CN114699701B - 一种可实现精准灭火的火灾防控装置 - Google Patents

一种可实现精准灭火的火灾防控装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可实现精准灭火的火灾防控装置，包括复合探测器、摄像头、风速计、控制器、声光报警器、远程终端、装载有不同灭火剂的钢瓶、灭火剂导出装置、软管收纳装置、喷头运动机构、云台、孔口可调节喷头，钢瓶上分别有容器阀、电磁启动器、加热带和热电偶，容器阀上安装有低压报警器；喷头运动机构根据控制器的指令进行运动；孔口可调节喷头用于灭火剂流量调节；控制器包括探测数据处理模块、燃烧理论数据集构建模块、燃烧物判断模块、燃烧位置判断模块、喷头移动模块、灭火控制模块、机器学习模块、5G通信模块、人员优先级判断模块、钢瓶加热模块。本发明能够实现精准探测、控制以及灭火，提供更好的安全保障。

Description

一种可实现精准灭火的火灾防控装置
技术领域
本发明涉及系统设计领域，尤其涉及一种可实现精准灭火的火灾防控装置。
背景技术
随着技术的发展，火灾防控技术的应用日臻成熟，但是对于一些大型有火灾隐患的空间，火灾防控装置的设计有以下难点：(1)空间较大，无法准确判断起火点位置；(2)无法判断燃烧物类型；(3)灭火剂种类单一，但不同灭火剂针对燃烧物的灭火效率不同；(4)喷头一般采用固定方式，无法实现灭火剂精准释放；
(5)缺少对灭火剂释放过程的精准控制；(6)火灾探测器探测物理量单一，如烟感/温感；(7)缺少对空间环境中可能影响灭火剂释放过程关键参数的获取(如：风速以及保护空间内人员信息)；(8)报警设备仅为声光报警器，缺少对远程设备的及时报警；(9)火灾控制器功能过于简单，缺少机器学习过程以不断优化火灾探测和控制算法。
发明内容
本发明提供一种可实现精准灭火的火灾防控装置，以克服上述技术问题。
一种可实现精准灭火的火灾防控装置，其特征在于，包括多个复合探测器、摄像头、风速计、控制器、声光报警器、远程终端、装载有不同灭火剂的钢瓶、灭火剂导出装置、软管收纳装置、喷头运动机构、云台、孔口可调节喷头，钢瓶上分别有容器阀、电磁启动器、加热带和热电偶，容器阀上安装有低压报警器；
所述低压报警器用于采集钢瓶压强信息，并传输至控制器；
所述热电偶用于将保护空间的温度信号实时反馈至控制器，所述保护空间为需要进行火灾防控的物理空间；
所述软管收纳装置用于收纳或展开灭火剂导出装置中的软管；
所述喷头运动机构根据控制器中喷头移动模块传送的指令进行运动；
所述孔口可调节喷头用于控制灭火剂的释放流量；
所述复合探测器包括温度、CO、烟雾和挥发性有机化合物探测器，所述复合探测器的数量和位置基于保护空间的大小设计；
所述控制器包括探测数据处理模块、燃烧理论数据集构建模块、燃烧物判断模块、燃烧位置判断模块、喷头移动模块、灭火控制模块、机器学习模块、5G通信模块、人员优先级判断模块、钢瓶加热模块；
所述探测数据处理模块是指获取复合探测器中不同探测器采集的数据，通过加权移动平均滤波算法对数据进行降噪处理和归一化处理；
所述燃烧理论数据集构建模块是用于建立燃烧理论数据集，包括燃烧物、生成物、生成物浓度变化数据、热释放速率变化数据、环境温度变化数据；
所述燃烧物判断模块是将经探测数据处理模块处理后的数据与燃烧理论数据集中的数据进行对比，得到燃烧物种类和火源大小，并根据燃烧物种类和火源大小生成针对性的灭火控制信号；
所述燃烧位置判断模块是指控制器通过识别不同位置的复合探测器所采集的数据变化判断起火位置，当所述起火位置多于一处时，对起火位置进行优先级排序；
所述喷头移动模块用于根据起火位置控制喷头运动机构移动到起火位置上方，并计算喷射角度，根据喷射角度控制云台进行旋转；
所述灭火控制模块用于根据起火位置的优先级产生灭火信号，通过灭火信号控制灭火剂导出装置进行灭火，并控制孔口可调节喷头调节灭火剂流量的释放；
