CN112863113A - 自动探测器报警和灭火的智能消防系统、方法及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动探测器报警和灭火的智能消防系统、方法及存储介质，包括消防探测器、消防机器人、管理平台；消防探测器，识别火源和高温源三维空间位置及火源等级，上传至管理平台；管理平台，从消防探测器获取火源和高温源信息后发送报警信息，同时发送包含三维火源位置的灭火指令信息至临近高温源的消防机器人，并触发其它联动报警；临近高温源的消防机器人接到灭火指令后，基于自身停靠位置、火源或高温源目标位置前往，同时通过多模态火源定位探测器，探测火源和高温源的目标位置，进行近场定位校正并测算火源或高温源与消防机器人本体的距离。本发明从消防探测器发现火源、定位火源位置到指派消防机器人前往、自动灭火实现了全程无人化。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动探测器报警和灭火的智能消防系统。
背景技术
随着近年来各大易燃品工厂、地铁、飞机场等公共场所的不断增多，油品燃烧、火警事故、火灾隐患不断增加，国内逐渐出现了部分可探测器火情、巡逻、简单灭火等功能的消防类本体。常见的消防水炮设备需要前期在大空间的场景下大量布置专用管路和专用的消防泵；整体施工要求较高，造价成本同样居高，通常设施本身不可移动；也无法精确获得现场的图像资料，无体系化的消防部署，未能达到真正的自动消防。
发明内容
1、本发明的目的
本发明为了解决自动导航、自动灭火实现了全程无人化的问题，而提出一种自动探测器报警和灭火的智能消防系统、方法及存储介质。
2、本发明所采用的技术方案
本发明公开了一种自动探测器报警和灭火的智能消防系统，包括消防探测器、消防机器人、管理平台；
消防探测器，用于识别火源和高温源三维空间位置及火源等级，通过通讯模块上传至管理平台；
管理平台，从消防云端获取火源和高温源信息后发送报警信息，同时发送包含三维火源位置和发生时间的灭火指令信息至临近高温源的消防机器人；
临近高温源的消防机器人接到灭火指令后，基于自身停靠位置、火源或高温源目标位置自动前往，同时通过多模态火源定位探测器实时探测火源和高温源的目标位置，进行再次校正并测算火源或高温源与消防机器人本体的距离；
所述的消防探测器的标定包括：对获取的可见光图像、热像、深度信息分别进行初始标定。
优选的，所述的对输入的可见光图像、热像、深度信息获取信息进行标定：
将所述的输入装置中的可见光特征图像、热像、以及深度信息三者进行标定，不同深度的彩色图像与热像图像的标定对应，消除双光融合后的信息错位；热像图像坐标上的温度数据与深度信息对应，矫正检测的温度偏差，同时计算获得传感器内外参数，生成融合后的完整数据集/关系，从而获得空间上对应关联的多维数据集；
在标定可见光特征图像、热像、以及深度三种传感器的位置关系时，标定装置同时集成可见光图案特征、温度特征、以及深度特征信息，并以任一种为基准，以任一种外的两种数据以其基准进行矫正和标定，并基于所述基准数据源的空间位置标定内外参数关系，用于数据矫正与融合。
优选的，对获取的可见光图像、热像、深度信息分别进行初始标定：消防探测器采用热像或rgb图像探测器，预先标定热像或rgb图像探测器位置。
优选的，两个或以上火灾探测器瞄准同一火源后的方位夹角，计算得到火源相对两个或多个探测器的位置，并映射到消防机器人所在的同一空间中。
优选的，消防机器人接近火源或高温源过程中，消防机器人基于获取的火源位置，基于自身当前实时位置计算的离火源的距离，并在预设距离停留。
优选的，消防机器人上装置有所述的消防探测器，再次识别火源或热源的空间方位与距离信息，并依据当前与高温源或火源的距离计算出灭火剂喷射角度补偿，调整灭火装置瞄准火源的根部位置灭火。
优选的，消防机器人灭火喷射一段时间后暂停喷射，机载消防探测器重复识别火源和高温源情况，是否还能检测到火源或高温源；重复瞄准和灭火过程直至摄像头未检测到火源。
优选的，灭火任务结束后自动上传本次灭火数据至管理平台。
优选的，所述的识别火源和高温源三维空间位置：为两台或两台以上消防探测器通过水平与垂直方向上的旋转扫描，利用普通红外热像技术探测并识别火源，当两台或两台以上探测器同时瞄准火源后，基于事先标定的消防探测器的三维位置坐标和消防探测器的安装角度位置关系，利用三角函数得出火源和高温源三维位置信息，通过通信模块上传至管理平台。
优选的，空间中的不同位置安装至少2个消防探测器并部署一台消防机器人。
优选的，消防探测器部署完毕之后需记录部署的三维空间位置和初始三轴角度；并在与消防机器人共用的电子地图上标注消防探测器的位置和初始角度信息。
优选的，一个消防探测器发现火源或高温源，摄像头获取火源图像后，甄别是否是真火源或者高温源，并联动至少另一台消防探测器扫描并同时瞄准火源(摄像头中心对准火源)。通过两台消防探测器的三轴旋转角度以及事先已知的位置，初始角度标定信息，通过三维空间中的三角函数，可以计算获得火源在地图上的位置映射关系，并将映射的坐标信息发送给管理平台。
