CN112013212B - 一种监火机器人及监火温度判断方法 - Google Patents

一种监火机器人及监火温度判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于核电站施工技术，具体涉及一种监火机器人及监火温度判断方法。监火机器人包括监火模块和安装结构，监火模块由云台、高清相机和红外摄像头组成，云台为支撑设备，云台沿水平和垂直方向移动，高清相机和红外摄像头随云台运动；在进行监火温度判断时，首先通过红外摄像头获取监火温度数据和温度子队列，然后判断火情温度队列长度、队列方差和温度上升和下降判断，通过温度队列平均值进行火情判断，发送各级别告警。本装置及方法能够进行监火现场的智能检测判断，可以进一步加强核电施工现场防火能力，提升火灾智能化预警能力。

Description

一种监火机器人及监火温度判断方法
技术领域
本发明属于核电站施工技术，具体涉及一种监火机器人及监火温度判断方法。
背景技术
在核岛安装等施工现场，存在大量的焊接、打磨、切割等动火作业，在动火作业过程中经常伴随阴燃、作业火星引燃易燃物等现象，如果不及时处理，极易引发火灾，对现场人员的生命财产安全造成巨大威胁，并对施工现场造成不可估量的损失。因此，对动火作业进行监火、及时发现预警并处理火灾隐患，具有极其重要的意义。现有实现方案主要通过人工进行监火作业，每个动火点配备一名监火人员，负责观察动火作业过程，评估风险。
目前，施工现场动火作业监火主要以作业人员目视为主，人工监火具有一定的不确定性，例如：监火人临时有事情不在现场、监火人员分神、疲劳等情况，另外，动火过程没有记录不可追溯，人工成本高昂。
发明内容
本发明的目的是提供一种监火机器人及监火温度判断方法，能够加强核电施工现场防火能力，提升火灾智能化预警能力，可靠性高。
本发明的技术方案如下：
一种监火机器人，其包括监火模块，以及监火模块连接的安装结构，所述的监火模块由云台、高清相机和红外摄像头组成，所述的云台为支撑设备，所述的云台两侧分别固定设有高清相机和红外摄像头，云台沿水平和垂直方向移动，高清相机和红外摄像头随云台运动；所述的监火模块与安装结构通过设于云台底部的快拆机构连接。
所述的快拆机构包括快速安装板、快速安装座、压紧螺丝；所述的快拆安装板固定于监火模块的云台底部，快拆安装板的截面成燕尾型；所述的快速安装座的一侧加工安装孔，孔内通过螺纹旋拧压紧螺丝；所述的快速安装座设于安装结构上，快速安装座上方加工燕尾槽，开口上小下大，燕尾槽与快速安装板相适配，快速安装板从快速安装座的一端进入燕尾槽。
所述的安装结构为移动底盘、脚手架式装载头、磁吸式装载头或三脚架式装载头。
所述的移动底盘包括底盘主体和安装底盘主体底部的轮子，快拆机构中的快速安装座安装在底盘主体的上方，通过快拆机构，将移动底盘与上方的监火模块连接。
所述的脚手架式装载头包括卡箍、主体A、和阻尼轴A；所述的卡箍与主体A固定，主体A为两片三角形肋板相对放置，在三角形肋板前端安装阻尼轴A；所述的卡箍固定于脚手架上。
所述的快拆安装座设于主体A前端两片三角形肋板之间，其通过阻尼轴A铰接，阻尼轴A用于调节快拆安装座角度。
所述的磁吸式装载头由磁铁、主体B、阻尼轴B组成；所述的磁铁与主体B固定，主体B为两片三角形肋板相对放置，在三角形肋板前端安装阻尼轴B。
所述的快拆安装座设于主体B前端两片三角形肋板之间，其通过阻尼轴B铰接，阻尼轴B用于调节快拆安装座角度。
所述的三脚架式装载头设于监火模块下方，其包括可以伸缩支腿来调节安装高度的三脚架和位于在三脚架上端的角度可调的安装台；
所述的快拆安装座设于安装台的上端，调节安装台角度能够调节快拆安装座角度。
一种监火温度判断方法，利用所述的监火机器人实施，其步骤包括：
S1)通过红外摄像头获取监火温度数据；
S2)获取温度子队列；
S3)判断火情温度队列长度是否满足10个时间窗口；
