CN114870294A - 基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法及系统 - Google Patents

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CN114870294A CN202210298110.5A CN202210298110A CN114870294A CN 114870294 A CN114870294 A CN 114870294A CN 202210298110 A CN202210298110 A CN 202210298110A CN 114870294 A CN114870294 A CN 114870294A
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Abstract

本发明属于电池储能安全技术领域，公开一种基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法、装置及系统，本发明方法，包括：S1、获取温感探测器与烟感探测器实时采集的数据；根据获取的温感探测器与烟感探测器实时采集的数据判断是否发生火灾；如果是进入步骤S2，否则无动作，继续获取温感探测器与烟感探测器实时采集的数据；S2、启用高速摄像机连续拍摄电池模组图像；计算火灾起火点位置、火焰面积及火灾强度，实时计算灭火剂喷射量；S3、控制全自动多向位复合喷头方位变化，对准火灾起火点位置，按照灭火剂喷射流量Q喷射灭火剂。本发明能够解决现有常规消防手段不能够实时控制灭火剂喷射量，不能对储能系统进行精准、精确消防的技术问题。

Description

基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法及系统
技术领域
本发明属于电池储能系统安全领域，特别涉及一种基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法、装置及系统。
背景技术
目前，中国电化学储能累计装机量正稳步上升，到2020年电化学储能装机量将超过2000MW，年复合增长率接近70％。当前常用的电化学储能体系，如锂离子电池储能体系存在安全隐患，无法从本质上保证使用安全性。研究表明，储能电池热失控燃烧火灾具有阶段性特征变化，即经历缓慢燃烧→射流火→燃烧变缓火焰逐渐熄灭的过程，如可对电池储能模块火灾位置进行定位，对火灾强度进行评估，或在电池热失控初期及时灭火都可避免大规模火灾。
当前储能系统内的消防系统都是在电池热失控后检测到烟雾气体后喷射灭火剂，但并不针对着火点喷射，并且不能够控制灭火剂喷射速率与喷射量，而是对这整个储能系统空间灭火降温，这样造成了灭火剂喷射速率不够导致难以熄灭火灾，以及小火造成灭火剂大量浪费的现象，灭火效率较低，不利于火灾的控制。这种常规的消防手段过于简单，未能实现储能系统消防的智能化，很难保证电池安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法、装置及系统，以解决现有常规消防手段过于简单，不能对储能系统进行精准、精确消防的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法，包括：
S1、获取温感探测器与烟感探测器实时采集的数据；根据获取的温感探测器与烟感探测器实时采集的数据判断是否发生火灾；如果是进入步骤S2，否则无动作，继续获取温感探测器与烟感探测器实时采集的数据；
S2、启用高速摄像机连续拍摄电池模组图像；计算火灾起火点位置、火焰面积及火灾强度，实时计算灭火剂喷射量；
S3、控制全自动多向位复合喷头方位变化，对准火灾起火点位置，按照灭火剂喷射流量Q喷射灭火剂。
本发明进一步的改进在于：步骤S1中所述根据获取的温感探测器与烟感探测器实时采集的数据判断是否发生火灾的步骤，具体包括：
火灾发生判据为：
Figure BDA0003563370580000021
其中，P为是否发生火灾的判据参数；λ1为温升速率权重因子，取值0.02-0.2；T为储能模块的温度；λ2为温差权重因子，取值0.04-0.1；λ3为烟感信号权重因子，取值5-10；F为烟感触发因子，触发时F＝1，不触发时F＝0；
当P值达到设定临界值时，判断发生火灾，所述设定的临界值为5-8。
本发明进一步的改进在于：步骤S2中计算火灾起火点位置的步骤具体包括：
对电池模组进行连续m次的图像拍摄，将每一个所拍摄的RDG图像转化为HSV图像，并提取像素点，以图像中心点为原点，水平和垂直方向分别为x轴和y轴，将1个像素点定义为1，每个像素点i定义坐标为Gi(xi,yi)；
