專利名稱:智能預警滅火機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能預警滅火機器人，它由輪式車上安裝溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒃婆_攝像機、自由度機械手、滅火器、控制器構成，兩自由度機械手環(huán)抱安裝在滅火器側，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、云臺攝像機、自由度機械手依電回路方式連接控制器。本實用新型抗干擾能力強，空間適用性好，可以監(jiān)測到火災初期細微火源的火災火焰視頻，火災預警準確度高，誤報率低。
【專利說明】智能預警滅火機器人

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于公共安全領域，涉及火災火焰檢測預警及機器人滅火系統(tǒng)，具體 涉及一種自動巡檢的智能預警滅火機器人。

【背景技術】
[0002] 火災猛如虎！火災是威脅人類生存的重大隱患，隨著社會發(fā)展步伐的加快，尤其 是近年來，頻發(fā)的火災給人們造成了重大的生命和財產損失。據統(tǒng)計，我國2011年共發(fā)生 火災125402起，造成1106人死亡，直接經濟損失19. 8億元。2011年6月上海發(fā)生的特大 火災，造成58人死亡，直接經濟損失1. 58億元。利用現代高科技手段及時地發(fā)現火災源并 及時采取有效消防措施撲滅初期火焰，可W大大減少各種損失，滅火機器人無疑為我們提 供了最好的選擇。
[0003] 大多數火災發(fā)生之所W能造成重大傷亡事故和重大財產損失，其主要原因有；1、 火情發(fā)現不及時，在一些重要場所，如倉庫、實驗室、車間等沒有定時巡回檢測火焰的設備， 特別是易引起自燃的場所或火災易發(fā)的化工車間等場所，如果不配備能巡回檢測設備，就 不能及時發(fā)現火情，致使早期的小火很快蔓延成大火，給后來的滅火造成困難，W致釀成大 禍；2、有些雖然有火焰檢測裝置，如監(jiān)控攝像頭等，但由于火情信息傳送延遲，不能在火災 發(fā)生的初期采取有效滅火措施，也會造成重大的火災損失。
[0004] 眾所周知，要滅火，首先得火災檢測，火焰檢測大約經歷了從感溫檢測一離子感煙 檢測一光電感煙檢測一氣敏檢測一紅外檢測一視頻檢測的發(fā)展歷程。作為傳統(tǒng)的火災檢測 的感溫、感煙、氣敏類探測器主要用于室內小范圍的火災檢測，具有空間適用性有限、信息 可靠性差、易受外界干擾等缺點。而紅外探測器的價格昂貴，限制了其使用范圍。視頻探測 器是一種W圖像處理技術為基礎的火災檢測器，利用攝像機監(jiān)控監(jiān)測點情景，通過對所捕 捉的視頻信息進行處理、分析，進而實現火災火焰的檢測和火災的預警，抗干擾能力較強， 空間適用性強。視頻火災預警技術中，火災火焰檢測方法是核也，雖然國內專家在近幾年對 視頻火災火焰檢測方法開展了一定的研究開發(fā)工作，但是成熟的技術鮮有應用，相應的產 品也很少面世。


