CN117274021A - 一种基于卡尔曼滤波的火焰控制方法及系统 - Google Patents

一种基于卡尔曼滤波的火焰控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于卡尔曼滤波的火焰控制方法及系统，属于火焰控制技术领域，本发明的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法及系统，在同一竖直平面内矩阵式布设多个燃料释放点；利用卡尔曼滤波器估计水枪下一时刻的位置和姿态；计算估计出的位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；将最小夹角所对应的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点；拟关闭燃料释放点在下一时刻被关闭，准确控制火焰。因此，本发明的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法及系统，利用卡尔曼滤波器准确估计出水枪下一时刻的位置和姿态，并找出拟关闭燃料释放点，准确控制火焰，解决了现有技术中火焰控制准确性差的技术问题。

Description

一种基于卡尔曼滤波的火焰控制方法及系统
技术领域
本发明属于火焰控制技术领域，具体地说，是涉及一种基于卡尔曼滤波的火焰控制方法及系统。
背景技术
现有船舶消防训练系统主要是通过人为判断对消防员灭火训练进行评判，从而对火势大小进行控制，达到训练目的。
灭火训练设施可以模拟火势蔓延。灭火训练设施的性能取决于模拟灭火过程的逼真度以及对训练成绩的有效评估性能。目前，火焰控制是许多领域中重要的应用之一，如工业加热、燃烧系统和火灾监测等。然而，现有的火焰控制在准确性和实时性方面比较差。
发明内容
本发明提供了一种基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，解决了现有技术中火焰控制准确性差的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，包括：
在同一竖直平面内矩阵式布设多个燃料释放点；
利用卡尔曼滤波器估计水枪下一时刻的位置和姿态；
计算估计出的位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；
将最小夹角所对应的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点。
本申请一些实施例中，所述控制方法还包括：
获取水枪的实时位置；
判断水枪的实时位置与上一时刻估计出的位置是否一致；
若一致，则将上一时刻获得的拟关闭燃料释放点关闭；
若不一致，则计算实时位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；将其中最小夹角所对应的燃料释放点关闭。
本申请一些实施例中，所述控制方法还包括：
获取消防模拟训练难度等级；
根据消防模拟训练难度等级调节燃料释放点的燃料释放量。
本申请一些实施例中，所述调节燃料释放点的燃料释放量，具体包括：
调节燃料释放点的燃料释放速率或/和口径大小。
本申请一些实施例中，每个燃料释放点处以及每个燃料释放点的上方均设置有氧气传感器；
利用氧气传感器检测氧气浓度；
当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度均低于第一设定浓度时，判定火势在减小；
当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度均低于第二设定浓度时，判定该燃料释放点熄灭，则关闭该燃料释放点；
其中，第一设定浓度大于第二设定浓度。
一种基于卡尔曼滤波的火焰控制系统，包括：
多个燃料释放点，所述多个燃料释放点矩阵式布设在同一竖直平面内；
卡尔曼滤波器，其用于估计水枪下一时刻的位置和姿态；
第一夹角计算模块，其用于计算估计出的位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；
预估燃料释放点模块，其用于将最小夹角所对应的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点；
定位模块，其用于获取水枪的实时位置；
判断模块，其用于判断水枪的实时位置与上一时刻估计出的位置是否一致；
