CN116863678B - 一种基于核电站的灭火消防平台及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电站消防报警技术领域，具体涉及一种基于核电站的灭火消防平台及预警方法。所述基于核电站的灭火消防平台包括：空间构建模块用于构建空间坐标系。三维模型构建模块用于构建核电站区域的三维模型。信息获取模块用于实时获得核电站区域内物料信息。热源确定模块用于确定热源的坐标和温度T。气流感应模块用于感应气流方向和气流大小F。控制中心用于计算获得扩散影响值，并判断扩散影响值Q是否大于影响标准值Q_标，如果是则发送报警信号。通过热源的坐标和温度对设备或者物料进行评价，可以考虑到通道的影响，评价能力强且准确。可以对火灾进行提前预判，避免了火灾的发生，避免了经济、安全损失出现，将危险消灭在萌芽中。

Description

一种基于核电站的灭火消防平台及预警方法

技术领域

本发明涉及核电站消防报警技术领域，具体涉及一种基于核电站的灭火消防平台及预警方法。

背景技术

核电站是指通过适当的装置将核能转变成电能的设施，核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，使核能转变成热能来加热水产生蒸汽。核电站的系统和设备通常由两大部分组成：核的系统和设备，又称为核岛；常规的系统和设备，又称为常规岛。

现有的火电厂、核电厂、工厂、仓库、民用建筑等消防灭火系统中，需要使用消防报警系统，消防报警系统一般由感温探测器、感烟探测器、报警控制盘、声光报警器等设备组成。在系统应用过程中，感温探测器、感烟探测器能够发现火灾，需要火灾发生后才能进行预警，这时候已经造成经济和安全损失，由于核电站发生事故损失和破坏性较大，造成的损失也较大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于核电站的灭火消防平台，所述基于核电站的灭火消防平台包括：

空间构建模块，其用于构建空间坐标系；

三维模型构建模块，其用于构建核电站区域的三维模型，并植入到空间坐标系中；

信息获取模块，其用于实时获得核电站区域内物料信息，并植入到空间坐标系中；物料信息包括物料种类P、体积V_i和对应的燃烧值C_i；

热源确定模块，其用于确定热源的坐标和温度T；

气流感应模块，其用于感应气流方向和气流大小F；

控制中心，与空间构建模块、三维模型构建模块、信息获取模块、热源确定模块电连接，其用于通过气流方向标定扩散向量并计算获得扩散影响值其中D_p为热源到影像设备通道的拐点；根据物料的种类查找一个预先设置种类-影响标准值信息表，从而获得评价设备或者物料的影响标准值Q_标；判断扩散影响值Q是否大于影响标准值Q_标，如果是则发送报警信号。

优选的：所述信息获取模块是摄像机，此时的物料信息则是拍摄的视频，从拍摄视频中获得读取帧图片，从读取帧图片中识别出物料区域，并对物料区域进行处理且获得物料种类P、体积V_i和对应的燃烧值C_i。

优选的：所述物料区域的识别方法包括对读取帧图片进行扫描识别，对读取帧图片进行边线识别获得物料堆积的边沿轮廓线，将边沿轮廓线虚拟化并与读取帧图片进行重合叠放，对读取帧图片按照各个边沿轮廓线进行分割从而获得物料区域。

优选的：所述读取帧图片进行边线识别方法包括对图片进行黑白色处理，然后进行高反差处理并剔除背景，最后对剔除背景后的图片进行查找边缘获得边沿轮廓线。

优选的：所述物料种类P的获得方法包括：将获得的物料区域的图片与一个预先设置的标准物料图片合集进行对比，并从标准物料图片合集中提取相似度最大的图片，并查找图片对应的物料种类P进行提取和标记，获得物料种类P。

优选的：所述燃烧值其中，j是可燃烧物料的编号，M_j为各个包装材料质量，C^j _i为各个包装材料的燃烧值，V_i’为该物料的单个包装体积；所述物料体积V_i的获得方法包括V_i＝∫∫∫xyz。

优选的：所述热源的坐标计算方法包括判断当前温度感应器感应的温度t是否大于一个预先设置的预警温度t_标，如果是，则对该温度感应器进行提取获得温度t_m和坐标(x_m,y_m),m为温度感应器编号；将温度感应器坐标依次连接形成闭合结构；计算获得闭合空间中心坐标(X,Y),其中，其中，M为温度感应器总个数。

