本發(fā)明涉及一種基于3D攝像頭的智能消防車，屬于機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今社會，火災(zāi)在人們?nèi)粘Ｉ钪?，給人們帶來了無窮無盡的淚水與撕心裂肺的哀痛。傳統(tǒng)的火災(zāi)消防主要由消防人員操控消防車輛及消防設(shè)備執(zhí)行滅火及搶險救援任務(wù)。其往往是消耗大量人力而結(jié)果卻不盡人意，效率不高，且人員需求量大，而我國目前消防通信技術(shù)落后，我國城市消防通信設(shè)施建設(shè)總體水平還比較低，特別是現(xiàn)代化、信息化的高科技消防通信設(shè)施建設(shè)差距很大，難以適應(yīng)現(xiàn)代滅火作戰(zhàn)的指揮調(diào)度需要，在火災(zāi)多發(fā)季節(jié)經(jīng)常會出現(xiàn)人員調(diào)配不及時的現(xiàn)象，而且有些火災(zāi)地段人員不能進(jìn)入，是一個急需解決的問題。
目前，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，大量基礎(chǔ)設(shè)施不斷上馬，高樓大廈在各個地方隨處可見。房屋建筑越高，其一旦產(chǎn)生火災(zāi)產(chǎn)生的損失變得越嚴(yán)重。在著火樓層較低時，目前的消防措施主要是人工撐舉噴水龍頭往樓層高處噴水，而稍高的樓層著火時主要以消防員站在云梯上舉起水管對其相關(guān)樓層進(jìn)行噴水以達(dá)到滅火的目的。但是，上述二種方式存在巨大的缺陷，當(dāng)樓層內(nèi)部著火時，消防員只能站在窗外對其噴水滅火，且噴水滅火范圍局限在視野所在外圍內(nèi)，不僅不能對另一個房間的著火處進(jìn)行滅火，同時也極大的浪費(fèi)了水資源。
很長時間以來，在搶險消防領(lǐng)域都是依靠搶險救災(zāi)人員親赴現(xiàn)場進(jìn)行搶險救災(zāi)工作，而在諸如高溫、強(qiáng)熱、輻射、濃煙、地形復(fù)雜、障礙物多、化學(xué)腐蝕、易燃易爆等惡劣環(huán)境下，采用人工操作存在諸多困難甚至難以完成預(yù)期任務(wù)；搶險救災(zāi)人員在高溫、易燃易爆的環(huán)境中，近距離搶險救災(zāi)，存在安全隱患。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于3D攝像頭的智能消防車，解決現(xiàn)有人工救火存在不便的不足的問題。本發(fā)明利用3D攝像頭的特性，基于目標(biāo)物體的色度信息和深度信息，能對取景范圍內(nèi)的所有障礙物進(jìn)行一次性綜合評估后得到最優(yōu)行駛路徑，和人眼避障具有極大的相似性。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供一種基于超聲波的智能消防車，包括消防車本體以及安裝在消防車本體上的行駛控制模塊、3D攝像頭、視覺分析模塊、尋火模塊、泡沫劑箱、滅火頭、無線傳輸模塊、控制器，控制器分別與行駛控制模塊、3D攝像頭、視覺分析模塊、尋火模塊、滅火頭、無線傳輸模塊連接，3D攝像頭與視覺分析模塊連接，連接滅火頭與泡沫劑箱連接；3D攝像頭，用于采集消防車本體周圍的3D圖像，發(fā)送給視覺分析模塊；視覺分析模塊，用于向行駛控制模塊請求消防車本體的行駛狀態(tài)，并根據(jù)3D圖像信息以及消防車本體的行駛狀態(tài)對障礙物建模，利用障礙物模型和消防車本體的行駛狀態(tài)確定行駛調(diào)整路徑；控制器通過行駛控制模塊控制消防車本體的行駛，并根據(jù)視覺分析模塊的分析結(jié)果控制消防車本體進(jìn)行避障，當(dāng)尋火模塊找到火源時，控制器控制滅火頭進(jìn)行滅火，并通過無線傳輸模塊將3D攝像頭拍攝到的火災(zāi)實(shí)景傳輸至控制臺。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，攝像頭通過升降桿安裝在消防車本體上。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，滅火頭通過管道與泡沫劑箱連接。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，3D圖像包括色彩圖像和深度圖像，視覺分析模塊利用色彩圖像識別出障礙物輪廓，利用深度圖像獲取障礙物的距離。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，視覺分析模塊根據(jù)消防車本體的行駛狀態(tài)重新計(jì)算障礙物在地球坐標(biāo)系中的大小和距離以及與消防車本體的相對位置，實(shí)現(xiàn)障礙物建模。
