CN115779298B - 一种用于长大交通隧道的精确制导灭火系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于长大交通隧道的精确制导灭火系统，涉及交通隧道灭火技术领域，包括监控中心、控制终端、灭火无人机、无人机充电模块、灭火剂供应装置和无人机固定装置和若干火场探测模块；当隧道内对应位置发生火灾时，通过火场探测模块可自动感应到火场位置，灭火无人机自动飞到火场位置进行灭火作业，当灭火无人机内部的灭火剂储量过少时，会自动飞回停机区补充灭火剂，当灭火无人机的电量过少时，可自动进行充电，确保能连续多次作业，并将火扑灭，在灭火无人机停留于停机区时，由于通过无人机固定装置固定，因此能确保灭火无人机稳定的停留于停机区；本发明实现了远距离、高效、安全的灭火作业，能迅速扑灭或抑制火灾，避免人员伤亡。

Description

一种用于长大交通隧道的精确制导灭火系统

技术领域

本发明涉及长度和内部空间均较大的交通隧道的自动灭火技术领域，具体而言，涉及一种用于长大交通隧道的精确制导灭火系统。

背景技术

为保证行车安全，提高行车效率，通常在长大隧道内设置隧道监控系统，除了监控隧道内通风、照明以及行车情况，在必要时候发布诱导和指导性信息外，还设置有隧道消防系统，从而确定合理、有效的消防安全措施。目前，交通隧道的消防管理系统的主要功能是：自动探测区域内火灾发生时的热、光和烟雾，基于探测结果发出声光报警并联动其他设备，控制自动灭火系统、紧急广播、事故照明，消防给水和排烟系统等，实现探测、报警和灭火的自动化。但是目前的隧道灭火系统自动化程度较低，往往需要结合远程操作才能起到一定的效果。此外，由于灭火装置一般为固定安装，其覆盖部位可能会因为车辆遮挡等问题出现死角，难以实现对火场的精确灭火作业。

发明内容

本发明在于提供一种用于长大交通隧道的精确制导灭火系统，其能够缓解上述问题。

为了缓解上述的问题，本发明采取的技术方案如下：

一种用于长大交通隧道的精确制导灭火系统，包括监控中心、控制终端、灭火无人机、无人机充电模块、灭火剂供应装置和无人机固定装置和若干火场探测模块；所述交通隧道的洞口侧部设置有停机区，所述控制终端、灭火无人机、无人机充电模块、灭火剂供应装置和无人机固定装置均装配于所述停机区，所述火场探测模块沿所述交通隧道的长度方向等距离布置；

所述控制终端和监控中心远程无线通信连接，所述灭火无人机、无人机充电模块、灭火剂供应装置、无人机固定装置和火场探测模块均通信连接于所述控制终端；

所述火场探测模块用于实时采集所述交通隧道的火场位置数据，并将采集到的火场位置数据发送至所述控制终端；

所述灭火无人机设置有灭火剂储量低位阈值、灭火剂储量高位阈值和电量报警阈值；

当所述灭火无人机内的灭火剂储量达到所述灭火剂储量低位阈值时，向所述控制终端发送低位报警数据；当所述灭火无人机内的灭火剂储量达到所述灭火剂储量高位阈值时，向所述控制终端发送高位报警数据；当所述灭火无人机的电量小于所述电量报警阈值时，向所述控制终端发送电量报警数据；

当所述灭火无人机接收到来自于所述控制终端的灭火指令，且内部的灭火剂储量高于所述灭火剂储量低位阈值时，则飞至火场位置喷洒灭火剂灭火，否则飞至所述停机区停留；

当所述控制终端接收到所述低位报警数据时，控制所述灭火剂供应装置向所述灭火无人机补充灭火剂；当所述控制终端接收到所述高位报警数据时，控制所述灭火剂供应装置停止向所述灭火无人机补充灭火剂；

当所述控制终端接收到所述电量报警数据时，控制所述无人机充电模块对所述灭火无人机充电；

当所述灭火无人机停留至所述停机区时，所述控制终端控制所述无人机固定装置固定所述灭火无人机；所述控制终端根据火场位置数据，向所述灭火无人机发出灭火指令，同时控制所述无人机固定装置松开所述灭火无人机；