对HSV图像的每个像素点进行色相H，饱和度S，以及亮度V的识别，以H、S、V三个要素的阈值及其范围归一化到[0,1]区域，以最高阈值为1，最低阈值为0，对色相H，饱和度S，以及亮度V表示为图像的标准化参数R(H,S,V)，并获得HSV图像的标准化参数矩阵；矩阵为：
Figure BDA0003563370580000031
所有像素区的颜色表达方式通过R矩阵来表示；
对水平或垂直方向的每个像素点标准化参数色相H，饱和度S，以及亮度V进行积分获得水平梯度算子fx及垂直梯度算子fy；
Figure BDA0003563370580000032
Figure BDA0003563370580000033
对每一个具有相同x坐标的水平梯度算子和具有相同y坐标的垂直梯度算子分别取两个最大值，并提取具有最大值水平梯度算子为水平特征像素点Gx(x,y)，提取具有最大值垂直梯度算子的像素点，为垂直特征像素点Gy(x,y)；
对特征像素点进行降噪处理，剔除错误的像素点，对每一个特征像素点G(x,y)周围±10个像素点的区域G：
Figure BDA0003563370580000034
进行检索，若区域内存在两个及两个以上其他水平特征像素点及垂直特征像素点则保存特征像素点G(x,y)，反之，则删除；保存的特征像素点为火焰边缘特征像素点；
利用玻尔兹曼拟合方法对保留的像素点进行分段拟合，使拟合的R2大于0.99，获得火焰边缘区域；区域内的y最小值点为火灾起火点位置。
本发明进一步的改进在于：步骤S2中计算火焰面积的步骤具体包括：
以火焰范围内的所有像素点i的面积Ai相加的方式定量火焰面积A；
A＝∑Ai。
本发明进一步的改进在于：步骤S2中计算火灾强度的步骤具体包括：
对每个火焰内部像素点i的标准化参数R(H,S,V)中的H、S，V进行加权求和，获得以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B：
Figure BDA0003563370580000041
其中为δ火焰强度矫正因子，取值范围为0.5-1.5，n为火焰区域内像素点数量，B为火焰强度因子；
火灾强度H通过火焰面积A和以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的特征性方程来表示：
Figure BDA0003563370580000042
其中H为火灾强度，ξ1为火焰面积权重因子，取值范围为9.85-15.68；N为图像内总的像素点数量；ξ2为以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的权重因子取值范围为：3.29-5.56。
本发明进一步的改进在于：步骤S2中计算灭火剂喷射流量的步骤具体包括：
灭火剂喷射流量Q：
Figure BDA0003563370580000043
其中，α为火焰强度的权重，取值为5-15；β为火焰强度变化率的权重取值为25-40；dH/dt为火焰强度变化率，为每10s内火焰强度的变化量。
本发明进一步的改进在于：所述步骤S3中，当Q小于3Kg/min时，持续监测dH/dt，若dH/dt小于0，则持续3Kg/min速度喷射2分钟，停止喷射。
第二方面，本发明提供一种基于图像识别的锂离子电池火灾灭火系统，包括：灭火剂钢瓶、温感探测器、烟感探测器、高速摄像机、喷射管路、全自动多向位复合喷头和智能控制终端；
所述温感探测器、烟感探测器、高速摄像机连接所述智能控制终端；
所述灭火剂钢瓶的出口通过喷射管路连接所述全自动多向位复合喷头，所述智能控制终端用于根据所述温感探测器、烟感探测器、高速摄像机采集的数据控制灭火剂钢瓶的喷射。
本发明进一步的改进在于：所述灭火剂钢瓶储存有气体灭火剂；所述灭火剂钢瓶配备减压阀和流量控制计；所述智能控制终端连接减压阀和流量控制计。
本发明进一步的改进在于：所述全自动多向位复合喷头包括喷头、第一转轴和第二转轴；喷射管路通过弹性橡胶软管连接喷头，喷头固定安装在第一转轴上，第一转轴安装在第二转轴上；第一转轴能够左右旋转，第二转轴能够上下旋转。
本发明进一步的改进在于：所述智能控制终端用于根据所述温感探测器、烟感探测器、高速摄像机采集的数据控制灭火剂钢瓶的喷射具体包括：
S1、获取温感探测器与烟感探测器实时采集的数据；根据获取的温感探测器与烟感探测器实时采集的数据判断是否发生火灾；如果是进入步骤S2，否则无动作，继续获取温感探测器与烟感探测器实时采集的数据；
火灾发生判据为：
Figure BDA0003563370580000051
其中，P为是否发生火灾的判据参数；λ1为温升速率权重因子，取值0.02-0.2；T为储能模块的温度；λ2为温差权重因子，取值0.04-0.1；λ3为烟感信号权重因子，取值5-10；F为烟感触发因子，触发时F＝1，不触发时F＝0；当P值达到临界值时判断发生火灾，临界值为5-8；