所述机器学习模块用于通过单隐层神经网络对火灾特征参数进行多层级标识，建立火灾特征参数与火灾场景之间的模型，所述火灾特征参数包括温度、CO浓度、烟雾浓度、挥发性有机化合物浓度，所述火灾场景包括燃烧物种类、起火位置、火源大小；
所述5G通信模块用于将火灾场景信息、钢瓶内压强信息实时发送给远程终端；
所述人员优先级判断模块用于获取摄像头采集的视频信息，通过人像识别算法获取保护空间中人员位置，计算人员位置与起火位置之间的距离，根据距离调整起火位置的优先级；
所述钢瓶加热模块用于根据温度信号判断是否满足预设条件，当不满足预设条件时控制钢瓶表面加热带工作，给钢瓶加热，直到满足预设条件。
优选地，所述探测数据处理模块还可以通过在复合探测器外壳位置安装单独探测器对采集的数据进行修正，
Figure GDA0003878363530000031
其中，YC为燃烧生成物进入到复合探测器内部时的数据，Ye为燃烧生成物以自由流动速度到达复合探测器外壳时的数据，所述Ye为通过在复合探测器外壳位置放置单独的探测器获得，L为复合探测器特征长度，u为自由流动速度，t为时间。
优选地，所述控制器通过识别不同位置的复合探测器所采集的数据变化判断起火位置包括确定判断周期，获取判断周期内所有复合探测器的数据，当任一复合探测器的数据变化超过阈值时，获取复合探测器的位置数据和探测数据，并通过倒抛物线型二次曲线拟合算法即公式(2)确定起火位置，
Figure GDA0003878363530000032
其中，X、Y为复合探测器在安装平面的绝对坐标，Z为经滤波和归一化处理后的探测器数据，X0、Y0代表曲面顶点所在位置，即起火位置。
优选地，所述起火位置还可通过获取电子风速计实时采集的保护空间内的空气流动状态，控制器根据复合探测器的位置数据和探测数据、空气流动状态通过公式(3)对起火位置进行修正，
Figure GDA0003878363530000033
其中，k为生成物粒子在空气拖拽力作用下惯性比，vx和vy分别为风速计实时检测的风速数值，X、Y为复合探测器在安装平面的绝对坐标，Z为经滤波和归一化处理后的探测器数据，X0、Y0代表曲面顶点所在位置，即起火位置。
优选地，所述计算喷射角度是指控制器的喷头移动模块获取电子风速计实时采集的保护空间内的空气流动状态，根据空气流动状态通过公式(4)、(5)确定喷射角度，
Figure GDA0003878363530000034
Figure GDA0003878363530000041
其中，α和β分别为喷头沿着x和y方向的旋转角度，α0和β0分别为喷头沿着和y方向的初始喷射角度，
Figure GDA0003878363530000042
和
Figure GDA0003878363530000043
别为喷头沿着x和y方向的初始喷射速度，以探测器位于保护空间正中间的位置设定为坐标原点，燃烧物与探测器之间相对位置为燃烧物在x、y方向坐标。
优选地，所述灭火剂为组合式灭火剂，灭火剂种类包括但不限于全氟己酮、七氟丙烷、IG541。
本发明提供一种可实现精准灭火的火灾防控装置，实现精准探测、控制以及灭火，可有效提高灭火精确度和效率，为大型具有火灾隐患的空间提供更好的安全保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明装置结构图；
图2是本发明喷头运动机构的结构图；
图3是本发明孔口可调节喷头的结构图；
图4是本发明对探测器数据降噪处理前的数据分布图；
图5是本发明对探测器数据降噪处理后的数据分布图；
附图标号说明：
1、复合探测器；2、摄像头；3、风速计；4、远程终端；5、控制器；6、声光报警器；7、单向阀；8、集流管；9、软管；10、电子压力表；11、流量调节阀；12、喷头运动机构；13、云台；14、孔口可调节喷头；15、电磁启动器；16、低压报警器；17、容器阀；18、热电偶；19、加热带；20、钢瓶(全氟己酮)；21、钢瓶(七氟丙烷)；22、钢瓶(IG541)；23、弹簧；24、软管收纳盒；25、步进电机；26、滚珠丝杠；27、滑块；28、光杠；29、移动台；30、齿轮副；31、喷头；32、旋转罩。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明装置结构图，如图1所示，本实施例包括：