优选的，还包括通过管理平台调用摄像头或消防机器人的短视频、视频直播或回放。
优选的，消防机器人灭火任务结束后，返回默认点并自动进行充电，默认点包括充电位置并自动进行充电；消防机器人在返回途中持续探测是否有火源或高温源发生，如果有新的火源，则上报信息到云平台，并继续自行前往灭火。消防机器人在预设位置的消防探测器进入待命巡航模式监控新的火源。
一种用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，包括：
消防探测器识别火源和高温源三维空间位置及火源等级，通过通讯模块上传至管理平台；
管理平台从消防云端获取火源和高温源信息后发送报警信息，同时发送包含三维火源位置和发生时间的灭火指令信息至临近高温源的消防机器人；
临近高温源的消防机器人接到灭火指令后，基于自身停靠位置、火源或高温源目标位置自动前往，同时通过多模态火源定位探测器实时探测火源和高温源的目标位置，进行再次校正并测算火源或高温源与消防机器人本体的距离；
所述的消防探测器的标定包括：对获取的可见光图像、热像、深度信息分别进行初始标定。
优选的，所述的对输入的可见光图像、热像、深度信息获取信息进行标定：
不同深度的彩色图像与热像图像的标定对应；热像图像坐标上的温度数据与深度信息对应，矫正检测的温度偏差，同时计算获得传感器内外参数，生成融合后的完整数据集或关系，从而获得空间上对应关联的多维数据集；
在标定可见光图像、热像、深度三种传感器的位置关系时，标定装置同时集成可见光图案特征、温度特征、以及深度特征信息，并以任一种为基准，以任一种外的两种数据以其基准进行矫正和标定，并基于所述基准数据源的空间位置标定内外参数关系，用于数据矫正与融合。
优选的，对获取的可见光图像、热像、深度信息分别获取信息进行初始标定：消防探测器采用热像或rgb图像探测器，预先标定热像或rgb图像探测器位置。
优选的，两个或以上火灾探测器瞄准同一火源后的方位夹角，计算得到火源相对两个或多个探测器的位置，并映射到所述的消防机器人所在的同一空间中。
优选的，消防机器人接近火源或高温源过程中，消防机器人基于获取的火源位置，基于自身当前实时位置计算的离火源的距离，并在预设距离停留。
优选的，消防机器人上装置有所述的消防探测器，再次识别火源或热源的空间方位与距离信息，并依据当前与高温源或火源的距离计算出灭火剂喷射角度补偿，调整灭火装置瞄准火源的根部位置灭火。
优选的，消防机器人灭火喷射一段时间后暂停喷射，多模态火源定位探测器重复识别火源和高温源情况，是否还能检测到火源或高温源；重复瞄准和灭火过程直至摄像头未检测到火源。
优选的，灭火任务结束后自动上传本次灭火数据至管理平台。
优选的，所述的识别火源和高温源三维空间位置：为两台或两台以上消防探测器通过水平与垂直方向上的旋转扫描，利用普通红外热像技术探测并识别火源，当两台或两台以上探测器同时瞄准火源后，基于事先标定的消防探测器的三维位置坐标和消防探测器的安装角度位置关系，利用三角函数得出火源和高温源三维位置信息，通过通信模块上传至管理平台。
优选的，空间中的不同位置安装至少2个消防探测器并部署一台消防机器人。
优选的，消防探测器部署完毕之后需记录部署的三维空间位置和初始三轴角度；并在与消防机器人共用的电子地图上标注消防探测器的位置和初始角度信息。
优选的，一个消防探测器发现火源或高温源，摄像头获取火源图像后，甄别是否是真火源或者高温源，并联动至少另一台消防探测器扫描并同时瞄准火源，摄像头中心对准火源；通过两台消防探测器的三轴旋转角度以及事先已知的位置，初始角度标定信息，通过三维空间中的三角函数，可以计算获得火源在地图上的位置映射关系，并将映射的坐标信息发送给管理平台。
优选的，还包括通过管理平台调用摄像头或消防机器人的短视频、视频直播或回放。
优选的，消防机器人灭火任务结束后，返回默认点并自动进行充电，默认点包括充电位置；消防机器人在返回途中持续探测是否有火源或高温源发生，如果有新的火源，则上报信息到云平台，并继续自行前往灭火；若消防机器人在预设位置，消防探测器进入待命巡航模式监控新的火源。
3、本发明所采用的有益效果
(1)本发明对火源的定位方式是利用至少两探头对三维空间中的火源绝对位置进行定位；从消防探测器发现火源、定位火源位置到指派消防机器人自动导航、自动灭火实现了全程无人化。
(2)本发明利用探测器摄像头区别于消防水炮使用的明火传感器，可探测明火火源、热源和隐含火源；检测的准确火源位置可以在几十米范围内达到亚米级；将监控探测器和灭火执行部分分离，在最短时间内自动识别火源位置，可调动不同点位的消防机器人至火情现场并实现自动灭火；从而加大了灵活性，降低了部署成本。
(3)本发明的AI消防系统能够全时段全方位主动消防预警探测器及自行寻的灭火的智能化闭环消防系统；智能火灾探测仪、智能消防机器人、智能云端管理平台；第一时间发现火源，自动向消防、事故单位负责人、责任人、消防指挥车辆等发出报警，即刻自行寻的灭火。