所述控制终端实时将本地的所有数据均无线传输至所述监控中心。

在本发明的一较佳实施方式中，

所述灭火无人机装配有温度传感器，用于实时采集环境温度数据；

所述灭火无人机实时将所述环境温度数据发送至所述控制终端；

在所述火场位置，所述灭火无人机，自动对环境温度高于温度阈值的相应位置喷洒灭火剂精确灭火。

在本发明的一较佳实施方式中，所述灭火无人机在所述交通隧道内的飞行时，保持在同一飞行高度位置，但当飞行前方出现障碍物时能够自动避障。

为了实现能自动避障，本发明所采用的灭火无人机可以装载路径规划程序，在确定好路径起点和终点后，灭火无人机可执行路径规划程序，在从起到到达终点的过程中，自动规划最短的能自动避障的飞行路径。

在本发明的一较佳实施方式中，所述停机区水平设置有停机板，所述停机板竖直固定有定位补给管；当所述灭火无人机停留于所述停机区时，其支脚架支撑于所述停机板，其灭火剂喷口对接于所述定位补给管的灭火剂通道的上端，所述定位补给管的灭火剂通道下端与所述灭火剂供应装置连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述停机板水平布置，且下板面通过三角支撑板连接于所述停机区的侧壁；所述定位补给管上下贯穿所述停机板，且通过法兰固定于所述停机板。

在本发明的一较佳实施方式中，所述灭火无人机的灭火剂喷出通道设置有电磁开关阀；当所述灭火无人机需要从所述灭火剂喷口正向喷出灭火剂，或需要从所述灭火剂喷口反向补充灭火剂时，所述灭火无人机控制所述电磁开关阀开启，否则关闭。

在本发明的一较佳实施方式中，所述灭火剂供应装置包括灭火剂储存箱和通信连接于所述控制终端的灭火剂输送泵，所述灭火剂输送泵的进口与所述灭火剂储存箱连通，出口与所述定位补给管的灭火剂通道的下端连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述停机板安装有朝向所述灭火无人机的风机，所述风机通信连接于所述控制终端，所述控制终端定期控制所述风机向所述灭火无人机喷射，清除所述灭火无人机表面的尘埃。

在本发明的一较佳实施方式中，所述无人机固定装置包括通信连接于所述控制终端的真空泵，固定于所述灭火剂喷口外壁的水平定位板和设置于所述定位补给管管壁的抽吸通道；所述定位补给管的顶端围绕所述灭火剂通道均匀设置有若干顶吸口，所述定位补给管的外壁设置有与所述真空泵的抽真空口连通的底吸口，所述顶吸口和底吸口通过所述抽吸通道连通；当所述灭火无人机停留于所述停机区时，所述水平定位板弹性接触于所述定位补给管的上端，并将所述顶吸口全部覆盖。

在本发明的一较佳实施方式中，所述充电模块的电源输出端子设置于所述定位补给管的顶端；所述灭火无人机的充电端口设置于所述定位板的下表面，当所述灭火无人机停留于所述停机区，且灭火剂喷口对接于所述定位补给管的灭火剂通道的上端时，所述充电端子对应导接于所述灭火无人机的充电端口，以能为所述灭火无人机的充电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

当隧道内对应位置发生火灾时，可自动感应到火场位置，灭火无人机自动飞到火场位置进行精确灭火作业，当灭火无人机内部的灭火剂储量过少时，会自动飞回停机区补充灭火剂，当灭火无人机的电量过少时，可自动进行充电，确保能连续多次作业，并将火扑灭，在灭火无人机停留于停机区时，由于通过无人机固定装置固定，因此能确保灭火无人机稳定的停留于停机区；本发明实现了远距离、高效、安全的灭火作业，达到迅速扑灭或抑制火灾，避免人员伤亡的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明所述精确制导灭火系统的应用示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本发明所述定位补给管的俯视结构示意图；

图4是本发明所述精确制导灭火系统的结构示意框图；

图中：1-交通隧道，2-火场探测模块，3-停机区，4-灭火无人机，5-真空泵，6-灭火剂输送泵，7-灭火剂储存箱，8-控制终端，9-风机，10-停机板，11-无人机充电模块，12-灭火剂喷口，13-电磁开关阀，14-定位板，15-定位补给管，16-底吸口，17-温度传感器，18-灭火剂通道，19-顶吸口，20-充电端子，21-无人机固定装置，22-监控中心，23-灭火剂供应装置。

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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