S2、启用高速摄像机连续拍摄电池模组图像；计算火灾起火点位置、火焰面积及火灾强度，实时计算灭火剂喷射量；
对电池模组进行连续m次的图像拍摄，将每一个所拍摄的RDG图像转化为HSV图像，并提取像素点，以图像中心点为原点，水平和垂直方向分别为x轴和y轴，将1个像素点定义为1，每个像素点i定义坐标为Gi；
对HSV图像的每个像素点进行色相H，饱和度S，以及亮度V的识别，以H、S、V三个要素的阈值及其范围归一化到[0,1]区域，以最高阈值为1，最低阈值为0，对色相H，饱和度S，以及亮度V表示为图像的标准化参数R，并获得HSV图像的标准化参数矩阵；矩阵为：
Figure BDA0003563370580000061
所有像素区的颜色表达方式通过R矩阵来表示；
对水平或垂直方向的每个像素点标准化参数色相H，饱和度S，以及亮度V进行积分获得水平梯度算子fx及垂直梯度算子fy；
Figure BDA0003563370580000062
Figure BDA0003563370580000063
对每一个具有相同x坐标的水平梯度算子和具有相同y坐标的垂直梯度算子分别取两个最大值，并提取具有最大值水平梯度算子为水平特征像素点Gx，提取具有最大值垂直梯度算子的像素点，为垂直特征像素点Gy；
对特征像素点进行降噪处理，以剔除错误的像素点，对每一个特征像素点G周围±10个像素点的区域G：
Figure BDA0003563370580000064
进行检索，若区域内存在两个及两个以上其他水平特征像素点及垂直特征像素点则保存特征像素点G，反之，则删除；保存的特征像素点为火焰边缘特征像素点；
利用玻尔兹曼拟合方法对保留的像素点进行分段拟合，使拟合的R2大于0.99，获得火焰边缘区域；此拟合后的闭合区域为火焰范围；区域内的y最小值点即为电池着火点；
以火焰范围内的所有像素点i的面积相加的方式定量火焰面积A；
A＝∑Ai
对每个火焰内部像素点i的标准化参数R中的H、S，V进行加权求和，获得以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B：
Figure BDA0003563370580000071
其中为δ火焰强度矫正因子，取值范围为0.5-1.5，n为火焰区域内像素点数量，B为火焰强度因子；
火灾强度H则通过火焰面积A和以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的特征性方程来表示：
Figure BDA0003563370580000072
其中H为火灾强度，ξ1为火焰面积权重因子，取值范围为9.85-15.68；N为图像内总的像素点数量；ξ2为以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的权重因子取值范围为：3.29-5.56；
以火灾强度H获得灭火剂喷射流量Q：
Figure BDA0003563370580000073
其中，α为火焰强度的权重，取值为5-15；β为火焰强度变化率的权重取值为25-40；dH/dt为火焰强度变化率，为每10s内火焰强度的变化量；
S3、控制全自动多向位复合喷头方位变化，对准相应起火点位置，智能控制终端控制减压阀和流量控制计，按照灭火剂喷射流量Q喷射灭火剂。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法、装置及系统，可以对热失控的电池模组进行定位，对火灾强度进行定量，智能控制灭火剂用量大大提升灭火剂使用效率。
本发明以通过温感探测器和烟感探测器确定电池模块的是否发生火灾，通过控制单元计算并控制多功能喷头喷射方向，灭火剂的喷射速率，灭火剂利用率更高，灭火效果更好。
本发明对火焰的图像信号进行参数化处理，获得以图像参数为基准的火灾强度计算方法，依据此方法进行灭火剂喷射控制，实现直接灭火。
本发明通过图像像素点的色相、饱和度、亮度参数化数据以及图像中火焰面积实时定量火灾强度，实现实时的灭火剂释放速率控制。
本发明系统能够实现电池模块热失控火灾消防的智能化精准控制。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为储能模组内各设备的布置示意图；其中图1(a)为俯视图，图1(b)为主视图；
图1(c)为右视图；
图2为本发明一种基于图像识别的锂离子电池火灾灭火系统的结构示意图；
图3为全自动多向位复合喷头的结构示意图。
图4为本发明一种基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
本发明提供一种火灾强度预测方法：
在火灾发生时，利用布置好的温度探测器和烟感探测器，根据储能模块温度及温升速率的值，以及烟感网络获得中烟感预警触发信号，对是否发生火灾进行判断，火灾发生判据为：