(4)本发明消防探测器和消防机器人均有识别火源或高温源和准确三维定位位置的能力，能够第一时间发现火情和精确的定位火情位置；本发明的及时性强，能在火情发生的初期同时自动派遣消防机器人灭火，并通知负责人，为119的出警争取时间。
(5)本发明系统中的消防机器人可靠性强，可以替代人员首先进入火场第一时间进行灭火，减少了人员受伤的同时提供专业性的灭火效率；本发明的填补了消防机器人不需要手动操作云端指令自动灭火设计空白。
附图说明
图1为本发明的整体示意图。
图2为本发明实施例一的整体示意图。
图3为本发明实施例一的流程图一。
图4为本发明实施例一的流程图二。
图5为本发明实施例一的流程图三。
图6为本发明实施例二整体示意图。
图7为本发明实施例三整体示意图。
图8为本发明实施例四整体示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实例作进一步地详细描述。
如图1，本发明所述的智能消防系统由消防探测器、消防机器人、管理平台构成。消防探测器通过摄像头进行全线视频探测，当火警发生时，消防探测器通过摄像头获取的画面信息比对识别火源，通过通讯模块调动临近的消防探测器进行火源位置标定与火源等级识别。上传信息至管理平台。管理平台接到火警信息后开启云端报警状态并通过短信通知模块通知相关负责人，同时自动下发包含火源位置和发生时间的灭火指令信息至消防机器人。接到灭火指令后，消防机器人开启除雾照明装置以及自身声光电报警，根据位置标定的火源，自动导航前往目的地。行进过程中通过上装外的温度传感器获取外部温度，过程中利用自身的多种传感器自动避开行程中的障碍物，发现火源后由深度摄像头测距并联动底盘运动与火源保安全距离。同时云台带动摄像头变化角度，识别火源根部位置并瞄准。水泵开始运作为灭火剂加压并发射水炮，发射间隔中继续识别火源，第一次喷射任务后喷射阀门关闭，再次进行火源识别。火源熄灭后机器人再次检测周围是否存在火源。灭火任务结束后自动上传本次灭火数据至消防云端。
该智能消防系统集统一管理消防联动控制、统一设备管理平台、数据可视化、智能火警展示的综合性平台，将机器人及消防探测器进行连接互通，形成多点分布式部署的消防预警处置平台。
实施例1
如图2-5所示，本发明所述的消防系统在室内空间中的不同位置安装至少2个消防探测器并部署一台消防机器人。对整个空间进行地图扫图获取地图数据(可以使用扫图设备或消防机器人)。消防探测器部署完毕之后需记录部署的位置和初始角度。并在此地图上标注消防探测器的位置和初始角度信息。
所述的消防探测器部署涉及到标定方法，对输入的可见光图像、热像、深度信息获取各自的信息；
将所述的输入装置中的可见光特征图像、热像、以及深度信息三者进行标定，不同深度的彩色图像与热像图像的标定对应，消除双光融合后的信息错位；热像图像坐标上的温度数据与深度信息对应，矫正检测的温度偏差，同时计算获得传感器内外参数，生成融合后的完整数据集/关系，从而获得空间上对应关联的多维数据集；
在标定三种传感器的位置关系时，标定装置同时集成可见光图案特征、温度特征、以及深度特征信息，并以任一种为基准，以任一种外的两种数据以其基准进行矫正和标定，得到以其中某一个数据源的空间位置作为基准的内外参数标定关系，用于数据矫正与融合。
获取深度信息和可见光特征图像的设备为集成装置，还包括热像摄像头，标定板上有温差特征区域和可见光特征图像，可见光摄像头与热像摄像头所覆盖的可视区域内，标定板移动范围内其所有特征至少被可见光摄像头与热像摄像头中的一种完全采集；且采集的部分数据可被可见光摄像头与热像摄像头的视角重叠区域同时完整采集；通过标定板采集的数据以及经典的相机内参外参校准方法，求得可见光摄像头与热像摄像头各自的内参变换参数矫正图像变形；外参参数，用于传感器相对于标定板的空间位置关系计算；在重叠视场区域，分别求出同一标定板位置相对于可见光摄像头与热像摄像头的相对位置，进一步获取多组不同标定板位置的数据，用数学上的误差矫正算法，得到可见光摄像头与热成像摄像头的相对空间位置信息，得到以其中一个摄像头所在坐标系为准的xyz相对位置关系和3轴旋转角度差；深度信息与集成装置内的可见光摄像头事先已经进行标定，从而确定深度传感器所采集的信息对应的可见光摄像头位置关系；最后在算法中代入上述变换关系，获得可见光特征图像、热像、以及深度信息在同一空间内的位置关系；将热像图像和可见光图像上所采集的像素点，通过透视关系映射到深度信息的坐标上。映射到深度点云的坐标上时，将深度信息变化映射到热像上，从而为深度信息中的每一个坐标匹配相应的温度数据，深度坐标与热像图像上的坐标通过包括插值法、就近法，获取相应的数据信息；可见光数据同样用此方法进行处理。
获取深度信息和可见光特征图像的设备为分体装置，获取深度信息的设备包括测距点/线/面阵列传感器中的一种。获取深度信息的设备为测距点/线/面阵列传感器：在标定板上的不同位置，具有高低不平的特征，测距点/线/面阵列传感器在测量到不同位置时分辨其高度差；将设备固定于某一支架上，通过支架旋转调整，通过距离读数确定其是否对准目标，对准后采集一组传感器数据，通过提取标定板上的特征，计算或测量产生距离差位置的特征在图像上的坐标位置，通过图像内参参数和坐标位置，利用三角函数求得特征与相机中轴线的水平/垂直夹角，再测量测距点/线/面阵列传感器与图像探测器安装位置关系，通过三角函数，求得相机与距离传感器间的xyz及三轴俯仰关系；取多次不同位置的测量数据通过包括平均，方差方法消除误差，完成标定。
