一種室外大空間智能型火災(zāi)探測滅火系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種室外大空間智能型火災(zāi)探測滅火系統(tǒng)及其工作方法，屬于火災(zāi)監(jiān)測及自動滅火技術(shù)領(lǐng)域。
【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發(fā)展的主要災(zāi)害之一，火災(zāi)報警、定位與撲滅系統(tǒng)是關(guān)系到人民生命和財產(chǎn)安全的重要裝備。當前，消防水炮是遠距離撲救火災(zāi)的重要消防設(shè)備，通常配合各種火災(zāi)探測設(shè)備構(gòu)成大空間滅火系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，基于紅紫外管及雙波段圖像探測定位技術(shù)的自動消防水炮及其探測、報警、定位和撲滅的系統(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。然而因為紅紫外及雙波段圖像探測方法從原理上無法解決太陽光的干擾問題，在室外環(huán)境下無法應(yīng)用。目前室外消防水炮以手控型為主，定位精度差，撲滅時間長，存在重大安全隱患，急需一種室外大空間智能型火災(zāi)探測滅火系統(tǒng)。
[0003]紅外熱像是一種用來探測目標物體的紅外輻射，并通過光電轉(zhuǎn)換、電信號處理等手段，將目標物體的溫度分布轉(zhuǎn)換成圖像的技術(shù)，在軍事、工業(yè)、汽車輔助駕駛、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。近年來，紅外熱像技術(shù)發(fā)展迅猛。以非制冷焦平面紅外探測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格，無需制冷裝置，體積小巧，熱靈敏度高達40mk，能夠呈現(xiàn)理想的熱對比度。由于非制冷焦平面紅外探測器通過感應(yīng)熱輻射成像，不受室外陽光影響，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)的探測提供了技術(shù)保障。紅外熱像儀分為測溫型和非測溫型兩種，其中測溫型價格較高，需要準確的輸入待測物體發(fā)射率、距離、環(huán)境溫度等參數(shù)，難以適應(yīng)復(fù)雜的室外場景探測需求；非測溫型熱像儀只能輸出場景內(nèi)熱輻射差異，自動映射成256級灰度或色彩輸出，當環(huán)境中有較多熱輻射體時無法進行區(qū)分，存在大量干擾，不能直接應(yīng)用于火災(zāi)探測。實際上，非制冷焦平面紅外探測器直接輸出的是12到14位的熱輻射信號，通過對該原始信號的直接處理可以對熱輻射信號進行合理的量化，從而去除干擾，有效提取火點信息。本發(fā)明基于該出發(fā)點，提出了一種室外大空間智能型火災(zāi)探測滅火系統(tǒng)及其工作方法，有效地解決了室外大空間火災(zāi)探測和撲滅問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明給出了一種室外大空間智能型火災(zāi)探測滅火系統(tǒng)及其工作方法，有效地解決了室外大空間復(fù)雜環(huán)境下火災(zāi)探測和火災(zāi)撲滅的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明設(shè)計的一種室外大空間智能型火災(zāi)探測滅火系統(tǒng):由紅外熱像儀1、圖像處理板2、報警輸出板3、報警主機4，多門帶有雙波段圖像探測器5的自動消防水炮6和網(wǎng)絡(luò)交換機7構(gòu)成。其中紅外熱像儀通過數(shù)據(jù)線與圖像處理板2相連，圖像處理板2通過RS232 口與報警輸出板3相連，報警輸出板3通過RS485總線與報警主機4相連，圖像處理板2通過RJ45 口與網(wǎng)絡(luò)交換機7相連，雙波段圖像探測器5通過RS485 口與自動消防水炮6相連，自動消防水炮通過RJ45 口與交換機7相連，通過交換機7，使得紅外熱像圖像處理板2與多門消防水炮構(gòu)建成局部網(wǎng)絡(luò)，交換機7通過RJ45 口與外圍消防監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)。