第二夹角计算模块，其用于计算实时位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；
控制模块，其用于在位置一致时将上一时刻获得的拟关闭燃料释放点关闭；在位置不一致时将所述第二夹角计算模块计算出的最小夹角所对应的燃料释放点关闭。
本申请一些实施例中，所述控制系统还包括：
难度等级获取模块，其用于获取消防模拟训练难度等级；
所述控制模块，还用于根据消防模拟训练难度等级调节燃料释放点的燃料释放量。
本申请一些实施例中，所述控制模块，具体用于调节燃料释放点的燃料释放速率或/和口径大小。
本申请一些实施例中，每个燃料释放点处以及每个燃料释放点的上方均设置有氧气传感器；
利用氧气传感器检测氧气浓度；
所述控制模块，还用于：
当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度均低于第一设定浓度时，判定该燃料释放点的火势在减小；
当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度均低于第二设定浓度时，判定该燃料释放点熄灭，则关闭该燃料释放点；
其中，第一设定浓度大于第二设定浓度。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法及系统，在同一竖直平面内矩阵式布设多个燃料释放点；利用卡尔曼滤波器估计水枪下一时刻的位置和姿态；计算估计出的位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；将最小夹角所对应的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点；拟关闭燃料释放点在下一时刻被关闭，准确控制火焰。因此，本发明的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法及系统，利用卡尔曼滤波器准确估计出水枪下一时刻的位置和姿态，并找出拟关闭燃料释放点，准确控制火焰，解决了现有技术中火焰控制准确性差的技术问题。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明所提出的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法的一个实施例的流程图；
图2是本发明所提出的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法的又一个实施例的流程图；
图3是本发明所提出的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法的再一个实施例的流程图；
图4是燃料释放点和氧气传感器的布设图；
图5是消防栓的结构示意图；
图6是水枪的结构示意图；
图7是水枪的空间位置示意图；
图8是本发明所提出的基于卡尔曼滤波的火焰控制系统的一个实施例的结构框图。
附图标记：
1、消防栓；2、流量监测模块；
3、水枪；4、惯性测量模块；5、定位模块。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例一、本实施例的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，主要包括下述步骤，参见图1所示。
步骤S11：在同一竖直平面内矩阵式布设多个燃料释放点。
多个燃料释放点矩阵式布设在一个竖直平面上。
燃料释放点的打开和关闭可以控制，燃料释放点的燃料释放量可以调节。
消防水枪面对该竖直平面，利用消防水枪对燃料释放点灭火。
步骤S12：利用卡尔曼滤波器估计水枪下一时刻的位置和姿态。
步骤S13：计算估计出的位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角。
步骤S14：将最小夹角所对应的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点。
最小的夹角所对应的燃料释放点，与估计的水枪下一时刻的位置最吻合。因此，将最小夹角所对应的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点。
在下一时刻，将该拟关闭燃料释放点关闭。
通过卡尔曼滤波器准确估计水枪下一时刻的位置和姿态，并将与估计出的水枪下一时刻的位置最吻合的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点，在下一时刻将该拟关闭燃料释放点关闭，从而对火焰准确进行控制，准确模拟消防训练。