获取深度信息的设备为测距点传感器，在标定板位置突出或凹陷或者镂空一个比点状测距范围略大的物体，标定板与点状激光传感器垂直放置，基本放置于点状激光传感器摄像头正中心，从近处到能清晰识别图案特征的极限距离之间间隔采集多组数据。
采用测距线/面传感器，在线/面距离数据中提取标定板上高度差特征物体在水平激光线上的位置，利用标定板上的高度特征确定线激光在标定板上的准确位置，在标定板上存在至少两处特征，标定时，使线激光同时扫描到两处或更多出处特征；通过至少两处特征关系或连续变化的一组特征关系，求得标定板相对于线/面传感器中心的偏转角，图像特征数据中相比测距点传感器多计距离算传感器自身的滚转角，在求传感器与图像标定数据时将上述数据带入计算。
消防系统开启后，消防探测器在探测区域内利用热感和摄像头做定时或全天的区域扫描。其中一个消防探测器通过多模态火源定位探测器发现火源或高温源，摄像头获取火源图像后，甄别是否是真火源或者高温源，并以摄像头中心线瞄准火源或高温源。同时通过通讯模块传输指令调动临近的另一个消防探测器转动瞄准火源。两台消防探测器同时瞄准火源后，基于地图上的消防探测器的三维位置坐标和消防探测器的角度位置关系，利用三角函数得出准确的火源三维位置信息(包含高度)，通过通信模块上传至管理平台。
管理平台接到火警信息后通过短信和声讯等通知模块，立即通知相关负责人、有关部门、119报警平台、消防指挥车辆、用户智能终端APP、消防安全室监控台等部门。相关人员的手机收到短信和语音报警电话，提醒目前本区域内发生火警。
用户接警后可以调用管理平台的短视频或视频直播查看现场监控。
管理平台通过移动通信网络和因特网自动下发包含火源位置的灭火指令至消防机器人。
接到灭火指令后，消防机器人基于停靠位置自动无人导航前往火源点。行进过程中通过云台和摄像头实时获取画面，多模态火源定位探测器发现火源或高温源后定位方向。同时，深度摄像头测算火源或高温源与消防机器人本体的距离。接近火源或高温源后，消防机器人在一定距离外(实例7米，参数可配置)的位置停留。
消防机器人转动云台，由多模态火源定位探测器再次识别火源或热源方向，深度摄像头定位准确的三维空间位置，并依据当前与高温源或火源的距离计算出角度补偿，瞄准火源的根部位置。瞄准后喷射一段时间的灭火剂(实例为15秒)。然后暂停喷射，重新按上述流程识别火源和高温源情况，是否还能检测到火源或高温源。重复瞄准和发射过程直至摄像头未检测到火源，则认为当前火源熄灭。
消防机器人底盘移动同时云台转动，再次扫描探测区域(实例可底盘带动云台转动一周，或绕火源点一周识别)火源有否复燃，再次发现火源，重复上述发现、瞄准、自动灭火流程。直至未再次检测到火源或高温源。
确认当前熄灭后，消防探测器再次扫描探测区域，如发现火源则重复上述发现、识别、导航、灭火流程，直至未再次监测到火源或高温源。
灭火任务结束后，消防机器人返回充电位置进行充电。返回途中保持监测是否有火源或高温源发生。消防探测器继续常规探测器扫描。
消防探测器和消防机器人均无再次发现火源，则消防云端根据火情数据形成本次的灭火报告。
整个系统从发现火源或高温源源头到最终熄灭火源实现了全自动化、无人化。
实施例2
如图6所示，本发明所述的消防探测器可单独与管理平台协作。在布置探测器之前使用扫图设备(可使用扫图设备或消防机器人)对室内空间进行扫图。然后在室内空间中的不同位置安装至少2个消防探测器。消防探测器部署完毕之后需在地图上标注部署的位置和初始角度。消防探测器在探测区域内利用多模态火源定位探测器和摄像头做定时或全天的区域扫描。其中一个消防探测器通过多模态热感摄像头发现火源或高温源方向，获取火源图像后，通过一定算法甄别是否是真火源或者高温源，并以摄像头中心线瞄准火源或高温源。同时通过通讯模块传输指令调动临近的另一个消防探测器转动瞄准火源。两台消防探测器同时瞄准火源后，基于地图上的三维位置信息和由消防探测器的角度位置关系，利用三角函数计算得出准确的火源三维位置信息(包含高度坐标)，通过通信模块上传至管理平台。
管理平台接到火警信息后通过短信和声讯等通知模块，立即通知相关负责人、有关部门、119报警平台、消防指挥车辆、用户智能终端APP、消防安全室监控台等以及第三方设备或第三方平台。相关人员的手机收到短信和语音报警电话，提醒目前本区域内有火警发生。用户接警后可以调用管理平台的短视频或视频直播查看现场监控。
同时通过通信模块将信息上传至第三方设备或第三方平台，具体的灭火动作执行由第三方完成。
实现了从发现火源或高温源到自动报警的无人化。
实施7所示，本发明所述的消防机器人可单独与管理平台协作。在室内空间中部署一台消防机器人，在部署完成后对整个空间进行地图扫图获取地图数据(可使用扫图设备或消防机器人)。