Figure BDA0003563370580000091
其中，P为是否发生火灾的判据参数；λ1为温升速率权重因子，取值0.02-0.2；T为储能模块的温度；λ2为温差权重因子，取值0.04-0.1；λ3为烟感信号权重因子，取值5-10；F为烟感触发因子，触发时F＝1，不触发时F＝0。当P值达到临界值时，说明火灾触发，启动消防灭火系统，临界值为5-8。
在消防灭火过程要想实现精确制导灭火，首先需要对热失控电池位置进行精确定位。其方法为：
对电池模组进行连续m次的图像拍摄，将每一个所拍摄的RDG图像转化为HSV图像，并提取像素点，以图像中心点为原点，水平和垂直方向分别为x轴和y轴，将1个像素点定义为1，每个像素点i定义坐标为Gi；
对HSV图像的每个像素点进行色相H，饱和度S，以及亮度V的识别，以H、S、V三个要素的阈值及其范围归一化到[0,1]区域，以最高阈值为1，最低阈值为0，对色相H，饱和度S，以及亮度V表示为图像的标准化参数R，并获得HSV图像的标准化参数矩阵。矩阵为：
Figure BDA0003563370580000092
所有像素区的颜色表达方式通过R矩阵来表示。
进一步对水平或垂直方向的每个像素点标准化参数色相H，饱和度S，以及亮度V进行积分获得水平梯度算子fx及垂直梯度算子fy。
Figure BDA0003563370580000093
Figure BDA0003563370580000094
对每一个具有相同x坐标的水平梯度算子和具有相同y坐标的垂直梯度算子分别取两个最大值，并提取具有最大值水平梯度算子为水平特征像素点Gx，提取具有最大值垂直梯度算子的像素点，为垂直特征像素点Gy。
进一步的对特征像素点进行降噪处理，以剔除错误的像素点，对每一个特征像素点G周围±10个像素点的区域G，即：
Figure BDA0003563370580000101
进行检索，若区域内存在两个及两个以上其他水平特征像素点及垂直特征像素点则保存特征像素点G，反之，则删除。保存的特征像素点即为火焰边缘特征像素点。
再进一步的，利用玻尔兹曼拟合方法对保留的像素点进行分段拟合，使拟合的R2大于0.99，获得火焰边缘区域。此拟合后的闭合区域即为火焰范围。区域内的y最小值点即为电池着火点。
以火焰范围内的所有像素点i的面积相加的方式定量火焰面积A。
A＝∑Ai
进一步的对每个火焰内部像素点i的标准化参数R中的H、S，V进行加权求和，获得以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B：
Figure BDA0003563370580000102
其中为δ火焰强度矫正因子，取值范围为0.5-1.5，n为火焰区域内像素点数量，B为火焰强度因子。
则火灾强度H则通过火焰面积A和以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的特征性方程来表示：
Figure BDA0003563370580000111
其中H为火灾强度，ξ1为火焰面积权重因子，取值范围为9.85-15.68；N为图像内总的像素点数量。ξ2为以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的权重因子取值范围为：3.29-5.56。
以火灾强度H为判断以及，获得灭火剂喷射流量Q：
Figure BDA0003563370580000112
其中，α为火焰强度的权重，取值为5-15；β为火焰强度变化率的权重取值为25-40。dH/dt为火焰强度变化率，为每10s内火焰强度的变化量。当Q小于3Kg/min时，持续监测dH/dt，若dH/dt小于0，则持续3Kg/min速度喷射2分钟，停止喷射。
实施例1
请参阅图1和图2所示，本发明提供一种基于图像识别的锂离子电池火灾灭火系统，包括：灭火剂钢瓶1、减压阀2、流量控制计3、数字压力表、温感探测器4、烟感探测器5、高速摄像机6、喷射管路7、全自动多向位复合喷头8和智能控制终端9。
为了达到灭火功能，本系统优选气体灭火剂。本系统中，灭火剂钢瓶1用于储存气体灭火剂，钢瓶配备减压阀2和流量控制计3，通过将减压阀2和流量控制计3连接确保灭火剂喷射过程的安全可控。灭火剂钢瓶1体积由电池模块大小确定，灭火剂钢瓶1内灭火剂储量不超过钢瓶容积的80％，钢瓶由高度可调支架悬空固定，由顶部出气。减压阀2用于控制气体流出压力，防止压力过高影响流量控制计3安全运行；流量控制计3用于控制灭火计喷射流量，其具备流量监测与控制功能，能够将灭火剂流量数据传递至智能控制终端9，以实时控制。
灭火剂钢瓶1与全自动多向位复合喷头8之间由不锈钢喷射管路7连接。