本实施例的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，在同一竖直平面内矩阵式布设多个燃料释放点；利用卡尔曼滤波器估计水枪下一时刻的位置和姿态；计算估计出的位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；将最小夹角所对应的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点；拟关闭燃料释放点在下一时刻被关闭，准确控制火焰。因此，本实施例的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，利用卡尔曼滤波器准确估计出水枪下一时刻的位置和姿态，并找出拟关闭燃料释放点，准确控制火焰，解决了现有技术中火焰控制准确性差的技术问题。
本实施例的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，是一种高效、精确且实时的火焰控制算法，可以用于船舶的消防训练装置，以对火焰进行准确控制。
本申请又一些实施例中，基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，还包括下述步骤，参见图2所示。
步骤S21：获取水枪的实时位置。
在消防水枪上设置有定位模块、惯性测量模块，分别用于获取消防水枪的实时位置、实时姿态。
步骤S22：判断水枪的实时位置与上一时刻估计出的位置是否一致。
若一致，则执行步骤S23：将上一时刻获得的拟关闭燃料释放点关闭。
若不一致，说明上一时刻预测出的水枪位置不准确，则执行步骤S24。
步骤S24：计算水枪的实时位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；将其中最小夹角所对应的燃料释放点关闭。
由于水枪当前时刻的实时位置与上一时刻预测出的位置不一致，则需要计算当前时刻实时位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角，其中最小夹角对应的燃料释放点才是与当前时刻的实时位置最吻合的燃料释放点，因此，将该燃料释放点关闭。而上一时刻获得的拟关闭燃料释放点保持原开关状态。
通过设计步骤S21～S24，当水枪的实时位置与上一时刻估计出的位置一致时，将上一时刻获得的拟关闭燃料释放点关闭；当水枪的实时位置与上一时刻估计出的位置不一致时，将与当前时刻的实时位置最吻合的燃料释放点关闭，以及时修正最吻合的燃料释放点，进一步提高火焰控制的准确性。
本申请又一些实施例中，当水枪的实时位置与上一时刻估计出的位置一致，且水枪的实时姿态与上一时刻估计出的姿态一致时，才将上一时刻获得的拟关闭燃料释放点关闭。否则，计算水枪的实时位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角，将其中最小夹角所对应的燃料释放点关闭。
本申请又一些实施例中，在一段时间t1内，水枪的实时位置与上一时刻估计出的位置一致的时间为t2，水枪的实时姿态与上一时刻估计出的姿态一致的时间为t3，当t2/t1大于设定百分比（如80%），且t3/t1大于设定百分比（如80%）时，才将上一时刻获得的拟关闭燃料释放点关闭。否则，计算水枪的实时位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角，将其中最小夹角所对应的燃料释放点关闭。
本申请又一些实施例中，基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，还包括下述步骤，参见图3所示。
步骤S31：获取消防模拟训练难度等级。
步骤S32：根据消防模拟训练难度等级调节燃料释放点的燃料释放量。
燃料释放点的燃料释放量与消防模拟训练难度等级成正比。消防训练难度越大，燃料释放量越大。
通过设计步骤S31～S32，根据消防模拟训练难度等级调节燃料释放点的燃料释放量，可以提高火焰控制的准确性，准确进行消防模拟训练。
例如，消防模拟训练难度等级包括多个等级，不同的等级对应着不同的第燃料释放量。
预设消防模拟训练难度等级与燃料释放点的燃料释放量的对应关系。根据消防模拟训练难度等级，查询对应关系，获得对应的燃料释放量。
本申请又一些实施例中，调节燃料释放点的燃料释放量，具体包括：调节燃料释放点的燃料释放速率或/和燃料释放点的口径大小。