【發(fā)明內容】

[0005] 本實用新型的目的在于；提供一種智能預警滅火機器人，抗干擾能力強，空間適用 性好，可W監(jiān)測到火災初期細微火源的火災火焰視頻，火災預警準確度高，誤報率低。
[0006] 本實用新型的技術解決方案是；該智能預警滅火機器人由輪式車上安裝溫度傳感 器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、云臺攝像機、兩自由度機械手、滅火器、控制器構成；利用云臺 攝像機所拍火災火焰圖像，通過計算實現預警滅火機器人對火源的定位；滅火器安裝在兩 自由度機械手平臺上，利用機械手上所配攝像機圖像來實現滅火器噴嘴對準火源，準確完 成滅火；溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒃婆_攝像機、兩自由度機械手依電回路方式 連接控制器。
[0007] 工作時，輪式車移動，通過溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱驮婆_攝像機巡 回檢測待檢測的場所，經多數據融合和智能化分析給出即時的火災火情狀態(tài)，再利用圖像 信號的分析和處理得到火源的具體方位，根據火情給出相應預警信號，并通過無線網絡實 現預警信號的傳輸和發(fā)送，同時通過兩自由度機械手啟動便攜式滅火器實時滅火。
[0008] 本實用新型的優(yōu)點是：
[0009] 1、與傳統(tǒng)火災檢測系統(tǒng)相比，本實用新型的預警滅火機器人能及時檢測發(fā)現火 情，即時消除初期火情，及時傳輸火情信息，將火災消滅在初期萌芽狀態(tài)。
[0010] 2、空間適用性強，既可W用于倉庫、實驗室類室內小范圍的火災監(jiān)測及預警，也可 W用于森林類大范圍火災監(jiān)測及預警。
[0011] 3、采用網絡視頻CCD攝像頭獲取監(jiān)測點圖像，利用數字圖像處理技術使預警有較 高的抗干擾能力和網絡化特征，與紅外火災監(jiān)測系統(tǒng)相比性價比較高。
[0012] 4、對火災火焰的靜態(tài)和動態(tài)特征進行信息融合，給出一種基于神經網絡與D-S證 據判決的火災判別算法，能快速判別預警，誤判率較低。
[0013] 5、采用H級火災火焰預警，能夠根據現場實時火焰實現預警智能化，科學合理并 有序地調度火災發(fā)生時的人力、財力。
[0014] 6、本實用新型的預警滅火機器人比傳統(tǒng)滅火機器人更加智能化，可W避免火災損 失或將火災可能造成的重大損失減小到最低。
[0015] 7、預警滅火機器人是集火焰巡回檢測、火災預警、啟動滅火于一體的智能滅火裝 置，基于多特征信息融合的火災火焰判別，通過定時巡回檢測，及時發(fā)現火情，并通過網絡 及時發(fā)布火災預警信息的同時即時啟動機載滅火器實施有效滅火，將火災消滅在初期萌芽 狀態(tài)，有效避免初期火災的蔓延，保證及時發(fā)現火情、即時消除初期小火情、及時傳輸火情 信息。
[0016] 8、采用四層智能慎思-反應體系結構；感知層、慎思層(智能決策層)、反應層(控 制層）和執(zhí)行層，整體系統(tǒng)采用基于物聯(lián)網的分布式系統(tǒng)架構來部署設備，增強了系統(tǒng)的智 能化程度和適用性，結合火情預警闊值能實現火災的H級預警模式。
[0017] 9、本預警滅火機器人旨在及時監(jiān)測發(fā)現火情、即時反應消除火情、及時發(fā)送傳輸 火情信息，盡可能將火災消滅在萌芽狀態(tài)，該是本實用新型所述預警滅火機器人的最大特 點和優(yōu)勢，也是本實用新型區(qū)別于傳統(tǒng)消防、滅火概念的最顯著的標志。
[0018] 10、本實用新型在火災火焰檢測識別、火源定位方面利用了溫度、煙霧、火焰W及 圖像等信息的融合技術，提高了火災判別準確度，誤判率較低。

【附圖說明】

[0019] 圖1為預警滅火機器人總體結構示意圖。
[0020] 圖2為預警滅火機器人四層體系架構圖。
[0021] 圖3是預警滅火機器人硬件結構框圖。
[0022] 圖4為基于云臺角度判斷火焰目標示意圖。
[0023] 圖5為手機報警系統(tǒng)技術選型示意圖。
[0024] 圖6為短信報警子系統(tǒng)軟件結構流程圖。

