行水带对接机构与消防机器人水带连接头的自动、柔性对接，启动消防介质供给装备，结合增压泵和泡沫泵的作用，给消防机器人提供相匹配比例的消防水或者泡沫混合液，能够有效的保证消防机器人的连续、长时间作业，保障变电站内的安全。

本公开创新性提出了基于多目视觉的消防机器人喷射曲线调整技术，构建了消防介质喷射曲线模型，确定最佳喷射角度和喷射流量，提升了灭火作业的效果。结合本机器人的水柱和细水雾双喷射模式以及三级加压能力，设计了不同的喷射模式，并对算法进行了优化调整，提高作业的效率和灭火能力。

本公开创新性提出了一种消防介质供给装备远程柔性自动对接方式，通过快速对接机构将对接设备模块化、标准化，实现任意消防机器人和供水设备的灵活对接，灵活依据火情和距离，动态快速移动并组队，实现快速灭火。

本公开在火灾发生时，变电站消防机器人可以携带灭火设备和各类传感器第一时间赶赴现，利用快速对接机构完成和消防介质供给装备上的供给机构的对接，实现长时间的连续作业灭火，力争最优、最快的实现灭火。

本公开利用消防机器人和消防介质供给装备相互配合，结合水带、进水管、传输水管的长度和柔性，能够充分利用变电站内有限的空间，例如在较大空间内停放消防介质供给装备，利用消防机器人接近火源，能够保证长时间的连续作业，充分控制火势。

本公开通过消防介质供给装备上设置水和泡沫至少两种介质的存储装置，消防机器人上设置有干粉介质，能够实现多介质的灭火以及与火情相适配的介质自适应选择，同时利用移动底盘和升降机构、回转头和回转接头的相互配合，可以适应变电站内复杂环境、针对变电站不同地区、高度的火源进行适应性调整扑灭，具有很大的自由度。

本公开通过消防机器人上设置自喷淋机构，灭火过程中可以进行机器人自我喷淋，降低本身温度，保证机器人灭火过程中自身安全。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开消防机器人的侧视图；

图2是本公开消防机器人的后视图；

图3是本公开消防机器人的内部结构侧视图；

图4是本公开消防机器人的内部结构俯视图；

图5是本公开消防机器人的系统模块图；

图6是本公开消防机器人的结构简图；

图7是本公开消防介质供给装备的俯视图；

图8是本公开消防介质供给装备的侧视图；

图9是本公开消防介质供给装备的后视图；

图10是本公开消防介质供给装备的侧视图；

图11是本公开消防介质供给装备的模块图；

图12是本公开的插座结构示意图；

图13是本公开的灭火具体流程图；

图14是本公开的对接过程图像处理流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

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。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如图5所示，一种变电站消防连续作业系统，包括消防机器人和消防介质供给装备，其中，先介绍消防机器人，它包括履带式移动底盘组件、外壳组件、升降回转装置、干粉喷射装置、消防水/泡沫喷射装置、控制装置等组成，其中：

如图1所示，其中，履带式移动底盘组件，包括上1履带，2驱动轮，3单支重轮，4托带轮1，5双支重轮，6托带轮2，7导向轮，8底盘壳体等组成，电机减速器组件安装在8底盘壳体内，2驱动轮安装在电机减速器组件上，3单支重轮、4托带轮1、5双支重轮、6托带轮2、7导向轮分别安装在8底盘壳体上并且1履带安装在它们上面；

外壳组件，包括上9测距传感器，10可见光摄像机，11螺钉，12照明大灯，13前壳体，14螺钉，15后壳体，16可见光摄像机等组成，9测距传感器、10可见光摄像机、两个12照明大灯分别安装在13前壳体上，13前壳体通过11螺钉安装在8底盘壳体上，16可见光摄像机安装在15后壳体上，15后壳体通过14螺钉安装在13前壳体上；

如图2和图3所示，升降回转装置，包括17升降机构，18螺钉，19回转底座，20回转头，21螺钉，22照明大灯，23可见光摄像机，24红外热成像仪等组成，17升降机构通过21螺钉安装在8底盘壳体上，19回转底座通过18螺钉安装在17升降机构上，20回转头安装在19回转底座上，22照明大灯、23可见光摄像机、24红外热成像仪安装在20回转头上。

