JP2019092972A - Water discharge-type fire extinguishing equipment - Google Patents

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Abstract

To detect a fire source from an image of a caution zone captured by a monitoring camera and reliably suppress and extinguish a fire by water discharge from a water cannon.SOLUTION: A fire source detection device 34 divides a monitored image of a fire extinguishing object zone captured by a monitoring camera 12, into a plurality of block images, inputs the block images into a multilayer neural network 40, and outputs estimate values representing probabilities belonging to respective classes of a flame block, a smoke block, a water discharge block, and a normal block. A determination control part 42 discriminates the flame block to detect the fire source. A water discharge control part 36 discharges fire-fighting water toward the fire source detected by the fire source detection device 34.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、監視カメラで撮像した監視区域の画像からニューラルネットワークにより火源を検出して放水銃からの放水により火災を抑制消火する放水型消火設備に関する。   BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a water extinguishing type fire extinguishing system which detects a fire source from an image of a monitored area captured by a monitoring camera by a neural network and suppresses a fire by squirting water from a water gun.

従来、競技場、展示会場などの広い監視区域を有する施設の消火設備として放水銃を用いた放水型消火設備が設置されている。放水型消火設備は、走査型の火災検出器による光学的な水平及び垂直走査により監視区域を監視しており、火災の炎によるエネルギーによる受光信号から火災を検出して制御対象となる火源位置を演算し、放水銃を水平旋回により火源位置に指向させ、火源までの距離に応じた放水圧力の制御で消火用水を散水して消火するようにしている。   Conventionally, as a fire extinguishing facility of a facility having a wide monitoring area such as a stadium, an exhibition hall, etc., a water extinguishing type fire extinguishing facility using a water gun is installed. The water discharge type fire extinguishing equipment monitors the monitoring area by optical horizontal scanning and vertical scanning with a scanning fire detector, detects the fire from the light reception signal by the energy from the fire flame, and the fire source position to be controlled The water discharge gun is directed horizontally to the fire source position, and the fire pressure is controlled according to the distance to the fire source to extinguish the water by extinguishing the extinguishing water.

特開2006−223440号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-223440 特開2006−227783号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-227783

しかしながら、このような従来の放水型消火設備にあっては、走査型の火災検出器により火源位置を演算して放水銃から消火用水を放水しているが、走査型の火災検出器は特殊な光学系の水平及び垂直走査により監視区域を高い分解精度で走査して火災を検出しているため構造が複雑でコストが嵩み、また、精度を維持するための点検調整に手間と時間がかかるという運用上の問題もある。   However, in such conventional water discharge type fire extinguishing equipment, although the fire source position is calculated by the scanning fire detector and the water extinguishing water is discharged from the water discharge gun, the scanning fire detector is special Is used to scan the monitoring area with high resolution and detect fires by horizontal and vertical scanning of various optical systems, resulting in complicated structure and high cost, and time and effort for inspection and adjustment to maintain accuracy. There is also an operational problem of this.

一方、近年にあっては、例えば多数の猫と犬の画像にラベル付けをし、それを畳み込みニューラルネットワークを備えた多層式のニューラルネットワークに学習させ、所謂ディープラーニングを行い、新たな画像を学習済みの多層式のニューラルネットワークに提示し、それが猫なのか犬なのかを判定する技術が開示されている。   On the other hand, in recent years, for example, images of a large number of cats and dogs are labeled, they are learned by a multi-layered neural network equipped with a convolutional neural network, so-called deep learning is performed, and new images are learned. A technique is disclosed that is presented on a multi-layered neural network and determines whether it is a cat or a dog.

また、ディープラーニングは画像解析のみにとどまらず、自然言語処理や行動解析等に用いることが検討されている。   In addition, deep learning is considered not only for image analysis but also for natural language processing and behavioral analysis.

このような多層式のニューラルネットワークを火源検出装置に設け、学習時においては多数の火災時及び非火災時の画像を準備して多層式のニューラルネットワークに学習させ、監視時においては監視カメラで撮像した監視区域の画像を学習済みの多層式のニューラルネットワークに入力すれば、その出力から火源を高い精度で推定して放水銃からの消火用水の放水により火災を抑制消火する放水型消火設備が構築可能となる。   Such a multi-layered neural network is provided in the fire source detection device, and at the time of learning, images of multiple fires and non-fires are prepared and learned by the multi-layered neural network. A water extinguishing system that suppresses fire by suppressing the fire by discharging water for fire extinguishing from the water gun by estimating the fire source with high accuracy from the output if the image of the monitored area taken is input to the learned multi-layered neural network Can be constructed.

しかしながら、監視カメラで撮像された競技場、展示会場などの広い監視区域の画像の中で炎や煙といった火源を示す特徴的な部分は狭い範囲に限られ、画像全体で多層式のニューラルネットワークを学習し、学習後に監視区域の画像を入力しても火源を示す特徴部分が狭い範囲に限られるため、火源の判定精度が低下し、放水銃からの放水による火災の抑制消火の性能が低下する恐れがある。   However, among the images of a large surveillance area such as a stadium or an exhibition hall captured by a surveillance camera, characteristic portions showing fire sources such as flames and smoke are limited to a narrow range, and a multi-layered neural network throughout the entire image Because the characteristic part indicating the fire source is limited to a narrow range even if learning and inputting the image of the monitoring area after learning, the judgment accuracy of the fire source is reduced, and the performance of suppressing and extinguishing the fire by water discharge from the water gun May decrease.

本発明は、監視カメラにより撮像された警戒区域の画像から、多層式のニューラルネットワークによる火源の検出精度を向上して放水銃からの放水により確実に火災を抑制消火可能とする放水型消火設備を提供することを目的とする。   The present invention improves the detection accuracy of the fire source by the multi-layered neural network from the image of the caution area captured by the surveillance camera, and reliably suppresses the fire by the water discharge from the water discharge gun. Intended to provide.

(放水型消火設備)
本発明は、放水型消火設備に於いて、
撮像部により撮像された警戒区域の監視画像を多層式ニューラルネットワークに入力して火源を検出する火源検出装置と、
火源検出装置により検出された前記火源に向けて消火用水を放水する放水銃装置と、
が設けられたことを特徴とする。
(Water discharge type fire extinguishing equipment)
The present invention relates to a water discharge type fire extinguishing system,
A fire source detection device for detecting a fire source by inputting a monitoring image of a caution area captured by an imaging unit into a multilayer neural network;
A water gun apparatus for discharging fire extinguishing water toward the fire source detected by the fire source detection device;
Is provided.

(ブロック分割)
火源検出装置は、撮像部により撮像された警戒区域の監視画像を複数のブロック画像に分割し、ブロック画像を多層式ニューラルネットワークに入力して火源を検出する。
(Block division)
The fire source detection device divides the monitoring image of the alert area captured by the imaging unit into a plurality of block images, and inputs the block image to the multilayer neural network to detect the fire source.

(学習制御と分割ブロック識別)
放水型消火設備は、更に、
入力画像を学習画像として複数のブロック画像に分割すると共に、炎学習ブロック画像、煙学習ブロック画像、放水学習ブロック画像又は正常学習ブロック画像に分類して学習画像記憶部に記憶させる学習画像生成部と、
学習画像記憶部に記憶された炎学習ブロック画像、煙学習ブロック画像、放水学習ブロック画像及び正常学習ブロック画像を火源検出装置の多層式のニューラルネットワークを学習させる学習制御部と、
が設けられ、
学習制御部により学習された火源検出装置の多層式ニューラルネットワークは、ブロック画像を入力して、炎ブロック、煙ブロック、放水ブロック又は正常ブロックかを検出して出力する。
(Learning control and divided block identification)
Furthermore, the water discharge type fire extinguishing equipment
A learning image generation unit that divides an input image into a plurality of block images as a learning image and classifies the input image into a flame learning block image, a smoke learning block image, a water discharge learning block image, or a normal learning block image and stores it in a learning image storage unit ,
A learning control unit for learning a multi-layered neural network of a fire source detection device, the flame learning block image, the smoke learning block image, the water discharge learning block image and the normal learning block image stored in the learning image storage unit;
Is provided,
The multi-layered neural network of the fire source detection device learned by the learning control unit inputs a block image, detects whether it is a flame block, a smoke block, a water discharge block or a normal block and outputs it.

(炎ブロックに基づく火源位置の推定と放水)
放水銃装置は、火源検出装置により検出された1又は複数の炎ブロックに基づいて推定した火源に向けて放水する。
(Estimation of fire source position based on flame block and water discharge)
The water discharge device discharges water toward the fire source estimated based on the one or more flame blocks detected by the fire source detection device.

(煙ブロックに基づく火源位置の推定と放水)
放水銃装置は、火源検出装置により炎ブロックが検出されずに1又は複数の煙ブロックが検出された場合は、ブロックに基づいて推定した火源に向けて放水する。
(Estimation of fire source position based on smoke block and water discharge)
The water discharge device discharges water toward the estimated fire source based on the block when one or more smoke blocks are detected without detecting the fire block by the fire source detection device.

(火源への放水命中の判定)
放水銃装置は、火源位置に向けて放水を開始した場合、火源検出装置により検出された煙ブロックと放水ブロックの時間的な変化から火源に放水が命中しているか否か判定して報知する。
(Determination of water release to fire source)
When the water discharge device starts water discharge toward the fire source position, it is judged from the temporal change of the smoke block and the water discharge block detected by the fire source detection device whether the water discharge hits the fire source or not. Inform.

(放水命中画像と放水非命中画像による放水命中の判定)
放水銃装置の多層式ニューラルネットワークは、放水が火源に当たった場合の放水命中画像と放水が火源に当たっていない場合の放水非命中画像により学習されており、火源位置に向けて放水を開始した場合、監視領域の画像を前記多層式ニューラルネットワークに入力して、火源に放水が命中しているか否か判定して報知する。
(Determination of water discharge by water discharge image and water discharge incompetence image)
The multi-layered neural network of the water discharge device is learned by the water discharge image when the water discharge hits the fire source and the water discharge non-shooting image when the water discharge does not hit the fire source, and starts water discharge toward the fire source position. In this case, an image of the monitoring area is input to the multi-layered neural network, and it is determined whether or not the fire source has been hit by water discharge and notified.

(火源への放水命中のフィードバック制御)
放水銃装置は、火源に放水が命中していないことを判定した場合、火源に放水が命中している判定結果が得られるように放水方向及び放水圧力の少なくとも何れかを制御する。
(Feedback feedback control to the fire source)
The water discharge gun device controls at least one of the water discharge direction and the water discharge pressure so as to obtain the judgment result that the water discharge is hit to the fire source when it is judged that the water discharge to the fire source is not hit.

(多層式ニューラルネットワークの構成)
多層式ニューラルネットワークは、
特徴抽出部と認識部で構成され、
特徴抽出部は、入力情報を入力して入力情報の特徴が抽出された特徴情報を生成する複数の畳み込み層を備えた畳み込みニューラルネットワークとし、
認識部は、畳み込みニューラルネットワークから出力される特徴情報を入力し、炎ブロック、煙ブロック、放水ブロック及び正常ブロックの各クラスに所属する確率を示す推定値を出力する。
(Configuration of multi-layered neural network)
Multilayer neural networks are
It consists of feature extraction unit and recognition unit,
The feature extraction unit is a convolutional neural network including a plurality of convolutional layers that receives input information and generates feature information from which features of the input information are extracted,
The recognition unit inputs the feature information output from the convolutional neural network, and outputs an estimated value indicating the probability of belonging to each class of flame block, smoke block, water discharge block, and normal block.

(ブロック画像説明文の生成)
更に、ブロック画像を第2の多層式ニューラルネットワークに入力してブロック画像の内容を示す画像説明文を出力する画像解析装置が設けられる。
(Generation of block image description)
Furthermore, an image analysis device is provided which inputs the block image into the second multilayer neural network and outputs an image explanatory text indicating the content of the block image.

(障害物の識別による放水軌道制御)
画像解析装置は、火源までの放水軌道上に位置するブロック画像の画像説明文から障害物なし又は放水が貫通する障害物を識別した場合は、放水銃装置に火源に向けた直射起動での放水を指示し、画像説明文から放水が貫通できない障害物を識別した場合は、放水銃装置に障害物を迂回する曲射起動で放水を指示する。
(Water discharge trajectory control by identification of obstacles)
When the image analysis device identifies no obstacle or an obstacle through which the water discharges from the image description of the block image located on the water discharge path to the fire source, the water gun apparatus directs the fire source to direct activation. If the controller instructs water discharge and identifies an obstacle from which the water discharge can not penetrate from the image description, the water discharge device is instructed to discharge water by turning on the curve to bypass the obstacle.

(可燃物の識別による放水量制御)
画像解析装置は、火源の近傍に位置するブロック画像の画像説明文から可燃物を識別した場合は放水銃装置に放水量の増加を指示し、画像説明文から不燃物を識別した場合は放水銃装置に放水量の減少を指示する。
(Control of discharge amount by identification of combustibles)
The image analysis device instructs the water discharge gun device to increase the amount of water discharge when identifying the combustibles from the image description of the block image located near the fire source, and discharges the water when the noncombustibles are identified from the image description. Instruct the gun device to reduce the amount of water discharge.

(人の識別による放水停止制御)
画像解析装置は、火源までの放水軌道上に位置するブロック画像の画像説明文から人を識別した場合、放水銃装置に放水開始の禁止又は放水中の放水停止を指示する。
(Drain water stop control by identification of person)
When the image analysis device identifies a person from the image description of the block image located on the water discharge path to the fire source, the image analysis device instructs the water discharge device to prohibit water discharge start or stop water discharge in water discharge.

(人の識別による放水停止制御)
画像解析装置は、火源までの放水軌道上に位置するブロック画像の画像説明文から人の消火活動を識別した場合は、放水銃装置に放水開始の禁止を指示し、画像説明文から人が倒れていることを識別した場合は、放水銃装置に放水開始を指示する。
(Drain water stop control by identification of person)
When the image analysis device identifies the fire fighting activity of a person from the image description of the block image located on the water discharge path to the fire source, the image analysis device instructs the water discharge gun device to prohibit the start of water discharge, and the person from the image description When it is identified that it has fallen, the water gun device is instructed to start water discharge.

(画像説明文の識別結果に基づく放水操作の支援)
放水銃装置は、操作部の操作を検出して放水を開始するものであり、
画像解析装置は、画像ブロックの説明文から、放水軌道上の障害物、火源近傍の可燃物、放水軌道上の人の存在、放水軌道上の人の消火活動又は放水軌道上の倒れている人を識別した場合、当該識別結果を放水銃装置の操作部に設けられた表示部に画面表示する。
(Support for water discharge operation based on identification result of image description sentence)
The water discharge gun device detects the operation of the operation unit and starts water discharge,
From the description of the image block, the image analysis device is an obstacle on the water discharge trajectory, combustibles near the fire source, the presence of a person on the water discharge trajectory, a person's fire fighting activity on the water discharge trajectory or a fall on the water discharge trajectory When a person is identified, the identification result is displayed on the display unit provided in the operation unit of the water discharge gun device.

(画像解析装置の多層式ニューラルネットワーク)
画像解析装置の第2の多層式のニューラルネットワークは、
入力した監視区域の画像から特徴量を抽出して所定の中間層から出力する畳み込みニューラルネットワークと、
畳み込みニューラルネットワークから出力された特徴量を入力し、監視区域の画像の画像説明文を生成して出力する再帰型ニューラルネットワークと、
により構成される。
(Multilayer neural network of image analysis system)
The second multilayer neural network of the image analysis device is
A convolutional neural network which extracts feature quantities from the input image of the monitored area and outputs it from a predetermined intermediate layer;
A recursive neural network which receives feature quantities output from a convolutional neural network and generates and outputs an image description of an image of a monitored area;
It consists of

(基本的な効果)
本発明は、放水型消火設備に於いて、撮像部により撮像された警戒区域の監視画像を多層式ニューラルネットワークに入力して火源を検出する火源検出装置と、火源検出装置により検出された前記火源に向けて消火用水を放水する放水銃装置とが設けられたため、撮像部により撮像された警戒領域の監視画像を多層式ニューラルネットワークに入力した場合に、高い精度で火源を示す画像を検出して放水銃からの放水により火災を確実に抑制消火可能とする。
(Basic effect)
The present invention, in a water discharge type fire extinguishing facility, is detected by a fire source detection device for detecting a fire source by inputting a monitoring image of a caution area captured by an imaging unit to a multilayer neural network; Since the water gun apparatus for discharging fire extinguishing water toward the fire source is provided, the fire source is displayed with high accuracy when the monitoring image of the alert area captured by the imaging unit is input to the multilayer neural network. Detect the image and ensure that the fire can be suppressed and extinguished by discharging water from the water gun.

(ブロック分割による効果)
また、火源検出装置は、撮像部により撮像された警戒区域の監視画像を複数のブロック画像に分割し、ブロック画像を多層式ニューラルネットワークに入力して火源を検出するようにしたため、監視領域の画像全体に占める火災による炎や煙等の特徴的な部分が狭い範囲に限られても、監視画像を複数のブロック画像に分割することで、ブロック画像の画像全体に占める火災による特徴部分が広い範囲となり、ブロック画像を多層式ニューラルネットワークに入力した場合に、ブロック画像から高い精度で火源を示すブロック画像を検出して放水銃からの放水により火災を確実に抑制消火可能とする。
(Effect by block division)
In addition, the fire source detection device divides the monitoring image of the alert area captured by the imaging unit into a plurality of block images and inputs the block image to the multi-layered neural network to detect the fire source. Even if the characteristic parts such as fire and smoke due to fire occupying the entire image are limited to a narrow range, dividing the monitoring image into multiple block images makes the characteristic parts due to fire occupying the whole image of the block image When the block image is input to the multi-layered neural network, the block image indicating the fire source is detected with high accuracy from the block image, and the water can be reliably suppressed and extinguished by the water discharge from the water gun.