燃料释放点的燃料释放速率越大，燃料释放量越大；
燃料释放点的口径越大，燃料释放量越大。
通过调节燃料释放点的燃料释放速率或/和口径大小，可以简单准确地调节燃料释放点的燃料释放量。
燃料释放点处设置有速度阀件，用于调节燃料释放点的燃料释放速率。
燃料释放点处设置有口径阀件，用于调节燃料释放点的口径大小。
通过控制燃料释放点处的速度阀件和口径阀件，来控制燃料释放点的燃料释放速率和口径大小，进而调节燃料释放点的燃料释放量。
本申请一些实施例中，多个燃料释放点呈多行多列布设在竖直平面内。
每个燃料释放点处、每个燃料释放点的上方，均设置有氧气传感器。氧气传感器与燃料释放点在同一个竖直平面内。
利用氧气传感器检测氧气浓度。
当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度，均低于第一设定浓度（如18%）时，判定火势在减小；
当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度，均低于第二设定浓度（如15%）时，判定该燃料释放点熄灭，则关闭该燃料释放点。
其中，第一设定浓度大于第二设定浓度。
氧气传感器用于检测氧气浓度，根据氧气浓度准确判断每个燃料释放点的燃烧情况，从而对燃料释放点进行开关控制。
下面，通过一个具体实施例说明基于卡尔曼滤波的火焰控制方法的具体步骤。
第一步，器件选择和布置。
（1）氧气传感器。氧气传感器可采集周围氧气浓度。氧气传感器布设示意图如图4所示，图4为燃烧空间纵向分布图，将氧气传感器部署于图中空心和实心位置，形成6*6点位方阵，点与点间隔为0.5m，训练空间前后各有0.5m空间。氧气传感器共布设有36个。
（2）将燃料释放点部署在图4中实心位置，左右两点的间隔为0.5m。燃料释放点共布设有12个。
本实施例的燃料为丙烷，因此，燃料释放点即为丙烷释放点。
丙烷释放点为火焰大小和发展提供基础，初火及蔓延火从释放点位起火。
（3）在消防栓1的出水口处设置流量监测模块2，用来检测消防水量，如图5所示。
在消防水枪3上设置惯性测量模块4和定位模块5，用来实时获取消防水枪三轴姿态角、加速度及当前位置，如图6所示。
水枪的实时位置P（X，Y，Z）见图7所示，与图4纵向图形成空间。
第二步，数据采集和预处理。
丙烷释放点（B）下方的一排从左到右依次为B(1，0，1)、B(2，0，1)、B(3，0，1)、B(4，0，1)、B(5，0，1)、B(6，0，1)。
丙烷释放点（B）上方的一排从左到右依次为B(1，0，4)、B(2，0，4)、B(3，0，4)、B(4，0，4)、B(5，0，4)、B(6，0，4)。丙烷释放点共计12个点位。
释放量的调节方式分为两种。
一是丙烷释放速率增加，可以增加垂直度（垂直方向）的丙烷释放量。释放速率Vc分为四个档位（1，2，3，4）。
Vc在1档位时，丙烷向上蔓延至释放点（实心圆）与上方第一个空心圆之间；在2档位时，丙烷蔓延至第一个空心圆处；在3档位时，丙烷蔓延至上方第一个空心圆与第二空心圆之间；在4档位时，丙烷蔓延至第二个空心圆处。
因此，当释放速率的档位改变时，丙烷在垂直方向上，可向上蔓延至四个区域。
二是扩大丙烷释放口，增加水平方向丙烷释放量。口径大小Vs分为两个档位（1，2）。
Vs在1档位时，丙烷水平蔓延至该释放点（实心圆）与邻近释放点之间；在2档位时，丙烷水平蔓延至邻近释放点处。
因此，当释放点的口径大小档位改变时，丙烷在水平方向上，可水平蔓延至两个区域，引起水平两侧丙烷释放点位。
记为C（t）=（B（t），Vc（t），Vs（t））。
其中，B（t）表示在时刻t处于打开状态的燃料释放点；Vc（t）表示燃料释放点在时刻t的的释放速率；Vs（t）表示燃料释放点在时刻t的的口径大小。
Vc和Vs在自然状态下发展公式如下：
；
；
其中，n为扩散系数，n={1、2，3，4}；根据消防模拟训练难度选择扩散系数n。随着时间的流逝， Vc和Vs的档位不同。
通过调整速度阀件的百分比Ps，从而调整释放速度Vc的四个档位。Ps的初始值为30%，范围为0-100%。
；
通过调整口径阀件的百分比Pk，从而调整口径大小Vs的两个档位。Vs的初始值为50%，范围为50-80%。
通过控制丙烷释放速度影响扩散垂直位置，通过控制丙烷释放口口径影响扩散左右位置，以此调节火焰大小。
利用定位模块检测消防水枪的实时位置P（X，Y，Z）。