干粉喷射装置，包括25干粉罐，26电磁阀进粉管，27电磁阀，28电磁阀出粉管，29三通接头，30出粉管，31干粉喷头等组成，25干粉罐和27电磁阀固定在8底盘壳体上，26电磁阀进粉管一端连接25干粉罐，另一端连接27电磁阀，28电磁阀出粉管一端连接27电磁阀，另一端连接29三通接头，30出粉管一端连接29三通接头，另一端连接31干粉喷头，31干粉喷头固定在20回转头上。

如图4所示，消防水/泡沫喷射装置，包括32水带接头，33水管，34主水管，35电磁阀，36回转接头，37电磁阀水管，38回转接头，39水管，40电磁阀水管，41消防水喷头，42自喷淋装置，43立管，44立管，45自喷淋装置等组成，34主水管和35电磁阀固定在8底盘壳体上，34主水管一端连接32水带接头，另一端连接35电磁阀，37电磁阀水管和40电磁阀水管分别安装在35电磁阀上，43立管一端连接37电磁阀水管，另一端连接36回转接头，44立管一端连接40电磁阀水管，另一端连接38回转接头，33水管一端连接36回转接头，另一端连接41消防水喷头，39水管一端连接38回转接头，另一端连接41消防水喷头，42自喷淋装置安装在43立管上，45自喷淋装置安装在44立管上。

31干粉喷头和41消防水喷头可以设置在一个壳体内，以保障喷头的安全性。且该壳体的喷头处开孔，使两个喷头能够工作。41消防水喷头既可以喷射水柱也可以喷射细水雾。

如图7所示，所述32水带接头能够和消防水供给设备快速连接，32水带接头为第一接头，与消防介质供给装备的插座相配合，所述插座包括支撑座，所述支撑座上设置有多个立柱，立柱圆周分布，中心处可以容纳所述进水管，所述立柱上设置有弹性体，立柱的端部设置有至少压紧板，所述压紧板上设置有可相对转动的压紧件，以活动卡接所述第一接头。

如图5所示，控制装置，包括46机器人总控模块、47电源模块、48电量显示模块、49继电器模块1、50画面分割器、51水炮摄像头、52倾角传感器、53温度传感器、54声光报警模块、55自喷淋装置控制模块、56GPS定位模块、57继电器模块2、58继电器模块3、59电机驱动器1、60电机驱动器2、61机器人运动电机等组成。46机器人总控模块通过48电量显示模块与47电源模块相连；46机器人总控模块通过49继电器模块1分别与12照明大灯、22照明大灯相连；46机器人总控模块通过50画面分割器分别与10可见光摄相机、16可见光摄像机、51水炮摄像头相连；46机器人总控模块分别与24红外热成像仪、9测距传感器、52倾角传感器、53温度传感器、54声光报警模块、56GPS定位模块相连；46机器人总控模块通过55自喷淋装置控制模块分别与42自喷淋装置、45自喷淋装置相连；46机器人总控模块通过57继电器模块2与27电磁阀相连；46机器人总控模块通过58继电器模块3与35电磁阀相连；46机器人总控模块通过59电机驱动器1与17升降机构相连；46机器人总控模块通过60电机驱动器2与61机器人运动电机相连。

变电站消防机器人可已通过遥控器进行远程控制，作业人员可以通过可见光摄像机、水炮摄像头、红外热成像仪观察火灾现场情况；通过测距传感器、倾角传感器、温度传感器、GPS定位模块实时测量机器人的姿态和周围环境信息，当机器人遇到危险时，声光报警模块可发出声光报警提示；通过遥控器可控制选择使用干粉、消防水和泡沫等多种灭火介质进行灭火降温作业。

如图8-11所示，消防介质供给装备包括水带组件、水带对接装置、水带收回装置、储水管组件、增压泵组件、移动底盘组件、泡沫泵组件、泡沫存储罐组件、消防水存储罐组件、控制组件等组成。

水带组件，包括2-1快插水带接头、2-2水带、2-3螺纹水带接头组成，2-1快插水带接头和2-2水带扣压在一起，2-3螺纹水带接头和2-2水带扣压在一起，2-3螺纹水带接头一头固定在水带收回装置上，2-1快插水带接头放置在水带对接装置2-19卷盘上；

