專利名稱:智能預(yù)警滅火機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種智能預(yù)警滅火機(jī)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?、云臺(tái)攝像機(jī)、自由度機(jī)械手、滅火器、控制器構(gòu)成，兩自由度機(jī)械手環(huán)抱安裝在滅火器側(cè)，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、云臺(tái)攝像機(jī)、自由度機(jī)械手依電回路方式連接控制器。本實(shí)用新型抗干擾能力強(qiáng)，空間適用性好，可以監(jiān)測到火災(zāi)初期細(xì)微火源的火災(zāi)火焰視頻，火災(zāi)預(yù)警準(zhǔn)確度高，誤報(bào)率低。
【專利說明】智能預(yù)警滅火機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于公共安全領(lǐng)域，涉及火災(zāi)火焰檢測預(yù)警及機(jī)器人滅火系統(tǒng)，具體 涉及一種自動(dòng)巡檢的智能預(yù)警滅火機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002] 火災(zāi)猛如虎！火災(zāi)是威脅人類生存的重大隱患，隨著社會(huì)發(fā)展步伐的加快，尤其 是近年來，頻發(fā)的火災(zāi)給人們造成了重大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國2011年共發(fā)生 火災(zāi)125402起，造成1106人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失19. 8億元。2011年6月上海發(fā)生的特大 火災(zāi)，造成58人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失1. 58億元。利用現(xiàn)代高科技手段及時(shí)地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)源并 及時(shí)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(jī)器人無疑為我們提 供了最好的選擇。
[0003] 大多數(shù)火災(zāi)發(fā)生之所W能造成重大傷亡事故和重大財(cái)產(chǎn)損失，其主要原因有；1、 火情發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，在一些重要場所，如倉庫、實(shí)驗(yàn)室、車間等沒有定時(shí)巡回檢測火焰的設(shè)備， 特別是易引起自燃的場所或火災(zāi)易發(fā)的化工車間等場所，如果不配備能巡回檢測設(shè)備，就 不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)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?cái)z像頭等，但由于火情信息傳送延遲，不能在火災(zāi) 發(fā)生的初期采取有效滅火措施，也會(huì)造成重大的火災(zāi)損失。
[0004] 眾所周知，要滅火，首先得火災(zāi)檢測，火焰檢測大約經(jīng)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(zāi)檢測 的感溫、感煙、氣敏類探測器主要用于室內(nèi)小范圍的火災(zāi)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(diǎn)。而紅外探測器的價(jià)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(shù)為基礎(chǔ)的火災(zāi)檢測器，利用攝像機(jī)監(jiān)控監(jiān)測點(diǎn)情景，通過對所捕 捉的視頻信息進(jìn)行處理、分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)火災(zāi)火焰的檢測和火災(zāi)的預(yù)警，抗干擾能力較強(qiáng)， 空間適用性強(qiáng)。視頻火災(zāi)預(yù)警技術(shù)中，火災(zāi)火焰檢測方法是核也，雖然國內(nèi)專家在近幾年對 視頻火災(zāi)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(shù)鮮有應(yīng)用，相應(yīng)的產(chǎn) 品也很少面世。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的在于；提供一種智能預(yù)警滅火機(jī)器人，抗干擾能力強(qiáng)，空間適用 性好，可W監(jiān)測到火災(zāi)初期細(xì)微火源的火災(zāi)火焰視頻，火災(zāi)預(yù)警準(zhǔn)確度高，誤報(bào)率低。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是；該智能預(yù)警滅火機(jī)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_(tái)攝像機(jī)、兩自由度機(jī)械手、滅火器、控制器構(gòu)成；利用云臺(tái) 攝像機(jī)所拍火災(zāi)火焰圖像，通過計(jì)算實(shí)現(xiàn)預(yù)警滅火機(jī)器人對火源的定位；滅火器安裝在兩 自由度機(jī)械手平臺(tái)上，利用機(jī)械手上所配攝像機(jī)圖像來實(shí)現(xiàn)滅火器噴嘴對準(zhǔn)火源，準(zhǔn)確完 成滅火；溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒃婆_(tái)攝像機(jī)、兩自由度機(jī)械手依電回路方式 連接控制器。