【具體實施方式】
[0025] 下面結合具體附圖進一步說明本實用新型的技術解決方案，不能理解為是對技術 方案的限制，在本技術方案的基礎上的合理變化都屬于本實用新型的保護范圍。
[0026] 如圖1所示，該智能預警滅火機器人由輪式車上安裝溫度傳感器、煙霧傳感器、火 焰?zhèn)鞲衅鳌⒃婆_攝像機、自由度機械手、滅火器、控制器構成，兩自由度機械手環(huán)抱安裝在滅 火器側，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、云臺攝像機、自由度機械手依電回路方式連 接控制器。
[0027] 如圖2、3所示，本實用新型的預警滅火機器人包括W下各系統(tǒng)：
[0028] 1、火災火焰巡回檢測系統(tǒng)；包括輪式車及安裝在其上的溫度傳感器、煙霧傳感器、 火焰?zhèn)鞲衅骱虲CD云臺攝像機、紅外測距傳感器，利用該些傳感器和數據信息融合來完成 火災火焰的準確識別、火源定位W及輪式車的實時避障；其中CCD云臺攝像頭支持WiFi無 線傳輸，同時支持TCP^P網絡遠程圖像傳輸，并具有動態(tài)檢測錄像功能，負責實時完成火 災火焰圖像采集，按照預先設置的轉動范圍(水平300度、垂直90度）定時掃描監(jiān)控現場；
[0029] 2、基于DSP的數據融合決策系統(tǒng)；W TI公司TMS320C6713為核也芯片，利用ARM 系統(tǒng)所傳送的火災火焰溫度、煙霧、圖像、實時火焰等信息，利用智能信息處理技術實現火 災火焰的特征識別、信息融合、預警級別判斷、智能決策等功能；
[0030] 3、基于局域網的火警數據無線傳輸系統(tǒng)；采用標準的化化協(xié)議，通過相應端口 傳輸相關數據，利用該協(xié)議傳輸的優(yōu)點是可W輕易的穿透防火墻和NAT，同時使用無連接 Http協(xié)議可W降低帶寬的占有量，通信傳輸的數據包結構體如下表所示，同時對傳輸中的 報警數據進行DES對稱加密處理，利用Base64進行加密，VC與化va通用，在接收端進行解 密和校驗，保證報警數據傳輸的安全性和完整性；
[0031] 數據包結構表
[0032]