水带对接装置，包括2-4水带支撑座、2-5转轴螺钉、2-6压紧板、2-7螺钉、2-8支撑板、2-9支柱、2-10弹簧、2-11挡母、2-12底座、2-13螺钉等组成，两个2-6压紧板通过两个2-5转轴螺钉分别固定在2-4水带支撑座，如图6所示，压紧板把水带固定在水带支撑座上面，起到定位作用，机器人拽出水带时，水带在上提的过程中，压紧板可以活动，不阻碍水带运动，对接过程中，弹簧可以起到减缓机器人对接过程中的冲击力，4个2-10弹簧各自套入2-9支柱上，4个支柱一端固定在2-4水带支撑座上，另一端穿过2-8支撑板、2-12底座和2-11挡母固定在一起，2-8支撑板和2-12底座通过2-7螺钉连接在一起，2-12底座通过2-13螺钉连接移动底盘组件的2-39底板上。

水带收回装置，包括2-14螺钉、2-15卷盘电机、2-16小齿轮、12-7螺钉、2-18架体、2-19卷盘、2-20中心轴等组成，2-15卷盘电机通过2-14螺钉固定在移动底盘组件的2-39底板上，2-16小齿轮通过12-7螺钉固定在2-15卷盘电机输出轴上，小齿轮和卷盘电机输出轴固定在一起，卷盘电机输出轴转动，带动小齿轮转动，卷盘上面有齿圈，跟小齿轮啮合在一起，小齿轮转动带动卷盘转动，2-18架体焊接在移动底盘组件的2-39底板上，2-20中心轴一端与储水管组件通过2-23联通管连接，另一端穿过2-19卷盘固定在2-18架体上。

储水管组件，包括2-21增压泵排水管I、2-22增压泵排水管II、2-23联通管、2-24溢流阀、2-25溢流阀回水管、2-26螺钉、2-27增压泵进水管I、2-28三通接头、2-29增压泵进水管II、2-30增压泵主进水管、2-31泡沫泵排液管、2-32泡沫泵进液管、2-33排水球阀等组成，2-23联通管通过2-26螺钉固定在移动底盘组件的2-39底板上，2-24溢流阀连接在2-23联通管上部，2-21增压泵排水管I和2-22增压泵排水管一端连接在2-34增压泵上，另一端连接在2-23联通管上，2-25溢流阀回水管一端连接在2-24溢流阀上，另一端连接在2-30增压泵主进水管上，2-27增压泵进水管I、和2-29增压泵进水管II一端连接在2-34增压泵上，另一端跟2-28三通接头连接在一起，2-30增压泵主进水管一端连接2-28三通接头上，另一端连接2-33排水球阀上，2-33排水球阀跟消防水存储罐连接在一起。

增压泵组件，包括2-34增压泵、2-35增压泵支架、2-36螺钉、2-37螺栓、2-38螺母等组成，2-34增压泵通过4组2-37螺栓、2-38螺母和2-35增压泵支架连接在一起，2-35增压泵支架通过2-36螺钉连接移动底盘组件的2-39底板上。

移动底盘组件，包括2-39底板、2-40移动轮等组成，两个2-40移动轮与2-39底板焊接在一起。

泡沫泵组件，包括2-41泡沫泵支架、2-42螺钉、2-43螺钉、2-44泡沫泵等组成，2-41泡沫泵支架通过2-43螺钉固定在移动底盘组件的2-39底板上，2-44泡沫泵通过2-42螺钉固定在2-41泡沫泵支架上。泡沫泵把泡沫从泡沫存储罐排入泡沫泵排液管中，2-31泡沫泵排液管连接在2-30增压泵主进水管，泡沫泵打出的泡沫混合消防水一起进入增压泵。

泡沫存储罐组件，包括2-45球阀、2-46螺钉、2-47泡沫液位指示器、2-48泡沫存储罐、2-49螺塞等组成，2-45球阀安装在2-48泡沫存储罐上，2-49螺塞安装在2-48泡沫存储罐上，作为加注泡沫入口，2-47泡沫液位指示器安装在2-48泡沫存储罐上，2-48泡沫存储罐通过四个2-46螺钉固定在2-51消防水存储罐上。

