WO2015103719A1 - 一种火灾监控系统 - Google Patents

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毕康建
黎小平
麻健
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毕康建
黎小平
麻健
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    • G08B17/005Fire alarms; Alarms responsive to explosion for forest fires, e.g. detecting fires spread over a large or outdoors area

Abstract

本发明公开了一种火灾监控系统,包括通过无线Zigbee组网的方式分布在探测区域的多参量复合火灾探测探头,靠近探测区域设置的多个基站系统,通过局域网与所述多个基站系统连接的监控中心,以及通过移动通信网络连接至所述监控中心的智能客户端;所述多参量复合火灾探测探头通过相应基站系统与监控中心连接。本发明所述火灾监控系统,可以克服现有技术中可靠性低、安全性差和使用不方便等缺陷,以实现可靠性高、安全性好和使用方便的优点。

Description

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一种火灾监控系统
技术领域
本发明涉及灾情监测技术领域, 具体地, 涉及一种火灾监控系统。
背景技术
目前传统的火灾探测系统大多针对室内火灾, 但是对于高大内部空间建筑, 特别 是野外的油库、 货仓、 码头, 高价值的园林林木, 以及不允许布线、 穿管、 市电进入 的木结构古建筑等就无能为力了。 由于这些建筑结构特殊、防火分区庞大、设施复杂, 火灾隐患颇多, 一旦发生火灾而不能及时发现和有效扑救, 借助野外的风势蔓延速度 将非常迅速, 不但会给消防救援带来巨大的困难和压力, 同时可能严重的经济损失和 社会影响, 甚至还会导致人员伤亡。 因此, 完善高大内部空间, 特殊古建筑物的消防 设施, 研究野外火灾自动探测系统是十分必要的。
在地域大, 植被环境类似于原始森林的森林公园, 同时存在大量国家重点文物的 木结构古建筑, 人员进出密集的环境中。 采用森林火灾监测一般采用的地面巡护, 瞭 望塔监测, 航空巡护, 卫星遥感和可见光段和红外光段的成像监测手段都存在火灾早 期发现的缺点, 这些手段能观察到的火灾基本都是已经形成一定规模, 从火灾的发展 阶段来说基本已经过了地下火,地表火, 发展到了树冠火的阶段。对于这种开放空间, 且存在文物保护要求的用户, 一般对火灾的容忍度非常低, 对于建筑内部和树冠下难 于远距离发现的火焰, 用户都要求及时发现。 所以如何解决开放空间或者高大空间, 以及特殊的木结构古建筑的火灾监测就成了需要解决的问题点。
在实现本发明的过程中, 发明人发现现有技术中至少存在可靠性低、 安全性差和 使用不方便等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于, 针对上述问题, 提出一种火灾监控系统, 以实现可靠性高、 安全性好和使用方便的优点。
为实现上述目的, 本发明采用的技术方案是: 一种火灾监控系统, 包括通过无线
Zigbee组网的方式分布在探测区域的多参量复合火灾探测探头, 靠近探测区域设置的 多个基站系统, 通过局域网与所述多个基站系统连接的监控中心, 以及通过移动通信 网络连接至所述监控中心的智能客户端; 所述多参量复合火灾探测探头通过相应基站 系统与监控中心连接。
进一步地, 以上所述的火灾监控系统, 还包括用于为所述多参量复合火灾探测探 头供电、 且设置在室外的太阳能电池和设置在室内的可充电电池, 所述太阳能电池和 可充电电池, 分别与多参量复合火灾探测探头连接。
进一步地, 所述多参量复合火灾探测探头, 包括温度传感器、 湿度传感器、 光照 传感器、 4.4um波长的红外信号传感器和红外光电烟感中的一种或多种。
进一步地, 所述多参量复合火灾探测探头, 采用多重星型网络结构或 Mesh形式 组成 Zigbee网络结构;所述多参量复合火灾探测探头,包括终端设备节点类型和路由 节点类型。
进一步地, 在探测区域中, 相邻多参量复合火灾探测探头的间距, 以每 10~40m 为半径。
进一步地, 所述智能客户端, 包括智能手机。
进一步地, 在每个基站系统中, 设置有基站设备; 在所述基站设备中, 设置有作 为该 Zigbee网络的协调器节点、 且用于和上级监控中心通信的网关节点的控制器设 备。
进一步地, 所述基站设备, 主要包括分别与所述控制器设备连接的摄像机、 风速 风向计、 以及 2.4G无线通信和风光互补能源供应系统。
进一步地, 所述监控系统采用 2.4G无线或光纤通信线路, 用于和下级各个基站 系统通信。
进一步地, 在所述监控系统中, 设置有局域网络; 所述局域网络, 主要包括服务 器, 以及与所述服务器连接的监控终端电脑。
在本发明中, 传感器到基站控制器采用无线, 基站控制器到监控中心, 有线和无 线都支持。