また、構造が複雑でコスト的にも高価な走査型の火災検出器に代えて撮像部として機能する汎用の監視カメラを使用することができ、火源を検出するための分解精度は例えば4K対応の監視カメラにより撮像した監視区域の画像は縦横2160×3840ピクセルの画素配置となることからブロック画像に分割した場合にも高い画像の分解精度が得られ、火源位置を高精度に検出して放水銃からの放水により確実な抑制消火できる。   In addition, a general-purpose surveillance camera that functions as an imaging unit can be used instead of a scanning fire detector that is complex in structure and expensive in cost, and the resolution accuracy for detecting a fire source is, for example, 4K. Since the image of the surveillance area taken by the surveillance camera of this camera has a pixel arrangement of 2160 × 3840 pixels in height and width, high resolution accuracy of the image is obtained even when divided into block images, and the fire source position is detected with high accuracy. Reliable suppression and extinction can be achieved by water discharge from the water gun.

(学習制御と分割ブロック識別の効果)
また、放水型消火設備は、更に、入力画像を学習画像として複数のブロック画像に分割すると共に、炎学習ブロック画像、煙学習ブロック画像、放水学習ブロック画像、又は正常学習ブロック画像に分類して学習画像記憶部に記憶させる学習画像生成部と、学習画像記憶部に記憶された炎学習ブロック画像、煙学習ブロック画像、放水学習ブロック画像及び正常学習ブロック画像を火源検出装置の多層式のニューラルネットワークを学習させる学習制御部とが設けられ、学習制御部により学習された火源検出装置の多層式ニューラルネットワークは、ブロック画像を入力して、炎ブロック、煙ブロック、放水ブロック又は正常ブロックかを検出して出力するようにしたため、例えば火災実験等により監視カメラで撮像された火災時の画像及び放水試験により監視カメラで撮像された放水時の画像を学習画像として複数のブロック画像に分割し、分割したブロック画像を炎ブロック画像、煙ブロック画像、放水ブロック画像及び正常ブロック画像(炎、煙、放水のないブロック画像)に分類して記憶し、記憶された炎ブロック画像、煙ブロック画像、放水ブロック画像及び正常ブロック画像を火源検出装置の多層式ニューラルネットワークに入力して学習させることで、学習ブロック画像の全体に占める火災や放水による特徴部分を広い範囲とすることができ、監視領域の画像をブロック画像に分割して入力した場合に、炎ブロック、煙ブロック、放水ブロック又は正常ブロックかを高い精度で検出可能とする。
(Effects of learning control and divided block identification)
In addition, the discharge-type fire extinguishing equipment further divides the input image into a plurality of block images as a learning image, and classifies the image into a flame learning block image, a smoke learning block image, a water discharge learning block image, or a normal learning block image. A multi-layered neural network of a fire source detection device, a learning image generation unit stored in an image storage unit, a flame learning block image, a smoke learning block image, a water discharge learning block image and a normal learning block image stored in a learning image storage unit And the multi-layered neural network of the fire source detection device learned by the learning control unit inputs a block image and detects whether it is a flame block, a smoke block, a water discharge block or a normal block. And the image at the time of a fire captured by the surveillance camera in a fire experiment etc. The image at the time of water discharge taken by the surveillance camera by the water test is divided into a plurality of block images as a learning image, and the divided block images are a flame block image, a smoke block image, a water discharge block image and a normal block image (flame, smoke, By classifying and storing in a block image without water discharge and storing the stored flame block image, smoke block image, water discharge block image and normal block image into a multi-layered neural network of a fire source detection device and learning, The feature part by fire and water discharge which occupies the whole of the learning block image can be made into a wide range, and when the image of the monitoring area is divided into block images and input, whether it is a fire block, smoke block, water discharge block or normal block Can be detected with high accuracy.

(炎ブロックに基づく火源位置の推定と放水による効果)
また、放水銃装置は、火源検出装置により検出された1又は複数の炎ブロックに基づいて推定した火源に向けて放水するようにしたため、監視画像を分割した分割ブロックには例えば放水銃の位置を原点とした三次元座標位置が予め設定されており、単一の炎ブロックが検出された場合には、その炎ブロックの三次元座標位置を火源位置とした放水銃による放水軌道の設定が行われ、検出した火源位置に放水銃から消火用水を放水して確実に命中させることができる。
(Estimation of fire source position based on flame block and effect by water discharge)
In addition, since the water discharge gun device discharges water toward the fire source estimated based on one or more flame blocks detected by the fire source detection device, the divided blocks into which the monitoring image is divided are, for example, water discharge guns. When a three-dimensional coordinate position with the position as the origin is set in advance and a single flame block is detected, setting of a water discharge trajectory by the water gun with the three-dimensional coordinate position of the flame block as the fire source position The fire gun can discharge water for fire extinguishing from the water gun to the detected fire source position to ensure the hit.

また、複数の炎ブロックの集合が検出された場合には、例えば炎ブロック集合の中心位置を示す三次元座標位置を火源位置とした放水銃による放水軌道の設定が行われ、検出した火源位置に放水銃から消火用水を放水して確実に命中させることができる。   When a plurality of sets of fire blocks are detected, for example, setting of a water discharge trajectory by a water discharge gun is performed with the three-dimensional coordinate position indicating the center position of the fire block set as the fire source position. You can be sure to hit the water by extinguishing water from the water gun in position.

(煙ブロックに基づく火源位置の推定と放水による効果)
また、放水銃装置は、火源検出装置により炎ブロックが検出されずに1又は複数の煙ブロックが検出された場合は、煙ブロックに基づいて推定した火源に向けて放水するようにしたため、例えば、火源が物陰で監視カメラからは見えない位置であった場合、煙ブロックの分布から例えば分布する煙ブロックの最下点の下に隣接した分割ブロックを火源と推定し、遮蔽物を超えた位置に放水銃から消火用水を放水して火災を抑制消火する。
(Estimation of fire source position based on smoke block and effect by water discharge)
In addition, since the water discharge gun device is configured to discharge water toward the fire source estimated based on the smoke block, when the fire source detection device detects one or more smoke blocks without detecting the fire block, For example, if the fire source is behind a shadow and can not be seen from the surveillance camera, for example, from the distribution of smoke blocks, the division block adjacent below the lowest point of the smoke block distributed is estimated as the fire source, Release the extinguishing water from the water gun to a position beyond the point to suppress and extinguish the fire.

(火源への放水命中の判定による効果)
また、放水銃装置は、火源位置に向けて放水を開始した場合、火源検出装置により検出された煙ブロックと放水ブロックの時間的な変化から火源に放水が命中しているか否か判定して報知するようにしたため、火源に放水銃からの消火用水が命中した場合の煙の時間的な変化、例えば、炎に消火用水が当たった場合に白煙が大きく広がることから、このような煙ブロックの時間的な変化から消火用水が火源に命中したことを判断して操作者に報知できる。また、放水を開始しても白煙が広がるような煙ブロックの時間的な変化が検出されない場合は、放水が命中していないことを操作者に報知でき、これを受けて操作者は放水銃の放水方向や放水距離を調整して放水を命中させる操作を行うことができる。
(Effect by judgment of water release to the fire source)
In addition, when the water discharge device starts water discharge toward the fire source position, it is determined whether the water discharge hits the fire source from the temporal change of the smoke block and the water discharge block detected by the fire source detection device. The time change of smoke when fire extinguishing water from the water gun hits the fire source, for example, because white smoke spreads widely when the fire extinguishing water hits the fire, It can be informed to the operator that the fire extinguishing water hits the fire source from the temporal change of the smoke block. Moreover, even if the water discharge is started, if the temporal change of the smoke block is not detected such that the white smoke spreads, the operator can be notified that the water discharge is not hit, and the operator receives the water gun The water discharge direction can be adjusted by adjusting the water discharge direction and the water discharge distance.

(放水命中画像と放水非命中画像による放水命中の判定による効果)
また別の実施形態として、放水銃装置の多層式ニューラルネットワークは、放水が火源に当たった場合の放水命中画像と放水が火源に当たっていない場合の放水非命中画像により学習されており、火源位置に向けて放水を開始した場合、監視領域の画像を前記多層式ニューラルネットワークに入力して、火源に放水が命中しているか否か判定して報知するようにしたため、例えば、火源に放水が命中したときに煙が広がることから放水が無い状態または放水非命中時における煙の広がりと放水が命中したときの煙の広がりをそれぞれ学習させることにより、煙の広がり方を特徴として捉えて放水が命中しているかどうか判定可能となる。
(Effect by judgment of water discharge by water discharge image and water discharge incompetence image)
As another embodiment, the multi-layered neural network of the water discharge device is learned from the water discharge shooting image when the water discharge hits the fire source and the water discharge non-hit image when the water discharge does not hit the fire source, When the water discharge toward the position is started, the image of the monitoring area is input to the multi-layered neural network, and it is determined whether or not the water discharge hits the fire source, and the notification is made. As the smoke spreads when the water is hit, the spread of the smoke when there is no water discharge or when the water is not fired and the spread of the smoke when the water is hit are respectively learned to grasp the spread of the smoke as a feature. It can be determined whether the water discharge has hit.

(火源への放水命中のフィードバック制御による効果)
また、放水銃装置は、火源に放水が命中していないことを判定した場合、火源に放水が命中している判定結果が得られるように放水方向及び放水圧力の少なくとも何れかを制御するようにしたため、放水を開始した場合に消火用水が火源に命中して白煙が広がるような煙ブロックの時間的な変化が検出されない場合には、例えば、初期設定した放水圧力と放水方向を起点に、放水圧力を所定値だけ増加して放水距離を伸ばした状態で放水方向を所定角度範囲で変化させ、白煙が広がるような煙ブロックの時間的な変化が検出されるまで放水圧力を段階的に増加させ、これにより放水開始時に火源に放水が命中しなくとも、放水銃からの放水距離と放水方向の変更による実質的なフィードバック制御により確実に火源に放水を命中させることができる。
(Effect of feedback control during water discharge to the fire source)
In addition, the water discharge gun device controls at least one of the water discharge direction and the water discharge pressure so as to obtain the judgment result that the water discharge is hit to the fire source when it is judged that the water discharge to the fire source is not hit. In this case, if no change in the smoke block over time is detected, such as when the fire extinguishing water hits the fire source and white smoke spreads when water discharge is started, for example, the water discharge pressure and the water discharge direction initially set are set. At the starting point, the discharge pressure is increased by a predetermined value and the discharge distance is extended. The discharge direction is changed within a predetermined angle range, and the discharge pressure is detected until a temporal change in the smoke block is detected such that white smoke spreads. Gradually increase the water discharge from the fire source reliably by changing the water discharge distance from the water discharge gun and the water discharge direction even if the water discharge does not hit the fire source at the start of the water discharge. Kill.

(多層式ニューラルネットワークの構成による効果)
多層式ニューラルネットワークは、特徴抽出部と認識部で構成され、特徴抽出部は、入力情報を入力して入力情報の特徴が抽出された特徴情報を生成する複数の畳み込み層を備えた畳み込みニューラルネットワークとし、認識部は、畳み込みニューラルネットワークから出力される特徴情報を入力し、炎ブロック、煙ブロック、放水ブロック及び正常ブロックの各クラスに所属する確率を示す推定値を出力するようにしたため、畳み込みニューラルネットワークによりブロック画像の特徴が自動的に抽出されることで、監視領域の入力情報から前処理により炎、煙、放水等のブロック画像の特徴、例えば、画像に於いては輪郭等を抽出するような前処理を必要とすることなくブロック画像の特徴が抽出され、引き続いて行う認識部により高い精度で炎ブロック、煙ブロック、放水ブロック及び正常ブロックの各クラスに所属する確率が出力され、ブロックの種別を確実に判別可能とする。
(Effect by the construction of multi-layered neural network)
A multi-layered neural network is composed of a feature extraction unit and a recognition unit, and the feature extraction unit is a convolutional neural network including a plurality of convolutional layers for inputting input information and generating feature information from which features of the input information are extracted. Since the recognition unit inputs the feature information output from the convolutional neural network and outputs an estimated value indicating the probability of belonging to each class of flame block, smoke block, water discharge block and normal block, the convolutional neural network The feature of the block image is automatically extracted by the network, so that the feature of the block image such as flame, smoke, water discharge, etc. is extracted from the input information of the monitoring area, for example, the outline etc. in the image Feature of the block image can be extracted without requiring any Every time a flame block, smoke block, the probability of belonging to each class of water discharge block and normal block is outputted, to ensure distinguishable the type of block.

(ブロック画像説明文の生成による効果)
更に、ブロック画像を第2の多層式ニューラルネットワークに入力してブロック画像の内容を示す画像説明文を出力する画像解析装置が設けられたため、例えば炎ブロック画像であれば「炎が出ている」といった画像説明文が生成され、煙ブロック画像であれば「煙が出ている」といった画像説明文が生成され、放水ブロック画像であれば「水がかけられている」といった画像説明文が生成され、この画像説明文を解析することで、ブロック画像の内容を人為的に把握可能とする。
(Effect of block image description generation)
Furthermore, since an image analysis apparatus is provided which inputs a block image to the second multilayer neural network and outputs an image explanatory text indicating the contents of the block image, for example, "flame is appearing" in the case of a flame block image. If a smoke block image is generated, an image description such as “smoke is generated” is generated. If an image is a water discharge block image, an image description such as “water is applied” is generated. The content of the block image can be artificially grasped by analyzing the image description.

(障害物の識別による放水軌道制御の効果)
また、画像解析装置は、火源までの放水軌道上に位置するブロック画像の画像説明文から障害物なし又は放水が貫通する障害物を識別した場合は、放水銃装置に火源に向けた直射起動での放水を指示し、画像説明文から放水が貫通できない障害物を識別した場合は、放水銃装置に障害物を迂回する曲射起動で放水を指示するようにしたため、例えば、火源を検出して放水銃から放水を開始する前に、火源までの放水軌道上に位置するブロック画像を画像解析装置に入力して画像説明文を生成し、例えば「高い構築物が立っている」といった画像説明文が生成された場合は、直射起動による放水は構築物に当たって火源に届かないことから曲射軌道による放水を行うことで、障害物が存在しても確実に火源に放水可能とする。また、「カーテンが張られている」といった画像説明文が生成された場合は、カーテンは放水を貫通できることから、直射軌道による放水により障害物を貫通して火源に放水可能とする。
(Effect of water trajectory control by identification of obstacles)
In addition, when the image analysis device identifies no obstacle or an obstacle through which the water discharges from the image description of the block image located on the water discharge path to the fire source, the water gun apparatus directs the fire source toward the fire source. In the case where water discharge at startup is instructed and an obstacle that can not penetrate water discharge is identified from the image description, water discharge is instructed by water spray activation for bypassing the obstacle to the water discharge gun device, for example, a fire source is detected Then, before starting water discharge from the water discharge gun, a block image located on the water discharge trajectory to the fire source is input to the image analysis device to generate an image explanatory text, for example, an image such as “a high structure stands” If an explanatory note is generated, the water from the direct activation does not reach the fire source as it strikes the construction, and the water can be discharged to the fire source even if there is an obstacle, by discharging the water according to the curved trajectory. In addition, when an image caption such as "the curtain is stretched" is generated, the curtain can penetrate the water discharge, so the water can be discharged by the direct trajectory so that the obstacle can be penetrated and the fire source can be discharged.

(可燃物の識別による放水量制御の効果)
また、画像解析装置は、火源の近傍に位置するブロック画像の画像説明文から可燃物を識別した場合は放水銃装置に放水量の増加を指示し、画像説明文から不燃物を識別した場合は放水銃装置に放水量の減少を指示するようにしたため、火源の近くに燃え易い可燃物がある場合は放水量を増して火災の拡大を防ぎ、火源の近くに不燃物がある場合は放水量を減らして水損被害を抑制する。
(Effect of discharge control by identification of combustibles)
In addition, when the image analysis device identifies combustibles from the image description of the block image located in the vicinity of the fire source, it instructs the water discharge gun device to increase the amount of water discharge, and identifies the incombustibles from the image description. In the case of fire flammable materials near the fire source, increase the amount of water discharge to prevent the spread of fire, and when there is non-combustible material near the fire source, because Reduce the amount of water discharge to reduce water loss damage.

(人の識別による放水停止制御の効果)
また、画像解析装置は、火源までの放水軌道上に位置するブロック画像の画像説明文から人の消火活動を識別した場合は、放水銃装置に放水開始の禁止を指示し、画像説明文から人が倒れていることを識別した場合は、放水銃装置に放水開始を指示するようにしたため、例えば避難する人を放水により妨害することなく安全に避難させることを可能とする。
(Effect of water stop control by identification of person)
In addition, when the image analysis device identifies a person's fire extinguishing activity from the image description of the block image located on the water discharge path to the fire source, the image analysis device instructs the water discharge gun device to prohibit the water discharge start. When it is identified that a person falls down, since the water discharge gun device is instructed to start water discharge, for example, it is possible to safely evacuate the person who has evacuated without interfering with the water discharge.

(人の識別による放水停止制御の効果)
また、画像解析装置は、火源までの放水軌道上に位置するブロック画像の画像説明文から人の消火活動を識別した場合は、放水銃装置に放水開始の禁止を指示し、画像説明文から人が倒れていることを識別した場合は、放水銃装置に放水開始を指示するようにしたため、例えば「男性が消火器を使用している」といった画像説明文が生成された場合は初期消火を識別して放水を開始しないことで消火活動を妨害しないようにし、一方、「人が倒れている」といった画像説明部が生成された場合は放水を開始して火災から防護するようにし、放水軌道上にいる人物の状況に応じて適切な放水開始や放水停止といった制御を可能とする。
(Effect of water stop control by identification of person)
In addition, when the image analysis device identifies a person's fire extinguishing activity from the image description of the block image located on the water discharge path to the fire source, the image analysis device instructs the water discharge gun device to prohibit the water discharge start. When it is identified that a person is falling, the water discharging gun device is instructed to start water discharging, so for example, when an image explanatory text such as “male using a fire extinguisher” is generated, the initial fire extinguishing Do not interrupt fire extinguishing activities by not identifying and starting water discharge, while starting water discharge and protecting from fire when an image explanation part such as “person is falling” is generated, water discharge track It enables control such as appropriate water discharge start and water discharge stop according to the situation of the person on the top.