是则进行步骤S4)，否则进行步骤S5)；
S4)判断队列方差是否大于10
是则进行步骤S6)，否则进行步骤S8)；
S5)确定温度队列所有值的平均值
之后进行步骤8)；
S6)判断温度是否为上升趋势
若是，则进行步骤S8)；若否，则进行步骤S7)；
S7)进行上升和下降判断，即判断上升子序列和下降子序列是否相等
若相等则进行步骤S8)判断是否发送告警；
若不相等则结束判定流程。
S8)根据温度区间进行火情判断，是否发送告警。
所述的步骤S1，如果监火进程开始不足10秒，那么取所获得温度数据的平均值直接进行判断；如果监火进行开始超过10秒，则开启火情判断步骤。
所述的步骤S4，利用下式确定队列方差
Figure GDA0002744981020000031
其中:
n为火情温度队列保存周期内数据个数；
x1为火情温度队列保存的第1个数据；
xn为火情温度队列保存的第n个数据；
M为队列温度数据平均值；
δ为队列方差。
所述的步骤S7，上升趋势进行严格判断，温度上升至少1度视为上升；下降为宽松判断，即温度低于之前时间点温度视为下降。
所述的步骤S8，火情判断的温度预设值可设置三级，第一级报警温度为100℃，第二级报警温度为180℃，第三级报警温度250℃。
本发明的显著效果如下：
监火机器人使用红外成像实时测温、RGB摄像头记录操作过程，算能够进行监火现场的智能检测判断，可以进一步加强核电施工现场防火能力，提升火灾智能化预警能力，大大提高火灾预警的可靠性和智能化水平。
附图说明
图1为监火模块与快速安装板连接示意图；
图2为快拆结构示意图；
图3a为监火模块与移动底盘连接示意图；
图3b为移动底盘示意图；
图4a为监火模块与脚手架式装载头连接示意图；
图4b为脚手架式装载头示意图；
图5a为监火模块与磁吸式装载头连接示意图；
图5b为磁吸式装载头示意图；
图6为监火模块与三脚架式装载头连接示意图；
图7为现场监火温度判断方法流程图；
图中：1.监火模块；2.移动底盘；3.脚手架式装载头；4.磁吸式装载头；5.三脚架式装载头；6.快拆机构；6-1.快速安装板；6-2.快速安装座；6-3.压紧螺丝；
11.云台；12.高清相机；13.红外摄像头；
21.底盘主体；22.轮子；
31.卡箍；32.主体A；33.阻尼轴A；
41.磁铁；42.主体B；43阻尼轴B；
51.三脚架；52.安装台。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
本实施例中监火机器人包括监火模块1，以及监火模块1连接的各种安装结构，如移动底盘2、脚手架式装载头3、磁吸式装载头4和三脚架式装载头5。
监火模块1是监火机器人用于监火作业的核心结构。包括移动底盘2、脚手架式装载头3、磁吸式装载头4、三脚架式装载头5在内的各种安装结构，用于不同工况下监火模块1的固定安装。监火模块1与移动底盘2、脚手架式装载头3、磁吸式装载头4、三脚架式装载头5模块之间通过快拆机构连接。
如图1所示，监火模块1由云台11、高清相机12和红外摄像头13组成。
云台11是安装、固定摄像设备的支撑设备，在云台11的两侧分别固定安装高清相机12和红外摄像头13，云台11沿水平和垂直方向移动，高清相机12和红外摄像头13随云台11运动，拓展视角。
为了实现监火模块1的快速拆卸，在云台11的底部通过快拆机构6与各种安装结构连接。
如图2所示，快拆机构6包括快速安装板6-1、快速安装座6-2、压紧螺丝6-3。
如图1所示，快拆安装板6-1通过螺钉或螺栓固定于监火模块1的云台11底部，快拆安装板6-1的截面成燕尾型。
快速安装座6-2安装在各种安装结构上，例如：安装在移动底盘2、脚手架式装载头3、磁吸式装载头4、三脚架式装载头5上。
