CN117496660A - 一种基于无人机的智慧消防联动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，包括无人机基站、至少一架无人机、消防控制中心、报警系统，所述无人机将实时采集到的数据发送到消防控制中心，消防控制中心对接收的数据进行分析判断，在发现危险信号时，消防控制中心发送报警信号至报警系统，报警系统将报警信息传送至相关部门及现场相关人员。本发明特别适用于有可燃性气体或液体蒸汽泄漏的场所,如炼油厂、化工厂、油库、液化气站、加油站等；本发明能够对监控区域进行实时、准确、有效地监测，及时发现安全异常情况；本发明通过采用无人机取代人工巡检，降低人工监测存在的不准确性以及危险性，并且克服了人工巡检范围有限的缺点，实现了监测范围灵活可调，提高了运维效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，属于消防设备技术领域。
背景技术
安全是人类最重要、最基本的需求，是人民生命与健康的基本保证。安全是民生之本，和谐之基。安全生产始终是各项工作的重中之重，在化工生产过程中安全更加重要。
化工生产的原料和产品多为易燃、易爆、有毒及有腐蚀性，化工生产过程多是连续化、自动化、大型化，化工生产中的安全事故重要源自于泄漏、燃烧、爆炸、毒害等，因此化工行业已经成为危险源高度集中的行业。由于化工生产中各个环节不安全因素较多，且相互影响，一旦发生事故，危险性和危害性极大，后果严重。
现有化工行业的安全管理，大都依赖人工巡检，依靠人工运维，不仅工作量大、效率低，而且具有一定的危险性，尤其是气体管道、设备运行发生异常时，现场的巡检人员会有生命危险。此外，由于现场空间范围大，导致人工很难察觉到危险信号，因此很难满足全面巡检的需求，而且巡检人员一旦巡检到危险信号，可能已经存在很大的安全隐患，这时再依靠人工判断再调度、处理应对，很有可能为时已晚。
发明内容
本发明提供一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，通过无人机在线巡检，能够快速发现危险信号并获取危险位置，实现高效的、有目的性的消防联动。
本发明是通过以下技术方案实施的：
一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，包括无人机基站、至少一架无人机、消防控制中心、报警系统，所述无人机将实时采集到的数据发送到消防控制中心，消防控制中心对接收的数据进行分析判断，在发现危险信号时，消防控制中心发送报警信号至报警系统，报警系统将报警信息传送至相关部门及现场相关人员。
所述无人机上搭载有以下模块：
（1）建立训练模型，用于存储标准气体样本，所述标准气体样本包括巡检区域内正常状态下现场环境的有毒气体样本、可燃气体样本、空气中的水雾、其他非燃烧产生物四种，对标准气体样本分类并形成训练模型；
（2）嗅觉感知模块，采用电子鼻实时采集现场气体样本，分析采集的气体成分及浓度变化；
（3）烟雾探测及分析模块，采用烟雾探测器实时采集现场气体样本，并快速分析烟雾成分；
（4）视觉感知模块，采用摄像头实时采集现场环境信息，一方面用于提取烟雾特征，另一方面结合雷达与定位模块实现气体泄漏位置的快速定位；
（5）雷达与定位模块，用于导航无人机追踪定位气体的泄漏位置，并将定位信息反馈至消防控制中心；
（6）5G通讯模块，用于无人机与消防控制中心、消防控制中心与相关部门及现场相关人员的无线通讯；
（7）路径规划模块，根据现场环境，不断优化调整无人机的巡检路线；
（8）处理器，用于比对标准气体样本与嗅觉感知模块实时获取的现场气体样本，通过比对气体的成分与浓度变化，并依据训练模型判断是否有有毒或可燃气体泄漏；当判断有有毒或可燃气体泄漏时，重新规划无人机的巡检范围与巡检路线，快速锁定危险位置，将危险信号及危险位置的信息上传至消防控制中心；当嗅觉感知模块感知到现场气体样本中含有燃烧产生物时，处理器一方面比对标准气体样本与烟雾探测及分析模块采集的现场气体样本，一方面处理视觉感知模块提取到的烟雾特征，通过比对烟雾的成分与浓度变化以及烟雾的形态变化，并依据训练模型判断是否有火灾发生；当判断有火灾发生时，重新规划无人机的巡检范围与巡检路线，快速锁定着火点位置，将危险信号及着火点位置的信息上传至消防控制中心。