(画像説明文の識別結果に基づく放水操作の支援による効果)
また、放水銃装置は、操作部の操作を検出して放水を開始するものであり、画像解析装置は、画像ブロックの説明文から、放水軌道上の障害物、火源近傍の可燃物、放水軌道上の人の存在、放水軌道上の人の消火活動又は放水軌道上の倒れている人を識別した場合、当該識別結果を放水銃装置の操作部に設けられた表示部に画面表示するようにしたため、放水開始を担当者が判断して操作するように構成された放水型消火設備にあっては、放水軌道上の障害物、火源近傍の可燃物、放水軌道上の人の存在、放水軌道上の人の消火活動又は放水軌道上の人の状況等の情報を操作者に提供することで支援し、担当者は放水銃の判断操作を迅速且つ適切に行って火災を抑制消火可能とする。
(Effect by support of water discharge operation based on identification result of image explanation sentence)
Also, the water discharge gun device detects the operation of the operation unit and starts water discharge, and the image analysis device, from the description of the image block, obstacles on the water discharge trajectory, combustibles near the fire source, water discharge When the presence of a person on the orbit, the fire fighting activity of the person on the water discharge track, or the fallen person on the water discharge track is identified, the identification result is displayed on the display unit provided on the operation unit of the water discharge device Therefore, in the case of a water discharge type fire extinguishing equipment configured to be operated by a person in charge of water discharge start, the obstacle on the water discharge track, the combustibles near the fire source, the presence of the person on the water discharge track, Support by providing the operator with information on fire extinguishing activities of people on the water discharge track or the situation of the people on the water discharge track, and the person in charge can quickly and appropriately judge the water discharge gun to suppress the fire and extinguish I assume.

(画像解析装置の多層式ニューラルネットワークによる効果)
また、画像解析装置の第2の多層式のニューラルネットワークは、入力した監視区域の画像から特徴量を抽出して所定の中間層から出力する畳み込みニューラルネットワークと、畳み込みニューラルネットワークから出力された特徴量を入力し、監視区域の画像の画像説明文を生成して出力する再帰型ニューラルネットワークとにより構成されたため、ブロック画像から前処理を必要とすることなく炎、煙、放水といったブロック画像の特徴量が自動的に抽出され、続いて、抽出された特徴量を再帰型ニューラルネットワークに入力することで、ブロック画像の内容を示す画像説明文が生成され、人がブロック画像を見て判断していると同等な放水銃装置の制御を可能とする。
(Effect of multi-layered neural network in image analysis system)
Further, the second multi-layered neural network of the image analysis apparatus extracts a feature quantity from the input monitoring area image and outputs the feature quantity from a predetermined intermediate layer, and the feature quantity output from the convolutional neural network Since it is composed of a recursive neural network that inputs and generates and outputs an image description of the image of the surveillance area, the feature value of the block image such as flame, smoke, and water discharge without requiring pre-processing from the block image Is extracted automatically, and then, the extracted feature quantity is input to the recursive neural network to generate an image explanatory text indicating the content of the block image, and a person looks at the block image and makes a judgment. It enables control of the water gun device equivalent to

監視カメラにより火源を検出して放水する放水型消火設備の概略を示した説明図Explanatory drawing which showed the outline of the water discharge type fire extinguishing equipment which detects a fire source with a surveillance camera and discharges water 屋外球技場に対する放水銃及び監視カメラの設置状態を示した説明図Explanatory drawing which showed the installation state of the water gun and surveillance camera to an outdoor ball game place 放水銃の直射軌道による放水を示した説明図Explanatory drawing showing water discharge by direct orbit of water discharge gun 放水銃の曲射軌道による放水を示した説明図Explanatory drawing which showed water discharge by the curved trajectory of the water discharge gun 図1の中央制御盤の機能構成を示したブロック図Block diagram showing the functional configuration of the central control panel of FIG. 1 図5の火源検出装置に設けられた多層式ニューラルネットワークの機能構成を示した説明図Explanatory drawing which showed the function structure of the multilayer-type neural network provided in the fire source detection apparatus of FIG. 監視区域の火災実験により撮像された学習画像のブロック分割とブロック画像の炎、煙、正常の分類を示した説明図Explanatory diagram showing block division of learning image taken by fire experiment in the monitoring area and classification of flame, smoke and normality of block image 監視区域の火災実験に対する放水により撮像された学習画像のブロック分割とブロック画像の炎、煙、放水、正常の分類を示した説明図Explanatory diagram showing block division of learning image taken by water discharge for fire experiment in the monitoring area and classification of flame, smoke, water discharge, normality of block image 図5の学習制御部による学習画像生成制御を示したフローチャートA flowchart showing learning image generation control by the learning control unit of FIG. 5 図5の火源検出装置による火源検出制御を示したフローチャートThe flowchart which showed the fire source detection control by the fire source detection apparatus of FIG. 5 図1の中央制御装置の他の実施形態を示したブロック図Block diagram showing another embodiment of the central control unit of FIG. 1 図11の画像解析装置に設けられた第2の多層式ニューラルネットワークの機能構成を示した説明図Explanatory drawing which showed the function structure of the 2nd multilayer type neural network provided in the image-analysis apparatus of FIG. 図11の画像解析装置による画像解析制御を示したフローチャートFlow chart showing image analysis control by the image analysis apparatus of FIG.

[放水型消火設備の第1実施形態]
(火災監視システムの概要)
図1は監視カメラにより火源を検出して放水する放水型消火設備の概略を示した説明図である。
[First embodiment of water discharge type fire extinguishing facility]
(Outline of fire monitoring system)
FIG. 1 is an explanatory view showing an outline of a water discharge type fire extinguishing facility in which a fire source is detected by a monitoring camera and discharged.

図1に示すように、本実施形態の放水型消火設備は、競技場や展示会場などの施設を消火対象区域として例えば4台の放水銃10が設置されており、それぞれの放水銃10の消火対象区域に対応して4台の監視カメラ12が設置されている。   As shown in FIG. 1, in the water discharge type fire extinguishing equipment of this embodiment, for example, four water discharge guns 10 are installed with facilities such as stadiums and exhibition halls as fire extinguishing target areas. Four surveillance cameras 12 are installed corresponding to the target area.

放水銃10に対しては制御盤14と現場操作盤16が設けられている。監視カメラ12及び制御盤14は監視センタに設置された中央制御盤18に信号線接続されている。   A control panel 14 and an on-site control panel 16 are provided for the water discharge gun 10. The surveillance camera 12 and the control panel 14 are connected by signal lines to a central control panel 18 installed at the monitoring center.

中央制御盤18に対しては中央操作卓20が設けられている。またポンプ室にはポンプ22が設けられ、ポンプ22はポンプ制御盤24により制御される。ポンプ22からの配水管26は放水銃10に放水圧力制御弁として機能する電動弁13を介して接続される。またポンプ室にはエアーコンプレッサ28が設けられ、空気配管30により放水銃10に接続されている。   A central console 20 is provided for the central control panel 18. Further, a pump 22 is provided in the pump chamber, and the pump 22 is controlled by a pump control panel 24. The water pipe 26 from the pump 22 is connected to the water discharge gun 10 via a motorized valve 13 which functions as a water discharge pressure control valve. Further, an air compressor 28 is provided in the pump chamber, and is connected to the water discharge gun 10 by an air pipe 30.

中央制御盤18は監視カメラ12の画像から多層式ニューラルネットワークを用いた火源検出機能により火源を監視しており、監視カメラ12の画像からの火源検出による火災断定信号を受信すると中央操作卓20に火災発生地区表示を行って警報を出すと共に、検出した火源に対応した所定の放水銃10に対し火源位置情報を送信する。   The central control panel 18 monitors the fire source from the image of the monitoring camera 12 by a fire source detection function using a multi-layered neural network, and the central operation is performed when the fire decision signal by the fire source detection from the image of the monitoring camera 12 is received. The fire occurrence area is displayed on the table 20 to issue an alarm, and the fire source position information is transmitted to a predetermined water gun 10 corresponding to the detected fire source.

このとき、例えば中央制御盤18において自動モードが設定されていた場合には、放水銃10の水平旋回及び垂直旋回により火源位置にノズル方向を指向して放水軌道を設定した後、ポンプ22の起動で加圧消火放水を供給し、火源までの距離に応じた電動弁13による圧力制御により消火用水を火源位置に向けて放水する。   At this time, for example, when the automatic mode is set in the central control panel 18, after setting the water discharge path to point the nozzle direction to the fire source position by horizontal swing and vertical swing of the water discharge gun 10, At startup, pressurized extinguishing water is supplied, and extinguishing water is discharged toward the fire source position by pressure control by the motor-operated valve 13 according to the distance to the fire source.

同時にエアーコンプレッサ28から圧縮空気が供給され、圧縮空気は放水銃10内における消火用水の周囲に噴出され、低い放水圧、少ない放水量で長距離且つ広範囲に消火用水を散布する。   At the same time, compressed air is supplied from the air compressor 28, and the compressed air is jetted around the extinguishing water in the water gun 10 to disperse the extinguishing water over a long distance and over a wide area with a low water discharge pressure and a small discharge amount.

図2は屋外球技場に対する放水銃及び監視カメラの設置状態を示した説明図である。図2は屋外球技場を例にとっており、中央のグランド部分が消火対象区域32に定められ、その周囲を囲んだ観客席の背後の所定高さの位置に4台の放水銃10が消火対象区域32を囲んで配置されている。   FIG. 2 is an explanatory view showing an installation state of a water gun and a monitoring camera in an outdoor ball game place. Figure 2 is an example of an outdoor ball game center, the central ground portion is defined in the fire control area 32, the four water guns 10 at a predetermined height position behind the spectator seat surrounding it around the fire control area It is arranged around 32.

また、スタンド側の放水銃10の後方となる高い位置には監視カメラ12が設置されている。監視カメラ12はRGBのカラー画像を例えば30フレーム/秒で撮像して動画として出力する。また、監視カメラ12は4K対応としており、1フレームは例えば縦横3840×2160ピクセルの画素配置となる。   A surveillance camera 12 is installed at a high position behind the water gun 10 on the stand side. The surveillance camera 12 captures an RGB color image at, for example, 30 frames / second and outputs it as a moving image. Further, the surveillance camera 12 is compatible with 4K, and one frame has a pixel arrangement of 3840 × 2160 pixels, for example.

更に、監視カメラ12は消火対象区域32を斜め上方から俯瞰できるようにスタンド側の可能な限り高い位置に設置することが望ましい。このような監視カメラ12の高所配置により、監視カメラ12からの距離に対する撮像物体の変化を最小限に抑える。また、必要に応じて監視カメラ12で撮像した画像を、消火対象区域32の上空から見下ろした画像に変換して出力するようにしても良い。   Furthermore, it is desirable that the surveillance camera 12 be installed as high as possible on the stand side so that the fire suppression area 32 can be viewed from obliquely above. Such a high-level arrangement of the surveillance camera 12 minimizes the change in the imaging object with respect to the distance from the surveillance camera 12. In addition, an image captured by the monitoring camera 12 may be converted into an image looking down from the sky of the fire suppression target area 32 and output as necessary.

(放水軌道の概要)
図3は放水銃の直射軌道による放水を示した説明図、図4は放水銃の曲射軌道による放水を示した説明図である。
(Summary of water discharge trajectory)
FIG. 3 is an explanatory view showing water discharge by a direct orbit of the water discharge gun, and FIG. 4 is an explanatory view showing water discharge by a curved injection track of the water discharge gun.

図3において、消火対象区域32には原点OをもつX軸、Y軸、Z軸の三次元座標が設定され、X−Y軸面は図2に示したグランド面であり、グランド面から高さHとなるZ軸上に放水銃10の放水点Pが設定されている。ここで、グランド面のQ点が火源として検出された場合、放水銃10をX軸に対し水平旋回角φだけ旋回して水平放水軸Wが火源Qを通るようにし、また、放水点Pから火源Qの間に障害物がないことから、放水点Pから下向きに垂直旋回角θ1だけ放水銃10を垂直旋回し、放水銃10からの放水軸線が火源Qに直接当たるように直射軌道54を設定して放水を行う。   In FIG. 3, three-dimensional coordinates of the X axis, Y axis, and Z axis with the origin O are set in the fire suppression area 32, and the XY plane is the ground plane shown in FIG. The water discharge point P of the water discharge gun 10 is set on the Z axis which is H. Here, when point Q of the ground plane is detected as a fire source, the water discharge gun 10 is turned by a horizontal turning angle φ with respect to the X axis so that the horizontal water discharge axis W passes the fire source Q, and the water discharge point Since there is no obstacle between P and the fire source Q, vertically rotate the water gun 10 by a vertical turning angle θ1 downward from the water discharge point P so that the water discharge axis from the water gun 10 directly hits the fire source Q The direct orbit 54 is set and water is discharged.

これに対し図4に示すように、放水点Pから火源Qの間に障害物58が存在する場合には、放水点Pから上向きに垂直旋回角θ2だけ放水銃10を垂直旋回し、放水銃10からの放水軸線が放物線を描いて障害物58を超えて火源Qに直接当たるように曲射軌道56を設定して放水を行う。   On the other hand, as shown in FIG. 4, when the obstacle 58 exists between the water discharge point P and the fire source Q, the water discharge gun 10 is vertically turned upward from the water discharge point P by the vertical turning angle θ2, Water is released by setting the curved trajectory 56 so that the water discharge axis from the gun 10 draws a parabola and directly strikes the fire source Q beyond the obstacle 58.

なお、図3の直射軌道54は火源Qまでの距離Lが短い場合は有効であるが、距離Lが長くなると直射軌道54では火源Qに当たらないことから、下向きの垂直旋回角θ1を上向きに修正して火源Qを直射する軌道に設定する。このような直射軌道の垂直旋回角θ1と放水距離Lの関係は予め設定されており、火源Qが検出された場合に放水距離Lを演算することで対応する垂直旋回角θを取得して直射軌道54が設定される。   The direct orbit 54 in FIG. 3 is effective when the distance L to the fire source Q is short, but when the distance L is long, the direct orbit 54 does not hit the fire source Q, so the downward vertical swing angle θ1 is Correct upward and set the fire source Q to a direct trajectory. The relationship between the vertical swing angle θ1 of the direct trajectory and the water discharge distance L is set in advance, and when the fire source Q is detected, the corresponding vertical swing angle θ is obtained by calculating the water discharge distance L. The direct orbit 54 is set.

また、図4の曲射軌道58についても、垂直旋回角θ2と放水距離Lとの関係は予め設定されており、障害物が識別された場合に、火源Qまでの放水距離Lを演算することで対応する垂直旋回角θ2を取得し曲射軌道56が設定される。   In addition, the relationship between the vertical turning angle θ2 and the water discharge distance L is also set in advance with respect to the curved trajectory 58 of FIG. 4, and when the obstacle is identified, the water discharge distance L to the fire source Q is calculated. Then, the corresponding vertical turning angle θ2 is acquired, and the curved trajectory 56 is set.

更に、火源Qの近傍に人がいる場合に直射軌道54の設定による放水は危険を伴うことから、障害物の有無に関わらず、常に、曲射軌道56を設定して放水するようにしても良い。   Furthermore, when a person is in the vicinity of the fire source Q, water discharge due to the setting of the direct trajectory 54 is dangerous. Therefore, regardless of the presence or absence of an obstacle, the bent trajectory 56 is always set to discharge water. good.

[中央制御盤の構成]
図5は図1の中央制御盤の機能構成を示したブロック図であり、図1に示した放水銃10と監視カメラ12の一系統を例にとって示している。
[Configuration of central control panel]
FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of the central control panel of FIG. 1, taking one system of the water gun 10 and the monitoring camera 12 shown in FIG. 1 as an example.

図5に示すように、中央制御盤18には火源検出装置34と放水制御部36が設けられる。火源検出装置34は、撮像部として機能する監視カメラ12により撮像された消火対象区域の監視画像を複数のブロック画像に分割し、ブロック画像を多層式ニューラルネットワーク40に入力して火源を検出する。   As shown in FIG. 5, the central control panel 18 is provided with a fire source detection device 34 and a water discharge control unit 36. The fire source detection device 34 divides the monitoring image of the extinguishing target area captured by the monitoring camera 12 functioning as an imaging unit into a plurality of block images, and inputs the block image to the multilayer neural network 40 to detect the fire source Do.

放水制御部36は、火源検出装置34により検出された火源に向けて、例えば図3に示した直射軌道54または図4に示した障害物を回避する曲射軌道56を設定して消火用水を放水する。   The water discharge control unit 36 sets, for example, the direct trajectory 54 shown in FIG. 3 or the curved trajectory 56 for avoiding the obstacle shown in FIG. 4 toward the fire source detected by the fire source detection device 34 for extinguishing water. Reject water.

(火源検出装置の構成)
火源検出装置34は、画像入力部38、多層式ニューラルネットワーク40、判定制御部42及びブロック分類画像記憶部44で構成され、また、多層式ニューラルネットワーク40に対し学習制御部46が設けられ、学習制御部46には学習画像記憶部48、キーボードやマウス等の操作部50、モニタ画面を備えた表示部52が接続され、これらの機能は、ニューラルネットワークの処理に対応したコンピュータ回路のCPUによるプログラムの実行により実現される。
(Configuration of fire source detection device)
The fire source detection device 34 includes an image input unit 38, a multilayer neural network 40, a determination control unit 42, and a block classification image storage unit 44. Further, a learning controller 46 is provided for the multilayer neural network 40. The learning control unit 46 is connected to a learning image storage unit 48, an operation unit 50 such as a keyboard and a mouse, and a display unit 52 having a monitor screen. These functions are performed by the CPU of a computer circuit corresponding to neural network processing. It is realized by program execution.

画像入力部38は監視カメラ12により撮像された消火対象区域の動画画像を、フレーム単位に監視画像として入力し、例えば縦横16×16の256ブロックのブロック画像に分割し、各ブロック画像を多層式ニューラルネットワーク40に順次入力し、ブロック画像が炎ブロックか、煙ブロックか、放水ブロックかを示すクラスタリングの推定値を出力する。   The image input unit 38 inputs a moving image of a fire extinguishing target area captured by the monitoring camera 12 as a monitoring image in frame units, divides it into block images of 16 blocks by 16 × 16, for example, and divides each block image into multiple layers It sequentially inputs to the neural network 40, and outputs an estimated value of clustering indicating whether the block image is a flame block, a smoke block or a water discharge block.