优选的：所述温度其中λ为热辐射损失系数。

本发明还提供一种基于核电站的灭火消防预警方法，应用于上述所述一种基于核电站的灭火消防平台，其特征在于，所述基于核电站的灭火消防预警方法包括如下步骤：

S1、构建空间坐标系，所述的空间坐标系覆盖整个核电站区域；

S2、构建核电站区域的三维模型并植入到空间坐标系中；

S3、实时获得核电站区域内物料信息，并植入到对应的空间坐标系中；物料信息包括燃烧值C_i和物料体积V_i，其中i为物料的编号。

S4、确定热源的坐标和温度T，气流方向和气流大小F；

S5、通过气流方向标定扩散向量并计算获得扩散影响值其中D_p为热源到影像设备通道的拐点；

S6、根据物料的种类查找一个预先设置种类-影响标准值信息表，从而获得评价设备或者物料的影响标准值Q_标；

S7、判断扩散影响值Q是否大于影响标准值Q_标，如果是则发送报警信号。

本发明的技术效果和优点：通过热源的坐标和温度评价对设备或者物料进行评价，可以考虑到通道的影响，评价能力强且准确。可以对火灾进行提前预判，避免了火灾的发生，避免了经济、安全损失出现，将危险消灭在萌芽中。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于核电站的灭火消防平台结构框图。

图2为本发明提出的一种基于核电站的灭火消防预警方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

参考图1，在本实施例中提出了一种基于核电站的灭火消防平台，用于对核电站火灾进行监控和报警，所述基于核电站的灭火消防平台包括：

空间构建模块，用于构建空间坐标系，所述的空间坐标系覆盖整个核电站区域，并将整个核电站区域内的建筑及建筑物内部环境和设备置于空间坐标系中，所在区域覆盖露天面积、建筑、建筑物内部等环境。空间构建模块为现有技术，具体在此不做赘述。

三维模型构建模块，用于获得通过BIM构建核电站区域的三维模型，并植入到空间坐标系中，所述的BIM构建为现有技术，三维模型包括核电站区域内各个建筑物、场地、建筑物内部布局、通道、物料堆积、设备标定等，在此不做赘述。

信息获取模块，可以安装在建筑物外部、内部通道、建筑内部空间等，用于实时获得核电站区域内物料信息，信息获取模块可以是摄像机，此时的物料信息则是拍摄的视频，从拍摄视频中获得读取帧图片，从读取帧图片中识别出物料区域，并对物料区域进行处理且获得物料种类P、体积V_i和对应的燃烧值C_i。并将物料种类P、体积V_i植入到对应的空间坐标系中。所述的物料区域的识别方法可以包括对读取帧图片进行扫描识别，对读取帧图片进行边线识别获得物料堆积的边沿轮廓线，将边沿轮廓线虚拟化并与读取帧图片进行重合叠放，对读取帧图片按照各个边沿轮廓线进行分割从而获得物料区域。当然还可以对读取帧图片进行等分分割，然后进行扫描等，具体在此不做具体叙述。通过获得物料区域可以获得各个区块化的图片，而且保证每个区块化的图片内部均有一个物料，从而便于针对性识别，提高了识别的效率，减少了识别周期。所述读取帧图片进行边线识别方法可以包括对图片进行黑白色处理，然后进行高反差处理并剔除背景，最后对剔除背景后的图片进行查找边缘从而获得边沿轮廓线。所述物料种类P的获得方法具体可以包括：将获得的物料区域的图片与一个预先设置的标准物料图片合集进行对比，并从标准物料图片合集中提取相似度最大的图片，并查找图片对应的物料种类P进行提取和标记，从而获得物料种类P。所述的预先设置的标准物料图片合集可以是预先根据可能在建核电站区域出现的物料进行拍摄的照片，例如，物料可以是购入带有外包装原料、安装的设备、草坪、树木等，具体在此不做赘述。根据物料种类P查找一个预先设置的种类-燃烧值信息表，从而获得该物料的燃烧值C_i，其中i为物料的编号。此处的物料种类P并不是物料本身的种类，可以包括物料本身和其外包装，此处的燃烧值C_i也不是物料本身的燃烧值。具体还可以通过对物料各个组分计算燃烧值其中，j是可燃烧物料的编号，具体可以通过查表，或者通过经验获得，M_j为各个包装材料质量，C^j _i为各个包装材料的燃烧值，V_i’为该物料的单个包装体积。例如通过包装箱包装的物料，包装箱、包装泡沫、物料本身等，纸箱的燃烧值C¹ _i为5000kCal/kg,M1＝0.2kg,泡沫的燃烧值C² _i为8000kCal/kg,M₂＝0.02kg,该物料的燃烧值C³ _i为3000kCal/kg,M₃＝3kg,V_i’＝0.5m³则C_i＝(5000×0.2+8000×0.02+3000×3)/0.5＝20320kCal/m³在此不做赘述。所述物料体积V_i的获得方法包括V_i＝∫∫∫xyz。信息获取模块还可以是摄像头与雷达扫描仪组合等，具体在此不做赘述。摄像头与雷达扫描仪组合可以通过视频分析物料种类和通过雷达获得物料模型进行计算，计算更加准确和方便。