消防机器人利用地图数据自动导航，在室内空间进行移动，通过云台转动带动热感和深度摄像头做定时或全天的区域扫描巡逻。消防机器人在移动过程中，通过多模态火源定位探测器获取画面并通过一些算法甄别是否发现火源或高温源。识别为火源或高温源后定位方向位置。接近火源或高温源后，消防机器人在一定距离外(实例5米，参数可配置)的位置停留。
消防机器人将火源的位置信息通过通信模块上传至管理平台。
管理平台接到火警信息后通过短信和声讯等通知模块，立即通知相关负责人、有关部门、119报警平台、消防指挥车辆、用户智能终端APP、消防安全室监控台等部门。相关人员的手机收到短信和语音报警电话，提醒目前本区域内发生火警。
用户接警后可以调用管理平台的短视频或视频直播查看现场监控。
确认火源和高温源后，消防机器人转动云台，由热感摄像头识别火源或热源方向，深度摄像头定位准确的高度，并依据当前与热源或火源的距离计算出角度补偿，瞄准火源的根部位置。瞄准后喷射一段时间的灭火剂。然后暂停喷射，重新按上述瞄准流程识别火源和高温源情况。重复瞄准和发射过程直至摄像头未检测到火源，则火源熄灭。
确认熄灭后，消防机器人底盘移动同时云台转动，绕火源点一周识别火源有否复燃，再次发现火源，重复上述识别、瞄准、自动灭火流程。直至未再次检测到火源或高温源。一处火源熄灭后，消防机器人继续巡逻扫描任务，如再次发现火源或高温源，重复上述识别、瞄准、自动灭火流程，直至再未检测出存在火源高温源。
在扫描完所有区域后，自动导航返回充电位置充电并上传本次巡逻数据，管理平台根据本次巡逻的数据生成报告。实现了从发现火源或高温源到自动报警和自动灭火的无人化。
实施例4
如图8所示，本发明所述的消防机器人可与第三方平台协作协作。在室内空间中部署一台消防机器人，在部署完成后对整个空间进行地图扫图获取地图数据(可使用扫图设备或消防机器人)。将第三方平台的报警信息点和本地图建立联动关联。(可粗略关联，报警时通常表示为一个区域。也可精确关联，表示为具体点和坐标)
当第三方平台发出火警报警时，管理平台向消防机器人下发包括位置信息的灭火指令。
消防机器人基于停靠位置自动无人导航前往火源点。行进过程中通过云台和摄像头实时获取画面。边行进边扫描以获得精确的火源位置信息。
热感摄像头发现火源或高温源后定位方向。同时，深度摄像头测算火源或高温源与消防机器人本体的距离。接近火源或高温源后，消防机器人在一定距离外(实例5米，参数可配置)的位置停留。
消防机器人转动云台，由热感摄像头再次识别火源或热源方向，深度摄像头定位准确的三维空间位置，并依据当前与高温源或火源的距离计算出角度补偿，瞄准火源的根部位置。瞄准后喷射一段时间的灭火剂(实例为15秒)。然后暂停喷射，重新按上述流程识别火源和高温源情况，是否还能检测到火源或高温源。重复瞄准和发射过程直至摄像头未检测到火源，则认为当前火源熄灭。
消防机器人底盘移动同时云台转动，再次扫描探测区域(实例可底盘带动云台转动一周，或绕火源点一周识别)火源有否复燃，再次发现火源，重复上述发现、瞄准、自动灭火流程。直至未再次检测到火源或高温源。
更进一步，本发明列举一下几种热源识别和定位的方式，但不局限于这种方式。
多模态火源识别及三维空间定位方法，热像与可见光校准，采用特殊的标定板，其标定板上的标定参考信息特征图案，同时存在热量(温差)及颜色的色差且特征的热/冷源温差形状大小与其特征图案基本一致，以便彩色相机和热像可以同时看到在物理空间上的同一个特征对象。当需要图像数据与深度信息标定是，标定板上的两种信息除了温度或/和颜色的区别外，还要具备可识别的凹凸高度信息差。以便将深度与其它两种数据源标定对齐。特别的，当采用双目或多目三维相机进行标定时，可以省略空间信息标定的过程。通过标定，可以知道各传感器的外参和内参，将这些信息带入解算，即可得到相关的以其中某一个数据源的位置作为基准的融合数据信息。本发明通过至少一组可见光摄像头(包括普通近红外摄像头)，一组面阵热成像摄像头(可输出每个像素点的温度信息)，深度传感器/双目重建传感器，当使用双目重建传感器时，可不独立使用深度信息传感器。传感器数据需要相互标定，标定时可采用任意一种传感器作为主传感器，另外两个传感器以其坐标系为基准，进行标点和矫正；从而，最终可以将彩色图像数据与温度信息校准后映射到统一的三维空间。
特别的，将热像与可见光先进行矫正，再将其中一个与深度信息进行标定校准是首选的方案，热像与可见光校准，采用特殊的标定板，其标定板上的标定参考信息，同时存在热量(温差)及颜色的色差，且温差区域的形状大小与可见光相应的参考特征基本吻合一致，以便彩色摄像头和热像可以在不同光谱下看到相同的大小的特征，且位置重叠，通过同时采集多组不同角度距离以及标定板姿态的数据，使得程序可以将热像数据与可见光数据用统一的摄像头图像内外参数标定法标定，并保证了两种特征在空间上的统一性，方便计算出两个摄像头的内参参数，以及外参的相互关系。当需要图像数据与深度信息标定时，标定板上的两种信息除了温度或/和颜色的区别外，还要具备可识别的凹凸高度差信息或易于分割的外形，以便将深度与其它两种数据源标定对齐。特别的，当采用双目或多目三维摄像头进行标定时，可以省略空间信息标定的过程。