判定制御部42は多層式ニューラルネットワーク40から出力された炎、煙、放水を示すブロック画像の各推定値を所定の閾値と比較し、閾値を超えた推定値のブロック画像の種別を判定結果としてブロック分類画像記憶部44に記憶する。   The determination control unit 42 compares each estimated value of the block image indicating flame, smoke, and water discharge output from the multi-layered neural network 40 with a predetermined threshold, and determines the type of the block image of the estimated value exceeding the threshold as the determination result It is stored in the block classification image storage unit 44.

また、判定制御部42は監視画像から分割された全てのブロック画像の種別判定が終了した場合に、ブロック分類画像記憶部44に記憶されている種別ブロックから炎ブロックを検出して火源位置(火源位置座標)を求め、火源位置を放水制御部36に出力して放水制御を行わせる。   In addition, when the type determination of all block images divided from the monitoring image is completed, the determination control unit 42 detects a fire block from the type blocks stored in the block classification image storage unit 44 and detects the fire source position ( The fire source position coordinates are determined, and the fire source position is output to the water discharge control unit 36 to perform water discharge control.

この場合、判定制御部42はブロック分類画像記憶部44から単一の炎ブロックが検出された場合は、検出された炎ブロックの位置座標を火源位置として放水制御部36に出力するが、複数の炎ブロックの集合が検出された場合には、例えば炎ブロック集合の中心位置の座標を火源位置と推定して放水制御部36に出力する。   In this case, when a single fire block is detected from the block classification image storage unit 44, the determination control unit 42 outputs the detected position coordinates of the fire block to the water discharge control unit 36 as the fire source position. When a set of fire blocks is detected, for example, the coordinates of the center position of the fire block set are estimated as the fire source position and output to the water discharge control unit 36.

また、判定制御部42はブロック分類画像記憶部44から炎ブロックが検出できなかった場合は煙ブロックを検出し、検出した煙ブロックから火源位置を推定する。煙ブロックに基づく火源位置の推定は、煙は火源から出て拡散する分布となることから、煙ブロック集合における拡散開始端の煙ブロックに隣接したブロックを火源位置と推定する制御を行う。   Further, when the fire block is not detected from the block classification image storage unit 44, the judgment control unit 42 detects a smoke block, and estimates a fire source position from the detected smoke block. The estimation of the fire source position based on the smoke block performs control to estimate the block adjacent to the smoke block at the diffusion start end in the smoke block set as the fire source position, since the smoke is distributed out of the fire source and diffused. .

これより炎が遮蔽物に隠れて監視カメラ12から見えない場合にも、煙ブロックから火源位置を推定し、例えば曲射軌道の設定による放水で確実に消火抑制可能とする。   Even when the flame is hidden behind the shield and can not be seen from the surveillance camera 12, the fire source position is estimated from the smoke block, and the fire suppression can be surely suppressed by the discharge of water by setting the curved trajectory, for example.

学習制御部46は、設備の立上げ時等に、学習画像記憶部48に予め記憶されている炎学習ブロック画像、煙学習ブロック画像、放水学習ブロック画像及び正常学習ブロック画像を順次読み出し、画像入力部38を介して多層式ニューラルネットワーク40に教師ありのブロック画像として入力し、例えばバックプロパゲーション法(誤差逆伝播法)等の学習法により多層式ニューラルネットワーク40の重みとバイアスを学習させる。   The learning control unit 46 sequentially reads the flame learning block image, the smoke learning block image, the water discharge learning block image, and the normal learning block image stored in advance in the learning image storage unit 48 at the time of startup of the facility, etc. A supervised block image is input to the multilayer neural network 40 via the unit 38, and the weights and bias of the multilayer neural network 40 are learned by a learning method such as a back propagation method (error back propagation method).

この教師ありのブロック画像を用いて学習の済んだ多層式ニューラルネットワーク40に、監視カメラ12で撮像された監視領域の画像を分割したブロック画像を入力すると炎、煙、放水及び正常のクラス(種別)を示す推定値が出力される。   When a block image obtained by dividing the image of the monitoring area captured by the monitoring camera 12 is input to the multi-layered neural network 40 that has been learned using this supervised block image, classes of flame, smoke, water discharge and normal An estimated value indicating) is output.

ここで、炎推定値をy1、煙推定値をy2、放水推定値をy3、正常期待値をy4とすると、理想的には、
炎ブロックの場合は (y1,y2,y3,y4)=(1,0,0,0)
煙ブロックの場合は (y1,y2,y3,y4)=(0,1,0,0)
放水ブロックの場合は(y1,y2,y3,y4)=(0,0,1,0)
正常ブロックの場合は(y1,y2,y3,y4)=(0,0,0,1)
となる。
Here, assuming that the flame estimated value is y1, the smoke estimated value is y2, the water discharge estimated value is y3, and the normal expected value is y4, ideally
(Y1, y2, y3, y4) = (1, 0, 0, 0) for a fire block
(Y1, y2, y3, y4) = (0, 1, 0, 0) for smoke block
(Y1, y2, y3, y4) = (0, 0, 1, 0) in the case of a water discharge block
(Y1, y2, y3, y4) = (0, 0, 0, 1) for a normal block
It becomes.

実際のブロック画像を多層式ニューラルネットワーク40に入力した場合は、推定値y1〜y4の総和は1で、それぞれは0〜1の間の値をとることから、推定値y1〜y4を判定制御部42に入力して所定の閾値、例えば0.5と比較し、閾値以上の推定値yiのクラスを判別結果とする。なお、判定制御部42は、推定値y1〜y4の中の最大値となるクラスを判定結果としても良い。   When an actual block image is input to the multilayer neural network 40, the sum of the estimated values y1 to y4 is 1 and each takes a value between 0 and 1, so the control unit determines the estimated values y1 to y4. 42 is input and compared with a predetermined threshold, for example, 0.5, and the class of the estimated value yi equal to or greater than the threshold is determined as the discrimination result. The determination control unit 42 may set the class that is the maximum value among the estimated values y1 to y4 as the determination result.

(多層式ニューラルネットワーク)
図6は図5に示した多層式ニューラルネットワークの機能構成を示した説明図であり、図6(A)に概略を示し、図6(B)に詳細を模式的に示している。
(Multilayer neural network)
FIG. 6 is an explanatory view showing a functional configuration of the multilayer neural network shown in FIG. 5, schematically shown in FIG. 6 (A), and schematically shown in detail in FIG. 6 (B).

図6(A)に示すように、本実施形態の多層式ニューラルネットワーク40は、特徴抽出部として機能する畳み込みニューラルネットワーク60と、認識部として機能する全結合ニューラルネットワーク61で構成される。   As shown in FIG. 6A, the multi-layered neural network 40 of the present embodiment is composed of a convolutional neural network 60 functioning as a feature extraction unit and a total combination neural network 61 functioning as a recognition unit.

多層式ニューラルネットワーク40は、深層学習(ディープラーニング)を行うニューラルネットワークであり、中間層を複数つなぎ合わせた深い階層をもつニューラルネットワークであり、特徴抽出となる表現学習を行う。   The multilayer neural network 40 is a neural network that performs deep learning (deep learning), is a neural network having a deep hierarchy in which a plurality of intermediate layers are connected, and performs expression learning that is feature extraction.

通常のニューラルネットワークは、画像から炎、煙、放水、正常といった画像の特徴を推定するための特徴抽出には、人為的な試行錯誤による作業を必要とするが、多層式ニューラルネットワーク40では、特徴抽出部として機能する畳み込みニューラルネットワーク60を用いることで、画像の画素値を入力とし、学習により最適な特徴を抽出し、認識部として機能する全結合ニューラルネットワーク61に入力して炎、煙、放水、正常といった画像の特徴より分類したクラスタリングを行う。   A normal neural network needs an operation by artificial trial and error to extract features for estimating the features of the image such as flame, smoke, water discharge and normality from the image, but the multilayer neural network 40 has features By using the convolutional neural network 60 that functions as an extraction unit, the pixel values of the image are input, the optimum features are extracted by learning, and input to the all-combined neural network 61 that functions as a recognition unit for flame, smoke, water discharge. Perform clustering that is classified based on image features such as normal and.

全結合ニューラルネットワーク61は、図6(B)に模式的に示すように、入力層66、全結合68、中間層70と全結合68の繰り返し、及び出力層72で構成されている。   The total connection neural network 61 is composed of an input layer 66, a total connection 68, a repetition of an intermediate layer 70 and a total connection 68, and an output layer 72, as schematically shown in FIG. 6 (B).

ここで、全結合ニューラルネットワーク61は、ブロック画像を炎、煙、放水及び正常の4クラスに分類する多クラス分類を行うことから、最後の出力層72には、目的とする4クラスと同じ4ユニットを配置し、これらのユニットへの入力を、ソフトマックス関数を用いて、総和が1の出力y1,y2,y3,y4となるようにしており、各ユニットの出力y1,y2,y3,y4はそのクラスに属する確率を示すことになる。   Here, since the fully coupled neural network 61 performs multi-class classification to classify block images into four classes of flame, smoke, water discharge and normal, the final output layer 72 has the same four as the target four classes. The units are arranged, and the inputs to these units are made to be outputs y1, y2, y3 and y4 with a sum of 1 using a soft max function, and the outputs y1, y2, y3 and y4 of each unit are provided. Will indicate the probability of belonging to the class.

(畳み込みニューラルネットワーク)
図6(B)は特徴抽出部として機能する畳み込みニューラルネットワーク60の構造を模式的に示している。
(Convolutional neural network)
FIG. 6B schematically shows the structure of a convolutional neural network 60 which functions as a feature extraction unit.

畳み込みニューラルネットワーク60は、通常のニューラルネットワークとは少し特徴が異なり、視覚野から生物学的な構造を取り入れている。視覚野には、視野の小区域に対し敏感な小さな細胞の集まりとなる受容野が含まれており、受容野の挙動は、行列の形で重み付けを学習することで模倣できる。この行列は重みフィルタ(カーネル)呼ばれ、生物学的に受容野が果たす役割と同様に、ある画像の類似した小区域に対して敏感になる。   The convolutional neural network 60 has a slightly different characteristic from a normal neural network, and incorporates biological structures from the visual cortex. The visual cortex contains a receptive field that is a collection of small cells that are sensitive to a small area of the visual field, and the behavior of the receptive field can be mimicked by learning weights in the form of a matrix. This matrix is called a weight filter (kernel) and is sensitive to similar subregions of an image, as well as the role played by the receptive field in biological terms.

畳み込みニューラルネットワーク60は、畳み込み演算により、重みフィルタと小区域との間の類似性を表すことでき、この演算を通して、画像の適切な特徴を抽出することができる。   The convolutional neural network 60 can express the similarity between the weight filter and the small area by convolution operation, and through this operation, the appropriate features of the image can be extracted.

畳み込みニューラルネットワーク60は、図6(B)に示すように、まず、ブロック画像として入力される入力画像62に対し重みフィルタ63により畳み込み処理を行う。例えば、重みフィルタ63は縦横3×3の所定の重み付けがなされた行列フィルタであり、入力画像62の各画素にフィルタ中心を位置合わせしながら畳み込み演算を行うことで、入力画像62の9画素を小区域となる特長マップ64aの1画素に畳み込み、複数の特徴マップ64aが生成される。   As shown in FIG. 6 (B), the convolutional neural network 60 first performs convolution processing by the weight filter 63 on the input image 62 input as a block image. For example, the weight filter 63 is a matrix filter with predetermined weighting of 3 × 3 in vertical and horizontal directions, and performs nineteen pixels of the input image 62 by performing a convolution operation while aligning the center of the filter with each pixel of the input image 62. A plurality of feature maps 64a are generated by convolution to one pixel of the feature map 64a which is a small area.

続いて、畳み込み演算により得られた特徴マップ64aに対しプーリングの演算を行う。プーリングの演算は、識別に不必要な特徴量を除去し、識別に必要な特徴量を抽出する処理である。   Subsequently, pooling operation is performed on the feature map 64 a obtained by the convolution operation. The pooling operation is a process of removing feature amounts unnecessary for identification and extracting feature amounts necessary for identification.

続いて、重みフィルタ65a,65bを使用した畳み込み演算とプーリングの演算を多段に繰り返して特徴マップ64b,64cが得られ、最後の層の特徴マップ64cを全結合ニューラルネットワーク61に入力し、通常の全結合ニューラルネットワーク61を用いた認識部により入力したブロック画像が炎、煙、放水、正常の何れかのクラスに属するかを推定する。   Subsequently, the convolution operation and the pooling operation using the weight filters 65a and 65b are repeated in multiple stages to obtain the feature maps 64b and 64c, and the feature map 64c of the last layer is input to the fully coupled neural network 61. The block image input by the recognition unit using the total connection neural network 61 is estimated to belong to the flame, smoke, water discharge, or normal class.

なお、畳み込みニューラルネットワークにおけるプーリングの演算は、炎、煙、放水、正常かの推定に不必要な特徴量が必ずしも明確でなく、必要な特徴量を削除する可能性があることから、プーリングの演算は行わないようにしても良い。   It should be noted that the pooling operation in the convolutional neural network is a pooling operation because the unnecessary feature quantities are not necessarily clear for estimation of flame, smoke, water discharge, and normality, and the necessary feature quantities may be deleted. You may choose not to

[多層式ニューラルネットワークの学習]
(バックプロパゲーション)
入力層、複数の中間層及び出力層で構成されるニューラルネットワークは、各層に複数のユニットを設けて他の層の複数のユニットと結合し、各ユニットにはウェイト(重み)とバイアス値が設定され、複数の入力値とウェイトとのベクトル積を求めてバイアス値を加算して総和を求め、これを所定の活性化関数に通して次の層のユニットに出力するようにしており、最終層に到達するまで値が伝播するフォワードプロパゲーションが行われる。
[Learning of multi-layered neural network]
(Back propagation)
A neural network composed of an input layer, a plurality of intermediate layers, and an output layer provides a plurality of units in each layer and combines them with a plurality of units in other layers, and weights (bias) and bias values are set for each unit The vector product of a plurality of input values and weights is calculated and the bias values are added to obtain the sum, which is passed through a predetermined activation function and output to the unit of the next layer. Forward propagation is performed where the value propagates until reaching.

このようなニューラルネットワークのウェイトやバイアスを変更するには、バックプロパゲーションとして知られている学習アルゴリズムを使用する。バックプロパゲーションでは、入力値xと期待される出力値(期待値)yというデータセットをネットワークに与えた場合の教師ありの学習と、入力値xのみをネットワークに与えた場合の教師なしの学習があり、本実施形態は、例えば教師ありの学習を行う。   To change the weights and biases of such neural networks, we use a learning algorithm known as backpropagation. In back propagation, supervised learning when the data set of input value x and expected output value (expected value) y is given to the network and unsupervised learning when the input value x is given only to the network In this embodiment, for example, supervised learning is performed.

教師ありの学習でバックプロパゲーションを行う場合は、ネットワークを通ってきたフォワードプロパゲーションの結果である推定値y*と期待値yの値を比較する誤差として、例えば、平均二乗誤差の関数を使用する。   When performing backpropagation in supervised learning, for example, a function of mean square error is used as an error for comparing values of estimated value y * and expected value y, which are the results of forward propagation passed through the network Do.

バックプロパゲーションでは、推定値y*と期待値yの誤差の大きさを使い、ネットワークの後方から前方までウェイトとバイアスを補正しながら値を伝播させる。各ウェイトとバイアスについて補正した量は、誤差への寄与として扱われ、最急降下法で計算され、ウェイトとバイアスの値を変更することにより、誤差関数の値を最小化する。   In back propagation, using the magnitude of the error between the estimated value y * and the expected value y, the value is propagated from the back to the front of the network while correcting the weight and bias. The amount corrected for each weight and bias is treated as a contribution to the error, calculated by the steepest descent method, and the value of the weight and bias is changed to minimize the value of the error function.

ニューラルネットワークに対するバックプロパゲーションによる学習の手順は次にようになる。
(1) 入力値xをニューラルネットワークに入力して、フォワードプロパゲーションを行い推定値y*を求める。
(2) 推定値y*と期待値yに基づき誤差関数で誤差を計算する。
(3) ウェイトとバイアスを更新しながら、ネットワークにて、バックプロパゲーションを行う。
The procedure of learning by back propagation for a neural network is as follows.
(1) The input value x is input to the neural network, and forward propagation is performed to obtain the estimated value y *.
(2) Calculate an error with an error function based on the estimated value y * and the expected value y.
(3) Perform back propagation in the network while updating weights and biases.

この手順は、ニューラルネットワークのウェイトとバイアスの誤差が可能な限り最小になるまで、異なる入力値xと期待値yの組み合わせを使って繰り返し、誤差関数の値を最小化する。   This procedure is repeated using combinations of different input values x and expected values y until the error of weight and bias of the neural network is minimized to minimize the value of the error function.

図6(B)に示す多層式ニューラルネットワーク40の教師ありの学習制御では、炎学習ブロック画像の期待値(y1,y2,y3,y4)=(1,0,0,0)、煙学習ブロック画像の期待値(y1,y2,y3,y4)=(0,1,0,0)、放水学習ブロック画像の期待値(y1,y2,y3,y4)=(0,0,1,0)、更に正常学習ブロック画像の期待値(y1,y2,y3,y4)=(0,0,0,1)を使用し、前述したバックプロパゲーションを行う。   In the supervised learning control of the multi-layered neural network 40 shown in FIG. 6B, the expected values (y1, y2, y3, y4) = (1, 0, 0, 0) of the flame learning block image, the smoke learning block Expected value of image (y1, y2, y3, y4) = (0, 1, 0, 0), Expected value of water discharge learning block image (y1, y2, y3, y4) = (0, 0, 1, 0) Furthermore, the expected values (y1, y2, y3, y4) = (0, 0, 0, 1) of the normal learning block image are used to perform the back propagation described above.