请参照图1和图4，本发明公开了一种用于长大交通隧道的精确制导灭火系统，包括监控中心22、控制终端8、灭火无人机4、无人机充电模块11、灭火剂供应装置23和无人机固定装置21和若干火场探测模块2。

其中，交通隧道1的洞口侧部设置有停机区3，控制终端8、灭火无人机4、无人机充电模块11、灭火剂供应装置23和无人机固定装置21均装配于停机区3，火场探测模块2沿交通隧道1的长度方向等距离布置。

为了不影响交通运行，停机区3可以为开设于交通隧道1侧壁的凹陷区。

为了实现数据交互，控制终端8和监控中心22远程无线通信连接，灭火无人机4、无人机充电模块11、灭火剂供应装置23、无人机固定装置21和火场探测模块2均通信连接于控制终端8。

由于停机区3位于交通隧道1的洞口，因此控制终端8与监控中心22距离虽远，但是只要确保附近信号基站足够，就能确保数据传输的稳定性。

由于应用场景为长大的交通隧道1，且火场探测模块2自身不能移动，因此为了确保数据能有效传输，火场探测模块2与控制终端8可构建有线通信方式。

火场探测模块2用于实时采集交通隧道1的火场位置数据，并将采集到的火场位置数据发送至控制终端8。

灭火无人机4设置有灭火剂储量低位阈值、灭火剂储量高位阈值和电量报警阈值；

当灭火无人机4内的灭火剂储量达到灭火剂储量低位阈值时，向控制终端8发送低位报警数据；当灭火无人机4内的灭火剂储量达到灭火剂储量高位阈值时，向控制终端8发送高位报警数据；当灭火无人机4的电量小于电量报警阈值时，向控制终端8发送电量报警数据；

当灭火无人机4接收到来自于控制终端8的灭火指令，且内部的灭火剂储量高于灭火剂储量低位阈值时，则飞至火场位置喷洒灭火剂灭火，否则飞至停机区3停留；

当控制终端8接收到低位报警数据时，控制灭火剂供应装置23向灭火无人机4补充灭火剂；当控制终端8接收到高位报警数据时，控制灭火剂供应装置23停止向灭火无人机4补充灭火剂；

当控制终端8接收到电量报警数据时，控制无人机充电模块11对灭火无人机4充电；

当灭火无人机4停留至停机区3时，控制终端8控制无人机固定装置21固定灭火无人机4；控制终端8根据火场位置数据，向灭火无人机4发出灭火指令，同时控制无人机固定装置21松开灭火无人机4。

控制终端8实时将本地的所有数据均无线传输至监控中心22，监控中心22可根据这些数据采取无人机自动灭火外的其它措施。

在本发明中，灭火无人机4中的灭火剂储量可用液位传感器或者重量传感器监测。

一般情况下，灭火无人机4内的灭火剂储量低位阈值对应的灭火剂储量，以足够扑灭10平方米的火焰为佳。

在本发明的一可选实施例中，如图2所示，灭火无人机4装配有温度传感器17，用于实时采集环境温度数据；灭火无人机4实时将环境温度数据发送至控制终端8；在火场位置，灭火无人机4，自动对环境温度高于温度阈值的相应位置喷洒灭火剂精确灭火。

在本实施例中，温度阈值一般可以设置为50摄氏度以上。除了受到控制终端8的控制外，灭火无人机4到达火场区域后，就可根据温度传感器17监测到的环境温度数据，对该区域进行更佳精确的灭火作业。

在本发明的一可选实施例中，灭火无人机4在交通隧道1内的飞行时，保持在同一飞行高度位置，且该高度大于5米。

在本实施例中，由于飞行高度保持不变，因此，灭火无人机4的路径规划只需要在水平的二维方向上进行。

灭火无人机4找寻火场位置的方法可以有很多种，现列举其中一种：

在灭火无人机4飞行高度保持不变的情况下，只需构建水平的平面坐标系即可，例如隧道长度方向为X轴，宽度方向为Y轴，灭火无人机4停留区为坐标原点，如此便构建好XOY坐标系，在安装时已知各火场探测模块2的坐标范围(即该火场探测模块2所负责的隧道探测区域段)，对于某一火场探测模块2，若其监测到火场位置后，则将其对应的坐标范围作为火场位置数据发送至控制终端8，若有相邻的两个火场探测模块2均监测到火场位置，则控制终端8接收到两个火场位置数据，控制终端8根据先后顺序控制灭火无人机4先后对两个火场位置进行灭火。