通过标定，可以知道各传感器的外参和内参，将这些信息带入解算，即可得到相关的以其中某一个数据源的空间位置作为基准的融合数据信息。
参数标定步骤：深度传感器/双目传感器、rgb图像传感器、热想传感器相互固定；
其中，在热像、rgb图像传感器各自可视区域分别采集标定板数据，每次采集更改标定板位置；在热像、rgb图像传感器共同可视区域同时采集标定板数据，标定板同时具备热像特征和可见光特征，对热像和rgb传感器分别依据标定板特征内参标定；热像和rgb传感器相互间的外参标定；
另外，同时采集rgb/热像传感器标定板数据及深度传感器数据，并确定深传感器所采集信息在同一位置上的标定板位置信息；确定rgb/热像传感器与深度图像的外参关系；
最后确定三种传感器相互之间的内外参关系。
为了达到在移动中数据的有消息性和位置准确性，还可以对三个传感器数据进行同步，有两种方案。其一，采用帧同步方案，三个传感器同步采集数据，达到精准的同步效果，适用于移动较快的目标对象。其二，时间戳方案，三个设备各自采集数据，通过时间戳进行数据同步，将相邻时间数据进行融合，融合后数据帧率以最小的那个设备帧率为准，用其数据时间戳匹配其它两个设备的相邻时间数据，这种方案硬件实现更简单，适合于移动较慢的探测对象场合。
本发明在移动中的火源识别与位置定位，移动中的无接触式人体体温检测，在更大距离区间内热像数据与图像数据的对齐、动态距离变化中的物体测温准确性等方面提高性能。本发明将热成像数据、可见光数据、深度数据作为完整的一个目标对象进行处理，能够帮助同步完成对目标对象的可见光、热成像、深度数据等不同属性的融合检测与分析。
融合可见光、热成像与深度信息，将三者通过一定的组合与标定关系融合为统一的数据，使得我们在处理一帧图像，能够在每个像素点坐标上，获取对应的比较精确的彩色数据、温度数据、以及距离或/和方位数据，
通过这些数据的融合，可以起到数据相互映射对齐与修正的作用，1、不同景深rgb图像与热像数据的精确对齐，解决传统双光融合后的在不同距离上的对齐错位问题，特别是近距离错位较大的问题。2、热像图像坐标上的温度数据与距离信息对应后可矫正因距离产生检测温度偏差，3、为深度信息(三维重建的点云)，赋予更多的数据属性，帮助进行三维空间的信息多维度分析与判断。通过这3点的数据矫正与融合，数据集形成统一的整体，便于进行进一步的图像信息处理，准确的像素级的操作。
采用一台热像仪与一套可通过双目/多目视差获得深度图像的可见光传感器(可以是一个集成装置，或两/多个独立的摄像头+后台算法的装置，可以输出对齐的彩色图像与点云数据)。
由于双目/多目摄像头设备中的摄像头关系事先已经由多目成像系统进行过标定，摄像头间的关系是确定的，所以我们只需要将其中一个摄像头与热成像摄像头进行标定。
标定方法采用的是特殊设置的标定板，板上有温差区域，有可见光特征图案，优选的，可见光特征图案自身是与其它区域带有温差的。
可见光摄像头与热像摄像头被固定在同一钢性支架上，保证两者之间的相对稳固，在可见光与热像所覆盖的可视区域内，前、后、左、右，旋转，倾斜放置标定板，但要保证标定板上的所有特征可至少被两种摄像头中的一种完全采集。优选的，在两种摄像头的重叠区域，应当采集至少6张不同位置的标定板样张。在视角更大的那个摄像头，再采集至少6张不同位置的标板样张。采集重叠区域数据时，需保证采集是摄像头与摄像头的位置，摄像头与标定板的位置不变，一般来说采用两个摄像头同步采集的方案，保证采集数据的精确度；
通过标定板采集的数据以及经典的摄像头内参外参校准方法，我们可以求得两个摄像头各自的内参参数与外参参数。同时，在重叠视场区域，分别求出同一标定板位置相对于两种不同摄像头的相对位置，通过上述的至少6组数据，用平均法、中位数法、最佳拟合法等已知的误差矫正算法，得到两个摄像头的相对空间位置信息(以其中一个摄像头所在坐标系为基准的xyz相对距离和3轴旋转角度度差)。
因为深度信息已经通过多目视差深度摄像头进行过标定，通过换算就可以得到热像、可见光、深度信息在统一空间内的位置关系(各传感器的外参)。
这样，每一个在热像图像和可见光图像上所采集的像素点，都可以映射到深度点云的坐标上，数据映射时，优选方案是将深度信息变化映射到热像图像上，从而为深度信息中的每一个坐标匹配相应的温度数据，深度坐标与热像图像上的坐标并非一一对应，可以通过插值法，就近法等方式，获取相应的数据信息。部分数据可能因为视差重叠，深度缺失等原因造成最终输出的数据的色彩信息、维度信息以及深度信息中的一种或多种存在缺失，缺失的信息的处理方式视需求而定，可通过多种方式处理，一般有，仅保留有三个属性都完整的数据，保留带有深度的数据，保留带有色彩的数据，以及保留带有温度的数据，保留所有至少有一个属性的数据等多种方式。
另一种方式，采用带有独立的深度信息传感器，可以为激光点/线/面传感器，tof点/线/面传感器，三角测量传感器等。
首先进行热像与可见光标定，参考实施例1.