消防水存储罐组件，包括2-50泄压阀、2-51消防水存储罐、2-52进水接头、53消防水液位指示器等组成，2-50泄压阀和2-52进水接头焊接在2-51消防水存储罐上，53消防水液位指示器安装在2-51消防水存储罐上，2-51消防水存储罐焊接在移动底盘组件的2-39底板上。

消防水存储罐组件通过2-52进水接头、控制阀与消防栓连接，实现持续供水，控制阀可以远程遥控。

控制组件，包括2-54增压开关、2-55急停开关、2-56泡沫混合开关、2-57卷盘开关、2-58无线收发模块、2-59总控系统、2-60电源模块24V、2-61电源模块48V、2-62增压泵软启动器、2-63卷盘电机软启动器、2-64泡沫泵软启动器组成，包括2-54增压开关、2-55急停开关、2-56泡沫混合开关、2-57卷盘开关、2-58无线收发模块、2-60电源模块24V、2-61电源模块48V、2-62增压泵软启动器、2-63卷盘电机软启动器、2-64泡沫泵软启动器分别与2-59总控系统连接。

当按下2-54增压开关后，2-59总控系统通过2-62增压泵软启动器控制2-34增压泵开始工作，消防水从2-51消防水存储罐经过2-30增压泵主进水管、2-27增压泵进水管I、2-28三通接头、2-29增压泵进水管II、2-21增压泵排水管I、2-22增压泵排水管II、2-23联通管、2-19卷盘、2-2水带、2-1快插水带接头给机器人供水；当再次按下2-54增压开关，2-59总控系统通过2-62增压泵软启动器控制2-34增压泵停止工作。

当按下2-56泡沫混合开关后，2-59总控系统通过2-64泡沫泵软启动器控制2-44泡沫泵开始工作，泡沫通过2-32泡沫泵进液管、2-31泡沫泵排液管进入消防水；当再次按下2-56泡沫混合开关后，2-59总控系统通过2-64泡沫泵软启动器控制2-44泡沫泵停止工作。

灭火过程中如果需要泡沫，就开启泡沫泵工作，混合消防水进行灭火，如果不需要泡沫，就不开泡沫泵，只用消防水灭火就行。根据着火设备的灭火特性进行自由选择。

当按下2-57卷盘开关后，2-59总控系统通过2-63卷盘电机软启动器控制2-15卷盘电机开始工作，卷盘开水回收；当再次按下2-57卷盘开关后，2-59总控系统通过2-63卷盘电机软启动器控制2-15卷盘电机停止工作。

当发生火情后，消防机器人迅速到达火灾现场，通过红外热成像系统对设备着火点进位识别定位，分析着火点三维坐标系位置，结合火情情况计算出喷射装置的喷射角度、喷射流量，根据着火设备类型选择干粉、水柱或者细细水雾等消防介质，对各项灭火参数计算完毕后，如果需要机器人与消防介质供给装备对接，操作人员根据着火设备类型，可选择3L/s、6L/s和9L/s的消防水供给速度，泡沫比例可根据需求选择3％、5％、10％和20％，参数设定完毕后，启动消防介质供给装备，给消防机器人提供消防水或者泡沫混合液。进行消防灭火作业，灭火作业完毕后，机器人自动脱带装置完成自动脱带，消防介质供给装备可实现水带自动回收。

操作人员通过消防机器人的对接摄像头，可控制机器人实现消防水带的自动对接，消防介质供给装备配备的对接装置具有多方向缓冲功能，对接过程中可实现微小误差的自动调整，快速实现对接功能。

第一接头设于机器人后部，机器人首先停在设定误差范围内的位置，向后倒车，弹性对接装置进行误差纠正，将水带的第二接头对接到机器人上；

当监控到第一接头和第二接头因误差过大导致无法对接时，消防控制平台通过采集到的图像，分析出误差超出的范围，并将结果反馈给机器人控制系统，控制机器人向前移动并调整角度再次倒车，缩小误差后重新对接。

具体的，对接过程如图14所示，消防水带自动对接监控分为图像处理与图像识别两部分，所述消防控制平台对图像采集装置采集到的图像进行图像处理，所述图像处理的方式具体为：通过图像预处理进行图像的去噪、平滑和变换，加强图像的重要特征，对预处理后的图像进行图像分割、边缘检测和图像细化，其中在图像分割部分有基于区域特征的分割方法、基于相关匹配的分割方法和基于边界特征的分割方法等。