在本发明的一可选实施例中，如图1、2所示，停机区3水平设置有停机板10，停机板10竖直固定有定位补给管15；当灭火无人机4停留于停机区3时，其支脚架支撑于停机板10，其灭火剂喷口12对接于定位补给管15的灭火剂通道18的上端，定位补给管15的灭火剂通道18下端与灭火剂供应装置23连接。

在本发明的一可选实施例中，停机板10水平布置，且下板面通过三角支撑板连接于停机区3的侧壁；定位补给管15上下贯穿停机板10，且通过法兰固定于停机板10。

在本发明的一可选实施例中，灭火无人机4的灭火剂喷出通道设置有电磁开关阀13；当灭火无人机4需要从灭火剂喷口12正向喷出灭火剂，或者需要从灭火剂喷口12反向补充灭火剂时，灭火无人机4控制电磁开关阀13开启，否则关闭。

在本发明的一可选实施例中，灭火剂供应装置23包括灭火剂储存箱7和通信连接于控制终端8的灭火剂输送泵6，灭火剂输送泵6的进口与灭火剂储存箱7连通，出口与定位补给管15的灭火剂通道18的下端连接。

在本发明的一可选实施例中，如图1所示，停机板10安装有朝向灭火无人机4的风机9，风机9通信连接于控制终端8，控制终端8定期控制风机9向灭火无人机4吹风，清除灭火无人机4表面的灰尘。

由于灭火无人机4在长时间放置后，可能会堆积灰尘，因此在本实施例中设计了用于除尘的风机9。

在本发明的一可选实施例中，如图1、2、3所示，无人机固定装置21包括通信连接于控制终端8的真空泵5，固定于灭火剂喷口12外壁的水平定位板14和设置于定位补给管15的管壁的抽吸通道；定位补给管15的顶端围绕灭火剂通道18均匀设置有若干顶吸口19，定位补给管15的外壁设置有与真空泵5的抽真空口连通的底吸口16，顶吸口19和底吸口16通过抽吸通道连通；当灭火无人机4停留于停机区3时，水平定位板14弹性接触于定位补给管15的上端，并将顶吸口19全部覆盖。

在本发明的一可选实施例中，充电模块的电源输出端子设置于定位补给管15的顶端；灭火无人机4的充电端口设置于定位板14的下表面，当灭火无人机4停留于停机区3，且灭火剂喷口12对接于定位补给管15的灭火剂通道18的上端时，充电端子20对应导接于灭火无人机4的充电端口，以能为灭火无人机4的充电。

在本实施例中，充电模块连接充电端子20的输电线可布置在设置于定位补给管15管壁的抽吸通道，从内部连接充电端子20，而不从侧方向连接，避免影响定位板14和定位补给管15上端的紧密装配。

为了使灭火无人机4快速调整至充电姿态，使充电模块的充电端子20接触于灭火无人机4的充电端口(即灭火无人机4的充电端子20)，可在定位板14和定位补给管15上端之间设置导向结构，例如在定位补给管15上端设置两根竖直的不同轴向形状的导向杆，在定位板14开设两个不同形状的导向孔，两根导向杆的形状与两个导向孔的形状一一对应，当两个导向孔分别套于两个导向孔时，能确保灭火无人机4竖直向下移动时，能将充电端子20接触于灭火无人机4的充电端口。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于长大交通隧道的精确制导灭火系统，其特征在于，包括监控中心、控制终端、灭火无人机、无人机充电模块、灭火剂供应装置和无人机固定装置和若干火场探测模块；所述交通隧道的洞口侧部设置有停机区，所述控制终端、灭火无人机、无人机充电模块、灭火剂供应装置和无人机固定装置均装配于所述停机区，所述火场探测模块沿所述交通隧道的长度方向等距离布置；

所述控制终端和监控中心远程无线通信连接，所述灭火无人机、无人机充电模块、灭火剂供应装置、无人机固定装置和火场探测模块均通信连接于所述控制终端；

所述火场探测模块用于实时采集所述交通隧道的火场位置数据，并将采集到的火场位置数据发送至所述控制终端；

所述灭火无人机设置有灭火剂储量低位阈值、灭火剂储量高位阈值和电量报警阈值；

当所述灭火无人机内的灭火剂储量达到所述灭火剂储量低位阈值时，向所述控制终端发送低位报警数据；当所述灭火无人机内的灭火剂储量达到所述灭火剂储量高位阈值时，向所述控制终端发送高位报警数据；当所述灭火无人机的电量小于所述电量报警阈值时，向所述控制终端发送电量报警数据；