距离传感器优选的是和可见光传感器进行标定，在标定板上的不同位置，具有高低不平的特征，以便激光测距仪在测量到不同位置的时候能够分辨其高度差。
距离传感器，可见光传感器，热像传感器固定在一个钢性支架上，且距离传感器至少覆盖可见光与热像传感器重叠区域的一部分；
当采用点状激光传感器时，可在标定板位置突出，或凹陷，或者镂空一个比点状测距光斑略大的物体(不同距离可能要用孔径不等的标定板，因为一般越远，光斑越大，惬当的大小可以控制误差)，标定板垂直与摄像头放置，基本放置于摄像头正中心，从近处到(至少让摄像头能够看到整个标定板)距离尽量远(摄像头能清晰识别图案特征的极限距离)若干位置采集数据。采用方式为，通过支架旋转调整，使得测距传感器能够对准标定板上的特殊物体，通过距离读数确定其是否对准目标，固定住设备位置，采集一个数据图像，通过提取标定板上的特征，计算或测量产生距离差位置的特征在图像上的坐标位置，通过图像内参参数和坐标位置，通过三角函数求得特征与摄像头中轴线的水平/垂直夹角，再测量激光探测器与图像探测器安装配置通过三角函数，求得摄像头与距离传感器间的xyz及三轴俯仰关系。取多次不同位置的测量数据通过平均，方差等手段尽量消除误差，完成标定。
另一种情况下，采用线距离传感器时，可同样基于上述方案标定，唯一的不同在于，高度差特征物体在水平激光线上的位置，需要在线激光数据中提取测试，以便求得其先对于传感器中心的偏角，图像特征数据中需要多计算一个旋转角度，在求传感器与图像标定数据时将上述数据带入计算。其它同上述方案。
另一种情况下，采用面阵势距离传感器时，需要在线激光基础上计算相对与传感器自身的xy两轴夹角及在xy平面上的旋转夹角，其它同线距离传感器方案。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (29)
1.一种自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于：包括消防探测器、消防机器人、管理平台；
消防探测器，用于识别火源和高温源三维空间位置及火源等级，通过通讯模块上传至管理平台；
管理平台，从消防云端获取火源和高温源信息后发送报警信息，同时发送包含三维火源位置和发生时间的灭火指令信息至临近高温源的消防机器人；
临近高温源的消防机器人接到灭火指令后，基于自身停靠位置、火源或高温源目标位置自动前往，同时通过多模态火源定位探测器实时探测火源和高温源的目标位置，进行再次校正并测算火源或高温源与消防机器人本体的距离；
所述的消防探测器的标定包括：对获取的输入的可见光图像、热像、深度信息分别进行初始标定。
2.根据权利要求1所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，所述的对输入的可见光图像、热像、深度信息获取信息进行标定：
不同深度的彩色图像与热像图像的标定对应；热像图像坐标上的温度数据与深度信息对应，矫正检测的温度偏差，同时计算获得传感器内外参数，生成融合后的完整数据集或关系，从而获得空间上对应关联的多维数据集；
在标定可见光图像、热像、深度三种传感器的位置关系时，标定装置同时集成可见光图案特征、温度特征、以及深度特征信息，并以任一种为基准，以任一种外的两种数据以其基准进行矫正和标定，并基于所述基准数据源的空间位置标定内外参数关系，用于数据矫正与融合。
3.根据权利要求2所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，对获取的可见光图像、热像、深度信息分别获取信息进行初始标定：消防探测器采用热像或rgb图像探测器，预先标定热像或rgb图像探测器位置。
4.根据权利要求1所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，两个或以上火灾探测器瞄准同一火源后的方位夹角，计算得到火源相对两个或多个探测器的位置，并映射到所述的消防机器人所在的同一空间中。
5.根据权利要求1所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，消防机器人接近火源或高温源过程中，消防机器人基于获取的火源位置，基于自身当前实时位置计算的离火源的距离，并在预设距离停留。
6.根据权利要求3所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，消防机器人上装置有所述的消防探测器，再次识别火源或热源的空间方位与距离信息，并依据当前与高温源或火源的距离计算出灭火剂喷射角度补偿，调整灭火装置瞄准火源的根部位置灭火。
7.根据权利要求6所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，消防机器人灭火喷射一段时间后暂停喷射，多模态火源定位探测器重复识别火源和高温源情况，是否还能检测到火源或高温源；重复瞄准和灭火过程直至摄像头未检测到火源。
8.根据权利要求7所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，灭火任务结束后自动上传本次灭火数据至管理平台。
9.根据权利要求1所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，所述的识别火源和高温源三维空间位置：为两台或两台以上消防探测器通过水平与垂直方向上的旋转扫描，利用普通红外热像技术探测并识别火源，当两台或两台以上探测器同时瞄准火源后，基于事先标定的消防探测器的三维位置坐标和消防探测器的安装角度位置关系，利用三角函数得出火源和高温源三维位置信息，通过通信模块上传至管理平台。
10.根据权利要求1所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，空间中的不同位置安装至少2个消防探测器并部署一台消防机器人。
11.根据权利要求10所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，消防探测器部署完毕之后需记录部署的三维空间位置和初始三轴角度；并在与消防机器人共用的电子地图上标注消防探测器的位置和初始角度信息。
12.根据权利要求1所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，一个消防探测器发现火源或高温源，摄像头获取火源图像后，甄别是否是真火源或者高温源，并联动至少另一台消防探测器扫描并同时瞄准火源，摄像头中心对准火源；通过两台消防探测器的三轴旋转角度以及事先已知的位置，初始角度标定信息，通过三维空间中的三角函数，可以计算获得火源在地图上的位置映射关系，并将映射的坐标信息发送给管理平台。