[0007] 工作時(shí)，輪式車移動(dòng)，通過溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱驮婆_(tái)攝像機(jī)巡 回檢測待檢測的場所，經(jīng)多數(shù)據(jù)融合和智能化分析給出即時(shí)的火災(zāi)火情狀態(tài)，再利用圖像 信號(hào)的分析和處理得到火源的具體方位，根據(jù)火情給出相應(yīng)預(yù)警信號(hào)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí) 現(xiàn)預(yù)警信號(hào)的傳輸和發(fā)送，同時(shí)通過兩自由度機(jī)械手啟動(dòng)便攜式滅火器實(shí)時(shí)滅火。
[0008] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：
[0009] 1、與傳統(tǒng)火災(zāi)檢測系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型的預(yù)警滅火機(jī)器人能及時(shí)檢測發(fā)現(xiàn)火 情，即時(shí)消除初期火情，及時(shí)傳輸火情信息，將火災(zāi)消滅在初期萌芽狀態(tài)。
[0010] 2、空間適用性強(qiáng)，既可W用于倉庫、實(shí)驗(yàn)室類室內(nèi)小范圍的火災(zāi)監(jiān)測及預(yù)警，也可 W用于森林類大范圍火災(zāi)監(jiān)測及預(yù)警。
[0011] 3、采用網(wǎng)絡(luò)視頻CCD攝像頭獲取監(jiān)測點(diǎn)圖像，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)使預(yù)警有較 高的抗干擾能力和網(wǎng)絡(luò)化特征，與紅外火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)相比性價(jià)比較高。
[0012] 4、對火災(zāi)火焰的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行信息融合，給出一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與D-S證 據(jù)判決的火災(zāi)判別算法，能快速判別預(yù)警，誤判率較低。
[0013] 5、采用H級(jí)火災(zāi)火焰預(yù)警，能夠根據(jù)現(xiàn)場實(shí)時(shí)火焰實(shí)現(xiàn)預(yù)警智能化，科學(xué)合理并 有序地調(diào)度火災(zāi)發(fā)生時(shí)的人力、財(cái)力。
[0014] 6、本實(shí)用新型的預(yù)警滅火機(jī)器人比傳統(tǒng)滅火機(jī)器人更加智能化，可W避免火災(zāi)損 失或?qū)⒒馂?zāi)可能造成的重大損失減小到最低。
[0015] 7、預(yù)警滅火機(jī)器人是集火焰巡回檢測、火災(zāi)預(yù)警、啟動(dòng)滅火于一體的智能滅火裝 置，基于多特征信息融合的火災(zāi)火焰判別，通過定時(shí)巡回檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，并通過網(wǎng)絡(luò) 及時(shí)發(fā)布火災(zāi)預(yù)警信息的同時(shí)即時(shí)啟動(dòng)機(jī)載滅火器實(shí)施有效滅火，將火災(zāi)消滅在初期萌芽 狀態(tài)，有效避免初期火災(zāi)的蔓延，保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情、即時(shí)消除初期小火情、及時(shí)傳輸火情 信息。
[0016] 8、采用四層智能慎思-反應(yīng)體系結(jié)構(gòu)；感知層、慎思層(智能決策層)、反應(yīng)層(控 制層）和執(zhí)行層，整體系統(tǒng)采用基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式系統(tǒng)架構(gòu)來部署設(shè)備，增強(qiáng)了系統(tǒng)的智 能化程度和適用性，結(jié)合火情預(yù)警闊值能實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的H級(jí)預(yù)警模式。