なお、教師なしの学習でバックプロパゲーションを行う場合は、推定値y*と入力値xの誤差の大きさを使い、ネットワークの後方から前方までウェイトとバイアスを補正しながら値を伝播させる。この場合にも各ウェイトとバイアスについて補正した量は、誤差への寄与として扱われ、最急降下法で計算され、ウェイトとバイアスの値を変更することにより、誤差関数の値を最小化する。   When back propagation is performed by unsupervised learning, the value is propagated while correcting the weight and bias from the rear to the front of the network using the magnitude of the error between the estimated value y * and the input value x. Also in this case, the corrected amount for each weight and bias is treated as a contribution to the error, calculated by the steepest descent method, and the value of the weight and bias is changed to minimize the value of the error function.

(学習画像の生成機能)
図5に示す学習制御部46は、操作部50による所定の学習画像生成操作が行われると、監視カメラ12により撮像された火災実験又は放水実験の動画からフレーム単位に画像を学習画像として画像入力部38に読み込み、例えば4K画像の場合、縦横16×16の256ブロックのブロック画像に分割して表示部52のモニタ画面に表示させる。なお、学習画像は、監視カメラ12により撮像された火災実験又は放水実験の動画を図示しない録画装置に録画し、録画装置から画像入力部38に読み込んでも良い。
(Function to generate learning image)
When a predetermined learning image generation operation is performed by the operation unit 50, the learning control unit 46 illustrated in FIG. 5 inputs an image as a learning image in frame units from a moving image of a fire experiment or a water discharge experiment captured by the monitoring camera 12. For example, in the case of a 4K image, the image is divided into block images of 16 × 16 blocks of 16 × 16 and displayed on the monitor screen of the display unit 52. Note that the learning image may be recorded on a video recording device (not shown) that is a moving image of a fire experiment or a water discharge experiment captured by the monitoring camera 12 and read from the video recording device to the image input unit 38.

図7は監視領域の火災実験等により撮像された学習画像のブロック分割とブロック画像の炎、煙、正常の分類を示した説明図である。   FIG. 7 is an explanatory view showing block division of a learning image captured by a fire experiment or the like in a monitoring area and classification of flame, smoke, and normal of the block image.

図7(A)に示すように、図5の表示部52のモニタ画面には、画像入力部38に読み込まれてブロック分割された火災画像74−1が表示される。本実施形態では、火災画像74−1は縦横26×16の256ブロックのブロック画像に分割されているが、これは一例であり、ブロックサイズは、放水銃10による散水領域に対応した画面上のサイズとなるように分割される。   As shown in FIG. 7A, on the monitor screen of the display unit 52 of FIG. 5, a fire image 74-1 read by the image input unit 38 and divided into blocks is displayed. In the present embodiment, the fire image 74-1 is divided into block images of 26.times.16 256 blocks, but this is an example, and the block size is on the screen corresponding to the water spray area by the water discharge gun 10. It is divided to be the size.

火災画像74−1は、燃焼物76に例えば角材を積み上げて燃焼物として着火し、着火後に炎78が少し上がり、その上に煙80が上がっている火災初期段階の画像である。   The fire image 74-1 is an image of an early stage of fire in which, for example, a timber is stacked on a combustible material 76 and ignited as a combustible material, and a flame 78 slightly rises after ignition, and smoke 80 rises thereon.

このようなブロック分割された火災画像74−1に対し、煙学習ブロック画像S、炎学習ブロック画像F及び正常ブロック画像とするブロック画像の分類を、操作者の目視判断により行う。この分類操作により図7(B)に示すブロック分類画像82−1が生成される。なお、正常ブロック画像は白枠のブロックで示している。   Classification of the smoke learning block image S, the flame learning block image F, and the block image to be a normal block image is performed on the block-divided fire image 74-1 by visual judgment of the operator. A block classification image 82-1 shown in FIG. 7B is generated by this classification operation. The normal block image is indicated by a white frame block.

ここで、正常学習ブロック画像は炎や煙がないブロックであり、煙学習ブロック画像Sは煙が目視できるブロックであり、炎学習ブロック画像Fは炎が目視できるブロックである。   Here, the normal learning block image is a block having no flame or smoke, the smoke learning block image S is a block in which smoke can be viewed, and the flame learning block image F is a block in which a flame can be viewed.

また、図7(B)に示すブロック分類画像82−1は、例えば左上隅を初期位置とした行番号1〜16と列番号1〜16で特定されるブロックアドレス(二元アドレス)A1〜A256に対応して煙学習ブロック画像S、炎学習ブロック画像Fを示す識別情報を格納したデータ形式で記憶される。   Further, the block classified image 82-1 shown in FIG. 7B has block addresses (binary addresses) A1 to A256 specified by row numbers 1 to 16 and column numbers 1 to 16 with the upper left corner as an initial position, for example. Are stored in a data format storing identification information indicating the smoke learning block image S and the flame learning block image F in correspondence with.

更に、ブロックアドレスA1〜A256には、図3及び図4に示した消火対象区域32の三次元座標位置を示す座標値(Xi,Yi,Zi)を含むデータ形式で記憶されている。   Furthermore, the block addresses A1 to A256 are stored in a data format including coordinate values (Xi, Yi, Zi) indicating the three-dimensional coordinate position of the fire suppression area 32 shown in FIGS. 3 and 4.

図8は消火対象区域の火災実験に対する放水により撮像された学習画像のブロック分割とブロック画像の炎、煙、放水、正常の分類を示した説明図である。   FIG. 8 is an explanatory view showing block division of a learning image captured by water discharge and fire, smoke, water discharge, and classification of normality of the block image for the fire experiment of the fire suppression area.

図8(A)に示すブロック分割された火災画像74−2にあっては、図7(A)に対し時間の経過に伴い火災が拡大し、燃焼物76からの炎78は大きく立ち上がっており、ここに放水銃10からの放水84が開始された状態であり、燃焼物76に放水84が当たることで水蒸気を含む煙80が大きく拡散している。   In the case of the fire image 74-2 divided into blocks shown in FIG. 8A, the fire is expanded with the passage of time as compared with FIG. 7A, and the flame 78 from the combustible material 76 largely rises. Here, the water discharge 84 from the water discharge gun 10 is in a state of being started, and the smoke 80 containing water vapor is largely diffused by the water discharge 84 hitting the combustion material 76.

図8(B)は、図8(A)の火災画像74−2におけるブロック分類画像82−2であり、炎学習ブロック画像F及び煙学習ブロック画像Sに加え、放水学習ブロック画像Wが新たに加わっている。   FIG. 8B is a block classification image 82-2 in the fire image 74-2 of FIG. 8A, and in addition to the flame learning block image F and the smoke learning block image S, the water discharge learning block image W is newly added. Is participating.

図7(A)及び図8(A)は火災画像の一例であり、実際には、燃焼物の着火から図7(A)を経て図8(A)のように炎が燃え上がるように拡大し、その後放水を受けて鎮火して行く火災動画が入力されていることから、例えば着火から5分間の録画をフレーム単位に読み込むと、9000枚の火災画像が得られ、それぞれ縦横16×16の256ブロックのブロック画像に分割して分類することで、正常ブロック画像、炎学習ブロック画像F、煙学習ブロック画像S及び放水学習ブロック画像Wが最大で2,304,000枚生成できる。   7 (A) and 8 (A) are an example of a fire image, and in fact, as shown in FIG. 8 (A) from FIG. 7 (A) from the ignition of the burning matter, it is expanded so that the flame may burn up. Then, since the fire animation that is to be extinguished after receiving water discharge is input, for example, when recording for 5 minutes from ignition is read in frame units, 9000 fire images are obtained, each being 256 × 16 × 16 × 256 By dividing and classifying into block images of blocks, it is possible to generate a maximum of 2,304,000 normal block images, flame learning block images F, smoke learning block images S and water discharge learning block images W.

なお、火災画像を分割したブロック画像の分類は、操作者の目視による手動操作による分類以外に、例えばブロック単位に画素の輝度の総和を求めて自動的に判定して分類するようにしても良い。   The classification of the block image obtained by dividing the fire image may be performed by automatically determining and classifying the sum of the pixel luminance in block units, for example, in addition to the classification by the manual operation by the operator visually .

また、火災実験による火災画像の撮像は、消火対象区域32では行えない場合もあることから、この場合には、システム製造側の火災実験施設を使用して行った火災実験を撮像して録画した動画を利用する。   Moreover, since imaging of a fire image by fire experiment may not be able to be performed in the fire extinguishing area 32, in this case, the fire experiment conducted using the fire experiment facility on the system manufacturing side was imaged and recorded Use video.

(学習画像生成制御)
図9は図5の学習制御部による学習画像生成制御を示したフローチャートである。図9に示すように、所定の操作により学習画像生成制御が開始されると、学習制御部46は、ステップS1で監視カメラ12により撮像されて例えば録画装置に録画されている火災動画をフレーム単位に火災画像として読み込み、ステップS2で所定サイズのブロック画像に分割し、ステップS3で例えば図7(A)に示すように表示部52のモニタ画面に表示させる。
(Learning image generation control)
FIG. 9 is a flowchart showing learning image generation control by the learning control unit of FIG. As shown in FIG. 9, when learning image generation control is started by a predetermined operation, the learning control unit 46 performs a frame unit of a fire moving image captured by the monitoring camera 12 in step S1 and recorded, for example, in a recording device. The image is read as a fire image, divided into block images of a predetermined size in step S2, and displayed on the monitor screen of the display unit 52 as shown in FIG. 7A, for example, in step S3.

続いて、ステップS4に進み、学習制御部46は、モニタ画面に表示されたブロック画像の操作者による目視による操作に基づき、ブロック画像を炎学習ブロック画像、煙学習ブロック画像、放水学習ブロック画像、正常学習ブロック画像に分類し、この内の炎学習ブロック画像、煙学習ブロック画像、放水学習ブロック画像、正常学習ブロック画像をステップS5で学習画像記憶部48に記憶させる。   Subsequently, the process proceeds to step S4, and the learning control unit 46 causes the block image to be a flame learning block image, a smoke learning block image, a water discharge learning block image, based on a visual operation by the operator of the block image displayed on the monitor screen. The normal learning block image is classified, and the flame learning block image, the smoke learning block image, the water discharge learning block image, and the normal learning block image among them are stored in the learning image storage unit 48 in step S5.

続いて、学習制御部46は、ステップS6で全ての火災画像を処理したか否か判別し、全ての火災画像を処理していない場合はステップS1からの処理を繰り返し、全ての火災画像を処理したことを判別すると一連の処理を終了し、多層式ニューラルネットワーク40の学習を行う。   Subsequently, in step S6, the learning control unit 46 determines whether all fire images have been processed, and if all the fire images have not been processed, the process from step S1 is repeated to process all the fire images. When it is determined that the process has been performed, the series of processes is ended, and the learning of the multilayer neural network 40 is performed.

(火源検出制御)
図10は図5の火源検出装置による火源検出制御を示したフローチャートである。図10に示すように、火源検出装置34はステップS11で監視カメラ12からの監視画像を画像入力部38に読み込み、ステップS12で所定サイズのブロック画像に分割して、ステップS13で先頭のブロック画像から順番に多層式ニューラルネットワーク40に入力し、多層式ニューラルネットワーク40から出力された炎、煙、放水及び正常の4クラスの推定値に対し判定制御部42で所定の閾値との比較で煙、放水及び正常の何れのクラスに属するかを判定し、ステップS14で判定結果をブロック分類画像記憶部44に記憶させる。
(Fire source detection control)
FIG. 10 is a flowchart showing fire source detection control by the fire source detection device of FIG. As shown in FIG. 10, the fire source detection device 34 reads the monitoring image from the monitoring camera 12 into the image input unit 38 in step S11, and divides it into block images of a predetermined size in step S12. Images are input to the multi-layered neural network 40 in order, and the smoke, smoke, water discharge, and normal four classes of estimated values output from the multi-layered neural network 40 are compared with a predetermined threshold in the determination control unit 42 In step S14, the block classification image storage unit 44 is made to store the determination result.

続いて、ステップS15で、火源検出装置34は全てのブロック画像の入力を判別するまでステップS13からの処理を繰り返し、全てのブロック画像の入力を判別した場合はステップS16に進み、ブロック分類画像記憶部44に炎ブロックが記憶されているか否か判別し、炎ブロックが1つでも判別されるとステップS17に進み、炎ブロックから火源ブロックを推定する。このとき複数の炎ブロックの集合が判別された場合は、炎ブロック集合の中心に位置する炎ブロックを火源ブロックと推定する。   Subsequently, in step S15, the fire source detection device 34 repeats the processing from step S13 until the input of all block images is determined. If the input of all block images is determined, the process proceeds to step S16. It is determined whether or not a flame block is stored in the storage unit 44. If even one flame block is determined, the process proceeds to step S17, and a fire source block is estimated from the flame block. At this time, when a plurality of sets of flame blocks are determined, the flame block located at the center of the flame block set is estimated as the fire source block.

続いて、ステップS18に進み、火源検出装置34は、推定した火源ブロックの位置座標をブロックアドレスに基づいて取得し、火源位置座標を放水制御部36に出力して放水銃10からの放水を行わせる。   Subsequently, the process proceeds to step S18, and the fire source detection device 34 acquires the estimated position coordinates of the fire source block based on the block address, and outputs the fire source position coordinates to the water discharge control unit 36 to Make water discharge.

また、火源検出装置34は、ステップS16で、ブロック分類画像記憶部44から炎ブロックが判別されなかった場合はステップS19に進み、ブロック分類画像記憶部44に煙ブロックが記憶されているか否か判別し、煙ブロックが判別されるとステップS20に進み、煙ブロックから火源ブロックを推定する。   If the flame source is not determined from the block classification image storage unit 44 in step S16, the fire source detection device 34 proceeds to step S19, and whether the smoke block is stored in the block classification image storage unit 44 If a smoke block is determined, the process proceeds to step S20, and a fire source block is estimated from the smoke block.

ここで、火災であればブロック分類画像記憶部44に多数の煙ブロックが記憶されていることから、火源検出装置34はステップS20で複数の煙ブロックの集合の分布から火源ブロックを推定し、続いて、ステップS18に進み、推定した火源ブロックの位置座標をブロックアドレスに基づいて取得し、火源位置座標を放水制御部36に出力して放水銃10からの放水を行わせる。   Here, since a large number of smoke blocks are stored in the block classification image storage unit 44 if it is a fire, the fire source detection device 34 estimates the fire source block from the distribution of the plurality of smoke blocks in step S20. Subsequently, the process proceeds to step S18, the position coordinates of the estimated fire source block are acquired based on the block address, and the fire source position coordinates are output to the water discharge control unit 36 to cause water discharge from the water discharge gun 10.

(火源への放水命中の判定機能)
図5に示した火源検出装置34は、火源座標を放水制御部36に出力して放水銃10から火源に向けて放水を開始した場合、監視カメラ16により撮像された消火対象区域の画像を画像入力部38でブロック画像に分割して多層式ニューラルネットワーク40に入力し、判定制御部42で炎、煙、放水のブロック種別を判別してブロック分類画像記憶部44に記憶し、煙ブロックと放水ブロックの時間的な変化から火源に放水が命中しているか否か判定し、判定結果を現場操作盤16に送って報知させる制御を行う。
(A function to judge the water discharge to the fire source)
When the fire source detection device 34 shown in FIG. 5 outputs fire source coordinates to the water discharge control unit 36 and starts water discharge from the water discharge gun 10 toward the fire source, the fire extinguishing target area captured by the monitoring camera 16 The image is divided into block images by the image input unit 38 and input to the multi-layered neural network 40. The block control of the flame, smoke and water discharge is discriminated by the judgment control unit 42 and stored in the block classification image storage unit 44. It is judged from the temporal change of the block and the water discharge block whether or not the water discharge is hit to the fire source, and the judgment result is sent to the on-site operation panel 16 to be notified.

これは図8に示したように、炎78に放水銃10からの放水84が当たった場合に煙80が大きく広がることから、火源検出装置34は、このような煙ブロックの時間的な変化から消火用水が火源に命中したことを判断して操作者に報知する。   This is because, as shown in FIG. 8, when the flame 78 hits the water discharge 84 from the water gun 10, the smoke 80 spreads widely, so the fire source detection device 34 changes such a smoke block in time. From this, it is determined that the fire extinguishing water has hit the fire source and the operator is notified.

また、放水を開始しても白煙が広がるような煙ブロックの時間的な変化が検出されない場合は、火源検出装置34は放水が命中していないことを操作者に報知でき、これを受けて操作者は放水銃10の放水方向や放水距離を調整して放水を命中させる操作を行うことができる。   In addition, even if the water discharge is started, if the temporal change of the smoke block is not detected such that the white smoke spreads, the fire source detection device 34 can notify the operator that the water discharge is not hit. Thus, the operator can adjust the water discharge direction and the water discharge distance of the water discharge gun 10 to perform an operation of hitting the water discharge.

(火源への放水命中のフィードバック制御)
また、火源検出装置34は、煙ブロックと放水ブロックの時間的な変化から火源に放水が命中していないことを判定した場合に放水制御部36に通知し、火源に放水が命中している判定結果が得られるように放水制御部36が放水方向及び放水圧力の少なくとも何れかを変更する制御を行う。
(Feedback feedback control to the fire source)
The fire source detection device 34 also notifies the water discharge control unit 36 when it is determined from the temporal change of the smoke block and the water discharge block that the fire source has not hit the water discharge, and the fire source hits the water discharge. The water discharge control unit 36 performs control to change at least one of the water discharge direction and the water discharge pressure so as to obtain the determined result.