对处理后的图像进行图像识别，具体为：采用遗传算法与BP网络相融合的神经网络图像识别模型进行图像的识别，提取处理后的图像中的重要特征值，根据提取到的特征值，获取图像中设备的当前状态，比如在判断对接是否成功时，主要提取水带接头处的特征，识别出水带接头与机器人接头，计算他们的相对位置；在判断水带是否完全展开时，针对水带与水带卷盘连接处的特征进行训练，识别图像中是否出现了该连接处，在判断水带是否完全收回时，提取水带接头的特征进行训练，识别图像中是否出现了水带的接头。

如图13所示，消防机器人喷射曲线调整方法包括以下步骤：

S101，获取多目视觉设备采集的现场环境的视觉图像信息和红外图像信息。

通过多目视觉设备的普通视觉摄像头采集现场环境的图像信息，包括现场环境内设备的图像信息、现场环境内火情图像信息和现场环境内烟雾浓度信息等。如果在火情现场，则可通过多目视觉设备采集到着火设备、火情大小、烟雾浓度等视觉图像信息。

通过多目视觉设备的红外摄像头采集现场环境的红外图像，主要包括现场环境里各处的温度、最高温度、最高温度出现的位置、火焰的形状等。如果在火情现场，则可以采集到现场环境内温度的最高温度、最高温度出现的位置，火焰的形状等信息。

S102，分别对得到的视觉图像信息和红外图像信息进行预处理，确定相应的可疑火灾区域。

所述步骤102中，采用图像处理算法，对步骤101得到的图像进行图像灰度化、分割、滤波等处理，分别确定相应的可疑火灾区域。

具体地，所述步骤102中，对视觉图像信息进行预处理的具体实现过程如下：

首先，对图像进行颜色检测，如大片的橘红色或者黑色，做比重计算等初步处理。

接着，再对初步处理后的图像进行灰度化处理和运动检测，确定图像中是否有可疑火焰的区域。

对可疑火焰的区域进行滤波处理，提取滤波处理后图像的颜色直方图，提取图像特征值，进行匹配处理，确定图像中可疑火灾的区域。

最后，将可疑火灾区域进行分割并归一化处理，作为后续进行研判的基本单位。

对于获取的红外图像的处理较为简单，将红外图像进行图像灰度化预处理后进行分割，提取分割后图像特征值，将提取的图像特征值输入训练好的神经网络模型进行识别，即可得到红外图像的可疑火灾区域。

S103，根据视觉图像信息和红外图像信息的预处理结果，定位着火区域。

在本实施例中，所述着火区域包括可信火灾区域和疑似火灾区域。

具体地，所述步骤103中，将视觉图像处理后的可疑火灾区域与红外图像处理后的可疑火灾区域进行对比，将重叠的可疑火灾区域作为可信火灾区域，若未重叠的可疑火灾区域作为疑似火灾区域，将重叠的未可疑火灾区域判定为没有着火的区域，则是未发生火灾的区域。

S104，根据着火区域，建立喷射曲线模型，识别出水柱落点，确定最佳喷射角度和喷射流量。

具体地，所述步骤104中，确定着火区域后进行瞄准，根据得到的可信火灾区域，以可信火灾区域的底部为目标区域，由于设备喷射的水柱曲线与落点较为固定，可以建立喷射曲线模型，调整云台角度及高度，使曲线模型的落点落在可信火灾区域内，喷射之后通过机器人搭载的其他摄像头传回的喷射画面，调用算法进行图像处理，在图像中识别出喷射的水柱落点。

对喷射图像进行处理，识别出喷射的水柱落点的具体实现过程为：

对喷射图像进行预处理，包括去噪、平滑、变换等的操作；

提取预处理后图像中喷射水柱的特征值；

将提取到的喷射水柱的特征值输入神经网络图像识别模型，识别出喷射的水柱落点。

当不存在可信火灾区域时，根据得到的疑似火灾区域，以疑似火灾区域的底部为目标区域，建立喷射曲线模型，调整云台角度及高度，使曲线模型的落点落在可信火灾区域内，喷射之后通过机器人搭载的其他摄像头传回的画面，调用算法进行图像处理，在图像中识别出喷射的水柱位置，根据水柱的落点与疑似火灾区域的坐标差，确定最佳喷射角度。