為了減少室外環(huán)境對雙波段圖像探測器5的干擾，在其前端加裝偏振鏡片，消除強反光干擾。系統(tǒng)工作時，紅外熱像儀布置于監(jiān)控區(qū)域中央，用于對火點進行探測和報警；當發(fā)現(xiàn)火點后，根據(jù)熱像對火點進行初步定位，然后根據(jù)事先劃分的區(qū)域啟動覆蓋相應(yīng)區(qū)域的自動消防水炮，攜帶雙波段探測器的自動消防水炮利用自身的雙波段探測進行精確定位后進行撲滅。紅外熱像儀對撲滅情況進行二次確認，保證火災(zāi)完全撲滅，形成滅火過程的閉環(huán)控制。
[0007]相應(yīng)的，一種室外大空間智能型火災(zāi)探測滅火系統(tǒng)的工作方法方法，包含以下步驟:
[0008]1)根據(jù)探測范圍的需要將紅外熱像儀安放于探測區(qū)域中心合適高度，鏡頭朝下使得圖像覆蓋整個探測區(qū)域；
[0009]2)通過圖像處理板采集紅外熱像儀原始數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為一個單點取值范圍在
12-14維的二維圖像矩陣；
[0010]3)對原始數(shù)據(jù)進行直方圖統(tǒng)計，獲得直方圖數(shù)組:
[0011]H = {h (x0), h (Xi), A , h (xn)} (1)
[0012]其中h(Xl)代表值i的像素的個數(shù)(根據(jù)熱像儀輸出信號的位數(shù)為12、13、14位，η 取值分別是 4096、8192、16384)；
[0013]4)計算Η中h(xT1)到h(xn)的和ST1 n，T1為預(yù)先設(shè)定的最低熱福射閾值，一般取η/2 ;
[0014]5)若ST n< T2，則返回步驟2，否則進入步驟6，Τ2為預(yù)先設(shè)定的閾值，一般為圖像像素數(shù)的1/10000 ；
[0015]6)利用如下基于類間方差的方法計算圖像量化閾值Τ3:
[0016]對數(shù)組Η，計算閾值取t(t = 1，Λ,η-1)時將像素點分成兩大類:值小于等于t的像素和值大于t的像素，設(shè)總像素數(shù)為S，像素點的平均值為μ ;值小于等于t的像素數(shù)量為NO (t)，像素點的平均值為μ 0 (t);值大于t的像素數(shù)量為N1 (t)，像素點的平均值為μ?α);記coO(t) =N0(t)/S，ω 1 (t) = N1 (t)/S，兩類像素點取值的類間方差可表示為:
[0017]g(t) = ω0(?)*(μ0(?)-μ)2+ω1(?)*(μ 1(?)-μ)2 (2)
[0018]則圖像量化的閾值Τ3 = max(g(t)) t= ljA,n 1D
[0019]7)以T3為閾值，將圖像進行二值化，即值小于等于T3的賦值為0，大于T3的賦值為255，得到一個二值化的圖像；
[0020]8)在步驟7所得到的二值化圖像中搜索聯(lián)通區(qū)域，求取最大聯(lián)通區(qū)域的中心C、面積A、周長P和尖角數(shù)量Sc，若面積A < T4 (T4為區(qū)域面積閾值，根據(jù)場景大小選取)，則進入步驟9，否則返回步驟2;
[0021]9)若該圖像是第一幀符合條件的圖像則符合條件的圖像計數(shù)加1，記錄中心C、面積A和周長P，返回步驟2;否則比較該幀與前一幀圖像最大聯(lián)通區(qū)域的中心C，面積、周長和尖角數(shù)量的差值 Cdlff，Adlff, Pdlff，Scdlff，若滿足 Cdlff< T5，A dlff> T6，P dlff> T7, Sc dlff>T8則符合條件的圖像計數(shù)加1，若符合條件的圖形計數(shù)值大于T9，則進入步驟10 ;否則將符合條件的圖像數(shù)量計數(shù)值賦為0，返回步驟2 ;
[0022]10)輸出火警信號；
[0023]11)根據(jù)火點的圖像位置初步確定火點坐標，啟動覆蓋該紅點范圍的自動水炮；
[0024]12)自動水炮通過與自身聯(lián)動的雙波段攝像頭對火點進行精確定位；