一种可实现精准灭火的火灾防控装置，包括复合探测器1、摄像头2、风速计3、控制器5、声光报警器6、远程终端4、装载有不同灭火剂的钢瓶20-22，灭火剂导出装置包括单向阀7、集流管8、软管9、电子压力表10、流量调节阀11，软管收纳装置包括弹簧23、软管收纳盒24，喷头运动机构12、云台13、孔口可调节喷头14，钢瓶上分别有容器阀17、电磁启动器15、加热带19和热电偶18，容器阀上安装有低压报警器16。
低压报警器用于采集钢瓶压强信息，并传输至控制器。
热电偶用于将保护空间的温度信号实时反馈至控制器。根据GB50370《《气体灭火系统》中要求，保护区域温度不得低于-10℃，否则会影响灭火剂喷出流量，故本装置在钢瓶表面安装热电偶，将温度信号实时反馈至控制器，一旦检测温度低于-10℃，控制器控制钢瓶表面加热带工作，给钢瓶加热，直到温度回升至+20℃。
灭火剂为组合式灭火剂，灭火剂种类包括但不限于全氟己酮、七氟丙烷、IG541，通过配置不同种类的灭火剂以实现不同可燃物的高效灭火。
将全氟己酮、七氟丙烷、IG541三种灭火剂分别在三个钢瓶内存储。钢瓶上分别有一个容器阀和电磁启动器，当控制器输出给电磁启动器0.5A电流信号后，电磁启动器内顶针动作，产生的驱动力推动容器阀开启，灭火剂释放。当电流信号消失，顶针复位，容器阀复位，灭火剂停止释放。容器阀上安装有低压报警器，一旦钢瓶发生泄露，产生低压报警信号至控制器，提示维护人员对钢瓶进行维护。
喷头运动机构由步进电机25、滚珠丝杠26、滑块27、光杆28、移动台29组成，其结构如图2所示，根据控制器中喷头移动模块传送的指令进行运动。喷头运动机构安装在保护空间天棚，控制器发送脉冲信号至步进电机，控制器转动，带动丝杠旋转，滑块在丝杠上移动，进而带动光杆和移动台移动，将固定喷头和云台的移动台移动到起火点上方。
孔口可调节喷头由步进电机25、齿轮副30、喷头31和旋转罩32组成，其结构如图3所示，用于调节孔口面积进行灭火剂流量调节；控制器发送脉冲信号控制步进电机旋转，驱动齿轮副旋转，大齿轮带动旋转罩旋转，旋转罩上也对应开孔，旋转角度越大，喷头和旋转罩开口的重叠区域越小，流量释放越小，通过调节孔口面积实现流量调节。采用齿轮副，可以实现旋转角度的微调。
火灾发生后，不同燃烧物燃烧特性不同，其热释放速率、温度变化、燃烧生成产物、烟气密度变化规律也不同，控制器根据采集到的不同传感器的变化规律准确判断燃烧物类型和火源大小，后续根据燃烧物类型选择有针对性的灭火剂。通过多种传感器综合判断可避免单一探测器可能出现的漏报、误报、特征信息不足等缺点，对燃烧物进行更精准分析，实现燃烧物判断。
复合探测器内置探测器类型为：温度、CO、烟雾和VOC，VOC是挥发性有机化合物。
根据保护空间确定复合探测器的数量和位置，所述保护空间为需要进行火灾防控的物理空间。
控制器包括探测数据处理模块、燃烧理论数据集构建模块、燃烧物判断模块、燃烧位置判断模块、喷头移动模块、灭火控制模块、机器学习模块、5G通信模块、人员优先级判断模块、钢瓶加热模块。
探测数据处理模块是指获取复合探测器中不同探测器采集的数据，通过加权移动平均滤波算法对数据进行降噪处理和归一化处理。
探测器输入的数据可能会有噪声，通过加权移动平均滤波算法对测量的模拟量进行降噪处理：
Figure GDA0003878363530000061
其中，hdt表示t时刻经过降噪处理的数据(如：温度、烟气浓度、CO浓度、VOC浓度)，mst表示t时刻某探测器测量物理量，w为移动窗的大小。