[0017] 9、本預(yù)警滅火機(jī)器人旨在及時(shí)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)火情、即時(shí)反應(yīng)消除火情、及時(shí)發(fā)送傳輸 火情信息，盡可能將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，該是本實(shí)用新型所述預(yù)警滅火機(jī)器人的最大特 點(diǎn)和優(yōu)勢，也是本實(shí)用新型區(qū)別于傳統(tǒng)消防、滅火概念的最顯著的標(biāo)志。
[0018] 10、本實(shí)用新型在火災(zāi)火焰檢測識(shí)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(shù)，提高了火災(zāi)判別準(zhǔn)確度，誤判率較低。

【附圖說明】

[0019] 圖1為預(yù)警滅火機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為預(yù)警滅火機(jī)器人四層體系架構(gòu)圖。
[0021] 圖3是預(yù)警滅火機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)框圖。
[0022] 圖4為基于云臺(tái)角度判斷火焰目標(biāo)示意圖。
[0023] 圖5為手機(jī)報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)選型示意圖。
[0024] 圖6為短信報(bào)警子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合具體附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案，不能理解為是對技術(shù) 方案的限制，在本技術(shù)方案的基礎(chǔ)上的合理變化都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0026] 如圖1所示，該智能預(yù)警滅火機(jī)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(tái)攝像機(jī)、自由度機(jī)械手、滅火器、控制器構(gòu)成，兩自由度機(jī)械手環(huán)抱安裝在滅 火器側(cè)，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、云臺(tái)攝像機(jī)、自由度機(jī)械手依電回路方式連 接控制器。
[0027] 如圖2、3所示，本實(shí)用新型的預(yù)警滅火機(jī)器人包括W下各系統(tǒng)：
[0028] 1、火災(zāi)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(tái)攝像機(jī)、紅外測距傳感器，利用該些傳感器和數(shù)據(jù)信息融合來完成 火災(zāi)火焰的準(zhǔn)確識(shí)別、火源定位W及輪式車的實(shí)時(shí)避障；其中CCD云臺(tái)攝像頭支持WiFi無 線傳輸，同時(shí)支持TCP^P網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程圖像傳輸，并具有動(dòng)態(tài)檢測錄像功能，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)完成火 災(zāi)火焰圖像采集，按照預(yù)先設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍(水平300度、垂直90度）定時(shí)掃描監(jiān)控現(xiàn)場；
[0029] 2、基于DSP的數(shù)據(jù)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(zāi)火焰溫度、煙霧、圖像、實(shí)時(shí)火焰等信息，利用智能信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)火 災(zāi)火焰的特征識(shí)別、信息融合、預(yù)警級(jí)別判斷、智能決策等功能；
[0030] 3、基于局域網(wǎng)的火警數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)；采用標(biāo)準(zhǔn)的化化協(xié)議，通過相應(yīng)端口 傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，利用該協(xié)議傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是可W輕易的穿透防火墻和NAT，同時(shí)使用無連接 Http協(xié)議可W降低帶寬的占有量，通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)體如下表所示，同時(shí)對傳輸中的 報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行DES對稱加密處理，利用Base64進(jìn)行加密，VC與化va通用，在接收端進(jìn)行解 密和校驗(yàn)，保證報(bào)警數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院屯暾裕?br> [0031] 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)表