13.根据权利要求1所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，还包括通过管理平台调用摄像头或消防机器人的短视频、视频直播或回放。
14.根据权利要求1所述的自动探测器报警和灭火的智能消防系统，其特征在于，消防机器人灭火任务结束后，返回默认点并自动进行充电，默认点包括充电位置；消防机器人在返回途中持续探测是否有火源或高温源发生，如果有新的火源，则上报信息到云平台，并继续自行前往灭火；若消防机器人在预设位置，消防探测器进入待命巡航模式监控新的火源。
15.一种用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，包括：
消防探测器识别火源和高温源三维空间位置及火源等级，通过通讯模块上传至管理平台；
管理平台从消防云端获取火源和高温源信息后发送报警信息，同时发送包含三维火源位置和发生时间的灭火指令信息至临近高温源的消防机器人；
临近高温源的消防机器人接到灭火指令后，基于自身停靠位置、火源或高温源目标位置自动前往，同时通过多模态火源定位探测器实时探测火源和高温源的目标位置，进行再次校正并测算火源或高温源与消防机器人本体的距离；
所述的消防探测器的标定包括：对获取的可见光图像、热像、深度信息分别进行初始标定。
16.根据权利要求15所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，所述的对输入的可见光图像、热像、深度信息获取信息进行标定：
不同深度的彩色图像与热像图像的标定对应；热像图像坐标上的温度数据与深度信息对应，矫正检测的温度偏差，同时计算获得传感器内外参数，生成融合后的完整数据集或关系，从而获得空间上对应关联的多维数据集；
在标定可见光图像、热像、深度三种传感器的位置关系时，标定装置同时集成可见光图案特征、温度特征、以及深度特征信息，并以任一种为基准，以任一种外的两种数据以其基准进行矫正和标定，并基于所述基准数据源的空间位置标定内外参数关系，用于数据矫正与融合。
17.根据权利要求16所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，对获取的可见光图像、热像、深度信息分别获取信息进行初始标定：消防探测器采用热像或rgb图像探测器，预先标定热像或rgb图像探测器位置。
18.根据权利要求15所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，两个或以上火灾探测器瞄准同一火源后的方位夹角，计算得到火源相对两个或多个探测器的位置，并映射到所述的消防机器人所在的同一空间中。
19.根据权利要求15所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，消防机器人接近火源或高温源过程中，消防机器人基于获取的火源位置，基于自身当前实时位置计算的离火源的距离，并在预设距离停留。
20.根据权利要求17所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，消防机器人上装置有所述的消防探测器，再次识别火源或热源的空间方位与距离信息，并依据当前与高温源或火源的距离计算出灭火剂喷射角度补偿，调整灭火装置瞄准火源的根部位置灭火。
21.根据权利要求20所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，消防机器人灭火喷射一段时间后暂停喷射，多模态火源定位探测器重复识别火源和高温源情况，是否还能检测到火源或高温源；重复瞄准和灭火过程直至摄像头未检测到火源。
22.根据权利要求21所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，灭火任务结束后自动上传本次灭火数据至管理平台。
23.根据权利要求15所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，所述的识别火源和高温源三维空间位置：为两台或两台以上消防探测器通过水平与垂直方向上的旋转扫描，利用普通红外热像技术探测并识别火源，当两台或两台以上探测器同时瞄准火源后，基于事先标定的消防探测器的三维位置坐标和消防探测器的安装角度位置关系，利用三角函数得出火源和高温源三维位置信息，通过通信模块上传至管理平台。
24.根据权利要求15所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，空间中的不同位置安装至少2个消防探测器并部署一台消防机器人。
25.根据权利要求24所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，消防探测器部署完毕之后需记录部署的三维空间位置和初始三轴角度；并在与消防机器人共用的电子地图上标注消防探测器的位置和初始角度信息。
26.根据权利要求15所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，一个消防探测器发现火源或高温源，摄像头获取火源图像后，甄别是否是真火源或者高温源，并联动至少另一台消防探测器扫描并同时瞄准火源，摄像头中心对准火源；通过两台消防探测器的三轴旋转角度以及事先已知的位置，初始角度标定信息，通过三维空间中的三角函数，可以计算获得火源在地图上的位置映射关系，并将映射的坐标信息发送给管理平台。
27.根据权利要求15所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，还包括通过管理平台调用摄像头或消防机器人的短视频、视频直播或回放。
28.根据权利要求15所述的用于自动探测器报警和灭火的智能消防消防方法，其特征在于，消防机器人灭火任务结束后，返回默认点并自动进行充电，默认点包括充电位置；消防机器人在返回途中持续探测是否有火源或高温源发生，如果有新的火源，则上报信息到云平台，并继续自行前往灭火；若消防机器人在预设位置，消防探测器进入待命巡航模式监控新的火源。
29.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求15-28任一所述的方法步骤。
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2020
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