如图2所示，快速安装座6-2上方加工燕尾槽，开口上小下大，燕尾槽与快速安装板6-1相适配，快速安装板6-1从快速安装座6-2的一端进入燕尾槽，由于截面为燕尾型，因此燕尾槽对快速安装板6-1进行定位，使得快拆安装板6-1可在快拆安装座6-2的燕尾槽中滑动。
当快速安装板6-1在燕尾槽中移动到需要位置时，为了将其定位，在快速安装座6-2的一侧加工安装孔，孔内通过螺纹旋拧压紧螺丝6-3，其作用是从侧面严禁燕尾槽内的快速安装板6-1，使其锁紧固定。拆卸时反方向旋拧压紧螺丝6-3，将快拆安装板6-1退出。
下面分别描述与监火模块1连接的各种安装结构。
如图3a和图3b所示，移动底盘2包括底盘主体21和安装底盘主体21底部的轮子22，快拆机构6中的快速安装座6-2安装在底盘主体21的上方，通过快拆机构6，将移动底盘2与上方的监火模块1连接。
如图4a和图4b所示，脚手架式装载头3包括卡箍31、主体A32、和阻尼轴A33。脚手架式装载头3用于周围有钢管的工况。卡箍31与主体A32固定，主体A32为两片三角形肋板相对放置，在三角形肋板前端安装阻尼轴A33。卡箍31可装夹于脚手架上固定，从而固定整个装载头3。快拆安装座6-2安装在主体A32前端两片三角形肋板之间，其通过阻尼轴A33铰接，阻尼轴A33用于调节快拆安装座6-2角度。
如图5a和图5b所示，磁吸式装载头4由磁铁41、主体B42、阻尼轴B43组成。磁吸式装载头4用于周围有铁围栏的工况。磁铁41可吸附于铁墙体，磁铁41与主体B42固定，主体B42为两片三角形肋板相对放置，在三角形肋板前端安装阻尼轴B43。快拆安装座6-2安装在主体B42前端两片三角形肋板之间，其通过阻尼轴B43铰接，阻尼轴B43用于调节快拆安装座6-2角度。
如图6所示，三脚架式装载头5安装监火模块1下方，其包括可以伸缩支腿来调节安装高度的三脚架51和安装在三脚架51上端的角度可调的安装台52。快拆安装座6-2安装在安装台52的上端，调节安装台52角度从而调节快拆安装座6-2角度。
利用上述结构，在施工进行现场监火温度判断方法，如图7所示，具体步骤如下：
S1)通过红外摄像头获取监火温度数据
如果监火进程开始不足10秒，那么取所获得温度数据的平均值直接进行判断；
如果监火进行开始超过10秒(含10秒)，则开启火情判断步骤；
红外摄像头相当于热成像仪，其搭载在监火云台上，主要用于温度数据信息的获取。
S2)获取温度子队列
温度子队列是指通过每秒从红外热像仪中获取的温度信息，保存为队列，每一次判断火情信息时，都会选取当前时间点下最近的10个温度信息用于组成子队列。
以下为火情判断流程
S3)判断火情温度队列长度是否满足计算基础，即判断火情温度队列长度是否满足10个时间窗口；
搭载在监火云台内的服务器设备能够从各个设备中获取数据、处理数据、发送数据，进行一系列数据的处理和交互工作。
火情温度队列为通过红外摄像头保存周期的时间节点内数据而组成的队列，为后续计算火情趋势提供数据依据。
若满足10个时间窗口，即温度队列长度不小于10，则进行步骤S4)判断队列方差是否大于10；
若不满足10个时间窗口，即温度队列长度小于10，则进行步骤S5)确定温度队列所有值的平均值；
S4)判断队列方差是否大于10
是则进行步骤S6)判断温度是否为上升趋势；
否则进行步骤S8)判断是否发送告警；
利用下式确定队列方差
Figure GDA0002744981020000081
其中:
n为火情温度队列保存周期内数据个数；
x1为火情温度队列保存的第1个数据；
xn为火情温度队列保存的第n个数据；
M为队列温度数据平均值；
δ为队列方差；
S5)确定温度队列所有值的平均值
获取监控区域平均值，之后进行步骤8)判断是否发送告警；
红外热成像仪的监控区域在监控过程中会分割成几个监控区域，热成像仪通过获取所有热成像点，并通过切分的区域返回该区域的平均温度值，火情判断就是根据设定好的预警温度进行判断当前的告警级别。
用于判断火情的温度队列平均值是指当前时间窗口下用于判断火情的温度子队列中所有值取平均温。