请参阅图3所示，全自动多向位复合喷头8能够实现灭火剂喷射方向的变化，以实现对热失控电池的精准喷射灭火。全自动多向位复合喷头8包括喷头81、第一转轴82和第二转轴83；喷射管路7通过弹性橡胶软管连接喷头81，喷头81固定安装在第一转轴82上，第一转轴82安装在第二转轴83上；第一转轴82能够左右旋转，第二转轴83能够上下旋转，这样喷头81能够在第一转轴82和第二转轴83的转转配合下实现全范围的喷射方向调节，以实现对热失控电池的精准喷射灭火。
本发明一种基于图像识别的锂离子电池火灾灭火系统中，两个高速摄像机6，一个安装于电池模组上方一侧用于判断着火点位置，另一个安装于储能集装箱内用于判断火势强度。温感探测器4安装于储能模组上方盖层，用于检测电池温度。烟感探测器5安装于储能模组上方盖层，探测烟气信号。温感探测器4和烟感探测器5布置如图1所示。在电池模组的正上方安装有1个温感探测器4，1个烟感探测器5。基于温感探测器4和烟感探测器5布置，能够通过温度、温度变化率以及烟感信号对是否发生火灾进行精准判断。
智能控制终端9工作流程为：温感探测器4与烟感探测器5检测到温度和烟气信号反馈到智能控制终端9，智能控制终端9根据是否发生火灾的判据参数P判断是否发生火灾，否，无动作，是，启用两个高速摄像机6连续拍摄电池模组图像，并将图像输出至智能控制终端9，智能控制终端9计算火灾起火点位置、火焰面积及火灾强度，实时计算灭火剂喷射量，控制全自动多向位复合喷头8方位变化，对准相应起火点位置，智能控制终端9控制减压阀2和流量控制计3，喷射灭火剂。实时监测温度数据及图像数据，当温度及图像判据低于阈值时，停止喷射。
实施例2
请参阅图4所示，本发明提供一种基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法，包括以下步骤：
S1、获取温感探测器4与烟感探测器5实时采集的数据；根据获取的温感探测器4与烟感探测器5实时采集的数据判断是否发生火灾；如果是进入步骤S2，否则无动作，继续获取温感探测器4与烟感探测器5实时采集的数据；
火灾发生判据为：
Figure BDA0003563370580000131
其中，P为是否发生火灾的判据参数；λ1为温升速率权重因子，取值0.02-0.2；T为储能模块的温度；λ2为温差权重因子，取值0.04-0.1；λ3为烟感信号权重因子，取值5-10；F为烟感触发因子，触发时F＝1，不触发时F＝0。当P值达到临界值时，说明火灾触发，启动消防灭火系统，临界值为5-8。
S2、启用高速摄像机6连续拍摄电池模组图像；计算火灾起火点位置、火焰面积及火灾强度，实时计算灭火剂喷射量；
对电池模组进行连续m次的图像拍摄，将每一个所拍摄的RDG图像转化为HSV图像，并提取像素点，以图像中心点为原点，水平和垂直方向分别为x轴和y轴，将1个像素点定义为1，每个像素点i定义坐标为Gi；
对HSV图像的每个像素点进行色相H，饱和度S，以及亮度V的识别，以H、S、V三个要素的阈值及其范围归一化到[0,1]区域，以最高阈值为1，最低阈值为0，对色相H，饱和度S，以及亮度V表示为图像的标准化参数R，并获得HSV图像的标准化参数矩阵。矩阵为：
Figure BDA0003563370580000132
所有像素区的颜色表达方式通过R矩阵来表示。
进一步对水平或垂直方向的每个像素点标准化参数色相H，饱和度S，以及亮度V进行积分获得水平梯度算子fx及垂直梯度算子fy。
Figure BDA0003563370580000133
Figure BDA0003563370580000134
对每一个具有相同x坐标的水平梯度算子和具有相同y坐标的垂直梯度算子分别取两个最大值，并提取具有最大值水平梯度算子为水平特征像素点Gx，提取具有最大值垂直梯度算子的像素点，为垂直特征像素点Gy。
进一步的对特征像素点进行降噪处理，以剔除错误的像素点，对每一个特征像素点G周围±10个像素点的区域G，即：
Figure BDA0003563370580000141
进行检索，若区域内存在两个及两个以上其他水平特征像素点及垂直特征像素点则保存特征像素点G，反之，则删除。保存的特征像素点即为火焰边缘特征像素点。
再进一步的，利用玻尔兹曼拟合方法对保留的像素点进行分段拟合，使拟合的R2大于0.99，获得火焰边缘区域。此拟合后的闭合区域即为火焰范围。区域内的y最小值点即为电池着火点。
以火焰范围内的所有像素点i的面积相加的方式定量火焰面积A。
A＝∑Ai
进一步的对每个火焰内部像素点i的标准化参数R中的H、S，V进行加权求和，获得以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B：
Figure BDA0003563370580000142
其中为δ火焰强度矫正因子，取值范围为0.5-1.5，n为火焰区域内像素点数量，B为火焰强度因子。