热源确定模块，用于确定热源的坐标(x，y，z)和温度T，所述的热源确定模块可以是多个红外摄像头或者温度感应器，多个红外摄像头或者温度感应器阵列设置或者按照实际情况排布，并且最大可能的覆盖所有的核电站区域，包括建筑物外或者建筑物内，具体在此不做赘述。例如，热源确定模块为温度感应器，温度感应器设置在核电站区域内部，通过温度感应器感应热源的温度，并根据温度感应器坐标确定热源的坐标。具体的温度T的计算方法可以包括判断当前温度感应器感应的温度t是否大于一个预先设置的预警温度t_标，如果是则进行收集，此处的预警温度t_标并不是一个固定的温度，可以是温度感应器周围各个设备、物料的最小预警温度，可以根据设备的使用说明书、物料的受损温度等构建。可以将各个预警温度t_标植入到三维模型中，坐标系可以形成不同预警温度梯度三维模型坐标系，如果当前温度感应器感应的温度t大于一个预先设置的预警温度t_标，则对该温度感应器进行提取获得温度t_m和坐标(x_m,y_m),m为温度感应器编号，将温度感应器坐标依次连接形成闭合结构。计算获得闭合空间中心坐标(X,Y),其中，其中，M为温度感应器总个数，例如温度感应器温度有两个，分别是80℃和90℃，两个温度感应器温度的坐标分别是(1002,3125)和(2032,1125)，则计算X＝(1002×80+2032×90)/170＝1547,Y＝(2032×80+1125×90)/170＝1552,则闭合空间中心坐标(1547,1552)。当然还有其他的计算方式，具体在此不做赘述。由此可以计算获得中心的温度其中λ为热辐射损失系数，为1米空气热传导损失温度，具体在此不做赘述。

气流感应模块，用于感应气流方向和气流大小F，气流感应模块为现有技术，可以是扇叶和指向叶配合结构，指向叶指向风力方向，扇叶的转动速度标定气流大小F，具体在此不做赘述。

控制中心，与空间构建模块、三维模型构建模块、信息获取模块、热源确定模块电连接，用于获得热源的坐标(x，y，z)、温度T、气流方向和气流大小F，通过气流方向标定扩散向量计算获得扩散影响值其中D_p为热源到影像设备通道的拐点，p为拐点编号，D₀为热源坐标，μ为调节参数，可以根据拐点情况，影响大小确定。例如一个由完全封闭的墙面构成通道为μ＝0.01，当然通道的横面积也有影响，如果热源与评价设备之间没有阻挡物，则μ＝1。(x_p,y_p)为D_p坐标，D_p坐标可以通过构建通道为直线,直线的交叉点为D_p坐标，具体在此不做赘述。此处的计算是基于二维平面进行计算，可以理解为核电站俯视平面，三维坐标进行降维处理获得俯视平面二维坐标系，这种计算方式的技术是上下方温度影响的形式出现的较小，或者扩散较快无法进行干预，在此不做考虑。根据物料的种类查找一个预先设置种类-影响标准值信息表，从而获得评价设备或者物料的影响标准值Q_标，判断扩散影响值Q是否大于影响标准值Q_标，如果是则发送报警信号，如果否，则不发送报警信号，种类-影响标准值信息表可以根据设备、物料的耐受温度、防护措施等或者通过经验进行设置，例如带有纸片包装箱的物料，则影响标准值Q_标可以为130～255.5℃，具体需要看纸片种类等。通过热源的坐标和温度评价对设备或者物料进行评价，可以考虑到通道的影响，评价能力强且准确。

实施例2

参考图2，在本实施例中提出了一种基于核电站的灭火消防预警方法，包括如下步骤：

S1、构建空间坐标系，所述的空间坐标系覆盖整个核电站区域；

S2、构建核电站区域的三维模型并植入到空间坐标系中；

S3、实时获得核电站区域内物料信息，并植入到对应的空间坐标系中；物料信息包括燃烧值C_i和物料体积V_i，其中i为物料的编号。

S4、确定热源的坐标和温度T，气流方向和气流大小F；

S5、通过气流方向标定扩散向量并计算获得扩散影响值其中D_p为热源到影像设备通道的拐点；

S6、根据物料的种类查找一个预先设置种类-影响标准值信息表，从而获得评价设备或者物料的影响标准值Q_标；

S7、判断扩散影响值Q是否大于影响标准值Q_标，如果是则发送报警信号。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (9)

