一種火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、定位、撲滅方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及火災(zāi)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)滅火技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種適用于自動(dòng)化室外大空間的火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、定位、撲滅方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一，火災(zāi)報(bào)警、定位及撲滅系統(tǒng)是關(guān)系到人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的重要裝備。當(dāng)前，消防水炮是遠(yuǎn)距離撲救火災(zāi)的重要消防設(shè)備，通常配合各種火災(zāi)探測(cè)設(shè)備構(gòu)成大空間滅火系統(tǒng)。目前室外消防水炮以手控型為主，定位精度差，撲滅時(shí)間長(zhǎng)，存在重大安全隱患。隨著技術(shù)的發(fā)展，基于紅紫外管及雙波段圖像探測(cè)定位技術(shù)的自動(dòng)消防水炮及其探測(cè)、報(bào)警、定位和撲滅系統(tǒng)在室內(nèi)大空間的應(yīng)用已經(jīng)逐步走向成熟，在各種室內(nèi)場(chǎng)合大量布設(shè)，大大提高了室內(nèi)大空間環(huán)境下的安全水平，但是由于紅紫外從原理上無(wú)法解決太陽(yáng)光的干擾問(wèn)題，雙波段圖像探測(cè)方法只能用于明火而無(wú)法用于陰燃的情況。
[0003]紅外熱像是一種用來(lái)探測(cè)目標(biāo)物體的紅外輻射，并通過(guò)光電轉(zhuǎn)換、電信號(hào)處理等手段，將目標(biāo)物體的溫度分布轉(zhuǎn)換成圖像的技術(shù)，在軍事、工業(yè)、汽車(chē)輔助駕駛、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，紅外熱像技術(shù)發(fā)展迅猛，以非制冷焦平面紅外探測(cè)器為核心的紅外熱像系統(tǒng)，擁有較高的圖像分辨率和較低的價(jià)格，無(wú)需制冷裝置，體積小巧，熱靈敏度高達(dá)40mk，能夠呈現(xiàn)理想的熱對(duì)比度。由于非制冷焦平面紅外探測(cè)器通過(guò)感應(yīng)熱輻射成像，不受室外陽(yáng)光影響，白天黑夜及各種氣象條件下均可成像，由高溫產(chǎn)生的煙和火能夠在紅外熱像中呈現(xiàn)，為室外火災(zāi)的探測(cè)提供了技術(shù)保障。紅外熱像儀分為測(cè)溫型和非測(cè)溫型兩種，其中，測(cè)溫型價(jià)格較高，需要準(zhǔn)確的輸入待測(cè)物體發(fā)射率、距離、環(huán)境溫度等參數(shù)，難以適應(yīng)復(fù)雜的室外場(chǎng)景探測(cè)需求；非測(cè)溫型熱像儀只能輸出場(chǎng)景內(nèi)熱輻射差異，自動(dòng)映射成256級(jí)灰度或色彩輸出，當(dāng)環(huán)境中有較多熱輻射體時(shí)無(wú)法進(jìn)行區(qū)分，存在大量干擾，不能直接應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種不僅能夠避免環(huán)境光干擾，有效提取火點(diǎn)信息，而且能夠確保消防水炮滅火精度的火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、定位、撲滅方法及系統(tǒng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、定位、撲滅方法，其包括以下步驟:1)將紅外熱像儀安放于探測(cè)區(qū)域中心，并調(diào)整紅外熱像儀視野范圍，使其覆蓋整個(gè)探測(cè)區(qū)域；2)通過(guò)圖像處理系統(tǒng)采集紅外熱像儀的原始圖像；3)對(duì)原始圖像進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，獲得直方圖數(shù)組H={h (x0)，h (X1) ,-,h (xn)}，其中h (Xi)代表值為i的像素的個(gè)數(shù)；4)計(jì)算直方圖數(shù)組H中h(xT1)到h(xn)的和ST1_n，其中，Tl為預(yù)先設(shè)定的最低熱輻射閾值；5)若ST_n< T2，則返回步驟2)，否則進(jìn)入步驟6)，其中，T2為預(yù)先設(shè)定的閾值；6)計(jì)算圖像量化閾值T3 ;7)以T3為閾值將原始圖像進(jìn)行二值化，得到二值化圖像；8)在二值化圖像中搜索連通區(qū)域，并求取最大連通區(qū)域的動(dòng)態(tài)參數(shù)，其中，動(dòng)態(tài)參數(shù)包括最大連通區(qū)域的中心C、面積A、周長(zhǎng)P和尖角數(shù)量Sc，若面積A ( T4，認(rèn)為此幀二值化圖像符合火焰條件，進(jìn)入步驟9)，否則返回步驟2)，其中，T4為預(yù)先設(shè)定的面積閾值；9)設(shè)符合火焰條件的圖像數(shù)量計(jì)數(shù)初值為O，若該二值化圖像是第一幀符合火焰條件的圖像則將符合火焰條件的圖像計(jì)數(shù)加1，并記錄此二值化圖像的中心C、面積A和周長(zhǎng)P，返回步驟2);否則比較該幀二值化圖像與前一幀二值化圖像最大連通區(qū)域的中心、面積、周長(zhǎng)和尖角數(shù)量的差值 Cdiff，Adiff, Pdiff，Scdiff，若滿足 Cdiff< T5，Adiff> T6，Pdiff> T7, Sc diff> T8 則將符合火焰條件的圖像計(jì)數(shù)加1，若符合火焰條件的圖形計(jì)數(shù)值大于T9則認(rèn)為出現(xiàn)火情，進(jìn)入步驟10);否則將符合火焰條件的圖像數(shù)量計(jì)數(shù)值賦為O，返回步驟2)，其中，Τ5、Τ6、Τ7、Τ8、T9均為預(yù)先設(shè)定的閾值；10)輸出火警信號(hào)；11)根據(jù)火焰底部中心處的圖像位置初步確定火點(diǎn)坐標(biāo)，啟動(dòng)覆蓋該火點(diǎn)范圍的自動(dòng)消防水炮；12)自動(dòng)消防水炮通過(guò)與自身聯(lián)動(dòng)的雙波段圖像探測(cè)器對(duì)火點(diǎn)進(jìn)行精確定位，自動(dòng)消防水炮調(diào)整水炮噴嘴對(duì)準(zhǔn)火點(diǎn)位置啟動(dòng)噴水；13)圖像處理系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)測(cè)火點(diǎn)情況，若原始圖像中沒(méi)有超過(guò)閾值Τ3的像素，則認(rèn)為火焰已撲滅，返回步驟2)繼續(xù)監(jiān)測(cè)，否則返回步驟12)。
[0006]所述步驟6)計(jì)算圖像量化閾值Τ3采用基于類(lèi)間方差的方法。
[0007]一種實(shí)現(xiàn)所述火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、定位、撲滅方法的系統(tǒng)，其特征在于:它包括一紅外熱像儀、一圖像處理系統(tǒng)、一報(bào)警輸出系統(tǒng)、一報(bào)警主機(jī)，若干雙波段圖像探測(cè)器、若干自動(dòng)消防水炮和一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，其中，每一所述雙波段圖像探測(cè)器通過(guò)RS485 口相應(yīng)連接每一所述自動(dòng)消防水炮構(gòu)成一門(mén)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)消防水炮；所述紅外熱像儀通過(guò)數(shù)據(jù)線連接所述圖像處理系統(tǒng)的輸入端，所述圖像處理系統(tǒng)的第一輸出端通過(guò)RS232 口連接所述報(bào)警輸出系統(tǒng)的輸入端，所述報(bào)警輸出系統(tǒng)的輸出端通過(guò)RS485總線連接所述報(bào)警主機(jī)，所述圖像處理系統(tǒng)的第二輸出端通過(guò)RJ45 口連接所述網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，若干所述自動(dòng)消防水炮通過(guò)RJ45 口并聯(lián)連接所述網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，使得所述圖像處理系統(tǒng)與多門(mén)所述自動(dòng)聯(lián)動(dòng)消防水炮構(gòu)建成局部網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過(guò)RJ45 口與外圍消防監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)。
[0008]每一所述雙波段圖像探測(cè)器前端均設(shè)置一用戶消除強(qiáng)反光干擾的偏振鏡片。
[0009]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明將紅外熱像儀安放于探測(cè)區(qū)域中心，并調(diào)整紅外熱像儀視野范圍，使其覆蓋整個(gè)探測(cè)區(qū)域；使用時(shí)，采用紅外熱像儀對(duì)探測(cè)區(qū)域的火災(zāi)情況進(jìn)行探測(cè)，有效地避免了環(huán)境光的干擾，因此各種室外條件下均可正常工作，解決了室外大空間火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警和定位問(wèn)題。2、本發(fā)明通過(guò)圖像處理系統(tǒng)采集紅外熱像儀的原始圖像，并直接對(duì)原始紅外熱像圖像進(jìn)行處理，處理時(shí)通過(guò)最低熱輻射閾值Tl，面積閾值Τ4，基于類(lèi)間方差的圖像量化閾值Τ3以及連續(xù)圖像的動(dòng)態(tài)特征對(duì)探測(cè)區(qū)域的火情進(jìn)行綜合判斷，因此本發(fā)明具有極高的準(zhǔn)確度。3、本發(fā)明通過(guò)圖像處理系統(tǒng)對(duì)滅火效果進(jìn)行二次判定，確保了火災(zāi)完全被撲滅，形成滅火過(guò)程的閉環(huán)控制。4、本發(fā)明利用覆蓋全局的紅外熱像進(jìn)行火點(diǎn)坐標(biāo)的初步計(jì)算，直接確定最適合的消防水炮并給出初步定位結(jié)果，定位速度快，抗干擾能力強(qiáng)。