例如，通过探测器测量后得到1000个数据点，探测器采样周期为50ms，对其进行降噪处理前的数据分布如图2所示，对其进行降噪处理后的数据如图3所示。
对降噪后的数据通过公式(2)进行归一化的处理，将每一种物理量转化为[0，1]范围内，以进行后续数据处理。
Figure GDA0003878363530000071
其中，hdnew为归一化处理后的数据，hdold为归一化处理前的数据，hdmax为所有降噪处理数据最大值，hdmin为所有降噪处理数据最小值。
另外，由于探测器外部有防护性外壳，对于探测器内部传感器感应特性具有一定阻滞，因此探测数据处理模块还可以通过在复合探测器外壳位置放置单独的探测器对采集的数据进行修正，对复合探测器获取的数据根据公式(3)进行修正，
Figure GDA0003878363530000072
其中，YC为燃烧生成物进入到复合探测器内部时的数据，Ye为燃烧生成物以自由流动速度到达复合探测器外壳时的数据，所述Ye为通过在复合探测器外壳位置放置单独的探测器获得，L为复合探测器特征长度，u为自由流动速度，t为时间。
燃烧理论数据集构建模块是用于建立燃烧理论数据集，包括燃烧物、生成物、生成物浓度变化数据、热释放速率变化数据。
所述生成物浓度变化数据、热释放速率变化数据是根据燃烧物化学反应方程，得到燃烧产物中生成物的扩散方程以及燃烧过程中产生的热量方程，所述生成物为可通过复合探测器进行探测的物质。
结合燃烧物化学反应方程，可得到燃烧产物中某种生成物的扩散方程(4)：
Figure GDA0003878363530000073
其中，Zα为生产物中α占比，ρ为生成物密度，u为生成物速度矢量，Dα为扩散系数，
Figure GDA0003878363530000074
为单位体积下，组分α通过化学反应的质量生成速率，
Figure GDA0003878363530000075
为单位体积下，组分α通过粒子气化作用的质量生成速率。
燃烧物燃烧属于一种化学反应，反应过程中产生的热量可通过以下公式(5)计算：
Figure GDA0003878363530000076
其中，
Figure GDA0003878363530000077
为单位体积产热率，
Figure GDA0003878363530000078
为组分α平均质量分数，
Figure GDA0003878363530000079
组分α初始质量分数，δt为微小时间单元，
Figure GDA0003878363530000081
为组分α的生成热。
根据扩散方程及热量方程得到燃烧过程中生成物浓度变化数据以及热释放变化速率变化数据，根据热释放速率变化数据计算环境温度变化数据。
燃烧物判断模块是将经探测数据处理模块处理后的数据与燃烧理论数据集中的数据进行对比，得到燃烧物种类和火源大小。
确认燃烧物种类的过程为：
将采集到的数据进行降噪处理和归一化处理后绘制曲线，与不同可燃物的试验标定曲线进行对比，得到采集数据与不同试验曲线的累计偏差，使累计偏差最小的可燃物即认定为可燃物种类。累计偏差计算公式如下所示：
Figure GDA0003878363530000082
其中，Δi为采集到的数据曲线与第i种试验标定曲线的累计偏差，j代表采样数据点，n为采集点的数量，由于系统采样周期为100ms，采样时间为10s，故n取值为100，Xi，j为第i种试验标定曲线中的第j个数据点，Xj为探测器采集到的第j个数据点进行降噪和归一化处理后的数据。
确认火焰大小的过程为：
在确认可燃物种类后，将归一化前的采集数据与相应种类可燃物的试验标定曲线进行对照，得到相对火源大小。具体公式如下所示：
Figure GDA0003878363530000083
其中，δ为相对火源大小，Yj为探测器采集到的第j个数据点在降噪之后、归一化处理之前的数据。