即ち、火源検出装置34は、放水を開始した場合に消火用水が火源に命中して白煙が広がるような煙ブロックの時間的な変化が検出されない場合には、放水制御部36に放水条件の変更を指示し、これを受けた放水制御部36は、例えば、初期設定した放水圧力と放水方向を起点に、放水圧力を所定値だけ増加して放水距離を伸ばした状態で放水方向を所定角度範囲で変化させ、火源検出装置34から白煙が広がるような煙ブロックの時間的な変化の判別通知が得られるまで放水圧力を段階的に増加させる制御を行う。これにより放水開始時に火源に放水が命中しなくとも、放水銃からの放水距離と放水方向の変更による実質的なフィードバック制御により確実に火源に放水を命中させることができる。   That is, the fire source detection device 34 discharges water to the water discharge control unit 36 when the temporal change of the smoke block is not detected such that the fire extinguishing water hits the fire source and the white smoke spreads when the water discharge is started. The water discharge control unit 36, which has instructed the change of the conditions and received it, for example, increases the water discharge pressure by a predetermined value and extends the water discharge distance starting from the water discharge pressure and the water discharge direction initially set. Control is performed to gradually increase the water discharge pressure until it is changed within a predetermined angle range and notification of temporal change in the smoke block is obtained from the fire source detection device 34 such that white smoke spreads. As a result, even if the fire source does not hit the water source at the start of the water discharge, it is possible to make the water source hit the water source by the substantial feedback control by changing the water discharge distance from the water discharge gun and the water discharge direction.

[放水型消火設備の第2実施形態]
(中央制御装置の概要)
図11は図1の中央制御装置の他の実施形態を示したブロック図である。図11に示すように、中央制御盤18には火源検出装置34と放水制御部36に加え、新たに画像解析装置90が設けられる。
[Second embodiment of water discharge type fire extinguishing facility]
(Overview of Central Control Unit)
FIG. 11 is a block diagram showing another embodiment of the central control unit of FIG. As shown in FIG. 11, in addition to the fire source detection device 34 and the water discharge control unit 36, the central control panel 18 is additionally provided with an image analysis device 90.

火源検出装置34は、監視カメラ12により撮像された警戒対象区域の監視画像を複数のブロック画像に分割し、ブロック画像を多層式ニューラルネットワーク40に入力して火源を検出する。また、放水制御部36は、火源検出装置34により検出された火源に向けて消火用水を放水する。このような火源検出装置34及び放水制御部36は、図5の実施形態と基本的に同じになることから、同一符号を付してその説明は省略する。   The fire source detection device 34 divides the monitoring image of the alerting area taken by the monitoring camera 12 into a plurality of block images, and inputs the block image into the multilayer neural network 40 to detect the fire source. Further, the water discharge control unit 36 discharges extinguishing water toward the fire source detected by the fire source detection device 34. Since such a fire source detection device 34 and the water discharge control unit 36 are basically the same as the embodiment of FIG. 5, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

(画像解析装置の概要)
画像解析装置90は、画像入力部92、第2の多層式ニューラルネットワーク94、判定制御部96及びシソーラス辞書98で構成され、また、第2の多層式ニューラルネットワーク94に対し学習制御部100が設けられ、学習制御部100には学習データセット記憶部102、キーボードやマウス等の操作部104、モニタ画面を備えた表示部106が接続され、これらの機能は、ニューラルネットワークの処理に対応したコンピュータ回路のCPUによるプログラムの実行により実現される。
(Outline of image analysis device)
The image analysis device 90 is composed of an image input unit 92, a second multilayer neural network 94, a judgment control unit 96, and a thesaurus dictionary 98, and a learning controller 100 is provided for the second multilayer neural network 94. The learning control unit 100 is connected to a learning data set storage unit 102, an operation unit 104 such as a keyboard or a mouse, and a display unit 106 having a monitor screen, and these functions correspond to computer circuits corresponding to neural network processing. This is realized by the execution of a program by the CPU of

放水制御部36は、火源検出装置34により検出された火源位置に向けて放水制御部36が放水銃10から放水を行う放水軌道を設定した場合、放水軌道設定情報を画像解析装置90の画像入力部92に出力する。   The water discharge control unit 36 sets the water discharge track setting information of the image analysis device 90 when the water discharge control unit 36 sets a water discharge track for discharging water from the water discharge gun 10 toward the fire source position detected by the fire source detection device 34. The image is output to the image input unit 92.

画像入力部92は、放水制御部36から受けた放水軌道設定情報に基づき、監視カメラ12から読み込んで分割したブロック画像に対し放水軌道を設定し、放水軌道上に位置するブロック画像を切り出して第2の多層式ニューラルネットワーク94に入力し、入力したブロック画像の画像説明文を生成させる。   The image input unit 92 sets a water discharge track for the block image read and divided from the monitoring camera 12 based on the water discharge track setting information received from the water discharge control unit 36, and cuts out a block image located on the water discharge track. The multi-layered neural network 94 is input to generate an image description of the input block image.

第2の多層式ニューラルネットワーク94で生成された画像説明文は判定制御部96に出力され、シソーラス辞書98に記憶された単語との比較照合が行われ、放水軌道上のブロック画像が何を示しているかの識別が行われ、この識別結果に基づく放水開始や放水停止といった制御指示が放水制御部36に出力され、放水軌道上の状況に合わせた適切な放水制御を可能とする。   The image description generated by the second multilayer neural network 94 is output to the determination control unit 96, and comparison and comparison with the words stored in the thesaurus dictionary 98 are performed, and the block image on the water discharge trajectory indicates what The control instruction such as the water discharge start and the water discharge stop based on the result of the identification is output to the water discharge control unit 36 to enable appropriate water discharge control in accordance with the situation on the water discharge track.

例えば、第2の多層式ニューラルネットワーク94に炎ブロック画像が入力されると「炎が出ている」といった画像説明文が生成され、また、煙ブロック画像が入力されると「煙が出ている」といった画像説明文が生成され、更に、放水ブロック画像がに入力されると「水がかけられている」といった画像説明文が生成され、この画像説明文を判定制御部96でシソーラス辞書98の登録単語と比較照合して解析することで、ブロック画像の内容を人為的に把握可能とする。   For example, when a flame block image is input to the second multilayer neural network 94, an image description such as "flame is generated" is generated, and when a smoke block image is input, "smoke is generated. The image description such as “” is generated, and further, when the water discharge block image is input, the image description such as “water is poured” is generated, and this image description is used by the determination control unit 96 in the thesaurus dictionary 98. The contents of the block image can be artificially grasped by comparing and analyzing the registered words.

(障害物の識別による放水軌道制御)
画像解析装置90の判定制御部96は、第2の多層式ニューラルネットワーク94により生成された火源までの放水軌道上に位置するブロック画像の画像説明文から例えば「高い構築物が立っている」といった画像説明文が生成された場合、放水制御部36に図4に示した曲射軌道56の設定による放水を指示し、直射軌道による放水は構築物に当たって火源に届かないことから曲射軌道による放水を行うことで、障害物が存在しても確実に火源に放水可能とする。
(Water discharge trajectory control by identification of obstacles)
The determination control unit 96 of the image analysis device 90 uses, for example, "a high construction stands" from the image description of the block image located on the water discharge trajectory up to the fire source generated by the second multilayer neural network 94. When the image description is generated, the water control unit 36 is instructed to discharge water by setting the curved trajectory 56 shown in FIG. 4 and the water discharge by the direct trajectory hits the structure and does not reach the fire source, so the water discharge is performed by the curved trajectory. Thus, even if there is an obstacle, it is possible to reliably discharge the fire source.

また、第2の多層式ニューラルネットワーク94により「カーテンが張られている」といった画像説明文が生成された場合は、カーテンは放水を貫通できることから、判定制御部96は図3に示した直射軌道54の設定による放水を放水制御部36に指示し、直射軌道により障害物となるカーテンを貫通して火源に放水する。   In addition, when the second multi-layered neural network 94 generates an image explanatory text such as "the curtain is stretched", the curtain can penetrate the water discharge, so the judgment control unit 96 is configured as shown in FIG. The water discharge control unit 36 is instructed to discharge the water according to the setting of 54, and the curtain serving as the obstacle is penetrated by the direct trajectory to discharge water to the fire source.

(可燃物の識別による放水量制御)
画像解析装置90の判定制御部96は、第2の多層式ニューラルネットワーク94により生成された火源までの放水軌道上に位置するブロック画像の画像説明文から例えば「段ボール箱が積み上げられている」といった可燃物を示す画像説明文が生成された場合、放水制御部36に放水量を増加させる指示を行い、確実な消火を可能とする。
(Control of discharge amount by identification of combustibles)
The determination control unit 96 of the image analysis device 90 determines, for example, “cardboard box is stacked up” from the image description of the block image located on the water discharge trajectory up to the fire source generated by the second multilayer neural network 94. When an image explanatory text indicating such a flammable substance is generated, the water discharge control unit 36 is instructed to increase the amount of water discharge to enable a reliable fire extinguishing.

また、第2の多層式ニューラルネットワーク94から「コンクリートブロックが積み上げられている」といった不燃物を示す画像説明文が生成された場合、判定制御部96は放水制御部36に放水量を減少させる指示を行い、水損被害を抑制可能とする。   In addition, when an image explanatory text indicating non-combustible material such as “Concrete blocks are stacked” is generated from the second multilayer neural network 94, the determination control unit 96 instructs the water discharge control unit 36 to decrease the water discharge amount. To reduce water loss damage.

(人の識別による放水停止制御)
画像解析装置90の判定制御部96は、第2の多層式ニューラルネットワーク94により生成された火源までの放水軌道上に位置するブロック画像の画像説明文から例えば「大勢の人が移動している」といった画像説明文が生成された場合、これは消火対象区域から利用者が避難している状況であることから、判定制御部96は放水制御部36に放水開始を禁止する指示を行い、放水により避難行動を妨害することなく安全に避難させることを可能とする。
(Drain water stop control by identification of person)
The judgment control unit 96 of the image analysis device 90 is, for example, from the image description of the block image positioned on the water discharge trajectory up to the fire source generated by the second multilayer neural network 94, “a large number of people are moving If the user is evacuated from the fire extinguishing area, the determination control unit 96 instructs the water discharge control unit 36 to prohibit the start of water discharge, and the water discharge is performed. Enables safe evacuation without interfering with evacuation behavior.

(人の識別による放水停止制御)
画像解析装置90の判定制御部96は、第2の多層式ニューラルネットワーク94により生成された火源までの放水軌道上に位置するブロック画像の画像説明文から例えば「男性が消火器を使用している」といった初期消火を示す画像説明文が生成された場合、判定制御部96は放水制御部36に放水開始を禁止する指示を行い、放水により消火活動を妨害しないようにする。
(Drain water stop control by identification of person)
The judgment control unit 96 of the image analysis device 90 uses, for example, “Men use a fire extinguisher from the image description of the block image located on the water discharge trajectory up to the fire source generated by the second multilayer neural network 94 When the image description indicating the initial fire extinguishment is generated, the determination control unit 96 instructs the water discharge control unit 36 to prohibit the start of water discharge so that the water extinguishing operation is not disturbed.

また、第2の多層式ニューラルネットワーク94から例えば「人が倒れている」といった画像説明文が生成された場合、これは避難しようとした人が火源の近くに倒れている状況であることから、判定制御部96は放水制御部36に放水開始を指示し、放水により倒れている人を火災から守るようにする。この場合の放水軌道は、人的被害のない曲射軌道を指定した放水指示となる。   Also, when an image explanatory sentence such as “person is falling” is generated from the second multi-layered neural network 94, for example, this is a situation in which the person who is going to evacuate is falling near the fire source. The judgment control unit 96 instructs the water discharge control unit 36 to start water discharge so as to protect a person who has fallen due to water discharge from fire. The water discharge trajectory in this case is a water discharge instruction that designates a curved trajectory without personal injury.

(画像説明文の識別結果に基づく放水操作の支援制御)
画像解析装置90の判定制御部96は、第2の多層式ニューラルネットワーク94により生成された放水軌道上にあるブロック画像の画像説明文から放水軌道上の障害物、火源近傍の可燃物、放水軌道上の人の存在、放水軌道上の人の消火活動又は放水軌道上の倒れている人を識別した場合、これらの識別結果を例えば現場操作盤16に設けられた表示部の画面に表示する制御を行う。
(Support control of water discharge operation based on identification result of image description sentence)
The judgment control unit 96 of the image analysis device 90 determines from the image description of the block image on the water discharge track generated by the second multilayer neural network 94 the obstacle on the water discharge track, the combustible near the fire source, the water discharge When the presence of a person on the orbit, the fire fighting activity of the person on the water discharge track, or the fallen person on the water discharge track is identified, these identification results are displayed, for example, on the screen of the display unit provided on the site control panel 16 Take control.

このため放水銃による放水開始を担当者が判断して操作する場合、放水軌道上の障害物、火源近傍の可燃物、放水軌道上の人の存在、放水軌道上の人の消火活動又は放水軌道上の人の状況等の情報が操作者に示されることで、操作者は放水銃10の判断操作を迅速且つ適切に行って火災を抑制消火することが可能となる。   For this reason, when the person in charge judges the start of water discharge by the water discharge gun and operates it, obstacles in the water discharge track, combustibles near the fire source, the presence of people in the water discharge track, fire extinguishing activities or water discharge of people on the water discharge track By displaying information such as the condition of the person on the orbit to the operator, the operator can perform judgment operation of the water discharge gun 10 promptly and appropriately to suppress and extinguish the fire.

(画像解析部の第2の多層式ニューラルネットワーク)
図12は図11の画像解析装置に設けられた第2の多層式ニューラルネットワークの機能構成を示した説明図である。図12に示すように、第2の多層式ニューラルネットワーク94は、畳み込みニューラルネットワーク108と再帰型ニューラルネットワーク110で構成される。
(Second Multilayer Neural Network of Image Analysis Unit)
FIG. 12 is an explanatory view showing a functional configuration of a second multilayer neural network provided in the image analysis apparatus of FIG. As shown in FIG. 12, the second multilayer neural network 94 is composed of a convolutional neural network 108 and a recursive neural network 110.

(畳み込みニューラルネットワーク)
図12に示すように、畳み込みニューラルネットワーク108は入力層112、複数の中間層114で構成されている。
(Convolutional neural network)
As shown in FIG. 12, the convolutional neural network 108 is composed of an input layer 112 and a plurality of intermediate layers 114.

通常の畳み込みニューラルネットワークは、図6の多層式ニューラルネットワーク40に示すように、畳み込みニューラルネットワーク60の最後の中間層の後に、入力層66、全結合68、中間層70と全結合68の繰り返し、及び出力層72で構成される全結合ニューラルネットワーク61を設け、畳み込みニューラルネットワーク60で抽出された画像の特徴量から例えば画像をクラスタリングするようにしているが、本実施形態は、入力画像の特徴量を抽出するだけで良いことから、後段の全結合ニューラルネットワーク61は設けず、図12に示すように、任意の中間層114で得られた特徴量を再帰型ニューラルネットワーク110に入力している。それ以外は図6の畳み込みニューラルネットワーク61と同じになることから説明は省略する。   A conventional convolutional neural network, as shown in the multilayer neural network 40 of FIG. 6, repeats the input layer 66, the total combination 68, the intermediate layer 70 and the total combination 68 after the last middle layer of the convolutional neural network 60, For example, the image is clustered from the feature quantities of the image extracted by the convolutional neural network 60. However, in the present embodiment, the feature quantities of the input image are provided. Since it is only necessary to extract the following, the fully coupled neural network 61 in the latter stage is not provided, and as shown in FIG. 12, feature quantities obtained in an arbitrary intermediate layer 114 are input to the recursive neural network 110. Since the other parts are the same as the convolutional neural network 61 of FIG.

(畳み込みニューラルネットワークの学習)
図11に示した学習制御部100により第2の多層式ニューラルネットワーク94を学習するためには、火源までの放水軌道上に位置するブロック画像とその画像説明文のペアからなる学習データセットを準備して学習データセット記憶部102に記憶させる。
(Learning of convolutional neural networks)
In order to learn the second multilayer neural network 94 by the learning control unit 100 shown in FIG. 11, a learning data set consisting of a pair of block images located on the water discharge trajectory up to the fire source and their image description is used. The preparation is made to be stored in the learning data set storage unit 102.

学習制御部100による第2の多層式ニューラルネットワーク94の学習は、図6に示した畳み込みニューラルネットワーク60と全結合ニューラルネットワーク61で構成された多層式ニューラルネットワークを学習用として別途準備し、学習データセット記憶部102から学習ブロック画像を読み出して入力し、バックプロパゲーションによる学習制御を行う。   For learning of the second multilayer neural network 94 by the learning control unit 100, a multilayer neural network composed of the convolutional neural network 60 and the fully coupled neural network 61 shown in FIG. The learning block image is read out from the set storage unit 102 and input, and learning control by back propagation is performed.

バックプロパゲーションでは、入力値xと期待される出力値(期待値)yというデータセットをネットワークに与えた場合の教師ありの学習と、入力値xのみをネットワークに与えた場合の教師なしの学習があり、本実施形態は、例えば教師ありの学習を行う。   In back propagation, supervised learning when the data set of input value x and expected output value (expected value) y is given to the network and unsupervised learning when the input value x is given only to the network In this embodiment, for example, supervised learning is performed.

教師ありの学習でバックプロパゲーションを行う場合は、ネットワークを通ってきたフォワードプロパゲーションの結果である推定値y*と期待値yの値を比較する誤差として、例えば、平均二乗誤差の関数を使用する。   When performing backpropagation in supervised learning, for example, a function of mean square error is used as an error for comparing values of estimated value y * and expected value y, which are the results of forward propagation passed through the network Do.

バックプロパゲーションでは、推定値y*と期待値yの誤差の大きさを使い、ネットワークの後方から前方までウェイトとバイアスを補正しながら値を伝播させる。各ウェイトとバイアスについて補正した量は、誤差への寄与として扱われ、最急降下法で計算され、ウェイトとバイアスの値を変更することにより、誤差関数の値を最小化する。   In back propagation, using the magnitude of the error between the estimated value y * and the expected value y, the value is propagated from the back to the front of the network while correcting the weight and bias. The amount corrected for each weight and bias is treated as a contribution to the error, calculated by the steepest descent method, and the value of the weight and bias is changed to minimize the value of the error function.

図6に示す学習用の多層式ニューラルネットワークに対する学習制御が終了した場合には、学習済みの畳み込みニューラルネットワーク60の各層に生成されているウェイトとバイアスを学習済みパラメータとして取得し、図12の畳み込みニューラルネットワーク108に設定して学習済みとする転移学習を行う。   When learning control for the multi-layered neural network for learning shown in FIG. 6 is completed, the weights and biases generated in each layer of the already-convoluted convolutional neural network 60 are acquired as learned parameters, and the convolution of FIG. Transfer learning is performed, which is set in the neural network 108 and has been learned.