当所述灭火无人机接收到来自于所述控制终端的灭火指令，且内部的灭火剂储量高于所述灭火剂储量低位阈值时，则飞至火场位置喷洒灭火剂灭火，否则飞至所述停机区停留；

当所述控制终端接收到所述低位报警数据时，控制所述灭火剂供应装置向所述灭火无人机补充灭火剂；当所述控制终端接收到所述高位报警数据时，控制所述灭火剂供应装置停止向所述灭火无人机补充灭火剂；

当所述控制终端接收到所述电量报警数据时，控制所述无人机充电模块对所述灭火无人机充电；

当所述灭火无人机停留至所述停机区时，所述控制终端控制所述无人机固定装置固定所述灭火无人机；所述控制终端根据火场位置数据，向所述灭火无人机发出灭火指令，同时控制所述无人机固定装置松开所述灭火无人机；

所述控制终端实时将本地的所有数据均无线传输至所述监控中心；

所述停机区水平设置有停机板，所述停机板竖直固定有定位补给管；当所述灭火无人机停留于所述停机区时，其支脚架支撑于所述停机板，其灭火剂喷口对接于所述定位补给管的灭火剂通道上端，所述定位补给管的灭火剂通道下端与所述灭火剂供应装置连接；

所述灭火剂供应装置包括灭火剂储存箱和通信连接于所述控制终端的灭火剂输送泵，所述灭火剂输送泵的进口与所述灭火剂储存箱连通，出口与所述定位补给管的灭火剂通道下端连接；

所述无人机固定装置包括通信连接于所述控制终端的真空泵，固定于所述灭火剂喷口外壁的水平定位板和设置于所述定位补给管管壁的抽吸通道；所述定位补给管的顶端围绕所述灭火剂通道均匀设置有若干顶吸口，所述定位补给管的外壁设置有与所述真空泵的抽真空口连通的底吸口，所述顶吸口和底吸口通过所述抽吸通道连通；当所述灭火无人机停留于所述停机区时，所述水平定位板弹性接触于所述定位补给管的上端，并将所述顶吸口全部覆盖。

2.根据权利要求1所述的精确制导灭火系统，其特征在于，

所述灭火无人机装配有温度传感器，用于实时采集环境温度数据；

所述灭火无人机实时将所述环境温度数据发送至所述控制终端；

在所述火场位置，所述灭火无人机，自动对环境温度高于温度阈值的相应位置喷洒灭火剂精确灭火。

3.根据权利要求1或2所述的精确制导灭火系统，其特征在于，所述灭火无人机在所述交通隧道内的飞行时，保持在同一飞行高度位置，但当飞行前方出现障碍物时能够自动避障。

4.根据权利要求1所述的精确制导灭火系统，其特征在于，所述停机板水平布置，且下板面通过三角支撑板连接于所述停机区的侧壁；所述定位补给管上下贯穿所述停机板，且通过法兰固定于所述停机板。

5.根据权利要求1所述的精确制导灭火系统，其特征在于，所述灭火无人机的灭火剂喷出通道设置有电磁开关阀；当所述灭火无人机需要从所述灭火剂喷口正向喷出灭火剂，或需要从所述灭火剂喷口反向补充灭火剂时，所述灭火无人机控制所述电磁开关阀开启，否则关闭。

6.根据权利要求1所述的精确制导灭火系统，其特征在于，所述停机板安装有朝向所述灭火无人机的风机，所述风机通信连接于所述控制终端，所述控制终端定期控制所述风机向所述灭火无人机喷射，清除所述灭火无人机表面的尘埃。

7.根据权利要求1所述的精确制导灭火系统，其特征在于，所述充电模块的电源输出端子设置于所述定位补给管的顶端；所述灭火无人机的充电端口设置于所述定位板的下表面，当所述灭火无人机停留于所述停机区，且灭火剂喷口对接于所述定位补给管的灭火剂通道上端时，所述充电端子对应导接于所述灭火无人机的充电端口，以能为所述灭火无人机的充电。