则火灾强度H则通过火焰面积A和以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的特征性方程来表示：
Figure BDA0003563370580000151
其中H为火灾强度，ξ1为火焰面积权重因子，取值范围为9.85-15.68；N为图像内总的像素点数量。ξ2为以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的权重因子取值范围为：3.29-5.56。
以火灾强度H为判断以及，获得灭火剂喷射流量Q：
Figure BDA0003563370580000152
其中，α为火焰强度的权重，取值为5-15；β为火焰强度变化率的权重取值为25-40。dH/dt为火焰强度变化率，为每10s内火焰强度的变化量。
S3、控制全自动多向位复合喷头8方位变化，对准相应起火点位置，智能控制终端9控制减压阀2和流量控制计3，按照灭火剂喷射流量Q喷射灭火剂；当Q小于3Kg/min时，持续监测dH/dt，若dH/dt小于0，则持续3Kg/min速度喷射2分钟，停止喷射；否则按照Q持续喷射。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法，其特征在于，包括：
S1、获取温感探测器与烟感探测器实时采集的数据；根据获取的温感探测器与烟感探测器实时采集的数据判断是否发生火灾；如果是进入步骤S2，否则无动作，继续获取温感探测器与烟感探测器实时采集的数据；
S2、启用高速摄像机连续拍摄电池模组图像；计算火灾起火点位置、火焰面积及火灾强度，实时计算灭火剂喷射量；
S3、控制全自动多向位复合喷头方位变化，对准火灾起火点位置，按照灭火剂喷射流量Q喷射灭火剂。
2.根据权利要求1所述的基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法，其特征在于，步骤S1中所述根据获取的温感探测器与烟感探测器实时采集的数据判断是否发生火灾的步骤，具体包括：
火灾发生判据为：
Figure FDA0003563370570000011
其中，P为是否发生火灾的判据参数；λ1为温升速率权重因子，取值0.02-0.2；T为储能模块的温度；λ2为温差权重因子，取值0.04-0.1；λ3为烟感信号权重因子，取值5-10；F为烟感触发因子，触发时F＝1，不触发时F＝0；
当P值达到设定临界值时，判断发生火灾，所述设定的临界值为5-8。
3.根据权利要求1所述的基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法，其特征在于，步骤S2中计算火灾起火点位置的步骤具体包括：
对电池模组进行连续m次的图像拍摄，将每一个所拍摄的RDG图像转化为HSV图像，并提取像素点，以图像中心点为原点，水平和垂直方向分别为x轴和y轴，将1个像素点定义为1，每个像素点i定义坐标为Gi(xi,yi)；
对HSV图像的每个像素点进行色相H，饱和度S，以及亮度V的识别，以H、S、V三个要素的阈值及其范围归一化到[0,1]区域，以最高阈值为1，最低阈值为0，对色相H，饱和度S，以及亮度V表示为图像的标准化参数R(H,S,V)，并获得HSV图像的标准化参数矩阵；矩阵为：
Figure FDA0003563370570000021
所有像素区的颜色表达方式通过R矩阵来表示；
对水平或垂直方向的每个像素点标准化参数色相H，饱和度S，以及亮度V进行积分获得水平梯度算子fx及垂直梯度算子fy；
Figure FDA0003563370570000022
Figure FDA0003563370570000023
对每一个具有相同x坐标的水平梯度算子和具有相同y坐标的垂直梯度算子分别取两个最大值，并提取具有最大值水平梯度算子为水平特征像素点Gx(x,y)，提取具有最大值垂直梯度算子的像素点，为垂直特征像素点Gy(x,y)；
对特征像素点进行降噪处理，剔除错误的像素点，对每一个特征像素点G(x,y)周围±10个像素点的区域G：
Figure FDA0003563370570000024
进行检索，若区域内存在两个及两个以上其他水平特征像素点及垂直特征像素点则保存特征像素点G(x,y)，反之，则删除；保存的特征像素点为火焰边缘特征像素点；
利用玻尔兹曼拟合方法对保留的像素点进行分段拟合，使拟合的R2大于0.99，获得火焰边缘区域；区域内的y最小值点为火灾起火点位置。
4.根据权利要求3所述的基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法，其特征在于，步骤S2中计算火焰面积的步骤具体包括：
以火焰范围内的所有像素点i的面积Ai相加的方式定量火焰面积A；
A＝∑Ai。