图7所示为消防水枪的空间位置范围；位置自左到右为（1，1，1）、（2，1，1）、（3，1，1）、（4，1，1）、（5，1，1）、（6，1，1）；位置自下到上为（1，1，1）、（1，1，2）、（1，1，3）、（1，1，4）、（1，1，5）、（1，1，6）；位置自前至后为（1，1，1）、（1，2，1）、（1，3，1）、（1，4，1）。
P（t）=（X（t），Y（t），Z（t））；
；
；
；
其中，X、Y、Z分别表示水枪的x轴、y轴、z轴位置；X0、Y0、Z0分别表示水枪的初始位置；Vx、Vy、Vz分别表示水枪的x轴、y轴、z轴运动速度；t表示时间。
利用惯性测量模块检测消防水枪的姿态角θ（α，β，γ）。
θ（t）=（α（t），β（t），γ（t））；
；
；
；
其中，α、β、γ分别表示水枪的x轴、y轴、z轴姿态角；Ax、Ay、Az分别表示水枪的x轴、y轴、z轴加速度。
消防水枪的位置、姿态及水流量作为对丙烷释放点的控制输入数据，实际影响丙烷释放。
数据采集过程中，可以使用传感器等设备实时采集氧气浓度、消防用水量、消防水枪姿态角和位置数据，并对这些数据进行预处理，如滤波、去噪等操作，以保证数据的准确性和可靠性。
此外，还需要根据丙烷释放点位和训练难度等级调节丙烷释放速率和扩散程度，以模拟不同火灾情况下的火势发展。
第三步，卡尔曼滤波器设计和参数设定。
（1）初始化：
初始化状态向量A，用以表现不同位置的不同火焰状态。并描述出状态方程。
状态向量：A(t)=[C（t），P（t），θ（t）]T。
其中，C（t）=（B（t），Vc（t），Vs（t））；B（t）表示在时刻t处于打开状态的燃料释放点；Vc（t）表示燃料释放点在时刻t的的释放速率；Vs（t）表示燃料释放点在时刻t的的口径大小；P（t）表示消防水枪在时刻t的位置；θ（t）表示消防水枪在时刻t的姿态角。
状态方程：
；
其中，P为消防水枪的实时位置P（t）；B为与消防水枪的姿态最吻合的燃料释放点B（t）；|PB|为消防水枪与最吻合的燃料释放点之间的距离；m为k时刻之前的某一时刻，根据训练难度进行调整。D为最佳消防灭火距离，是个预先设置的定值。
与消防水枪的姿态最吻合的燃料释放点的获取方法：消防水枪当前姿态中最先判断α与β，α与β这两个变量可以确定当前消防水枪与灭火面（燃料释放点所在的竖直平面）最小夹角的两个燃料释放点；再判断γ，当前消防水枪位置与这两个燃料释放点位的连线与Z轴形成两个夹角，这两个夹角中大于γ的角所对应的燃料释放点位为最吻合的燃料释放点，若这两个夹角都大于γ，则这两个夹角中的较小的角所对应的燃料释放点为最吻合的燃料释放点。
这一段时间（k-m）的平均值记为这一时刻的有效距离，即为YS1（k）的值，如果YS1（k）的值小于第一预设值JL，则然后进行Ys2（k）的判断。
；
其中，θ为消防水枪的当前姿态角；∠PB为消防水枪的位置与最吻合的燃料释放点的连线与水平面的夹角；m为k时刻之前的某一时刻，根据训练难度进行调整。
这一段时间（k-m）的平均值记为这一时刻的有效喷射姿态，即为YS2（k）的值，如果YS2（k）的值小于第二预设值JJ，就对最吻合的燃料释放点的控制有效。
训练难度越小，m越小；训练难度越大，m越大。
设N= ||PB|-D|-JL，N小于0计为“1”，N大于0计为“0”，在t=m到k的时间段，“1”的占比大于设定百分比（如80%）则满足判断条件1。
设M=|θ-∠PB|-JJ，M小于0计为“1”，M大于0计为“0”，在t=m到k的时间段，“1”的占比大于设定百分比（如80%）则满足判断条件2。
条件1和2都满足的情况对燃料释放点速率进行调整，调小对应点位的燃料释放速率。
综合判断Ys1（k）和Ys2（k）控制燃料释放速率及阀口开口大小。具体为平均时间（k-m）内，是否有超过80%的时间是在最佳灭火位置、超过80%的时间是在最佳灭火姿态，若满足条件则进行档位控制。
卡尔曼滤波器的状态方程可以真实反应火势情况及灭火干预情况。
而且，根据训练难度设置通风环境；难度小则设置通风情况良好，训练灭火时间（即在规定时间内需将火灭掉）增加；难度大则设置通风情况一般，训练灭火时间减小。
正常状态下，检测到燃料释放点处、以及燃料释放点上方的氧气浓度低于18%时判定火势在减小；检测到燃料释放点处、以及燃料释放点上方的氧气浓度低至15%时，判定该燃料释放点熄火。
（2）预测步骤（时间更新）。
使用上述卡尔曼滤波器，根据当前消防员灭火位置及灭火姿态，预测下一时刻的水枪的位置和姿态；进而控制燃料释放速率及阀口开口大小 。
（3）测量更新。
获取水枪当前时刻的实时位置；如果水枪的实时位置与上一时刻估计出的位置不一致，则计算实时位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角，将其中最小夹角所对应的燃料释放点关闭。将上一时刻获得的拟关闭燃料释放点恢复其在上一时刻的开关状态。