[0032]

【權(quán)利要求】
1.智能預(yù)警滅火機(jī)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(tái)攝像機(jī)、自由度機(jī)械手、滅火器、控制器構(gòu)成，兩自由度機(jī)械手環(huán)抱安裝在滅火 器側(cè)，溫度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、云臺(tái)攝像機(jī)、自由度機(jī)械手依電回路方式連接 控制器；其特征是該預(yù)警滅火機(jī)器人包括W下各系統(tǒng)： (1) 火災(zāi)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(tái)攝像機(jī)、紅外測距傳感器，利用該些傳感器和數(shù)據(jù)信息融合來完成火 災(zāi)火焰的準(zhǔn)確識(shí)別、火源定位W及輪式車的實(shí)時(shí)避障；其中CCD云臺(tái)攝像頭支持WiFi無線 傳輸，同時(shí)支持TCP^P網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程圖像傳輸，并具有動(dòng)態(tài)檢測錄像功能，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)完成火災(zāi) 火焰圖像采集，按照預(yù)先設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍水平300度、垂直90度定時(shí)掃描監(jiān)控現(xiàn)場； (2) 基于DSP的數(shù)據(jù)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(zāi)火焰溫度、煙霧、圖像、實(shí)時(shí)火焰等信息，利用智能信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)火災(zāi) 火焰的特征識(shí)別、信息融合、預(yù)警級(jí)別判斷、智能決策等功能； (3) 基于局域網(wǎng)的火警數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)；采用標(biāo)準(zhǔn)的化化協(xié)議，通過相應(yīng)端口傳輸 相關(guān)數(shù)據(jù)，利用該協(xié)議傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)輕易的穿透防火墻和NAT，同時(shí)使用無連接化化協(xié)議降 低帶寬的占有量，對傳輸中的報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行DES對稱加密處理，利用Base64進(jìn)行加密，VC與 化va通用，在接收端進(jìn)行解密和校驗(yàn)； (4) 兩自由度機(jī)械手滅火系統(tǒng)；將干粉型滅火器安裝在一個(gè)兩自由度平臺(tái)上，利用圖像 跟蹤技術(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)整方位，并達(dá)到滅火器噴頭對準(zhǔn)火源中也，利用繼電器開啟滅火器，進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)滅火； (5 )云臺(tái)攝像機(jī)控制模塊：云臺(tái)攝像機(jī)用于實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)火焰的定位和跟蹤，一旦有火災(zāi) 火焰出現(xiàn)，首先通過云臺(tái)攝像機(jī)檢測到火焰發(fā)生的位置和方向，然后驅(qū)動(dòng)機(jī)器人趨近火災(zāi) 火焰，并啟動(dòng)機(jī)械手操作滅火器來完成滅火任務(wù)；采用EVI-D100P彩色的CCD攝像機(jī)，從PC 機(jī)由VISCATM規(guī)程進(jìn)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(zāi)信息融合模塊：在分析火災(zāi)火焰識(shí)別判別特征后，在D-S證據(jù)判決理 論的基礎(chǔ)上，多傳感器火災(zāi)信息融合模塊采用卡爾曼加權(quán)融合算法相結(jié)合進(jìn)行火災(zāi)火焰判 I小廣 斷； (7) 火災(zāi)模糊推理的H級(jí)智能預(yù)警模塊；預(yù)警系統(tǒng)采用H級(jí)預(yù)警模式，現(xiàn)場聲光預(yù)警， 遠(yuǎn)程短信息預(yù)警和網(wǎng)絡(luò)預(yù)警；發(fā)生一級(jí)火情時(shí)，安裝在被監(jiān)測區(qū)的監(jiān)測點(diǎn)內(nèi)的聲音報(bào)警器 和警報(bào)燈負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場聲光預(yù)警，預(yù)警指令由監(jiān)測點(diǎn)位控制模塊自主下達(dá);An化oid手機(jī) 