5.根据权利要求4所述的基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法，其特征在于，步骤S2中计算火灾强度的步骤具体包括：
对每个火焰内部像素点i的标准化参数R(H,S,V)中的H、S，V进行加权求和，获得以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B：
Figure FDA0003563370570000031
其中为δ火焰强度矫正因子，取值范围为0.5-1.5，n为火焰区域内像素点数量，B为火焰强度因子；
火灾强度H通过火焰面积A和以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的特征性方程来表示：
Figure FDA0003563370570000032
其中H为火灾强度，ξ1为火焰面积权重因子，取值范围为9.85-15.68；N为图像内总的像素点数量；ξ2为以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的权重因子取值范围为：3.29-5.56。
6.根据权利要求5所述的基于图像识别的锂离子电池火灾灭火方法，其特征在于，步骤S2中计算灭火剂喷射流量的步骤具体包括：
灭火剂喷射流量Q：
Figure FDA0003563370570000033
其中，α为火焰强度的权重，取值为5-15；β为火焰强度变化率的权重取值为25-40；dH/dt为火焰强度变化率，为每10s内火焰强度的变化量。
7.基于图像识别的锂离子电池火灾灭火系统，其特征在于，包括：灭火剂钢瓶(1)、温感探测器(4)、烟感探测器(5)、高速摄像机(6)、喷射管路(7)、全自动多向位复合喷头(8)和智能控制终端(9)；
所述温感探测器(4)、烟感探测器(5)、高速摄像机(6)连接所述智能控制终端(9)；
所述灭火剂钢瓶(1)的出口通过喷射管路(7)连接所述全自动多向位复合喷头(8)，所述智能控制终端(9)用于根据所述温感探测器(4)、烟感探测器(5)、高速摄像机(6)采集的数据控制灭火剂钢瓶(1)的喷射。
8.根据权利要求7所述的基于图像识别的锂离子电池火灾灭火系统，其特征在于，所述灭火剂钢瓶(1)储存有气体灭火剂；所述灭火剂钢瓶(1)配备减压阀(2)和流量控制计(3)；所述智能控制终端(9)连接减压阀(2)和流量控制计(3)。
9.根据权利要求7所述的基于图像识别的锂离子电池火灾灭火系统，其特征在于，所述全自动多向位复合喷头(8)包括喷头(81)、第一转轴(82)和第二转轴(83)；喷射管路(7)通过弹性橡胶软管连接喷头(81)，喷头(81)固定安装在第一转轴(82)上，第一转轴(82)安装在第二转轴(83)上；第一转轴(82)能够左右旋转，第二转轴(83)能够上下旋转。
10.根据权利要求7所述的基于图像识别的锂离子电池火灾灭火系统，其特征在于，所述智能控制终端(9)用于根据所述温感探测器(4)、烟感探测器(5)、高速摄像机(6)采集的数据控制灭火剂钢瓶(1)的喷射具体包括：
S1、获取温感探测器(4)与烟感探测器(5)实时采集的数据；根据获取的温感探测器(4)与烟感探测器(5)实时采集的数据判断是否发生火灾；如果是进入步骤S2，否则无动作，继续获取温感探测器(4)与烟感探测器(5)实时采集的数据；
火灾发生判据为：
Figure FDA0003563370570000051
其中，P为是否发生火灾的判据参数；λ1为温升速率权重因子，取值0.02-0.2；T为储能模块的温度；λ2为温差权重因子，取值0.04-0.1；λ3为烟感信号权重因子，取值5-10；F为烟感触发因子，触发时F＝1，不触发时F＝0；当P值达到临界值时判断发生火灾，临界值为5-8；
S2、启用高速摄像机(6)连续拍摄电池模组图像；计算火灾起火点位置、火焰面积及火灾强度，实时计算灭火剂喷射量；
对电池模组进行连续m次的图像拍摄，将每一个所拍摄的RDG图像转化为HSV图像，并提取像素点，以图像中心点为原点，水平和垂直方向分别为x轴和y轴，将1个像素点定义为1，每个像素点i定义坐标为Gi(xi,yi)；
对HSV图像的每个像素点进行色相H，饱和度S，以及亮度V的识别，以H、S、V三个要素的阈值及其范围归一化到[0,1]区域，以最高阈值为1，最低阈值为0，对色相H，饱和度S，以及亮度V表示为图像的标准化参数R(H,S,V)，并获得HSV图像的标准化参数矩阵；矩阵为：
Figure FDA0003563370570000052
所有像素区的颜色表达方式通过R矩阵来表示；
对水平或垂直方向的每个像素点标准化参数色相H，饱和度S，以及亮度V进行积分获得水平梯度算子fx及垂直梯度算子fy；
Figure FDA0003563370570000053