在本实施例中，所述步骤101-103一直执行，实时分析现场图像内的着火状况，在可信火灾区域面积缩小、消失之后，对疑似火灾区域进行喷射，直到摄像头传回画面内全部为未发生火灾区域为止。

本实施例将喷射流量由大到小分为三档，根据可信火灾区域和疑似火灾区域的面积进行调整，通常为最大流量，当可信火灾区域占比小于疑似火灾区域时，为中等流量，当不存在可信火灾区域时使用小流量。

本实施例可以根据判断结果，调整喷射曲线，精确瞄准着火点，选择喷射流量和角度。

S105，分析着火设备状况，确定最佳灭火位置和距离。

具体地，所述着火设备状况分析方法为：

对着火区域图像进行预处理，包括去噪、平滑、变换等的操作；

提取预处理后着火区域图像中着火设备的特征值；

将提取到的着火设备的特征值输入神经网络图像识别模型，识别出着火设备。

确定最佳灭火位置，包括选择角度，即着火设备各个方向中，遮挡最少的一个角度。

确定距离：着火区域在摄像头画面内占据1/3左右，占据面积少则靠近，占据面积大则远离，机器人在调整距离时会优先考虑是否会撞到障碍物。

S106，分析现场火情，选取最佳喷射模式。

步骤106的具体实现过程为：

研判现场火情主要是看火焰的相对大小，对比着火区域与整个设备的面积比，来判断现场着火设备的火情大小。不同设备的现场火情判断规则不同，比如对于长宽高均约为1m的电力设备，如果着火区域占设备面设计的二分之一以上面积，即算是大火，三分之一左右为中火，三分之一以下为小火。而对于设备长宽高约为3m的电力设备，那么三分之一面积即算是大火。

根据站内不同的设备，建立不同的样本库，在机器人识别出该设备着火或接到报警信息(如“xx设备起火”)时，适合的灭火距离、火情判断依据等各种信息，是可以直接从该库内得到的，机器人在从样本库内得到的灭火距离、火情判断依据等各种信息的基础上，通过即时判断进行作业。

样本库内信息是事前通过训练得到的，机器人每次作业时得出的即时判断结果也会存入该样本库。

在本实施例中，所述喷射模式包括分为大、中、小三种喷射模式，在开始作业时会选择大火，随着火势的减小会选择中火和小火，如果火势很小或者主要是降温，才会一开始选择中火或小火。

根据研判出的现场设备的火情大小以及整个设备的面积，选择相应的喷射模式。

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。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (24)

1.一种变电站消防连续作业系统，其特征是：包括消防机器人和消防介质供给装备，所述消防介质供给装备上承载有供水机构和泡沫供给机构，所述消防介质供给装备能够和消防栓可拆卸连接，实现持续供水，其中：

所述泡沫供给机构和供水机构之间通过接头可开闭式连通，以提供设定比例的泡沫混合液或消防水，通过水带将所述泡沫混合液或消防水供给所述消防机器人；

所述消防机器人的移动底盘上设置有灭火机构，所述灭火机构的进水管一端设置有与水带的第一接头相配合的第二接头，另一端连通喷射喷头，所述喷射喷头的高度和角度均可调；所述消防机器人上设置有多目视觉设备，用于采集现场环境的视觉图像信息和红外图像信息，确定着火区域；所述消防机器人根据着火区域，建立喷射曲线模型，识别出水柱落点，确定最佳喷射角度和喷射流量；分析着火区域的着火设备状况，确定最佳灭火位置和距离；判断着火设备的火势大小，选取最佳喷射模式；

所述消防介质供给装备上设置有支撑座，所述支撑座上设置有多个立柱，立柱的端部设置有两个压紧板，两个压紧板通过两个转轴螺钉分别固定在支撑座上，弹簧套入立柱上，立柱一端穿过支撑板、底座和挡母固定，支撑板和底座通过螺钉连接，底座连接于移动底盘组件的底板上；压紧板把水带固定在水带支撑座上面，起到定位作用，机器人拽出水带时，水带在上提的过程中，压紧板可以活动，不阻碍水带运动。