本实施例的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，利用卡尔曼滤波器的优良特性，结合实时数据，实现对火焰的准确控制。通过对水枪实时位置、姿态、拟关闭燃料释放点的预测和修正，该算法能够实时跟踪火焰的位置、形态和强度，并自动调整火焰控制参数（燃料释放点的释放速度和口径大小），以达到预期的火焰控制效果。实时获取火焰数据对火焰强度进行预测和修正；根据预测结果自动调整火焰控制参数，以实现期望的火焰强度调节。
本实施例的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，具有以下优点：高准确性、实时性和自适应性，能够提供精确的火焰控制效果，并适应不同环境和工况的变化。
本实施例的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，燃料释放点火势控制原理是通过控制燃料释放参数（燃料释放点的释放速度和口径大小）模拟燃料释放量，进而控制火势大小。会随时间流逝，火焰按客观发展规律进行蔓延，控制火焰发展变化，通过控制相关参数达到真实模拟火焰训练效果。
实施例二、基于实施例一的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法的设计，本实施例二提出了一种基于卡尔曼滤波的火焰控制系统，包括多个燃料释放点、卡尔曼滤波器、第一夹角计算模块、预估燃料释放点模块、控制模块等，参见图8所示。
多个燃料释放点，多个燃料释放点矩阵式布设在同一竖直平面内。
卡尔曼滤波器，其用于估计水枪下一时刻的位置和姿态。
第一夹角计算模块，其用于计算估计出的位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角。
预估燃料释放点模块，其用于将最小夹角所对应的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点。
本申请一些实施例中，控制系统还包括惯性测量模块、定位模块、判断模块、第二夹角计算模块、控制模块等。
惯性测量模块，其用于获取水枪的实时姿态角。
定位模块，其用于获取水枪的实时位置。
判断模块，其用于判断水枪的实时位置与上一时刻估计出的位置是否一致。
第二夹角计算模块，其用于计算实时位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角。
控制模块，其用于在位置一致时将上一时刻获得的拟关闭燃料释放点关闭；在位置不一致时将所述第二夹角计算模块计算出的最小夹角所对应的燃料释放点关闭。
本申请一些实施例中，控制系统还包括难度等级获取模块。
难度等级获取模块，其用于获取消防模拟训练难度等级；
控制模块，还用于根据消防模拟训练难度等级调节燃料释放点的燃料释放量。
本申请一些实施例中，控制模块，具体用于调节燃料释放点的燃料释放速率或/和口径大小。
本申请一些实施例中，每个燃料释放点处以及每个燃料释放点的上方均设置有氧气传感器；利用氧气传感器检测氧气浓度。
控制模块还用于：当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度均低于第一设定浓度时，判定该燃料释放点的火势在减小；当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度均低于第二设定浓度时，判定该燃料释放点熄灭，则关闭该燃料释放点；其中，第一设定浓度大于第二设定浓度。
具体的基于卡尔曼滤波的火焰控制系统的工作过程，已经在上述基于卡尔曼滤波的火焰控制方法中详述，此处不予赘述。
本实施例的基于卡尔曼滤波的火焰控制系统，在同一竖直平面内矩阵式布设多个燃料释放点；利用卡尔曼滤波器估计水枪下一时刻的位置和姿态；计算估计出的位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；将最小夹角所对应的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点；拟关闭燃料释放点在下一时刻被关闭，准确控制火焰。因此，本实施例的基于卡尔曼滤波的火焰控制系统，利用卡尔曼滤波器准确估计出水枪下一时刻的位置和姿态，并找出拟关闭燃料释放点，准确控制火焰，解决了现有技术中火焰控制准确性差的技术问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述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个实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，其特征在于：