所述无人机基站搭载有以下模块：
（1）发射与接收模块，与每架无人机对应配置，用于控制无人机的起飞与回落；
（2）自动充电模块，与每架无人机对应配置，用于无人机回落时自动给无人机续航；
（3）故障检测模块，用于对搭载在无人机上的各类模块进行自检，确保无人机在巡检过程中正常工作。
当无人机在巡检过程中，发生有毒或可燃气体的泄漏，采用以下方法确定泄漏点的位置：正常情况下，无人机在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检，设定气体浓度阈值一，当实时采集的气体的浓度值比阈值一大时，定点获取当前的位置信息，将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为调整后的无人机巡检范围；无人机继续在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检，设定气体浓度阈值二，当实时采集的气体的浓度值比阈值二大时，定点获取当前的位置信息，继续将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为再一次调整后的无人机巡检范围；重复上述步骤，直至无人机在水平面的区域缩小至一定范围后，无人机以倒圆锥螺旋线从外至内飞行巡检；在此后巡检过程中，无人机实时分析气体浓度大小及浓度变化，当气体浓度达到峰值时，即可锁定有毒或可燃气体的泄漏位置；无人机通过5G通信模块将危险信号和位置信息上传至消防控制中心。
当无人机在巡检过程中，遇到火灾，采用以下方法确定着火点的位置：无人机在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检时，设定烟雾浓度阈值一，当实时采集的烟雾浓度值比阈值一大时，定点获取当前的位置信息，将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为调整后的无人机巡检范围；无人机继续在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检，设定烟雾浓度阈值二，当实时采集的烟雾浓度值比阈值二大时，定点获取当前的位置信息，继续将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为再一次调整后的无人机巡检范围；重复上述步骤，直至无人机在水平面的区域缩小至一定范围后，无人机以倒圆锥螺旋线从外至内飞行巡检；在此后巡检过程中，无人机实时分析烟雾浓度大小及浓度变化，当烟雾浓度达到峰值时，即可锁定着火位置；无人机通过5G通信模块将危险信号和位置信息上传至消防控制中心。
根据巡检区域的大小布局无人机，若区域较大，需划分成多个小区域，每个小区域内根据无人机的续航时间、充电时间及巡航距离，采用至少三架无人机。
在发现危险信号时，消防控制中心对回传的数据进行归类并依据训练模型判别危险信号的属性，以确定发生何种危险，自动形成应对方案，在启动相应报警的同时，通知相关人员进行相应的救援。
本发明的有益效果：本发明特别适用于有可燃性气体或液体蒸汽泄漏的场所,如炼油厂、化工厂、油库、液化气站、加油站等；本发明能够对监控区域进行实时、准确、有效地监测，及时发现安全异常情况；本发明通过采用无人机取代人工巡检，降低人工监测存在的不准确性以及危险性，并且克服了人工巡检范围有限的缺点，实现了监测范围灵活可调，提高了运维效率。
采用本发明，当无人机发现危险信号时，能够快速追踪、锁定危险信号的类型和位置，消防控制中心根据危险信号的类型和位置向报警系统发送对应的报警信息，同时报警系统将报警信息有针对性的传送至相关部门及现场相关人员。
附图说明
图1为本发明系统原理框图。
实施方式
如图1所示，本发明提供一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，包括无人机基站、至少一架无人机、消防控制中心、报警系统。
所述无人机上搭载有以下模块：
