CN110841219A - 一种电缆隧道环境下火情监测处置***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆隧道环境下火情监测处置***及方法，包括：火情监测模块，被配置为用于获取隧道环境监测数据和电缆监测数据，根据确定的隧道火情预警规则和电缆火情预警规则，分别判断是否产生隧道火情预警和电缆火情预警；火情确认模块，被配置为用于在产生隧道火情预警或者电缆火情预警后，联动消防机器人运行至预警位置附近；联动电缆隧道内监控装置，监测隧道内环境情况；同时联动智能巡检机器人运行至预警位置判断火情是否发生；火情处置模块，被配置为火情发生后，根据火情处置预案对已确认的火情进行应急处置。本发明能够有效提高消防检查准确性，提高火情处置准确性及时效性。

Description

一种电缆隧道环境下火情监测处置***及方法

技术领域

本发明属于电缆隧道火情监测技术领域，尤其涉及一种电缆隧道环境下火情监测处置***及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

对于电缆集中的主供电通道，为保证安全稳定运行，需要采用电缆隧道合理放置多回电缆线路。电力电缆长期处于高压、高温环境下工作，会产生绝缘老化并导致击穿和短路，进一步发生电缆火灾，由于电缆隧道空间狭窄，在火灾情况下，由于电缆燃烧产生大量的烟雾、有毒有害物质和高温，而电缆隧道距离长、通道窄、出口少，使救援人员很难接近火源。

现有的电缆隧道火情检测方法主要是通过固定位置的消防监测主机，接入固定安装的环境检测设备进行环境检测，将检测数据上传***，***判定疑似火情产生报警，并交有人工确认处理。出现火情后，主要依靠隧道内搭载灭火弹的智能机器人、固定安装的灭火弹等灭火装置进行灭火。

但是，电缆隧道内安装的消防监测主机很难实现对于电缆隧道的全方位监测，固定安装的灭火弹覆盖范围有限，且部分灭火弹不具备监测功能，出现火情时无法监测击发状态。现有的搭载灭火弹机器人主要通过机器人自身的传感器检测火情，检测准确度有限，定位火情位置精准度不高。隧道内部署多台机器人时，各台机器人各自检测，且不与隧道内固定安装的监测装置交互，缺乏有效的统一调配方法。因此，目前电缆隧道内火情的确认工作及处置方式高度依赖于运维人员对隧道现场的熟悉程度。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种电缆隧道环境下火情监测处置***及方法，以智能巡检机器人为基础，与在线监测装置、消防主机相结合，智能分析红外温度、电缆破皮、防爆气体浓度等数据并产生火情预警；在预警火情同时联动多组巡检机器人、固定点视频监控进行火情确认。

为实现上述目的，在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种电缆隧道环境下火情监测处置***，包括：

火情监测模块，被配置为用于获取隧道环境监测数据和电缆监测数据，根据确定的隧道火情预警规则和电缆火情预警规则，分别判断是否产生隧道火情预警和电缆火情预警；

火情确认模块，被配置为用于在产生隧道火情预警或者电缆火情预警后，联动消防机器人运行至预警位置附近；联动电缆隧道内监控装置，监测隧道内环境情况；同时联动智能巡检机器人运行至预警位置判断火情是否发生；

火情处置模块，被配置为火情发生后，根据火情处置预案对已确认的火情进行应急处置。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种电缆隧道环境下火情监测处置方法，包括：

将电缆隧道划分为若干区段，建立每个区段内设备关系模型；

建立每个区段内的隧道火情预警规则和电缆火情预警规则，实时监测隧道环境数据和电缆数据，根据所述预警规则判断各区段内是否出现火情预警；

如果出现火情预警，根据火情预警点位置匹配最近的智能消防机器人，控制所述智能消防机器人运行至火情预警点位置附近；同时，调用智能巡检机器人运行至火情预警点位置，判断是否存在满足火情条件的高温点，若存在，定位火情位置点并确定火焰范围，调用火情处置预案对火情进行处置。

本发明具有以下有益效果：

本发明针对电缆隧道的环境特点，提出结合智能巡检机器人、智能消防机器人、在线监测设备、固定点摄像头、消防主机等多种设备的综合消防监测方法，并根据分析结果提供全方位的消防确认及处置方法。有效提高消防检查准确性，提高火情处置准确性及时效性。