温度平均值在所有火情判断上升子序列和下降之序列的条件都不满足时，直接取当前子队列温度值的平均值。
S6)判断温度是否为上升趋势
若是，则进行步骤S8)判断是否发送告警；
若否，则进行步骤S7)进行上升和下降判断；
S7)进行上升和下降判断，即判断上升子序列和下降子序列是否相等
上升趋势进行严格判断，温度上升至少1度视为上升。
下降为宽松判断，即温度低于之前时间点温度视为下降。
若相等则进行步骤S8)判断是否发送告警；
若不相等则结束判定流程。
S8)火情判断，是否发送告警
温度告警级别可自由定义根据使用场景自行设置，预设值可设置三级报警：
第一级报警为一般温度异常警示，设置温度为100℃；
第二级报警为一般纸张的燃点为180℃；
第三级报警为棉布燃点为250℃；
S8)完成后就结束趋势判断。
在步骤S5)获取监控区域平均值时，需要实时获取温度数据。
例如：火情队列数据超过10秒时，取近10s的温度数据窗口进行方差判断。
·计算队列方差小于10，使用平均值判断火情。
·计算队列方差大于10，计算10s内的温度趋势(不下降/上升子序列)。
·上升趋势进行严格判断，温度上升至少1度视为上升。
·下降为宽松判断，即温度低于之前时间点温度视为下降。
·上升子序列长度超过5，视为上升趋势取最高温进行报警。
·下降子序列长度超过5，视为下降趋势不报警。
·上升与下降子序列均不超过5取平均温报警。

Claims (5)

1.一种监火温度判断方法，其特征在于：利用监火机器人实施，所述的监火机器人包括监火模块(1)，以及监火模块( 1) 连接的安装结构，其特征在于：所述的监火模块(1)由云台(11)、高清相机(12)和红外摄像头(13)组成，所述的云台(11)为支撑设备，所述的云台(11)两侧分别固定设有高清相机(12)和红外摄像头(13)，云台(11)沿水平和垂直方向移动，高清相机(12)和红外摄像头(13)随云台(11)运动；所述的监火模块(1)与安装结构通过设于云台(11)底部的快拆机构(6)连接；
实施步骤包括：
S1)通过红外摄像头(13)获取监火温度数据；
S2)获取温度子队列；
S3)判断火情温度队列长度是否满足10个时间窗口；
是则进行步骤S4)，否则进行步骤S5)；
S4)判断队列方差是否大于10
是则进行步骤S6)，否则进行步骤S8)；
S5)确定温度队列所有值的平均值
之后进行步骤8)；
S6)判断温度是否为上升趋势
若是，则进行步骤S8)；若否，则进行步骤S7)；
S7)进行上升和下降判断，即判断上升子序列和下降子序列是否相等
若相等则进行步骤S8)判断是否发送告警；
若不相等则结束判定流程；
S8)根据温度区间进行火情判断，是否发送报警。
2.如权利要求1所述的一种监火温度判断方法，其特征在于：
所述的步骤S1，如果监火进程开始不足10秒，那么取所获得温度数据的平均值直接进行判断；如果监火进行开始超过10秒，则开启火情判断步骤。
3.如权利要求2所述的一种监火温度判断方法，其特征在于：所述的步骤S4，利用下式确定队列方差
Figure FDA0003247507730000021
其中:
n为火情温度队列保存周期内数据个数；
x1为火情温度队列保存的第1个数据；
xn为火情温度队列保存的第n个数据；
M为队列温度数据平均值；
δ为队列方差。
4.如权利要求3所述的一种监火温度判断方法，其特征在于：所述的步骤S7，上升趋势进行严格判断，温度上升至少1度视为上升；下降为宽松判断，即温度低于之前时间点温度视为下降。
5.如权利要求4所述的一种监火温度判断方法，其特征在于：所述的步骤S8，火情判断的温度预设值设置三级，第一级报警温度为100℃，第二级报警温度为180℃，第三级报警温度250℃。
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