（1）建立训练模型，用于存储标准气体样本，所述标准气体样本包括巡检区域内正常状态下现场环境的有毒气体样本、可燃气体样本、空气中的水雾、其他非燃烧产生物三种，对标准气体样本分类并形成训练模型；在形成训练模型时，先根据气体样本的波形，从波形中分离细节，滤除冗余，然后提取波形主要信息完整度的同事完成降维，对气体的主要信息进行标注，以获得单个气体的训练样本，最后将单个气体的训练样本依据有毒气体样本、可燃气体样本、空气中的水雾、其他非燃烧产生物四种进行分类；
（2）嗅觉感知模块，采用电子鼻实时采集现场气体样本，分析采集的气体成分及浓度变化；
（3）烟雾探测及分析模块，采用烟雾探测器实时采集现场气体样本，并快速分析烟雾成分；
（4）视觉感知模块，采用摄像头实时采集现场环境信息，一方面用于提取烟雾特征，另一方面结合雷达与定位模块实现气体泄漏位置的快速定位；
（5）雷达与定位模块，用于导航无人机追踪定位气体的泄漏位置，并将定位信息反馈至消防控制中心，由于在有烟雾的环境下，视觉感知能力会大大削弱，因此结合雷达方式探测，可以实现精准定位；
（6）5G通讯模块，用于无人机与消防控制中心、消防控制中心与相关部门及现场相关人员的无线通讯；
（7）路径规划模块，根据现场环境，不断优化调整无人机的巡检路线；
（8）处理器，用于汇总、处理来自于嗅觉感知模块、烟雾探测及分析模块、视觉感知模块、雷达与定位模块、路径规划模块的数据信号，对无人机的巡检范围和巡检路线进行调整，同时作出相应的判断。
所述处理器具体实现以下：用于比对标准气体样本与嗅觉感知模块实时获取的现场气体样本，通过比对气体的成分与浓度变化，并依据训练模型判断是否有有毒或可燃气体泄漏；当判断有有毒或可燃气体泄漏时，重新规划无人机的巡检范围与巡检路线，快速锁定危险位置，将危险信号及危险位置的信息上传至消防控制中心；当嗅觉感知模块感知到现场气体样本中含有燃烧产生物时，处理器一方面比对标准气体样本与烟雾探测及分析模块采集的现场气体样本，一方面处理视觉感知模块提取到的烟雾特征，通过比对烟雾的成分与浓度变化以及烟雾的形态变化，并依据训练模型判断是否有火灾发生；当判断有火灾发生时，重新规划无人机的巡检范围与巡检路线，快速锁定着火点位置，将危险信号及着火点位置的信息上传至消防控制中心。烟雾探测及分析模块与嗅觉感知模块结合使用，在发生火灾时，可剔除水雾及其他非燃烧产生物的干扰；烟雾探测及分析模块与视觉感知模块结合使用，可进一步确定火灾的发生，杜绝误报。
所述无人机基站搭载有以下模块：
（1）发射与接收模块，与每架无人机对应配置，用于控制无人机的起飞与回落；
（2）自动充电模块，与每架无人机对应配置，用于无人机回落时自动给无人机续航；
（3）故障检测模块，用于对搭载在无人机上的各类模块进行自检，确保无人机在巡检过程中正常工作。
所述消防控制中心以边缘计算、5G通信技术、大数据为三大技术支柱板块进行搭建，边缘计算服务器部署在网络边界，将无线传输和互联网技术有效融入到一块，同时在无线互联网侧添加了计算、存储、处理等各种功能，从而形成了边缘云，以提升信息技术服务环境和云端计算能力水平，将服务本地化，使区域性服务不必浪费资源在云端进行处理。边缘计算能够保证在较低延迟的情况下给使用者带来更丰富的服务。
所述消防控制中心用于整合现场环境内部消防资源和外援消防资源，在发生危险信号时，所述无人机将实时采集到的数据发送到消防控制中心，消防控制中心对接收的数据进行分析判断，在发现危险信号时，消防控制中心发送报警信号至报警系统，报警系统将报警信息传送至相关部门及现场相关人员。报警时，有针对的优先使用相应的现场环境内部消防资源，同时调动外援消防资源。
根据巡检区域的大小布局无人机，若区域较大，需划分成多个小区域，每个小区域内根据无人机的续航时间、充电时间及巡航距离，采用至少三架无人机。
以下以每个小区域内使用三架无人机为例，始终保证一架无人机处于巡检飞行状态，另外两架无人机位于无人机基站，进行充电和自检工作。