本发明***集成了隧道中的智能巡检机器人、智能消防机器人、消防主机、固定点摄像头、门禁***、隧道环境监测装置、通风设备、照明设备、电缆在线监测装置等多类型设备，用于对火情进行综合监测、确认及应急处置。根据装置分布将隧道分段监测，每个分段均结合机器人及固定装置数据统一分析，监测准确度更高，火情定位精度更准。出现火情后，通过传感器数据、可见光视频、固定点视频多种手段更直观更全面监测火情状况及火情处置情况。

本发明采用机器学习算法，输入隧道环境温湿度、烟雾浓度等环境数据，提取环境数据特征，训练不同季节、不同天气情况下的环境条件参数，针对不同环境条件适配不同的火情预警阈值。

电缆隧道深埋地下环境较特殊，不同隧道受各地方环境条件影响较大，比如南北方气候差异导致隧道内环境温湿度差异大。单条隧道内环境变化由于深埋原因，随外界气候变化速度较慢，环境数据趋于线性变化。***根据隧道内历史环境数据，提取出当前隧道适应的环境条件及火情判定依据；例如：对于常年干燥的隧道，自动提取温度阈值、气体阈值为主要火情判定阈值，舍弃湿度数据。对于不同季节温度变化较大的隧道，以环境温度为主特征，划分环境温度区间，配置多组火情温度阈值，并结合湿度数值、气体阈值、隧道亮度阈值为火情判定依据。可自动应对隧道内的环境变化，减少人工维护，提高火情判定准确度，降低误报。

本发明通过机器人红外视频校正云台位置，形成针对火情的云台伺服方法，准确定位火情点到机器人图像中心。

本发明火情处置中结合机器人多机调度方法。采用一主多备方式使用多台消防机器人参与灭火。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例一中电缆隧道环境下火情监测处置***结构示意图；

图2是本发明实施例一中巡检机器人火情定位云台伺服流程图；

图3是本发明实施例一中火情处置中消防机器人定位位置示意图；

图4是本发明实施例一中电缆隧道环境下火情监测处置方法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种电缆隧道环境下火情监测处置***，以智能巡检机器人为基础，与在线监测装置、消防主机相结合，智能分析红外温度、电缆破皮、防爆气体浓度等数据并产生火情预警；预警火情同时联动多组巡检机器人、固定点视频监控进行火情确认。提供多种火情处置策略，包含控制智能消防机器人灭火、监测固定安装的灭火装置、联动隧道安防设备、联动隧道通风设备、监控消防人员状态等方法。

参照图1，本实施例电缆隧道环境下火情监测处置***包括：

(1-1)***通信模块:负责将隧道中的智能巡检机器人、智能消防机器人、消防主机、固定点摄像头、电子井盖、门禁***、隧道环境监测装置、防火门、通风设备、照明设备、电缆在线监测装置接入***。***基于标准工业协议定义标准接入通信规范。接入方式包括监测设备直接通信、监测设备通过监测主机通信。

(1-2)火情监测模块:负责实时数据监控。针对隧道、电缆定制不同火情预警规则。

根据隧道实际运行情况，将日常监控的部分环境数据输入机器学习算法提取特征进行训练，提供可参考的火情预警规则。通过对机器人位置、机器人红外温度、隧道环境数据等综合分析，判断是否产生隧道火情预警。

根据电缆电压等级、材质等条件预制多种不同电缆火警预警规则。通过对电缆外皮检测、电缆电流监测、电缆局放电流监测、有毒气体监测、电缆测温、光纤测温等数据综合分析，判断是否产生电缆火情预警。

(1-3)火情确认模块：预警后负责联动智能巡检机器人、固定点摄像头。调用巡检机器人至火情点附近，通过结合巡检机器人激光测距、火焰探测器等手段，检测火情高温点距离。调用智能消防机器人运动至特定位置待命。联动固定点监控摄像头，通过视频监测隧道内环境情况，包括：实时监测隧道内温湿度、烟雾浓度、防爆气体浓度。在机器人确认火情过程中，连续记录环境数据变化，便于分析火情变化情况。通过连续监测隧道内一氧化碳、硫化氢、甲烷等各类气体浓度实时变化情况，可辅助运维人员确认可能的起火原因。