为了探测检测算法的准确性，在保护空间内布置5种燃烧物以评估算法判断可燃物种类的可信度。由于可燃物用量和可燃物位置也会对判断结果产生影响，故对这两种变量进行控制。其中，燃烧物位于探测器正下方2.5米定义为位置1，燃烧物与位置1在一个水平面，与位置1的距离5米定义为位置2。实验过程中，燃烧物类型、燃烧物用量、燃烧物位置的选择均为随机，不同燃烧物类型、燃烧物用量、燃烧物位置的实验进行50次。
表1燃烧物判断实验结果
Figure GDA0003878363530000084
Figure GDA0003878363530000091
Figure GDA0003878363530000101
燃烧位置判断模块是指控制器通过识别不同位置的复合探测器所采集的数据变化判断起火位置，当所述起火位置多于一处时，对起火位置进行优先级排序。保护空间内采用多个复合探测器，探测器内置地址编码，控制器通过识别比较不同探测器内数据的变化可实现对起火位置的准确判断，后续根据起火位置控制喷头运动到起火位置上方。
判断起火位置可通过确定判断周期，获取判断周期内所有复合探测器的数据，当任一复合探测器的数据变化超过阈值时，获取复合探测器的位置数据和探测数据，并通过倒抛物线型二次曲线拟合算法即公式(8)确定起火位置，
Figure GDA0003878363530000102
其中，X、Y为复合探测器在安装平面的绝对坐标，Z为经滤波和归一化处理后的探测器数据，X0、Y0代表曲面顶点所在位置，即起火位置。
为了评估位置算法的准确性，在保护空间内选择三个位置分别布置柴油和木材，探测器位于保护空间正中间，该位置设定为坐标原点，燃烧物与探测器之间相对位置为燃烧物在X、Y方向坐标。通过计算位置和实际位置的坐标对比，评估位置算法的准确性。
表2保护区无风状态下，燃烧物位置坐标计算表
Figure GDA0003878363530000103
Figure GDA0003878363530000111
所述起火位置还可通过获取电子风速计实时采集的保护空间内的空气流动状态，控制器根据复合探测器的位置数据和探测数据、空气流动状态通过公式(9)对起火位置进行修正，
Figure GDA0003878363530000112
其中，k为生成物粒子在空气拖拽力作用下惯性比，vx和vy分别为风速计实时检测的风速数值，X、Y为复合探测器在安装平面的绝对坐标，Z为经滤波和归一化处理后的探测器数据，X0、Y0代表曲面顶点所在位置，即起火位置。
为了评估加入风速修正后位置算法的准确性，在保护空间内分别设置三种风速：0.5m/s、1m/s、2m/s选择三个位置，燃烧物选择为柴油，探测器位于保护空间正中间，该位置设定为坐标原点，燃烧物与探测器之间相对位置为燃烧物在X、Y方向坐标。通过修正的计算位置、未修正的计算位置和实际位置的坐标对比，评估位置修正算法的准确性和必要性。
表3保护区有风状态下，燃烧物位置坐标计算表
Figure GDA0003878363530000113
喷头移动模块用于根据起火位置将脉冲信号发送至喷头运动机构，喷头运动机构将固定喷头和云台的移动台移动到起火位置上方，确定喷射角度，控制器通过喷射角度发出控制信号，控制云台的旋转角度。
所述确定喷射角度是指控制器获取电子风速计实时采集的保护空间内的空气流动状态，根据空气流动状态通过公式(10)、(11)确定喷射角度，
Figure GDA0003878363530000121
Figure GDA0003878363530000122
其中，α和β分别为喷头沿着x和y方向的旋转角度，α0和β0分别为喷头沿着x和y方向的初始喷射角度，
Figure GDA0003878363530000123
和
Figure GDA0003878363530000124
别为喷头沿着x和y方向的初始喷射速度，以探测器位于保护空间正中间的位置设定为坐标原点，燃烧物与探测器之间相对位置为燃烧物在X、Y方向坐标。