1.一种基于核电站的灭火消防平台，其特征在于，所述基于核电站的灭火消防平台包括：

空间构建模块，其用于构建空间坐标系；

三维模型构建模块，其用于构建核电站区域的三维模型，并植入到空间坐标系中；

信息获取模块，其用于实时获得核电站区域内物料信息，并植入到空间坐标系中；物料信息包括物料种类P、体积V_i和对应的燃烧值C_i，i为物料的编号；

热源确定模块，其用于确定热源的坐标和温度T；

气流感应模块，其用于感应气流方向和气流大小F；

控制中心，与空间构建模块、三维模型构建模块、信息获取模块、热源确定模块电连接，其用于通过气流方向标定扩散向量并计算获得扩散影响值其中,p为拐点编号；D₀为热源坐标，μ为调节参数，λ为热辐射损失系数，为1米空气热传导损失温度，D_p为热源到影像设备通道的拐点；i为物料的编号；根据物料的种类查找一个预先设置种类-影响标准值信息表，从而获得评价设备或者物料的影响标准值Q_标；判断扩散影响值Q是否大于影响标准值Q_标，如果是则发送报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于核电站的灭火消防平台，其特征在于，所述信息获取模块是摄像机，此时的物料信息则是拍摄的视频，从拍摄视频中获得读取帧图片，从读取帧图片中识别出物料区域，并对物料区域进行处理且获得物料种类P、体积V_i和对应的燃烧值C_i。

3.根据权利要求2所述的一种基于核电站的灭火消防平台，其特征在于，所述物料区域的识别方法包括对读取帧图片进行扫描识别，对读取帧图片进行边线识别获得物料堆积的边沿轮廓线，将边沿轮廓线虚拟化并与读取帧图片进行重合叠放，对读取帧图片按照各个边沿轮廓线进行分割从而获得物料区域。

4.根据权利要求3所述的一种基于核电站的灭火消防平台，其特征在于，所述读取帧图片进行边线识别方法包括对图片进行黑白色处理，然后进行高反差处理并剔除背景，最后对剔除背景后的图片进行查找边缘获得边沿轮廓线。

5.根据权利要求4所述的一种基于核电站的灭火消防平台，其特征在于，所述物料种类P的获得方法包括：将获得的物料区域的图片与一个预先设置的标准物料图片合集进行对比，并从标准物料图片合集中提取相似度最大的图片，并查找图片对应的物料种类P进行提取和标记，获得物料种类P。

6.根据权利要求1所述的一种基于核电站的灭火消防平台，其特征在于，所述燃烧值其中，j是可燃烧物料的编号，n为燃烧物料的总数；M_j为各个可燃烧物料质量，C^j _i为编号为i的物料中各个可燃烧物料的燃烧值，V_i’为该物料的单个包装体积；所述物料体积V_i的获得方法包括V_i＝∫∫∫xyz。

7.根据权利要求1所述的一种基于核电站的灭火消防平台，其特征在于，所述热源的坐标计算方法包括判断当前温度感应器感应的温度t是否大于一个预先设置的预警温度t_标，如果是，则对该温度感应器进行提取获得温度t_m和坐标(x_m,y_m),m为温度感应器编号；将温度感应器坐标依次连接形成闭合结构；计算获得闭合空间中心坐标(X,Y),其中，其中，m为温度感应器编号。

8.根据权利要求7所述的一种基于核电站的灭火消防平台，其特征在于，所述温度其中λ为热辐射损失系数。

9.一种基于核电站的灭火消防预警方法，应用于权利要求1-8任一项所述一种基于核电站的灭火消防平台，其特征在于，所述基于核电站的灭火消防预警方法包括如下步骤：

S1、构建空间坐标系，所述的空间坐标系覆盖整个核电站区域；

S2、构建核电站区域的三维模型并植入到空间坐标系中；

S3、实时获得核电站区域内物料信息，并植入到对应的空间坐标系中；物料信息包括燃烧值C_i和物料体积V_i，其中i为物料的编号；

S4、确定热源的坐标和温度T，气流方向和气流大小F；

S5、通过气流方向标定扩散向量并计算获得扩散影响值其中p为拐点编号；D₀为热源坐标，μ为调节参数，λ为热辐射损失系数,D_p为热源到影像设备通道的拐点；i为物料的编号；

S6、根据物料的种类查找一个预先设置种类-影响标准值信息表，从而获得评价设备或者物料的影响标准值Q_标；

S7、判断扩散影响值Q是否大于影响标准值Q_标，如果是则发送报警信号。