智能預警滅火機器人制造技術

本發明專利技術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，兩自由度機械手環抱安裝在滅火器側，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器、云臺攝像機、自由度機械手依電回路方式連接控制器。本發明專利技術抗干擾能力強，空間適用性好，可以監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。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于公共安全領域，涉及火災火焰檢測預警及機器人滅火系統，具體涉及一種自動巡檢的智能預警滅火機器人。
技術介紹
火災猛如虎！火災是威脅人類生存的重大隱患，隨著社會發展步伐的加快，尤其是近年來，頻發的火災給人們造成了重大的生命和財產損失。據統計，我國2011年共發生火災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現火災源并及時采取有效消防措施撲滅初期火焰，可以大大減少各種損失，滅火機器人無疑為我們提供了最好的選擇。大多數火災發生之所以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，以致釀成大禍；2、有些雖然有火焰檢測裝置，如監控攝像頭等，但由于火情信息傳送延遲，不能在火災發生的初期采取有效滅火措施，也會造成重大的火災損失。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→離子感煙檢測→光電感煙檢測→氣敏檢測→紅外檢測→視頻檢測的發展歷程。作為傳統的火災檢測的感溫、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。視頻探測器是一種以圖像處理技術為基礎的火災檢測器，利用攝像機監控監測點情景，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心，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工作，但是成熟的技術鮮有應用，相應的產品也很少面世。
技術實現思路
本專利技術的目的在于：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，可以監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。本專利技術的技術解決方案是：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、火焰傳感器、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、火焰傳感器、云臺攝像機、兩自由度機械手依電回路方式連接控制器。工作時，輪式車移動，通過溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器和云臺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，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送，同時通過兩自由度機械手啟動便攜式滅火器實時滅火。本專利技術的優點是：1、與傳統火災檢測系統相比，本專利技術的預警滅火機器人能及時檢測發現火情，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。2、空間適用性強，既可以用于倉庫、實驗室類室內小范圍的火災監測及預警，也可以用于森林類大范圍火災監測及預警。3、采用網絡視頻CCD攝像頭獲取監測點圖像，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，與紅外火災監測系統相比性價比較高。4、對火災火焰的靜態和動態特征進行信息融合，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。5、采用三級火災火焰預警，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生時的人力、財力。6、本專利技術的預警滅火機器人比傳統滅火機器人更加智能化，可以避免火災損失或將火災可能造成的重大損失減小到最低。????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，及時發現火情，并通過網絡及時發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，有效避免初期火災的蔓延，保證及時發現火情、即時消除初期小火情、及時傳輸火情信息。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）和執行層，整體系統采用基于物聯網的分布式系統架構來部署設備，增強了系統的智能化程度和適用性，結合火情預警閾值能實現火災的三級預警模式。9、本預警滅火機器人旨在及時監測發現火情、即時反應消除火情、及時發送傳輸火情信息，盡可能將火災消滅在萌芽狀態，這是本專利技術所述預警滅火機器人的最大特點和優勢，也是本專利技術區別于傳統消防、滅火概念的最顯著的標志。10、本專利技術在火災火焰檢測識別、火源定位方面利用了溫度、煙霧、火焰以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。附圖說明圖1為預警滅火機器人總體結構示意圖。圖2為預警滅火機器人四層體系架構圖。圖3是預警滅火機器人硬件結構框圖。圖4為基于云臺角度判斷火焰目標示意圖。圖5為手機報警系統技術選型示意圖。圖6為短信報警子系統軟件結構流程圖。具體實施方式????下面結合具體附圖進一步說明本專利技術的技術解決方案，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專利技術的保護范圍。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，兩自由度機械手環抱安裝在滅火器側，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器、云臺攝像機、自由度機械手依電回路方式連接控制器。如圖2、3所示，本專利技術的預警滅火機器人包括以下各系統：1、火災火焰巡回檢測系統：包括輪式車及安裝在其上的溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器和CCD云臺攝像機、紅外測距傳感器，利用這些傳感器和數據信息融合來完成火災火焰的準確識別、火源定位以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/IP網絡遠程圖像傳輸，并具有動態檢測錄像功能，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）定時掃描監控現場；2、基于DSP的數據融合決策系統：以TI公司TMS320C6713為核心芯片，利用ARM系統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：采用標準的Http協議，通過相應端口傳輸相關數據，利用該協議傳輸的優點是可以輕易的穿透防火墻和NAT，同時使用無連接Http協議可以降低帶寬的占有量，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Java通用，在接收端進行解密和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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，兩自由度機械手環抱安裝在滅火器側，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器、云臺攝像機、自由度機械手依電回路方式連接控制器。

【技術特征摘要】
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，兩自由度機械手環抱安裝在滅火器側，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器、云臺攝像機、自由度機械手依電回路方式連接控制器。
2.?根據權利要求1所述的智能預警滅火機器人，其特征是該預警滅火機器人包括以下各系統：
（1）火災火焰巡回檢測系統：包括輪式車及安裝在其上的溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器和CCD云臺攝像機、紅外測距傳感器，利用這些傳感器和數據信息融合來完成火災火焰的準確識別、火源定位以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/IP網絡遠程圖像傳輸，并具有動態檢測錄像功能，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）定時掃描監控現場；
（2）基于DSP的數據融合決策系統：以TI公司TMS320C6713為核心芯片，利用ARM系統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：采用標準的Http協議，通過相應端口傳輸相關數據，利用該協議傳輸的優點輕易的穿透防火墻和NAT，同時使用無連接Http協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Java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：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心，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規程進行RS-232串聯控制，通訊協議同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，采用卡爾曼加權融合算法相結合進行火災火焰判斷；首先采集室內環境的火災火焰數據樣本，通過D-S證據判決理論和神經網絡對樣本數據進行訓練獲得四種火災火焰特征的權值和閾值，進行歸一化處理獲得最終權值，然后利用多特征融合算法獲得最終判決結果；在其他室外或復雜環境下，需要重新進行樣本采集和神經網絡的學習，確定更合適多特征融合權值；
（7）火災模糊推理的三級智能預警模塊：預警系統采用三級預警模式，現場聲光預警，遠程短信息預警和網絡預警；發生一級火情時，安裝在被監測區的監測點內的聲音報警器和警報燈負責實現現場聲光預警，預警指令由監測點位控制模塊自主下達；Android手機服務器通過Java?Servlet實時訪問預警數據庫并在監測點發現二級火情時向指定責任人發送預警短消息以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傳達的火情達到最高三級時，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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：段鎖林，周玉勤，鄭劍鋒，王雪，靳琪琳，
申請(專利權)人：常州大學，江蘇潤儀儀表有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32