(再帰型ニューラルネットワーク)
図12に示す再帰型ニューラルネットワーク110は、畳み込みニューラルネットワーク108を用いて抽出したブロック画像の特徴量を、単語ベクトルと共に入力して画像説明文を推定する。
(Recursive neural network)
The recursive neural network 110 shown in FIG. 12 inputs the feature quantities of the block image extracted using the convolutional neural network 108 together with the word vector to estimate the image description.

本実施形態の再帰型ニューラルネットワーク110は、時系列データ対応の深層学習モデルとなるLSTM−LM(Long Short−Term Memory−Language Model)を使用している。   The recursive neural network 110 of the present embodiment uses a Long Short-Term Memory-Language Model (LSTM), which is a deep learning model corresponding to time-series data.

通常の再帰型ニューラルネットワークのモデルは、入力層、隠れ層、出力層で構成され、隠れ層の情報を次時刻の入力とすることで過去の経歴を利用した時系列解析をするモデルである。これに対しLSTMモデルは、過去の文脈となるt−1個の単語からt番目の単語として各単語が選ばれる確率を算出する。即ち、LSTMモデルは1時刻前の隠れ状態となる時刻1〜t−1の単語情報、1時刻前の予測結果となる時刻t−1の単語、及び外部情報の3つを入力とし、逐次的に次の単語の予測を繰り返して文章を生成する。   A model of a normal recursive neural network is a model that is composed of an input layer, a hidden layer, and an output layer, and is a model that performs time series analysis using past history by using information of the hidden layer as an input of the next time. On the other hand, the LSTM model calculates the probability that each word will be selected as the t-th word from t-1 words that will be in the past context. That is, the LSTM model takes three inputs of word information of time 1 to t-1 that is hidden one time ago, time t-1 that is a prediction result of one time earlier, and external information, and sequentially Repeat the next word prediction to generate sentences.

図12の再帰型ニューラルネットワーク110は、畳み込みニューラルネットワーク108で抽出された画像の特徴ベクトルをLSTM隠れ層118に入力する行列に変換するLSTM入力層116、レジスタ120に単語単位に格納された単語S0〜SN-1をベクトルWeS0〜WeSN-1に変換するベクトル変換部122、N−1段のLSTM隠れ層118、LSTM隠れ層118の出力を出現確率p1〜pNに変換する確率変換部124、単語を出力する確率からコスト関数logP1(s1)〜logpN(SN)により算出してコストを最小化するコスト算出部126で構成される。 The recursive neural network 110 of FIG. 12 converts the feature vectors of the image extracted by the convolutional neural network 108 into a matrix to be input to the LSTM hidden layer 118, and the word S stored in word units in the register 120. The vector conversion unit 122 converts 0 to SN-1 into vectors WeS 0 to WeSN -1 , converts the output of the LSTM hidden layer 118 of the N−1 stages and the LSTM hidden layer 118 to the appearance probability p 1 to p N The probability conversion unit 124 is configured by a cost calculation unit 126 that calculates the cost from the probability of outputting a word by the cost functions log P 1 (s 1 ) to log p N (S N ) to minimize the cost.

(再帰型ニューラルネットワークの学習)
再帰型ニューラルネットワーク110の学習対象は、ベクトル変換部122とLSTM隠れ層118であり、畳み込みニューラルネットワーク108からの特徴量の抽出には、学習済みのパラメータ(ウェイトとバイアス)をそのまま使用する。
(Learning of recursive neural networks)
The learning targets of the recursive neural network 110 are the vector conversion unit 122 and the LSTM hidden layer 118, and the extracted parameters (weights and biases) are used as they are for extracting the feature amount from the convolutional neural network 108.

学習データは、学習画像Iとその行動説明文の単語列{St}(t=0,・・・N)となり、次の手順で行う。
(1) 画像Iを畳み込みニューラルネットワーク108に入力し、特定の中間層114の出力を特徴ベクトルとして取り出す。
(2) 特徴ベクトルをLSTM隠れ層118に入力する。
(3) 単語列Stをt=0からt=N−1まで順に入力し、それぞれのステップで確率pt+1を得る。
(4) 単語St+1を出力する確率pt+1(St+1)から求まるコストを最小化する。
The learning data is the word sequence {St} (t = 0,... N) of the learning image I and its action explanatory text, and the following procedure is performed.
(1) The image I is input to the convolutional neural network 108, and the output of a specific intermediate layer 114 is extracted as a feature vector.
(2) Input the feature vector to the LSTM hidden layer 118.
(3) The word string St is sequentially input from t = 0 to t = N-1, and a probability pt + 1 is obtained in each step.
(4) Minimize the cost obtained from the probability pt + 1 (St + 1) of outputting the word St + 1.

(画像説明文の生成)
学習済みの畳み込みニューラルネットワーク108と再帰型ニューラルネットワーク110を使用して入力ブロック画像の画像説明文を推定する場合には、畳み込みニューラルネットワーク108にブロック画像を入力して生成した特徴量のベクトルを再帰型ニューラルネットワーク110に入力し、単語の出現確率の積が高い順に単語列を並べて画像説明文を生成させる。この手順は次のようになる。
(Generation of image description)
When the image description of the input block image is estimated using the trained convolutional neural network 108 and the recursive neural network 110, the vector of feature values generated by inputting the block image into the convolutional neural network 108 is recursed. The word sequence is input to the type neural network 110, and word sequences are arranged in descending order of the product of the word appearance probability to generate an image description. The procedure is as follows.

(1) 画像を畳み込みニューラルネットワーク108に入力し、特定の中間層114の出力を特徴ベクトルとして取り出す。
(2) 特徴ベクトルをLSTM入力層116からLSTM隠れ層118に入力する。
(3) 文の開始記号<S>を、ベクトル変換部122を使用してベクトルに変換し、LSTM隠れ層118に入力する。
(4) LSTM隠れ層118の出力から単語の出現確率が分かるので、上位M個(例えばM=20個)の単語を選ぶ。
(5) 1つ前のステップで出力した単語を、ベクトル変換部122を使用してベクトルに変換し、LSTM隠れ層118に入力する。
(6) LSTM隠れ層118の出力から、これまでに出力した単語の確率の積を求め、上位M個の単語列を選択する。
(7) 前記(5)と前記(6)の処理を、単語の出力が終端記号になるまで繰り返す。
(1) The image is input to the convolutional neural network 108, and the output of a specific intermediate layer 114 is extracted as a feature vector.
(2) Input a feature vector from the LSTM input layer 116 to the LSTM hidden layer 118.
(3) The sentence start symbol <S> is converted into a vector using the vector conversion unit 122 and input to the LSTM hidden layer 118.
(4) Since the occurrence probability of the word is known from the output of the LSTM hidden layer 118, the top M (for example, M = 20) words are selected.
(5) The word output in the previous step is converted into a vector using the vector conversion unit 122, and is input to the LSTM hidden layer 118.
(6) From the output of the LSTM hidden layer 118, the product of the probabilities of the words output so far is obtained, and the top M word strings are selected.
(7) Repeat the processes of (5) and (6) until the word output becomes a terminal symbol.

(画像解析制御)
図13は図11の画像解析装置による画像解析制御を示したフローチャートである。図13に示すように、画像解析装置90はステップS21で放水制御部36からの放水軌道指示情報に基づき、画像入力部92により監視カメラ12で撮像された監視画像を分割したブロック画像の中の火源までの放水軌道に基づくブロック画像、例えば放水軌道上及びその周辺のブロック画像を読み込み、ステップS22で第2の多層式ニューラルネットワーク94に入力して画像説明文を生成し、ステップS23で生成した画像説明文を判定制御部96で保持する。
(Image analysis control)
FIG. 13 is a flow chart showing image analysis control by the image analysis apparatus of FIG. As shown in FIG. 13, in step S 21, the image analysis device 90 divides block images obtained by dividing the monitoring image captured by the monitoring camera 12 by the image input unit 92 based on the water discharge trajectory instruction information from the water discharge control unit 36. A block image based on the water discharge trajectory up to the fire source, for example, a block image on and around the water discharge trajectory is read and input to the second multilayer neural network 94 in step S22 to generate an image description, generated in step S23 The determined image description is held by the determination control unit 96.

続いてステップS24に進み、判定制御部96はシソーラス辞書98の登録単語との比較照合により放水軌道上に障害物があるか否か判別し、障害物なしを判別した場合はステップS25に進み、放水制御部36に直射軌道による放水を指示する。これに対し判定制御部96はステップS24で放水軌道上に障害物ありを判別した場合はステップS26に進み、放水制御部36に曲射軌道による放水を指示する。なお、判定制御部96は、放水軌道上に障害物ありを判別しても、障害物が放水を貫通可能な場合は、直射軌道による放水を指示する。   Subsequently, the process proceeds to step S24, the determination control unit 96 determines whether or not there is an obstacle on the water discharge trajectory by comparison with the registered words of the thesaurus dictionary 98, and proceeds to step S25 when it is determined that there is no obstacle. The water discharge control unit 36 is instructed to discharge water by a direct trajectory. On the other hand, when it is determined in step S24 that there is an obstacle on the water discharge path, the determination control portion 96 proceeds to step S26, and instructs the water discharge control portion 36 to discharge water by the curved injection path. In addition, even if it is determined that there is an obstacle on the water discharge path, the determination control unit 96 instructs the water discharge in the direct path if the obstacle can penetrate the water discharge.

続いて、判定制御部96はステップS27に進み、画像説明文から火源近傍に可燃物ありを判別した場合はステップS28に進み、放水制御部36に放水量の増加を指示する。これに対し判定制御部96はステップS27で火源近傍に可燃物なしを判定した場合はステップS29に進み、火源近傍に不燃物ありを判定した場合はステップS30に進み、放水制御部36に放水量の減少を指示する。   Subsequently, the determination control unit 96 proceeds to step S27, and in the case where it is determined from the image descriptive text that there is a flammable material in the vicinity of the fire source, proceeds to step S28 and instructs the water discharge control unit 36 to increase the water discharge amount. On the other hand, if the determination control unit 96 determines that there is no flammable material in the vicinity of the fire source in step S27, the process proceeds to step S29. If it determines that there is a nonflammable material in the vicinity of the fire source, the process proceeds to step S30. Instruct to reduce the amount of water discharge.

続いて、判定制御部96はステップS31に進み、画像説明文から放水軌道上に人が存在することを判別するとステップS32に進み、放水制御部36に放水開始の禁止を指示する。なお、ステップS31の放水軌道上に人が存在することの判別は、初期消火活動を示す画像説明文の判別も含んでいる。   Subsequently, the determination control unit 96 proceeds to step S31, and when it is determined from the image description sentence that there is a person on the water discharge path, proceeds to step S32 and instructs the water discharge control unit 36 to prohibit the water discharge start. Note that the determination of the presence of a person on the water discharge track in step S31 also includes the determination of an image description indicating an initial fire extinguishing activity.

続いて、放水制御部96はステップS33に進み、画像説明文から放水軌道上に人が倒れていることを判別するとステップS34に進み、放水制御部36に放水開始を指示する。   Subsequently, the water discharge control unit 96 proceeds to step S33, and when it is determined from the image description sentence that a person has fallen on the water discharge path, proceeds to step S34 and instructs the water discharge control unit 36 to start water discharge.

なお、図13の画像解析制御における画像説明文の解析と解析結果に基づく放水制御部36による制御は一例であり、放水軌道上及びその近傍のブロック画像から生成される画像説明文の内容は様々であり、その内容に応じて最適な放水制御を設定することになる。   Note that the analysis of the image description in the image analysis control of FIG. 13 and the control by the water discharge control unit 36 based on the analysis result are an example, and the contents of the image description generated from block images on the water discharge trajectory and its vicinity are various. In accordance with the content of the system, the optimum water discharge control will be set.

〔本発明の変形例〕
(放水銃)
上記の実施形態は、水平旋回と垂直旋回を行う放水銃を例にとっているが、水平旋回は行うが、垂直旋回は行わずに垂直走査角を固定した曲射放水専用の放水銃を設置としても良い。
[Modification of the present invention]
(Discharge gun)
Although the above embodiment exemplifies a water gun performing horizontal turning and vertical turning, a horizontal turning is performed, but a water discharging gun dedicated to curved water discharge having a fixed vertical scanning angle may be installed without performing vertical turning. .

(監視画像の認識)(この部分は請求項2〜15を、非ブロック画像として示しています。)
上記の実施形態は、監視画像を分割したブロック画像を多層式ニューラルネットワークに入力しているが、監視画像を分割せずに多層式ニューラルネットワークに入力して火源を検出し、検出された火源に向けて消火用水を放水するようにしても良い。
(Recognition of surveillance image) (This part shows claims 2 to 15 as non-block image.)
In the above embodiment, although the block image obtained by dividing the monitoring image is input to the multilayer neural network, the fire is detected by inputting the multilayer image to the multilayer neural network without dividing the monitoring image. Water for fire extinguishing may be discharged toward the source.

この場合、学習画像生成部は、入力画像を学習画像として炎学習画像、煙学習画像、放水学習画像又は正常学習画像に分類して学習画像記憶部に記憶させ、学習制御部は、
学習画像記憶部に記憶された炎学習画像、煙学習画像、放水学習画像及び正常学習画像を火源検出装置に入力して多層式ニューラルネットワークを学習させ、学習制御部により学習された火源検出装置の多層式ニューラルネットワークは、監視領域の監視画像を入力して、炎画像、煙画像、放水画像又は正常画像かを検出して出力する。
In this case, the learning image generation unit classifies the input image as a learning image into a flame learning image, a smoke learning image, a water discharge learning image, or a normal learning image, and stores the input image in the learning image storage unit.
The flame learning device learns the multi-layered neural network by inputting the flame learning image, the smoke learning image, the water discharge learning image, and the normal learning image stored in the learning image storage unit into the fire source detection device, and the fire source detection learned by the learning control unit The multi-layered neural network of the device inputs the monitoring image of the monitoring area, and detects and outputs a flame image, a smoke image, a water discharge image or a normal image.

また、炎画像に基づく火源位置の推定と放水として、放水銃装置は、火源検出装置により検出された炎画像に基づいて推定した火源に向けて放水する。   Further, as the estimation of the fire source position based on the flame image and the water discharge, the water discharge gun device discharges water toward the fire source estimated based on the flame image detected by the fire source detection device.

また、煙画像に基づく火源位置の推定と放水として、放水銃装置は、火源検出装置により炎画像が検出されずに煙画像が検出された場合は、煙画像に基づいて推定した火源に向けて放水する。   Also, as the estimation of the fire source position based on the smoke image and the water discharge, the water discharge gun apparatus estimates the fire source based on the smoke image when the fire image is not detected by the fire source detection device and the smoke image is detected. Discharge water toward the

また、火源への放水命中の判定として、放水銃装置は、火源位置に向けて放水を開始した場合、火源検出装置により検出された煙画像と放水画像の時間的な変化から火源に放水が命中しているか否か判定して報知する。   In addition, as a judgment on the water discharge to the fire source, when the water discharge device starts water discharge toward the fire source position, the fire source is derived from the temporal change of the smoke image and the water discharge image detected by the fire source detection device. It is judged whether the water discharge has been hit or not and informed.

また、火源への放水命中の判定の他の例として、放水銃装置の多層式ニューラルネットワークは、放水が火源に当たった場合の放水命中画像と放水が火源に当たっていない場合の放水非命中画像により学習されており、火源位置に向けて放水を開始した場合、監視画像を多層式ニューラルネットワークに入力して出力される放水命中画像と放水非命中画像の判定結果から火源に放水が命中しているか否か判定して報知する。   In addition, as another example of the determination of the water discharge to the fire source, the multi-layered neural network of the water discharge device, the water discharge image when the water hits the fire source and the water discharge failure when the water discharge does not hit the fire source The image is learned from the image, and when the water discharge is started toward the fire source position, the water is discharged to the fire source from the judgment result of the water discharge in progress image and the water discharge incompetence image output by inputting the monitoring image into the multilayer neural network. It is judged whether or not it has been hit and informed.

例えば、火源に放水が命中したときには、煙が広がることから放水が無い状態または放水非命中時における煙の広がりと放水が命中したときの煙の広がりをそれぞれ学習させることにより、煙の広がり方を特徴として捉えて放水が命中しているかどうか判定可能となる。   For example, when the water source hits the fire source, the smoke spreads by learning the spread of the smoke when there is no water discharge from the spread of smoke or the spread of the smoke when the water discharge is not hit, respectively. It can be judged whether or not the water discharge is hit by taking the feature as a feature.

また、火源への放水命中のフィードバック制御として、放水銃装置は、火源に放水が命中していないことを判定した場合、火源に放水が命中している判定結果が得られるように放水方向及び放水圧力の少なくとも何れかを制御する。   In addition, as feedback control during water discharge to the fire source, when the water discharge device determines that the water discharge does not hit the fire source, the water discharge is performed so that the judgment result that the water discharge hits the fire source is obtained. Control at least one of the direction and the discharge pressure.

また、多層式ニューラルネットワークの構成として、多層式ニューラルネットワークは、特徴抽出部と認識部で構成され、特徴抽出部は、入力情報を入力して前記入力情報の特徴が抽出された特徴情報を生成する複数の畳み込み層を備えた畳み込みニューラルネットワークとし、認識部は、畳み込みニューラルネットワークから出力される特徴情報を入力し、炎画像、煙画像、放水画像及び正常画像の各クラスに所属する確率を示す推定値を出力する複数の全結合層を備えたニューラルネットワークとする。   Further, as the configuration of the multi-layered neural network, the multi-layered neural network is configured of a feature extraction unit and a recognition unit, and the feature extraction unit receives input information and generates feature information from which the features of the input information are extracted. The recognition unit receives feature information output from the convolutional neural network, and indicates the probability of belonging to each class of flame image, smoke image, water discharge image, and normal image. A neural network is provided with a plurality of all coupled layers that output estimated values.