当无人机在巡检过程中，发生有毒或可燃气体的泄漏，采用以下方法确定泄漏点的位置：正常情况下，无人机在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检，设定气体浓度阈值一，当实时采集的气体的浓度值比阈值一大时，定点获取当前的位置信息，将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为调整后的无人机巡检范围；无人机继续在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检，设定气体浓度阈值二，当实时采集的气体的浓度值比阈值二大时，定点获取当前的位置信息，继续将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为再一次调整后的无人机巡检范围；此时，无人机便可以将危险信号上传至消防控制中心，消防控制中心发出相应的报警信号及消防救援部署。无人机重复上述浓度判断步骤，直至无人机在水平面的区域缩小至一定范围后，无人机以倒圆锥螺旋线从外至内飞行巡检；在此后巡检过程中，无人机实时分析气体浓度大小及浓度变化，当气体浓度达到峰值时，即可锁定有毒或可燃气体的泄漏位置；最终，无人机通过5G通信模块将危险信号和位置信息上传至消防控制中心。
当无人机在巡检过程中，遇到火灾，采用以下方法确定着火点的位置：无人机在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检时，设定烟雾浓度阈值一，当实时采集的烟雾浓度值比阈值一大时，定点获取当前的位置信息，将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为调整后的无人机巡检范围；无人机继续在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检，设定烟雾浓度阈值二，当实时采集的烟雾浓度值比阈值二大时，定点获取当前的位置信息，继续将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为再一次调整后的无人机巡检范围；重复上述步骤，直至无人机在水平面的区域缩小至一定范围后，无人机以倒圆锥螺旋线从外至内飞行巡检；在此后巡检过程中，无人机实时分析烟雾浓度大小及浓度变化，当烟雾浓度达到峰值时，即可锁定着火位置；无人机通过5G通信模块将危险信号和位置信息上传至消防控制中心。
无人机发现危险信号时，不论是有毒有害气体、易燃易爆气体的泄漏，还是发生火灾，消防控制中心对回传的数据进行归类并依据训练模型判别危险信号的属性，以确定发生何种危险，自动形成相应的消防救援方案，在启动相应报警的同时，通知相关人员进行相应的准确、高效的救援。
Claims (7)
1.一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，其特征在于：包括无人机基站、至少一架无人机、消防控制中心、报警系统，所述无人机将实时采集到的数据发送到消防控制中心，消防控制中心对接收的数据进行分析判断，在发现危险信号时，消防控制中心发送报警信号至报警系统，报警系统将报警信息传送至相关部门及现场相关人员。
2.如权利要求1所述的一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，其特征在于，所述无人机上搭载有以下模块：
（1）建立训练模型，用于存储标准气体样本，所述标准气体样本包括巡检区域内正常状态下现场环境的有毒气体样本、可燃气体样本、空气中的水雾、其他非燃烧产生物四种，对标准气体样本分类并形成训练模型；
（2）嗅觉感知模块，采用电子鼻实时采集现场气体样本，分析采集的气体成分及浓度变化；
（3）烟雾探测及分析模块，采用烟雾探测器实时采集现场气体样本，并快速分析烟雾成分；
（4）视觉感知模块，采用摄像头实时采集现场环境信息，一方面用于提取烟雾特征，另一方面结合雷达与定位模块实现气体泄漏位置的快速定位；
（5）雷达与定位模块，用于导航无人机追踪定位气体的泄漏位置，并将定位信息反馈至消防控制中心；
（6）5G通讯模块，用于无人机与消防控制中心、消防控制中心与相关部门及现场相关人员的无线通讯；
（7）路径规划模块，根据现场环境，不断优化调整无人机的巡检路线；