5、本發(fā)明的每一雙波段圖像探測(cè)器通過(guò)RS485 口相應(yīng)連接每一自動(dòng)消防水炮構(gòu)成一門(mén)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)消防水炮，因此通過(guò)自動(dòng)消防水搭載的雙波段圖像探測(cè)器能夠?qū)瘘c(diǎn)進(jìn)行精確定位，確保了自動(dòng)消防水炮滅火的精度。6、本發(fā)明由于在消防水炮搭載的雙波段圖像探測(cè)器前端加裝偏振鏡，因此能夠進(jìn)一步削弱了環(huán)境光的干擾。綜上所述，本發(fā)明可以應(yīng)用在室外大空間火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、定位及撲滅的場(chǎng)合，例如大型石化工廠、大型室外碼頭、大型室外公眾場(chǎng)所的等諸多領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、定位及撲滅方法的流程示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明的火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、定位及撲滅系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明中紅外熱像儀探測(cè)到?jīng)]有火焰時(shí)的輸出圖像及其直方圖效果示意圖，其中，圖(a)為原始圖像，圖(b)為直方圖；
[0013]圖4是本發(fā)明中紅外熱像儀探測(cè)有火焰時(shí)的未經(jīng)處理的輸出圖像及其直方圖效果示意圖，其中，圖(a)為原始圖像，圖(b)為直方圖；
[0014]圖5是本發(fā)明中紅外熱像有火焰時(shí)的經(jīng)本發(fā)明方法處理后的輸出圖像及紅點(diǎn)位置判斷示意圖；
[0015]圖6是本發(fā)明中基于紅外熱像所建立的探測(cè)區(qū)域全局坐標(biāo)系。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅僅是用于描述的目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0017]以非制冷焦平面紅外探測(cè)器為核心的紅外熱像系統(tǒng)，擁有較高的圖像分辨率和較低的價(jià)格，能夠呈現(xiàn)理想的熱對(duì)比度；非制冷焦平面紅外探測(cè)器直接輸出的是12到14位的熱輻射信號(hào)，通過(guò)對(duì)該原始信號(hào)的直接處理可以對(duì)熱輻射信號(hào)進(jìn)行合理的量化，從而去除干擾，有效提取火點(diǎn)?目息。
[0018]如圖1所示，基于上述原理，本發(fā)明提出一種火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、定位、撲滅方法，包括以下步驟:
[0019]1、根據(jù)探測(cè)范圍的需要將紅外熱像儀安放于探測(cè)區(qū)域中心，鏡頭朝下，并調(diào)整紅外熱像儀視野范圍，使其覆蓋整個(gè)探測(cè)區(qū)域；本發(fā)明實(shí)施例中，紅外熱像儀的懸掛高度為30m，鏡頭焦距為5mm，分辨率為384X 288，但是不限于此，可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行選擇；
[0020]2、通過(guò)圖像處理系統(tǒng)采集紅外熱像儀的原始圖像，該原始圖像為一個(gè)單點(diǎn)取值范圍在12?14位的二維圖像矩陣；
[0021]3、對(duì)原始圖像進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，獲得直方圖數(shù)組H = {h (x0)，h (X1)，…，h (xn)}，其中h(Xi)代表像素值為i的像素的個(gè)數(shù)，例如^代表像素取值為1，h(x J表示像素值為I的像素的個(gè)數(shù)。對(duì)圖像來(lái)說(shuō)，一幅640X480分辨率的灰度圖像有640*480 = 307200個(gè)像素，每個(gè)像素有對(duì)應(yīng)的灰度值，一般圖像的灰度值是O?255，如果紅外熱像儀輸出是12位，其值就是O?4095，根據(jù)熱像儀輸出信號(hào)的位數(shù)為12、13、14位，η取值分別是4095、8191、16383 ；
[0022]4、計(jì)算直方圖數(shù)組H中h(xT1)到h(xn)的和ST1_n，其中，Tl為預(yù)先設(shè)定的最低熱輻射閾值，一般取n/2 ；
[0023]5、若ST_n< T2，則返回步驟2，此時(shí)的紅外熱像儀攝取的原始圖像及其直方圖如圖3所示；否則進(jìn)入步驟6，此時(shí)紅外熱像儀攝取的原始圖像及其直方圖如圖4所示，T2為預(yù)先設(shè)定的閾值，通常取值為圖像像素?cái)?shù)的1/10000 ;
[0024]6、采用基于類(lèi)間方差的方法計(jì)算圖像量化閾值T3，具體過(guò)程為:
[0025]對(duì)于直方圖數(shù)組H，計(jì)算閾值取t(t = I,…，n-1)時(shí)將像素點(diǎn)分成兩大類(lèi):值小于等于t的像素和值大于t的像素，設(shè)總像素?cái)?shù)為S，像素點(diǎn)的平均值