为了评估加入风速修正后喷头旋转角度的准确性，在保护空间内分别设置三种风速：0.5m/s、1m/s、2m/s选择三个位置，燃烧物选择为柴油，燃烧物位于保护空间正中间，该位置设定为坐标原点，通过激光粒度仪测得喷头喷射后灭火剂雾化圆锥面圆心坐标。通过圆心坐标可评估灭火剂是否准确释放于燃烧物中心位置，通过灭火时间评估喷头进行角度调整后对灭火效果的影响。
表4喷头旋转角度修正对喷射位置准确性及灭火效果影响
Figure GDA0003878363530000125
灭火控制模块用于将电流信号输出给钢瓶上的电磁启动器，电磁启动器内顶针产生驱动力推动容器阀开启，灭火剂释放，灭火剂从钢瓶容器阀喷出，分别经过单向阀、集流管、软管、电子压力表、流量调节阀，最终从喷头处释放；当电流信号消失，顶针复位，容器阀复位，灭火剂停止释放。单向阀防止灭火剂释放过程中向其他两个钢瓶倒灌，电子压力表将压力信号实时传递给控制器，控制器根据火源大小控制流量调节阀开启状态，进而控制灭火剂释放流量。
云台为电子式，由控制器发出控制信号，控制其旋转角度，进而实现喷头的旋转。云台设计主要解决两点问题：(1)当起火点在保护空间角落时，喷头无法运动到其正上方，需要倾斜一定角度喷放；(2)保护空间内风速较高时，需要旋转一定角度，对风速进行补偿，才能保证灭火剂释放落点。
机器学习模块用于通过单隐层神经网络对火灾特征参数进行多层级标识，建立火灾特征参数与火灾场景之间的模型，实现火灾情景判定条件的不断迭代与优化，所述火灾特征参数包括温度、CO浓度、烟雾浓度、挥发性有机化合物浓度，所述火灾场景包括燃烧物种类、起火位置、火源大小。
通过试验数据或火灾现场数据采集，形成数据样本集。神经网络输出计算如公式(12)所示：
Figure GDA0003878363530000131
其中，yj为网络输出，Xj为网络输入，Wi为输入节点与隐含层节点连接权重，βi为隐含层节点与输出节点连接权重，bj为隐含层节点偏移。同时，建立混淆矩阵，以提高判断的准确性。
5G通信模块用于将火灾场景信息、钢瓶内压强信息实时发送给远程终端，远程安保人员可通过手机获取可实现精准灭火的火灾防控装置的信息，实现装置的及时报警和远程管理。
人员优先级判断模块用于获取摄像头采集的视频信息，通过人像识别算法获取保护空间中人员位置，计算人员位置与起火位置之间的距离，根据距离调整起火位置的优先级。通过摄像头实时采集保护区域内人员位置，在发生多处起火的情况下，控制器根据当前人员位置与起火位置之间的距离，控制喷头优先对距离人员较近的起火位置进行火灾抑制。
钢瓶加热模块用于根据温度信号判断是否满足预设条件，当不需要预设条件时控制钢瓶表面加热带工作，给钢瓶加热，直到满足预设条件。
在控制器确定发生火情后，通过声光报警器提示附近人员撤离。另外，根据控制器内置的5G通信模块，可将起火信息实时发送给远程终端，远程安保人员可通过手机获取火情信息，实现非工作日火灾的及时报警。
软管收纳装置用于收纳或展开灭火剂导出装置中的软管，包括弹簧和软管收纳盒，没有起火情况下，软管在弹簧拉伸作用下收纳在收纳盒中，起火情况下，运动机构对软管向上的作用力远大于弹簧对软管向下的拉力，故软管从收纳盒中伸出，柔性结构保证在起火情况下，喷头能到达准确起火点。灭火剂释放完毕后，运动机构回到初始位置，软管在弹簧拉力作用下回到收纳盒中，实现复位。
整体的有益效果：
本发明提供一种可实现精准灭火的火灾防控装置，实现精准探测、控制以及灭火，可有效提高灭火精确度和效率，为大型具有火灾隐患的空间提供更好的安全保障。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种可实现精准灭火的火灾防控装置，其特征在于，包括多个复合探测器、摄像头、风速计、控制器、声光报警器、远程终端、装载有不同灭火剂的钢瓶、灭火剂导出装置、软管收纳装置、喷头运动机构、云台、孔口可调节喷头，钢瓶上分别有容器阀、电磁启动器、加热带和热电偶，容器阀上安装有低压报警器；
所述低压报警器用于采集钢瓶压强信息，并传输至控制器；