2.如权利要求1所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述供水机构包括至少一个消防水存储罐，消防水存储罐通过管路与增压泵连接，为供水提供压力，增压泵的排水管通过接头连接水带；

所述泡沫供给机构包括至少一个泡沫存储罐，所述泡沫存储罐通过管路与泡沫泵连接，泡沫泵的排水管通过接头连接增压泵的进水管，水带端部设置有第一接头；

所述泡沫供给机构和供水机构之间通过接头可开闭式连通，以提供设定比例的泡沫混合液或消防水。

3.如权利要求1所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述灭火机构包括消防水/泡沫喷射机构，所述消防水/泡沫喷射机构包括至少一进水管，所述进水管的一端设置有与第一接头相配合的第二接头，另一端连接传输水管，所述传输水管的另一端设置有回转接头，所述回转接头上设置有喷射喷头，所述喷射喷头提供水柱细水雾双喷射模式，回转接头通过升降机构设置于移动底盘上。

4.如权利要求1所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述灭火机构还包括干粉喷射机构，干粉喷射机构设置于消防机器人的移动底盘上，具体包括若干干粉罐，干粉罐的出口通过管路连接至喷头，所述喷头设置于回转头上，所述回转头通过升降机构设置于移动底盘上，实现干粉喷射的高度、角度可调。

5.如权利要求4所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述干粉喷射机构包括若干电磁阀和干粉罐，所述电磁阀的进粉管连接对应的干粉罐，电磁阀的出粉管一端连接电磁阀，另一端连接多通接头，多通接头的一端连接干粉喷头，干粉喷头固定在回转头上。

6.如权利要求1所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述消防水/泡沫喷射机构包括主水管和电磁阀，主水管一端连接进水管，另一端连接喷射喷头，主水管上设置有电磁阀，通过电磁阀控制消防水/泡沫喷射机构的喷射工作。

7.如权利要求3所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述消防机器人还包括自喷淋机构，自喷淋机构与所述传输水管连通的立管,以及设置于立管上端喷射角度向上的喷头；

所述自喷淋机构包括水带接头、立管和喷头，水带接头通过管路连接立管，所述立管与竖直方向的夹角小于等于15°，喷头安装在立管上。

8.如权利要求3所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述升降机构的一端固定移动底盘上，另一端设置有回转底座，所述回转底座上安装回转头，所述回转头上设置有照明灯、摄像设备和红外热成像仪。

9.如权利要求1所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述消防机器人本体和消防介质供给装备上均设有至少一个图像采集装置，用于实时监控第一接头和第二接头的对接状态。

10.如权利要求1所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述消防介质供给装备上还设置有水带收回机构，具体包括卷盘、驱动件和支撑架，所述驱动件通过传动件与卷盘连接，驱动卷盘转动，所述水带缠绕在所述卷盘上，所述卷盘上设有图像采集设备，用于实时采集消防水带的状态图像。

11.如权利要求1所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：消防机器人或者消防介质供给装备上设置有处理器，所述处理器与消防机器人的控制系统连接，所述处理器接收图像采集设备的信息，对实时抓取到的消防水带的状态图像进行处理和识别，当图像中出现卷盘与水带连接处的时候认定水带已经完全展开，机器人停止动作；当图像中出现水带与机器人对接的接头时认定水带已完全收回，卷盘停止动作。

12.如权利要求10所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述卷盘上设有第一传感器，水带展开时：实时监测卷盘的转动圈数，转动圈数到达预设数值时，认定水带已经完全展开，第一传感器向处理器发送完全展开控制信号，机器人停止动作；水带收回时：实时监测卷盘的转动圈数，转动圈数到达预设数值时，认定水带已经完全收回，第一传感器向处理器发送完全展开控制信号，卷盘停止动作。

13.如权利要求10所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述消防水带或第一接头或第二接头的位置设有压力传感器，用于实时检测水压并传输到处理器，并与存储的预设压力阈值进行对比，当水压低于预设压力阈值时提示压力不足，判定存在管路泄露/水带破损。

14.如权利要求12所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述处理器还被配置为：通过提取图像中较为明显的特征值，得到第一接头与第二接头的相对位置，通过持续抓图并进行图像处理，判断目前对接状态。