本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：它是無人操作和預(yù)防火災(zāi)，利用攝像頭高效快速的發(fā)現(xiàn)火源，并第一時間進(jìn)行滅火并匯報(bào)主控制臺。特別是在人無法靠近的危險火場中，可以發(fā)揮重要作用?？蛇h(yuǎn)程監(jiān)控智能消防小車所處位置及其完成任務(wù)的情況，并且迅速做出反應(yīng)，從而大大增加消防實(shí)際工作效率，減少人民人身以及財(cái)產(chǎn)損失，應(yīng)具有廣闊的市場空間。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，且描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。
本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語（包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
下面對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
本發(fā)明提供一種基于超聲波的智能消防車，包括消防車本體以及安裝在消防車本體上的行駛控制模塊、3D攝像頭、視覺分析模塊、尋火模塊、泡沫劑箱、滅火頭、無線傳輸模塊、控制器，控制器分別與行駛控制模塊、3D攝像頭、視覺分析模塊、尋火模塊、滅火頭、無線傳輸模塊連接，3D攝像頭與視覺分析模塊連接，連接滅火頭與泡沫劑箱連接；3D攝像頭，用于采集消防車本體周圍的3D圖像，發(fā)送給視覺分析模塊；視覺分析模塊，用于向行駛控制模塊請求消防車本體的行駛狀態(tài)，并根據(jù)3D圖像信息以及消防車本體的行駛狀態(tài)對障礙物建模，利用障礙物模型和消防車本體的行駛狀態(tài)確定行駛調(diào)整路徑；控制器通過行駛控制模塊控制消防車本體的行駛，并根據(jù)視覺分析模塊的分析結(jié)果控制消防車本體進(jìn)行避障，當(dāng)尋火模塊找到火源時，控制器控制滅火頭進(jìn)行滅火，并通過無線傳輸模塊將3D攝像頭拍攝到的火災(zāi)實(shí)景傳輸至控制臺。
3D圖像包括色彩圖像和深度圖像，視覺分析模塊利用色彩圖像識別出障礙物輪廓，利用深度圖像獲取障礙物的距離。視覺分析模塊根據(jù)消防車本體的行駛狀態(tài)重新計(jì)算障礙物在地球坐標(biāo)系中的大小和距離以及與消防車本體的相對位置，實(shí)現(xiàn)障礙物建模。
在消防車本體的行駛過程中，首先3D攝像頭以一定的頻率對消防車本體周圍進(jìn)行攝像，用于對前方障礙物進(jìn)行3D建模，獲取障礙物的位置、形狀、大小以及距離信息。3D攝像頭可以是基于雙可見光攝像頭，或者是可見光攝像頭+紅外激光投射儀。雙可見光攝像頭測距利用視差原理，處理不同視角下獲取的對同一場景的兩幅圖像，從而恢復(fù)出物體的三維幾何信息，并測得空間距離?？梢姽鈹z像頭+紅外激光投射儀利用可見光攝像獲取圖像的色彩信息，利用紅外激光投射儀獲取同一幅圖像的深度信息，可見光攝像頭和紅外激光投射儀保持對外界圖像的幀同步，疊加圖像的色彩和深度信息可以重建眼前障礙物的3D圖像。無論是哪種原理的3D攝像頭，障礙物的信息實(shí)時傳送到視覺分析模塊進(jìn)行處理。
視覺分析模塊的主要功能如下：
1 ) 接收和分析3D攝像頭的原始數(shù)據(jù)，運(yùn)用圖像識別算法識別圖片中的所有障礙物，對每個障礙物，解析出障礙物的形狀、大小、在圖像中的相對位置、和攝像頭的距離等信息；
2 ) 向行駛控制模塊索取當(dāng)前行駛狀態(tài)信息，根據(jù)行駛狀態(tài)信息重新計(jì)算1 )中障礙物在地球坐標(biāo)系中的大小和距離以及相對位置；
3 ) 對2 )中所有障礙物信息運(yùn)用導(dǎo)航避障算法，得到最優(yōu)的行駛軌跡調(diào)整參數(shù)，這些參數(shù)包括調(diào)整角度和調(diào)整最后期限等，將這些參數(shù)發(fā)送至控制器；
4 ) 控制器收到行駛軌跡調(diào)整參數(shù)后，重新規(guī)劃行駛路線；如果視覺分析模塊的調(diào)整參數(shù)均為0，表明此次攝像范圍內(nèi)沒有探測到任何障礙物，控制器可根據(jù)預(yù)設(shè)行駛路線繼續(xù)行駛。
進(jìn)一步地，滅火頭通過管道與泡沫劑箱連接。
當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，控制器通過控制消防車本體進(jìn)入火災(zāi)區(qū)，在超聲波測距模塊、尋火模塊的幫助下迅速找到火源，然后控制滅火頭進(jìn)行滅火，同時通過無線傳輸模塊可將火災(zāi)實(shí)景無線反饋給控制臺，使其能夠與遠(yuǎn)程控制臺通訊，接收發(fā)車與任務(wù)指令，為使創(chuàng)新科技應(yīng)用到實(shí)際運(yùn)作當(dāng)中去，并投入生產(chǎn)使用，對消防器材行業(yè)、保護(hù)人民財(cái)產(chǎn)、減少人員傷亡都有重要意義。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。