本发明各实施例的火灾监控系统,由于包括通过无线 Zigbee组网的方式分布在探 测区域的多参量复合火灾探测探头, 靠近探测区域设置的多个基站系统,通过有 /无线 局域网与多个基站系统连接的监控中心, 以及通过移动通信网络连接至所述监控中心 的智能客户端; 多参量复合火灾探测探头通过相应基站系统与监控中心连接; 可以采 用移动互联网技术实现移动终端设备同物联网节点设备之间的通信联系等各种新技 术综合应用, 实现分布式智能火灾探测, 为野外森林火灾的探测, 以及大空间复杂环 境的火灾探测提供了全新的解决方案; 从而可以克服现有技术中可靠性低、 安全性差 和使用不方便的缺陷, 以实现可靠性高、 安全性好和使用方便的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述, 并且, 部分地从说明书中变 得显而易见, 或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例, 对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解, 并且构成说明书的一部分, 与本发明的实 施例一起用于解释本发明, 并不构成对本发明的限制。 在附图中:
图 1为本发明火灾监控系统中透镜传感器的安装结构示意图;
图 2为本发明火灾监控系统中模拟电路放大电路的电气原理示意图;
图 3为本发明火灾监控系统中远距离可调整报警等级的原理图;
图 4为本发明火灾监控系统中传感器的结构示意图;
图 5为本发明火灾监控系统的工作原理示意图。
结合附图, 本发明实施例中附图标记如下-
1-传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明, 应当理解, 此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明, 并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题, 根据本发明实施例, 如图 1-图 5所示, 提供了一种火 灾监控系统。
本实施例的火灾监测系统, 选择使用红外技术和视频图像探测技术为主, 适当组 合其它火灾参量的监测手段来构建火灾探测系统。 主要原因是传统的火灾探测技术大 多通过监测烟雾、 温度等物理量来识别火灾, 然而在室外环境下, 一方面由于空间的 开阔造成火灾发生时的烟雾、 温度等参数变化微弱且滞后从而导致其探测效果不理 想; 另一方面由于室外环境复杂, 风向风力强度等不定参数的影响, 安装此类探测器 有很大的困难。 而使用红外火焰探测技术和视频图象探测技术则具有敏感范围大、 探 测距离长、 适应能力强、 响应速度快等优点, 适合构建长距离、 大空间的火灾探测系 统, 更加符合野外使用环境。 而对于古建筑等的室内环境可以在使用传统的烟雾, 温 度参量的基础上, 增加红外和视频参量的复合探测手段, 做到对火灾形成的温升, 烟 雾, 火焰产生等整个过程的各种特征指标进行监测, 同时还可以通过视频进行远距离 的人工确认, 了解火灾现场的实际情况。 本实施例的火灾监测系统, 主要由探头 (如传感器 1 ) 、 基站和中心系统的三级 子系统构成。通过无线 Zigbee组网的方式将大量的多参量复合火灾探测探头密布(每 10~40m半径一个)于探测区域。 室外系统的每个探头包含了温湿度、 光照、 4.4um波 长的红外信号等参量的监测, 采用太阳能电池供电, 间断工作机制, 低功耗芯片和电 路等技术手段保证了探头的长期工作。室内系统采用可充电电池供电,包含了温湿度, 光照, 4.4um波长的红外信号, 红外光电烟感等参量, 采用的高能量电池可以保证探 头 1年以上工作的能源供应。 探头采用多重星型网络, 或者 Mesh形式组成 Zigbee网 络,探头有终端设备节点和路由节点的两种类型。协调器节点作为该 Zigbee网络的网 关节点, 设置于基站设备中, 实现和上级中心系统的通信, 基站设备包括摄像机、 风 速风向计、 2.4G无线通信和风光互补能源供应系统等设备。 中心系统采用 2.4G无线, 或者光纤等和下级各个基站通信, 中心系统内部设置有局域网络, 包含各种服务器, 以及监控终端电脑等设备。
与现有技术相比, 本实施例的火灾监测系统, 具有以下特点-
(1)采用了多参量组合的传感器, 并且在 4.4um红外探测上为了扩大探测范围, 采 用了光学镜头实现了水平 360度, 垂直 170度的探测范围。 扩大了 4.4um红外传感器 的可观察范围, 并通过透镜光路的特殊设计实现了相对于无透镜时光强信号得到了增 强, 参见图 1 ;
(2)采用专门设计的模拟放大电路,实现了火焰燃烧时候 C02波段的辐射强度的极 小信号的提取, 为后续的信号识别提供了高信噪比的模拟信号, 参见图 2;
(3)采用了智能算法对火焰闪烁时产生的辐射信号曲线进行分析, 实现了火焰识 别;
(4)采用了数据融合手段实现了温湿度、 光照、 红外、 烟感、 风速风向和视频图像 解析等的数据融合和模式识别, 实现火灾判断;
(5)传感器的红外警报等级可以从中心端进行远程控制,可以实现 256等级的调整, 参见图 3;
(6)烟感的报警等级可以从中心端进行远程控制, 可以实现 256等级的调整;