所述控制方法包括：
在同一竖直平面内矩阵式布设多个燃料释放点；
利用卡尔曼滤波器估计水枪下一时刻的位置和姿态；
计算估计出的位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；
将最小夹角所对应的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点；
所述控制方法还包括：
获取水枪的实时位置；
判断水枪的实时位置与上一时刻估计出的位置是否一致；
若一致，则将上一时刻获得的拟关闭燃料释放点关闭；
若不一致，则计算实时位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；将其中最小夹角所对应的燃料释放点关闭。
2.根据权利要求1所述的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括：
获取消防模拟训练难度等级；
根据消防模拟训练难度等级调节燃料释放点的燃料释放量。
3.根据权利要求2所述的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，其特征在于：所述调节燃料释放点的燃料释放量，具体包括：
调节燃料释放点的燃料释放速率或/和口径大小。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于卡尔曼滤波的火焰控制方法，其特征在于：
每个燃料释放点处以及每个燃料释放点的上方均设置有氧气传感器；
利用氧气传感器检测氧气浓度；
当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度均低于第一设定浓度时，判定火势在减小；
当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度均低于第二设定浓度时，判定该燃料释放点熄灭，则关闭该燃料释放点；
其中，第一设定浓度大于第二设定浓度。
5.一种基于卡尔曼滤波的火焰控制系统，其特征在于：包括：
多个燃料释放点，所述多个燃料释放点矩阵式布设在同一竖直平面内；
卡尔曼滤波器，其用于估计水枪下一时刻的位置和姿态；
第一夹角计算模块，其用于计算估计出的位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；
预估燃料释放点模块，其用于将最小夹角所对应的燃料释放点作为拟关闭燃料释放点；
定位模块，其用于获取水枪的实时位置；
判断模块，其用于判断水枪的实时位置与上一时刻估计出的位置是否一致；
第二夹角计算模块，其用于计算实时位置与每个燃料释放点的连线与水平面的夹角；
控制模块，其用于在位置一致时将上一时刻获得的拟关闭燃料释放点关闭；在位置不一致时将所述第二夹角计算模块计算出的最小夹角所对应的燃料释放点关闭。
6.根据权利要求5所述的基于卡尔曼滤波的火焰控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括：
难度等级获取模块，其用于获取消防模拟训练难度等级；
所述控制模块，还用于根据消防模拟训练难度等级调节燃料释放点的燃料释放量。
7.根据权利要求6所述的基于卡尔曼滤波的火焰控制系统，其特征在于：
所述控制模块，具体用于调节燃料释放点的燃料释放速率或/和口径大小。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的基于卡尔曼滤波的火焰控制系统，其特征在于：
每个燃料释放点处以及每个燃料释放点的上方均设置有氧气传感器；
利用氧气传感器检测氧气浓度；
所述控制模块，还用于：
当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度均低于第一设定浓度时，判定该燃料释放点的火势在减小；
当检测到燃料释放点处的氧气浓度、燃料释放点上方的氧气浓度均低于第二设定浓度时，判定该燃料释放点熄灭，则关闭该燃料释放点；
其中，第一设定浓度大于第二设定浓度。
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