Figure FDA0003563370570000054
对每一个具有相同x坐标的水平梯度算子和具有相同y坐标的垂直梯度算子分别取两个最大值，并提取具有最大值水平梯度算子为水平特征像素点Gx(x,y)，提取具有最大值垂直梯度算子的像素点，为垂直特征像素点Gy(x,y)；
对特征像素点进行降噪处理，以剔除错误的像素点，对每一个特征像素点G(x,y)周围±10个像素点的区域G：
Figure FDA0003563370570000061
进行检索，若区域内存在两个及两个以上其他水平特征像素点及垂直特征像素点则保存特征像素点G(x,y)，反之，则删除；保存的特征像素点为火焰边缘特征像素点；
利用玻尔兹曼拟合方法对保留的像素点进行分段拟合，使拟合的R2大于0.99，获得火焰边缘区域；此拟合后的闭合区域为火焰范围；区域内的y最小值点即为电池着火点；
以火焰范围内的所有像素点i的面积相加的方式定量火焰面积A；
A＝∑Ai
对每个火焰内部像素点i的标准化参数R(H,S,V)中的H、S，V进行加权求和，获得以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B：
Figure FDA0003563370570000062
其中为δ火焰强度矫正因子，取值范围为0.5-1.5，n为火焰区域内像素点数量，B为火焰强度因子；
火灾强度H则通过火焰面积A和以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的特征性方程来表示：
Figure FDA0003563370570000063
其中H为火灾强度，ξ1为火焰面积权重因子，取值范围为9.85-15.68；N为图像内总的像素点数量；ξ2为以像素点特征参数为表征的火焰强度因子B的权重因子取值范围为：3.29-5.56；
以火灾强度H获得灭火剂喷射流量Q：
Figure FDA0003563370570000071
其中，α为火焰强度的权重，取值为5-15；β为火焰强度变化率的权重取值为25-40；dH/dt为火焰强度变化率，为每10s内火焰强度的变化量；
S3、控制全自动多向位复合喷头()方位变化，对准相应起火点位置，智能控制终端(9)控制减压阀(2)和流量控制计(3)，按照灭火剂喷射流量Q喷射灭火剂。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024109939A1 (zh) * 2022-11-26 2024-05-30 深圳市创客工场科技有限公司 灭火控制方法、灭火系统及灭火保护系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001067566A (ja) * 1999-08-30 2001-03-16 Fujitsu Ltd 火災検知装置
CN1943824A (zh) * 2006-09-08 2007-04-11 浙江工业大学 基于全方位视觉传感器的自动消防灭火装置
CN104408706A (zh) * 2014-09-30 2015-03-11 天津艾思科尔科技有限公司 一种基于双波段图像的火灾检测及定位方法
CN110047241A (zh) * 2019-04-27 2019-07-23 刘秀萍 一种森林火灾无人机巡航监控系统
CN112370688A (zh) * 2020-09-30 2021-02-19 上海汽车电器总厂有限公司 一种消防系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001067566A (ja) * 1999-08-30 2001-03-16 Fujitsu Ltd 火災検知装置
CN1943824A (zh) * 2006-09-08 2007-04-11 浙江工业大学 基于全方位视觉传感器的自动消防灭火装置
CN104408706A (zh) * 2014-09-30 2015-03-11 天津艾思科尔科技有限公司 一种基于双波段图像的火灾检测及定位方法
CN110047241A (zh) * 2019-04-27 2019-07-23 刘秀萍 一种森林火灾无人机巡航监控系统
CN112370688A (zh) * 2020-09-30 2021-02-19 上海汽车电器总厂有限公司 一种消防系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024109939A1 (zh) * 2022-11-26 2024-05-30 深圳市创客工场科技有限公司 灭火控制方法、灭火系统及灭火保护系统

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