15.如权利要求12所述的一种变电站消防连续作业系统，其特征是：所述处理器还被配置为：在进行图像处理的同时，第一接头和/或第二接头上装有第一传感器，当第一接头和第二接头对接成功时，第一传感器向处理器发送对接成功信号。

16.如权利要求1-15中任一项所述的连续作业系统的作业方法，其特征是：当发生火情后，消防机器人迅速到达火灾现场，对设备着火点进位识别定位，分析着火点三维坐标系位置，结合火情情况，基于多目视觉进行喷射曲线调整，计算出喷射装置的喷射角度、喷射流量，根据着火设备类型确定消防介质；

当出现火情时，机器人与消防介质供给装备快速柔性自动对接，按照确定的灭火参数进行消防灭火作业。

17.如权利要求16所述的作业方法，其特征是：结合火情情况计算出喷射装置的喷射角度、喷射流量的具体过程包括：

获取多目视觉设备采集的现场环境的视觉图像信息和红外图像信息；

分别对得到的视觉图像信息和红外图像信息进行预处理；

根据视觉图像信息和红外图像信息的预处理结果，确定着火区域；

根据着火区域，建立喷射曲线模型，识别出水柱落点，确定最佳喷射角度和喷射流量；

分析着火区域的着火设备状况，确定最佳灭火位置和距离；

判断着火设备的火势大小，选取最佳喷射模式。

18.如权利要求16所述的作业方法，其特征是：结合火情情况计算出喷射装置的喷射角度、喷射流量的具体过程包括：

如果消防介质是干粉或细水雾时，控制喷射装置的消防介质覆盖范围包含着火点。

19.如权利要求17所述的作业方法，其特征是：所述对视觉图像信息进行预处理的步骤包括：

对视觉图像进行预处理；

将预处理后的图像进行灰度化处理和运动检测，确定视觉图像中是否有可疑火焰的区域；

对可疑火焰的区域进行滤波处理，提取滤波处理后图像的颜色直方图，提取图像特征值，进行匹配处理，确定视觉图像中可疑火灾的区域；

将可疑火灾区域进行分割并归一化处理。

20.如权利要求17所述的作业方法，其特征是：对红外图像信息进行预处理的步骤包括：

对红外图像进行图像灰度化预处理后进行分割，提取分割后图像特征值，将提取的图像特征值输入训练好的神经网络模型进行识别，得到红外图像的可疑火灾区域。

21.如权利要求17所述的作业方法，其特征是：所述着火区域的确定方法为：

将视觉图像处理后得到的可疑火灾区域与红外图像处理后得到的可疑火灾区域进行对比，将重叠的可疑火灾区域作为可信火灾区域，将未重叠的可疑火灾区域作为疑似火灾区域，将重叠的未可疑火灾区域判定为未发生火灾的区域。

22.如权利要求17所述的作业方法，其特征是：所述最佳喷射角度和喷射流量的确定方法为：

以着火区域的底部为目标区域，建立喷射曲线模型；

获取消防机器人的喷射图像，并对喷射图像进行处理，识别出喷射的水柱落点；

根据水柱落点与着火区域的坐标差，确定最佳喷射角度；根据着火区域中可信火灾区域和疑似火灾区域的面积占比，调整喷射流量。

23.如权利要求17所述的作业方法，其特征是：所述分析着火区域的着火设备状况，确定最佳灭火位置和距离的步骤包括：

对着火区域图像进行预处理；

提取预处理后着火区域图像的特征值；

将提取到的特征值输入神经网络图像识别模型，识别出着火设备；

选择着火设备各个方向中，遮挡最少的一个角度作为确定最佳灭火位置；

根据着火区域占据整个图像的比例，调整消防机器人与着火设备之间的距离。

24.如权利要求17所述的作业方法，其特征是：所述判断着火设备的火势大小，选取最佳喷射模式的步骤包括：

建立包含着火设备的灭火距离和火情判断依据的样本库；

从样本库中获取着火设备的灭火距离和火情判断依据；

将着火区域面积与着火设备面积相比，根据着火设备的火情判断依据，判断该着火设备的火势大小；

根据着火设备的火势大小，选取最佳喷射模式。

Images