(7)传感器的结构和安装方式: 由于采用了透镜系统, 所以区别于传统的火焰探测 器安装方式, 采用向下安装实现大范围的监测。 采用了专用的结构进行多参量的监测 和太阳能电池供电, 参见图 4;
(8)系统结构和工作原理, 参见图 5。 在上述实施例的火灾监测系统中, 红外探测的火焰识别原理如下- 火焰的辐射能量与时间的关系中可以看出, 火焰闪烁时的红外辐射幅值是不同 的, 典型的闪烁幅值在 5 %〜20%之间。 同时火灾火焰还具有闪烁的物理特性, 木材 燃烧表现在辐射强度以 l〜30Hz的频率波动,这一特性也是在对火灾探测信号进行处 理时的理论依据。 根据接收到的火焰闪烁的辐射强度变化的频率信号的曲线波形, 利 用人工智能技术从各种噪声波形中识别出火焰的波形用以判断是否存在火焰在燃烧。 通过如图五的系统结构将识采集到的红外信号利用无线通信手段传送给上级系统进 行数据融合, 包括单个传感器的各个监测参量之间的数据融合, 以及各个传感器之间 的数据融合, 进行火灾的判断。
综上所述, 本发明上述各实施例的火灾监测系统, 至少可以达到以下有益效果:
(1)在室内环境中对于打火机火焰的识别距离大于 10米,室外环境对于 1M左右厚 度常绿灌木丛后的小火焰, 10M左右的距离上可以发现。对于 8-10M厚度的常绿灌木 和小树林后面的 32CMx32CM 的国家标准火源的探测距离在实际测试中可以达到 15-20M左右。 对于摄像机可监测距离上的烟雾识别也达到较高准确率, 通过多参数 融合后的火灾识别准确率可到 90%以上。
(2)是一个采用多种监测参量的复合传感器, 太阳能发电提供系统各个节点的能源 供应,物联网技术作为系统传感层的基础通信网络,采用人工智能技术进行信号处理, 多参量的数据融合, 以及 WEB 3D引擎实现 3D GIS和虚拟现实的场景展示和人机界 面的交互, 采用移动互联网技术实现移动终端设备同物联网节点设备之间的通信联系 等各种新技术综合应用, 实现分布式智能火灾探测的系统。 为野外森林火灾的探测, 以及大空间复杂环境的火灾探测提供了全新的解决方案, 开创了新的技术途径。 在今 后的消防安全, 火灾监测方面具有较高的社会和经济价值。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而己,并不用于限制本发明, 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明, 对于本领域的技术人员来说, 其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改, 或者对其中部分技术特征进行等 同替换。 凡在本发明的精神和原则之内, 所作的任何修改、 等同替换、 改进等, 均应 包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种火灾监控系统, 其特征在于, 包括通过无线 Zigbee组网的方式分布在探 测区域的多参量复合火灾探测探头, 靠近探测区域设置的多个基站系统, 通过局域网 与所述多个基站系统连接的监控中心, 以及通过移动通信网络连接至所述监控中心的 智能客户端; 所述多参量复合火灾探测探头通过相应基站系统与监控中心连接。
2. 根据权利要求 1所述的火灾监控系统, 其特征在于, 还包括用于为所述多参 量复合火灾探测探头供电、 且设置在室外的太阳能电池和设置在室内的可充电电池, 所述太阳能电池和可充电电池, 分别与多参量复合火灾探测探头连接。
3. 根据权利要求 1或 2所述的火灾监控系统, 其特征在于, 所述多参量复合火 灾探测探头, 包括温度传感器、 湿度传感器、 光照传感器、 4.4um波长的红外信号传 感器和红外光电烟感中的一种或多种。
4. 根据权利要求 1或 2所述的火灾监控系统, 其特征在于, 所述多参量复合火 灾探测探头, 采用多重星型网络结构或 Mesh形式组成 Zigbee网络结构; 所述多参量 复合火灾探测探头, 包括终端设备节点类型和路由节点类型。
5. 根据权利要求 1或 2所述的火灾监控系统, 其特征在于, 在探测区域中, 相 邻多参量复合火灾探测探头的间距, 以每 10~40m为半径。
6. 根据权利要求 1或 2所述的火灾监控系统, 其特征在于, 所述智能客户端, 包括智能手机。
7. 根据权利要求 1或 2所述的火灾监控系统, 其特征在于, 在每个基站系统中, 设置有基站设备; 在所述基站设备中, 设置有作为该 Zigbee网络的协调器节点、 且用 于和上级监控中心通信的网关节点的控制器设备。
8. 根据权利要求 7所述的火灾监控系统, 其特征在于, 所述基站设备, 主要包 括分别与所述控制器设备连接的摄像机、 风速风向计、 以及 2.4G无线通信和风光互 补能源供应系统。
9. 根据权利要求 1或 2所述的火灾监控系统, 其特征在于, 所述监控系统采用 2.4G无线或光纤通信线路, 用于和下级各个基站系统通信。
10.根据权利要求 1或 2所述的火灾监控系统,其特征在于,在所述监控系统中, 设置有局域网络; 所述局域网络, 主要包括服务器, 以及与所述服务器连接的监控终 端电脑。
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