また、画像説明文の生成として、更に、監視画像を第2の多層式ニューラルネットワークに入力して画像の内容を示す画像説明文を出力する画像解析装置が設けられる。   Further, as generation of the image description, an image analysis device is further provided which inputs the monitoring image to the second multilayer neural network and outputs the image description indicating the content of the image.

また、障害物の識別による放水軌道制御として、画像解析装置は、火源までの放水軌道上に位置する画像の画像説明文から障害物なし又は放水が貫通する障害物を識別した場合は、放水銃装置に火源に向けた直射起動での放水を指示し、画像説明文から放水が貫通できない障害物を識別した場合は、放水銃装置に前記障害物を迂回する曲射起動で放水を指示する。   In addition, as water discharge trajectory control based on identification of obstacles, the image analysis device discharges water when it detects no obstacle or an obstacle through which water discharge penetrates from the image description of the image located on the water discharge trajectory up to the fire source. Instruct the gun device to direct water discharge at direct activation toward the fire source, and if the image description identifies an obstacle that can not be penetrated by the water discharge, instruct the water discharge gun device to discharge water at a curved start that bypasses the obstacle. .

また、可燃物の識別による放水量制御として、画像解析装置は、画像説明文から火源の近傍に位置する可燃物を識別した場合は放水銃装置に放水量の増加を指示し、画像説明文から不燃物を識別した場合は放水銃装置に放水量を減少を指示する。   In addition, as the discharge amount control by the identification of the combustibles, the image analysis device instructs the water discharge gun device to increase the amount of water discharge when the combustibles located in the vicinity of the fire source are identified from the image description. If the incombustible material is identified from the above, instruct the water gun device to decrease the water discharge amount.

また、人の識別による放水停止制御として、画像解析装置は、画像説明文から火源までの放水軌道上に位置する人を識別した場合、放水銃装置に放水開始の禁止又は放水中の放水停止を指示する。   When the image analysis device identifies a person located on the water discharge path from the image description to the fire source as water discharge stop control based on identification of a person, the water discharge gun device prohibits water discharge start or stops water discharge in water discharge To indicate.

また、人の識別による放水停止制御として、画像解析装置は、画像説明文から火源までの放水軌道上に位置する人の消火活動を識別した場合は、放水銃装置に放水開始の禁止を指示し、画像説明文から人が倒れていることを識別した場合は、放水銃装置に放水開始を指示する。   In addition, as water discharge stop control by identification of the person, the image analysis device instructs the water discharge gun device to prohibit the water discharge start when the fire fighting activity of the person located on the water discharge trajectory from the image description to the fire source is identified. When it is identified from the image description that a person has fallen, the water gun device is instructed to start water discharge.

また、画像説明文の識別結果に基づく放水操作の支援として、放水銃装置は、操作部の操作を検出して放水を開始するものであり、画像解析装置は、画像説明文から、放水軌道上の障害物、火源近傍の可燃物、放水軌道上の人の存在、放水軌道上の人の消火活動又は放水軌道上の倒れている人を識別した場合、当該識別結果を放水銃装置の操作部に設けられた表示部に画面表示する。   Moreover, as assistance of the water discharge operation based on the identification result of an image description sentence, a water discharge gun apparatus detects operation of an operation part and starts water discharge, and an image analysis apparatus is on a water discharge track from an image description sentence. Obstacles, combustibles near the fire source, the presence of people on the water discharge track, fire-fighting activities of people on the water discharge track or falling people on the water discharge track, the identification results are used to operate the water discharge device Display the screen on the display unit provided in the unit.

(特徴抽出)
上記の実施形態は、畳み込みニューラルネットワークにブロック画像を入力して火災による特徴を抽出しているが、畳み込みニューラルネットワークを使用せず、入力したブロック画像から輪郭、濃淡等の特徴を抽出する前処理を行って所定の特徴を抽出し、特徴が抽出された画像を認識部として機能する全結合ニューラルネットワークに入力して火災を推定させるようにしても良い。これによりブロック画像の特徴抽出の処理負担を低減可能とする。また、畳み込みニューラルネットワークは全結合のニューラルネットワークより学習が高速となるため好適であるが、全結合のニューラルネットワークを用いるようにしても良い。
(Feature extraction)
In the above embodiment, the block image is input to the convolutional neural network to extract the feature due to fire, but it is not used the convolutional neural network, but the preprocessing such as extracting the feature such as the contour, the gradation from the input block image The predetermined feature may be extracted, and the image from which the feature has been extracted may be input to an all coupled neural network functioning as a recognition unit to estimate a fire. As a result, the processing load on feature extraction of block images can be reduced. The convolutional neural network is preferable because learning is faster than the neural network of full connection, but a neural network of full connection may be used.

(学習方法について)
上記の実施形態は、バックプロパゲーションによる学習を行っているが、多層ニューラルネットワークの学習方法はこれに限らない。
(About the learning method)
Although the above embodiment performs learning by back propagation, the learning method of the multilayer neural network is not limited to this.

(その他)
また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
(Others)
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, includes appropriate modifications that do not impair the objects and advantages thereof, and is not limited by the numerical values shown in the above-described embodiment.

10:放水銃
12:監視カメラ
14:制御盤
16:現場操作盤
18:中央制御盤
20:中央操作卓
22:ポンプ
24:ポンプ制御盤
26:配水管
28:エアーコンプレッサ
30:空気配管
32:消火対象区域
34:火源検出装置
36:放水制御部
38,92:画像入力部
40:多層式ニューラルネットワーク
42,96:判定制御部
44:ブロック分類画像記憶部
46,100:学習制御部
48:学習画像記憶部
50,104:操作部
52,106:表示部
54:直射軌道
56:曲射軌道
60:畳み込みニューラルネットワーク
61:全結合ニューラルネットワーク
62:入力画像
63,65a,65b:重みフィルタ
64a,64b,64c:特徴マップ
66,112:入力層
68:全結合
70,114:中間層
72:出力層
74−1,74−2:火災画像
76:燃焼物
78:炎
80:煙
82−1,82−2:ブロック分類画像
84:放水
90:画像解析装置
94:第2の多層式ニューラルネットワーク
98:シソーラス辞書
116:LSTM入力層
118:LSTM隠れ層
120:レジスタ
122:ベクトル変換部
124:確率変換部
126: コスト算出部
10: Discharge gun 12: Surveillance camera 14: Control panel 16: Field control panel 18: Central control panel 20: Central control console 22: Pump 24: Pump control panel 26: Water distribution pipe 28: Air compressor 30: Air piping 32: Fire extinguishing Target area 34: Fire source detection device 36: Water discharge control unit 38, 92: Image input unit 40: Multilayer neural network 42, 96: Judgment control unit 44: Block classification image storage unit 46, 100: Learning control unit 48: Learning Image storage unit 50, 104: operation unit 52, 106: display unit 54: direct trajectory 56: curved trajectory 60: convolutional neural network 61: fully coupled neural network 62: input image 63, 65a, 65b: weight filter 64a, 64b, 64c: feature map 66, 112: input layer 68: total coupling 70, 114: middle layer 72: output layer 74-1, 7 -2: fire image 76: combustion material 78: flame 80: smoke 82-1, 82-2: block classification image 84: water discharge 90: image analysis device 94: second multilayer neural network 98: thesaurus dictionary 116: LSTM Input layer 118: LSTM hidden layer 120: register 122: vector converter 124: probability converter 126: cost calculator

Claims (16)

撮像部により撮像された警戒区域の監視画像を多層式ニューラルネットワークに入力して火源を検出する火源検出装置と、
前記火源検出装置により検出された前記火源に向けて消火用水を放水する放水銃装置と、
が設けられたことを特徴とする放水型消火設備。
A fire source detection device for detecting a fire source by inputting a monitoring image of a caution area captured by an imaging unit into a multilayer neural network;
A water discharge gun device for discharging fire extinguishing water toward the fire source detected by the fire source detection device;
Water discharge type fire extinguishing equipment characterized by being provided.
請求項1記載の放水型消火設備に於いて、
前記火源検出装置は、前記撮像部により撮像された警戒区域の監視画像を複数のブロック画像に分割し、前記ブロック画像を前記多層式ニューラルネットワークに入力して火源を検出することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 1,
The fire source detection apparatus is characterized in that the surveillance image of the alert area captured by the imaging unit is divided into a plurality of block images, and the block image is input to the multilayer neural network to detect the fire source. Water extinguishing type fire extinguishing equipment.
請求項2記載の放水型消火設備に於いて、更に、
入力画像を学習画像として複数のブロック画像に分割すると共に、炎学習ブロック画像、煙学習ブロック画像、放水学習ブロック画像又は正常学習ブロック画像に分類して学習画像記憶部に記憶させる学習画像生成部と、
前記学習画像記憶部に記憶された前記炎学習ブロック画像、前記煙学習ブロック画像、前記放水学習ブロック画像及び前記正常学習ブロック画像を前記火源検出装置に入力して前記多層式ニューラルネットワークを学習させる学習制御部と、
が設けられ、
前記学習制御部により学習された前記火源検出装置の多層式ニューラルネットワークは、前記ブロック画像を入力して、炎ブロック、煙ブロック、放水ブロック又は正常ブロックかを検出して出力することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 2, further,
A learning image generation unit that divides an input image into a plurality of block images as a learning image and classifies the input image into a flame learning block image, a smoke learning block image, a water discharge learning block image, or a normal learning block image and stores it in a learning image storage unit ,
The flame neural network is trained by inputting the flame learning block image, the smoke learning block image, the water discharge learning block image, and the normal learning block image stored in the learning image storage unit into the fire source detection device. A learning control unit,
Is provided,
The multi-layered neural network of the fire source detection device learned by the learning control unit inputs the block image, detects whether it is a flame block, a smoke block, a water discharge block or a normal block and outputs it. Water extinguishing type fire extinguishing equipment.
請求項3記載の放水型消火設備に於いて、
前記放水銃装置は、前記火源検出装置により検出された1又は複数の前記炎ブロックに基づいて推定した火源に向けて放水することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 3,
The water discharge type fire extinguishing facility, wherein the water discharge gun device discharges water toward a fire source estimated based on one or more of the flame blocks detected by the fire source detection device.
請求項3記載の放水型消火設備に於いて、
前記放水銃装置は、前記火源検出装置により前記炎ブロックが検出されずに1又は複数の前記煙ブロックが検出された場合は、前記煙ブロックに基づいて推定した火源に向けて放水することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 3,
The water discharge gun device discharges water toward the fire source estimated based on the smoke block, when the fire source detection device detects the one or more smoke blocks without detecting the fire block. Water discharge type fire extinguishing equipment characterized by
請求項3記載の放水型消火設備に於いて、
前記放水銃装置は、前記火源位置に向けて放水を開始した場合、前記火源検出装置により検出された前記煙ブロックと前記放水ブロックの時間的な変化から前記火源に放水が命中しているか否か判定して報知することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 3,
When the water discharge device starts water discharge toward the fire source position, the water discharge hits the fire source from temporal changes in the smoke block and the water discharge block detected by the fire source detection device. A water discharge type fire extinguishing facility characterized by judging whether it is present and notifying.
請求項1記載の放水型消火設備に於いて、
前記放水銃装置の多層式ニューラルネットワークは、放水が火源に当たった場合の放水命中画像と放水が火源に当たっていない場合の放水非命中画像により学習されており、
前記火源位置に向けて放水を開始した場合、前記監視領域の画像を前記多層式ニューラルネットワークに入力して、前記火源に放水が命中しているか否か判定して報知することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 1,
The multi-layered neural network of the above-mentioned water discharge gun device is learned by a water discharge in-use image when water discharge hits a fire source and a water discharge non-shooting image when water discharge does not hit a fire source,
When water discharge is started toward the fire source position, an image of the monitoring area is input to the multi-layered neural network, and it is determined whether or not the water discharge hits the fire source and notified. Water extinguishing type fire extinguishing equipment.
請求項6又は7記載の放水型消火設備に於いて、
前記放水銃装置は、前記火源に放水が命中していないことを判定した場合、前記火源に放水が命中している判定結果が得られるように放水方向及び放水圧力の少なくとも何れかを制御することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 6 or 7,
The water discharge gun device controls at least one of the water discharge direction and the water discharge pressure so as to obtain the judgment result of the water discharge hit to the fire source when judging that the water discharge does not hit the fire source. Water discharge type fire extinguishing equipment characterized by having.
請求項2記載の放水型消火設備に於いて、
前記多層式ニューラルネットワークは、
特徴抽出部と認識部で構成され、
前記特徴抽出部は、前記入力情報を入力して前記入力情報の特徴が抽出された特徴情報を生成する複数の畳み込み層を備えた畳み込みニューラルネットワークとし、
前記認識部は、前記畳み込みニューラルネットワークから出力される前記特徴情報を入力し、前記炎ブロック、前記煙ブロック、前記放水ブロック及び前記正常ブロックの各クラスに所属する確率を示す推定値を出力する複数の全結合層を備えたニューラルネットワークとしたことを特徴とする火災監視システム。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 2,
The multi-layered neural network is
It consists of feature extraction unit and recognition unit,
The feature extraction unit may be a convolutional neural network including a plurality of convolutional layers that receives the input information and generates feature information from which features of the input information are extracted,
The recognition unit inputs the feature information output from the convolutional neural network, and outputs a plurality of estimated values indicating the probability of belonging to each class of the flame block, the smoke block, the water discharge block, and the normal block. A fire monitoring system characterized in that it is a neural network having a total connection layer of
請求項2記載の放水型消火設備に於いて、更に、前記ブロック画像を第2の多層式ニューラルネットワークに入力して前記ブロック画像の内容を示す画像説明文を出力する画像解析装置が設けられたことを特徴とする放水型消火設備。
The water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 2, further comprising an image analysis device for inputting the block image into a second multilayer neural network and outputting an image explanatory text indicating the contents of the block image. Water discharge type fire extinguishing equipment characterized by.
請求項10記載の放水型消火設備に於いて、
前記画像解析装置は、前記火源までの放水軌道上に位置する前記ブロック画像の画像説明文から障害物なし又は放水が貫通する障害物を識別した場合は、前記放水銃装置に前記火源に向けた直射起動での放水を指示し、前記画像説明文から放水が貫通できない障害物を識別した場合は、前記放水銃装置に前記障害物を迂回する曲射起動で放水を指示することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 10,
When the image analysis device identifies an obstacle without an obstacle or a water penetration object from the image description of the block image located on the water discharge path to the fire source, the water discharge device may be used as the fire source. Direct water discharge by direct activation, and when identifying an obstacle from which water discharge can not penetrate from the image description, water discharge device is instructed by water injection to bypass the obstacle. Water extinguishing type fire extinguishing equipment.
請求項10記載の放水型消火設備に於いて、
前記画像解析装置は、前記火源の近傍に位置する前記ブロック画像の画像説明文から可燃物を識別した場合は前記放水銃装置に放水量の増加を指示し、前記画像説明文から不燃物を識別した場合は前記放水銃装置に放水量を減少を指示することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 10,
When the image analysis apparatus identifies a combustible from the image description of the block image located in the vicinity of the fire source, the image analysis apparatus instructs the water discharge gun device to increase the amount of water discharge, and the incombustible from the image description A water discharge type fire extinguishing facility characterized by instructing the water discharge gun device to decrease the water discharge amount when it is identified.
請求項10記載の放水型消火設備に於いて、
前記画像解析装置は、前記火源までの放水軌道上に位置する前記ブロック画像の画像説明文から人を識別した場合、前記放水銃装置に放水開始の禁止又は放水中の放水停止を指示することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 10,
When the image analysis device identifies a person from the image description of the block image located on the water discharge path to the fire source, the image analysis device instructs the water discharge gun device to prohibit water discharge start or stop water discharge in water discharge Water discharge type fire extinguishing equipment characterized by
請求項10記載の放水型消火設備に於いて、
前記画像解析装置は、前記火源までの放水軌道上に位置する前記ブロック画像の画像説明文から人の消火活動を識別した場合は、前記放水銃装置に放水開始の禁止を指示し、前記画像説明文から人が倒れていることを識別した場合は、前記放水銃装置に放水開始を指示することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 10,
When the image analysis device identifies a person's fire extinguishing activity from the image description of the block image located on the water discharge path to the fire source, the image analysis device instructs the water discharge gun device to prohibit water discharge start, and the image A water discharge type fire extinguishing facility characterized by instructing the water discharge gun device to start water discharge when it is identified from the description that a person has fallen.
請求項10記載の放水型消火設備に於いて、
前記放水銃装置は、操作部の操作を検出して放水を開始するものであり、
前記画像解析装置は、前記画像ブロックの説明文から、放水軌道上の障害物、火源近傍の可燃物、放水軌道上の人の存在、放水軌道上の人の消火活動又は放水軌道上の倒れている人を識別した場合、当該識別結果を前記放水銃装置の操作部に設けられた表示部に画面表示することを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 10,
The water discharge gun device detects the operation of the operation unit and starts water discharge,
According to the description of the image block, the image analysis device is based on the description of the image block, the obstacle in the water discharge trajectory, the combustibles in the vicinity of the fire source, the presence of a person in the water discharge trajectory The water discharge type fire extinguishing equipment characterized by displaying said identification result on the screen provided in the operation part of the said water discharge gun apparatus, when the person who is identified is identified.
請求項10記載の放水型消火設備に於いて、
前記画像解析装置の前記第2の多層式のニューラルネットワークは、
入力した前記監視領域の画像から特徴量を抽出して所定の中間層から出力する畳み込みニューラルネットワークと、
前記畳み込みニューラルネットワークから出力された前記特徴量を入力し、前記監視領域の画像の画像説明文を生成して出力する再帰型ニューラルネットワークと、
により構成されたことを特徴とする放水型消火設備。
In the water discharge type fire extinguishing equipment according to claim 10,
The second multilayer neural network of the image analysis device is:
A convolutional neural network which extracts feature quantities from the input image of the monitoring area and outputs the extracted feature quantity from a predetermined intermediate layer;
A recursive neural network which receives the feature quantity output from the convolutional neural network and generates and outputs an image description of an image of the monitoring area;
Water discharge type fire extinguishing equipment characterized by being constituted by.
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