所述热电偶用于将保护空间的温度信号实时反馈至控制器，所述保护空间为需要进行火灾防控的物理空间；
所述软管收纳装置用于收纳或展开灭火剂导出装置中的软管；
所述喷头运动机构根据控制器中喷头移动模块传送的指令进行运动；
所述孔口可调节喷头用于控制灭火剂的释放流量；
所述复合探测器包括温度、CO、烟雾和挥发性有机化合物探测器，所述复合探测器的数量和位置基于保护空间的大小设计；
所述控制器包括探测数据处理模块、燃烧理论数据集构建模块、燃烧物判断模块、燃烧位置判断模块、喷头移动模块、灭火控制模块、机器学习模块、5G通信模块、人员优先级判断模块、钢瓶加热模块；
所述探测数据处理模块是指获取复合探测器中不同探测器采集的数据，通过加权移动平均滤波算法对数据进行降噪处理和归一化处理；
所述燃烧理论数据集构建模块是用于建立燃烧理论数据集，包括燃烧物、生成物、生成物浓度变化数据、热释放速率变化数据、环境温度变化数据；
所述燃烧物判断模块是将经探测数据处理模块处理后的数据与燃烧理论数据集中的数据进行对比，得到燃烧物种类和火源大小，并根据燃烧物种类和火源大小生成针对性的灭火控制信号；
所述燃烧位置判断模块是指控制器通过识别不同位置的复合探测器所采集的数据变化判断起火位置，当所述起火位置多于一处时，对起火位置进行优先级排序；
所述喷头移动模块用于根据起火位置控制喷头运动机构移动到起火位置上方，并计算喷射角度，根据喷射角度控制云台进行旋转；
所述灭火控制模块用于根据起火位置的优先级产生灭火信号，通过灭火信号控制灭火剂导出装置进行灭火，并控制孔口可调节喷头调节灭火剂流量的释放；
所述机器学习模块用于通过单隐层神经网络对火灾特征参数进行多层级标识，建立火灾特征参数与火灾场景之间的模型，所述火灾特征参数包括温度、CO浓度、烟雾浓度、挥发性有机化合物浓度，所述火灾场景包括燃烧物种类、起火位置、火源大小；
所述5G通信模块用于将火灾场景信息、钢瓶内压强信息实时发送给远程终端；
所述人员优先级判断模块用于获取摄像头采集的视频信息，通过人像识别算法获取保护空间中人员位置，计算人员位置与起火位置之间的距离，根据距离调整起火位置的优先级；
所述钢瓶加热模块用于根据温度信号判断是否满足预设条件，当不满足预设条件时控制钢瓶表面加热带工作，给钢瓶加热，直到满足预设条件。
2.根据权利要求1所述的一种可实现精准灭火的火灾防控装置，其特征在于，所述探测数据处理模块还可以通过在复合探测器外壳位置安装单独探测器对采集的数据进行修正，
Figure FDA0003929810410000021
其中，YC为燃烧生成物进入到复合探测器内部时的数据，Ye为燃烧生成物以自由流动速度到达复合探测器外壳时的数据，所述Ye为通过在复合探测器外壳位置放置单独的探测器获得，L为复合探测器特征长度，u为自由流动速度，t为时间。
3.根据权利要求1所述的一种可实现精准灭火的火灾防控装置，其特征在于，所述计算喷射角度是指控制器的喷头移动模块获取电子风速计实时采集的保护空间内的空气流动状态，根据空气流动状态通过公式(2)、(3)确定喷射角度，
Figure FDA0003929810410000022
Figure FDA0003929810410000023
其中，α和β分别为喷头沿着x和y方向的旋转角度，α0和β0分别为喷头沿着和y方向的初始喷射角度，
Figure FDA0003929810410000024
和
Figure FDA0003929810410000025
别为喷头沿着x和y方向的初始喷射速度，以探测器位于保护空间正中间的位置设定为坐标原点，燃烧物与探测器之间相对位置为燃烧物在x、y方向坐标，k为生成物粒子在空气拖拽力作用下惯性比。
4.根据权利要求1所述的一种可实现精准灭火的火灾防控装置，其特征在于，所述灭火剂为组合式灭火剂，灭火剂种类包括全氟己酮、七氟丙烷和IG541。
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