（8）处理器，用于比对标准气体样本与嗅觉感知模块实时获取的现场气体样本，通过比对气体的成分与浓度变化，并依据训练模型判断是否有有毒或可燃气体泄漏；当判断有有毒或可燃气体泄漏时，重新规划无人机的巡检范围与巡检路线，快速锁定危险位置，将危险信号及危险位置的信息上传至消防控制中心；当嗅觉感知模块感知到现场气体样本中含有燃烧产生物时，处理器一方面比对标准气体样本与烟雾探测及分析模块采集的现场气体样本，一方面处理视觉感知模块提取到的烟雾特征，通过比对烟雾的成分与浓度变化以及烟雾的形态变化，并依据训练模型判断是否有火灾发生；当判断有火灾发生时，重新规划无人机的巡检范围与巡检路线，快速锁定着火点位置，将危险信号及着火点位置的信息上传至消防控制中心。
3.如权利要求1所述的一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，其特征在于，所述无人机基站搭载有以下模块：
（1）发射与接收模块，与每架无人机对应配置，用于控制无人机的起飞与回落；
（2）自动充电模块，与每架无人机对应配置，用于无人机回落时自动给无人机续航；
（3）故障检测模块，用于对搭载在无人机上的各类模块进行自检，确保无人机在巡检过程中正常工作。
4.如权利要求1所述的一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，其特征在于，当无人机在巡检过程中，发生有毒或可燃气体的泄漏，采用以下方法确定泄漏点的位置：正常情况下，无人机在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检，设定气体浓度阈值一，当实时采集的气体的浓度值比阈值一大时，定点获取当前的位置信息，将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为调整后的无人机巡检范围；无人机继续在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检，设定气体浓度阈值二，当实时采集的气体的浓度值比阈值二大时，定点获取当前的位置信息，继续将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为再一次调整后的无人机巡检范围；重复上述步骤，直至无人机在水平面的区域缩小至一定范围后，无人机以倒圆锥螺旋线从外至内飞行巡检；在此后巡检过程中，无人机实时分析气体浓度大小及浓度变化，当气体浓度达到峰值时，即可锁定有毒或可燃气体的泄漏位置；无人机通过5G通信模块将危险信号和位置信息上传至消防控制中心。
5.如权利要求1所述的一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，其特征在于，当无人机在巡检过程中，遇到火灾，采用以下方法确定着火点的位置：无人机在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检时，设定烟雾浓度阈值一，当实时采集的烟雾浓度值比阈值一大时，定点获取当前的位置信息，将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为调整后的无人机巡检范围；无人机继续在距地面一定高度的水平面上以螺旋线从外至内飞行巡检，设定烟雾浓度阈值二，当实时采集的烟雾浓度值比阈值二大时，定点获取当前的位置信息，继续将获取的位置信息汇总形成面区域，该面区域作为再一次调整后的无人机巡检范围；重复上述步骤，直至无人机在水平面的区域缩小至一定范围后，无人机以倒圆锥螺旋线从外至内飞行巡检；在此后巡检过程中，无人机实时分析烟雾浓度大小及浓度变化，当烟雾浓度达到峰值时，即可锁定着火位置；无人机通过5G通信模块将危险信号和位置信息上传至消防控制中心。
6.如权利要求1所述的一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，其特征在于：根据巡检区域的大小布局无人机，若区域较大，需划分成多个小区域，每个小区域内根据无人机的续航时间、充电时间及巡航距离，采用至少三架无人机。
7.如权利要求1所述的一种基于无人机的智慧消防联动控制系统，其特征在于：在发现危险信号时，消防控制中心对回传的数据进行归类并依据训练模型判别危险信号的属性，以确定发生何种危险，自动形成应对方案，在启动相应报警的同时，通知相关人员进行相应的救援。
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