【權利要求】
1.智能預警滅火機器人，其特征是；它由輪式車上安裝溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰 傳感器、云臺攝像機、自由度機械手、滅火器、控制器構成，兩自由度機械手環(huán)抱安裝在滅火 器側，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒃婆_攝像機、自由度機械手依電回路方式連接 控制器；其特征是該預警滅火機器人包括W下各系統(tǒng)： (1) 火災火焰巡回檢測系統(tǒng)；包括輪式車及安裝在其上的溫度傳感器、煙霧傳感器、火 焰?zhèn)鞲衅骱虲CD云臺攝像機、紅外測距傳感器，利用該些傳感器和數據信息融合來完成火 災火焰的準確識別、火源定位W及輪式車的實時避障；其中CCD云臺攝像頭支持WiFi無線 傳輸，同時支持TCP^P網絡遠程圖像傳輸，并具有動態(tài)檢測錄像功能，負責實時完成火災 火焰圖像采集，按照預先設置的轉動范圍水平300度、垂直90度定時掃描監(jiān)控現場； (2) 基于DSP的數據融合決策系統(tǒng)；W TI公司TMS320C6713為核也芯片，利用ARM系 統(tǒng)所傳送的火災火焰溫度、煙霧、圖像、實時火焰等信息，利用智能信息處理技術實現火災 火焰的特征識別、信息融合、預警級別判斷、智能決策等功能； (3) 基于局域網的火警數據無線傳輸系統(tǒng)；采用標準的化化協(xié)議，通過相應端口傳輸 相關數據，利用該協(xié)議傳輸的優(yōu)點輕易的穿透防火墻和NAT，同時使用無連接化化協(xié)議降 低帶寬的占有量，對傳輸中的報警數據進行DES對稱加密處理，利用Base64進行加密，VC與 化va通用，在接收端進行解密和校驗； (4) 兩自由度機械手滅火系統(tǒng)；將干粉型滅火器安裝在一個兩自由度平臺上，利用圖像 跟蹤技術，實時調整方位，并達到滅火器噴頭對準火源中也，利用繼電器開啟滅火器，進而 實現滅火； (5 )云臺攝像機控制模塊：云臺攝像機用于實現對目標火焰的定位和跟蹤，一旦有火災 火焰出現，首先通過云臺攝像機檢測到火焰發(fā)生的位置和方向，然后驅動機器人趨近火災 火焰，并啟動機械手操作滅火器來完成滅火任務；采用EVI-D100P彩色的CCD攝像機，從PC 機由VISCATM規(guī)程進行RS-232串聯(lián)控制，通訊協(xié)議同EVI-D30/EVI-D31 ; (6) 多傳感器火災信息融合模塊：在分析火災火焰識別判別特征后，在D-S證據判決理 論的基礎上，多傳感器火災信息融合模塊采用卡爾曼加權融合算法相結合進行火災火焰判 I小廣 斷； (7) 火災模糊推理的H級智能預警模塊；預警系統(tǒng)采用H級預警模式，現場聲光預警， 遠程短信息預警和網絡預警；發(fā)生一級火情時，安裝在被監(jiān)測區(qū)的監(jiān)測點內的聲音報警器 和警報燈負責實現現場聲光預警，預警指令由監(jiān)測點位控制模塊自主下達;An化oid手機 服務器通過化va Servlet實時訪問預警數據庫并在監(jiān)測點發(fā)現二級火情時向指定責任人 發(fā)送預警短消息W實現遠程短信息預警，無線傳輸利用WiFi技術，預警數據的傳輸采用加 密傳輸，確保數據的安全性；當火災火焰檢測系統(tǒng)傳達的火情達到最高H級時，跳出報警窗 口和圖片，實現網絡報警，并傳送現場火災實況； (8) 基于圖像的火源識別定位模塊：在云臺跟蹤目標火焰的過程中，實時的將自身轉動 的角度信息反饋給上位機，基于云臺的角度信息計算目標火焰與移動機器人的相對位置； (9) 基于測距和路徑規(guī)劃的實時避障模塊；基于安裝在移動機器人左右兩側和前方的 紅外傳感器及激光測距傳感器信號，機器人實時實現避障功能，并實現相應路徑規(guī)劃和導 航； (10) 基于WiFi的無線網絡信息傳輸模塊；由DSP系統(tǒng)經信息融合算法得到的火警信息 需要即時發(fā)送到服務器和相關部口的責任人，利用WiFi技術的無線網絡傳輸功能來實現， 無線網絡傳輸模塊主要由通信協(xié)議完成； (11) 基于Amlroid技術的手機火災預警信息傳輸模塊；短信報警模塊是室內的一個 An化oid的手機服務器通過化va Servlet實時訪問報警數據庫，當檢測到該區(qū)域內有火災 報警信息，則手機服務器自動將報警信息和位置發(fā)送到指定的負責人，通知負責人采取措 施進行滅火；An化0id客戶端應用使用化va技術，網絡通信使用Apache HTTP協(xié)議客戶端， 中間Web服務器采用Servlet響應客戶請求；后臺數據庫采用數據庫連接池訪問數據庫，客 戶端的一部分存儲采用SQLite數據庫； (12) 聲音報警子系統(tǒng)；當滅火機器人通過Timer定時訪問遠端報警數據庫，若檢測到 室內空間的任一 CCD攝像頭所對應的報警數據庫發(fā)生變化，則對應的室內空間產生火災報 警信息，機器人就會在第一時間產生聲音報警，警示周圍的人員有火災險情，提示盡快撤 離，同時機器人開始搜索滅火；聲音報警子系統(tǒng)是在滅火機器人和檢測終端同時具備，調用 報警聲音的VC運行代碼； (13) 兩自由度機器手滅火系統(tǒng)控制模塊：利用圖像信息完成火源目標的方位識別，及 時控制兩自由度平臺，實現干粉滅火器的噴頭準確對準火源中也，并即時開啟滅火器完成 滅火； (14) 視頻管理模塊：采用通用視頻管理模塊，圖像采集卡獲得所述網絡視頻CCD攝像 頭的實時圖像，用數字圖像處理技術處理獲得圖像后，調用火災火焰判別程序，給出是否有 火情的判斷結論，若是有火情給出火情級別的判斷結論。
【文檔編號】G08B17-00GK204288415SQ201420612519
【發(fā)明者】段鎖林, 周玉勤, 鄭劍鋒, 王雪, 靳琪琳 [申請人]常州大學, 江蘇潤儀儀表有限公司