服務(wù)器通過化va Servlet實(shí)時(shí)訪問預(yù)警數(shù)據(jù)庫并在監(jiān)測點(diǎn)發(fā)現(xiàn)二級(jí)火情時(shí)向指定責(zé)任人 發(fā)送預(yù)警短消息W實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程短信息預(yù)警，無線傳輸利用WiFi技術(shù)，預(yù)警數(shù)據(jù)的傳輸采用加 密傳輸，確保數(shù)據(jù)的安全性；當(dāng)火災(zāi)火焰檢測系統(tǒng)傳達(dá)的火情達(dá)到最高H級(jí)時(shí)，跳出報(bào)警窗 口和圖片，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)報(bào)警，并傳送現(xiàn)場火災(zāi)實(shí)況； (8) 基于圖像的火源識(shí)別定位模塊：在云臺(tái)跟蹤目標(biāo)火焰的過程中，實(shí)時(shí)的將自身轉(zhuǎn)動(dòng) 的角度信息反饋給上位機(jī)，基于云臺(tái)的角度信息計(jì)算目標(biāo)火焰與移動(dòng)機(jī)器人的相對位置； (9) 基于測距和路徑規(guī)劃的實(shí)時(shí)避障模塊；基于安裝在移動(dòng)機(jī)器人左右兩側(cè)和前方的 紅外傳感器及激光測距傳感器信號(hào)，機(jī)器人實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)避障功能，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)路徑規(guī)劃和導(dǎo) 航； (10) 基于WiFi的無線網(wǎng)絡(luò)信息傳輸模塊；由DSP系統(tǒng)經(jīng)信息融合算法得到的火警信息 需要即時(shí)發(fā)送到服務(wù)器和相關(guān)部口的責(zé)任人，利用WiFi技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸功能來實(shí)現(xiàn)， 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊主要由通信協(xié)議完成； (11) 基于Amlroid技術(shù)的手機(jī)火災(zāi)預(yù)警信息傳輸模塊；短信報(bào)警模塊是室內(nèi)的一個(gè) An化oid的手機(jī)服務(wù)器通過化va Servlet實(shí)時(shí)訪問報(bào)警數(shù)據(jù)庫，當(dāng)檢測到該區(qū)域內(nèi)有火災(zāi) 報(bào)警信息，則手機(jī)服務(wù)器自動(dòng)將報(bào)警信息和位置發(fā)送到指定的負(fù)責(zé)人，通知負(fù)責(zé)人采取措 施進(jìn)行滅火；An化0id客戶端應(yīng)用使用化va技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信使用Apache HTTP協(xié)議客戶端， 中間Web服務(wù)器采用Servlet響應(yīng)客戶請求；后臺(tái)數(shù)據(jù)庫采用數(shù)據(jù)庫連接池訪問數(shù)據(jù)庫，客 戶端的一部分存儲(chǔ)采用SQLite數(shù)據(jù)庫； (12) 聲音報(bào)警子系統(tǒng)；當(dāng)滅火機(jī)器人通過Timer定時(shí)訪問遠(yuǎn)端報(bào)警數(shù)據(jù)庫，若檢測到 室內(nèi)空間的任一 CCD攝像頭所對應(yīng)的報(bào)警數(shù)據(jù)庫發(fā)生變化，則對應(yīng)的室內(nèi)空間產(chǎn)生火災(zāi)報(bào) 警信息，機(jī)器人就會(huì)在第一時(shí)間產(chǎn)生聲音報(bào)警，警示周圍的人員有火災(zāi)險(xiǎn)情，提示盡快撤 離，同時(shí)機(jī)器人開始搜索滅火；聲音報(bào)警子系統(tǒng)是在滅火機(jī)器人和檢測終端同時(shí)具備，調(diào)用 報(bào)警聲音的VC運(yùn)行代碼； (13) 兩自由度機(jī)器手滅火系統(tǒng)控制模塊：利用圖像信息完成火源目標(biāo)的方位識(shí)別，及 時(shí)控制兩自由度平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)干粉滅火器的噴頭準(zhǔn)確對準(zhǔn)火源中也，并即時(shí)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(wǎng)絡(luò)視頻CCD攝像 頭的實(shí)時(shí)圖像，用數(shù)字圖像處理技術(shù)處理獲得圖像后，調(diào)用火災(zāi)火焰判別程序，給出是否有 火情的判斷結(jié)論，若是有火情給出火情級(jí)別的判斷結(jié)論。
【文檔編號(hào)】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(xué), 江蘇潤儀儀表有限公司