(1-4)火情处置模块：负责对已确认的火情进行应急处置，并监测处置结果。火情处置预案包括问答式处置预案、自动处置预案及紧急处置预案。

问答式处置需运维人员确认火情，指定灭火设备后可由***调用执行。

自动处置预案指***根据预案自动选择就近消防设备尝试灭火，自动调用附近监控设备监视火情。自动处置预案启用需由运维人员提前设定权限。权限包括：发现火情时全自动执行、用户无应答超时有权执行、需由用户同意后有权执行。

紧急处置预案默认为自动处置预案执行完毕后仍监测到火情预警，启用紧急处置预案转交人工控制，并提供所有可用数据辅助人工灭火、监测消防人员安全。

自动处置火情期间运维人员具有最高控制权，允许用户中断、调整、取消火情处置预案，允许运维人员立即启用紧急处置预案。

(1-5)用户交互模块：负责用户交互，采用声光报警、发送短信、发送邮件、推送手机消息等方式提醒主要运维人员火情情况。提供所有可接入的视频、音频、监测数据供用户实时监视火情情况。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种电缆隧道环境下火情监测处置方法，参照图4，包括：火情监测方法、火情确认方法、火情处置方法三部分。

(2-1)火情监测方法具体包括以下过程：

步骤1，根据隧道内设备分布情况，划分隧道分段。考虑各分段包含不同监测设备，以分段为维度建立分段内设备关系模型。

步骤2，根据各分段内包含的设备不同，建立隧道火情预警规则，预警规则内包含多种环境条件下的火情阈值参数，可设定的环境条件包括春秋季节、夏季、冬季、干燥天气、阴雨天气等气候场景。火情阈值包含多种类型数据，默认采用与逻辑运算，即参与计算的每种数据均需满足各自对应的火情阈值，方才判定为产生火情预警。例如“环境最高温度＞50℃且红外测温＞80℃”；可设置基本的数学运算：加、减、乘、除。例如“((红外测温-环境温度)/环境温度)＞0.5”；

建立各分段内数学模型，建立机器学习训练模型。提取隧道环境温度、环境湿度、烟雾浓度、氧气浓度、有害气体浓度为特征，对已有历史环境数据进行数据训练，提出当前隧道适用的环境条件数据。例如：对于位于东北地区的电缆隧道，提取出冬季、夏季适用的环境条件数据并估算出可用的火情阈值参数。对于位于华南地区的电缆隧道，提取出梅雨季节、高温高湿适用的环境条件数据，并估算出可供参考的的火情阈值参数。

机器学***面化数据后，试图找到一条直线，将这些点分成两组，并且这条直线尽可能远离所有这些点。以清晰匹配出当前隧道各季节的温度、湿度分界线。

步骤3，日常监测过程中，持续积累隧道环境数据样本。定期采用已建立的机器学习训练模型进行特征提取继续训练，提高环境条件划分的准确性。将训练结果提交给运维人员，由运维人员决定是否调整隧道火情预警规则。

步骤4，监测隧道环境类数据，通过巡检机器人、隧道环境传感器读取环境温度、环境湿度、烟雾浓度、氧气浓度、有害气体浓度等数据，适配出当前的环境条件，根据配置的火情阈值计算是否出现火情预警。

步骤5，建立电缆火情预警规则。根据电缆的材质及电压等级预设电缆火情监测规则及火情阈值模板。建立隧道内各条电缆的数据模型，分别配置各条电缆需采用的火情预警规则。

步骤6，监测电缆实时数据，根据已配置的电缆火情预警规则，分析电缆接地电流、电缆局部放电、机器人红外测温数据、电缆外皮破损识别数据，计算是否出现火情预警。

(2-2)火情确认方法具体包括：

步骤7，出现火情预警，根据预制的火情确认方案执行相关动作。

根据火情点位置匹配最近的智能消防机器人，调用至火情点最近的防火门、防火墙等设施附近，参照图3；等待火情处置预案开始执行后可快速运行至准确火情点进行火情处置。

步骤8，综合分析火情预警位置附近所有设备状态，如当前位置无巡检机器人，则调用巡检机器人到火情预警位置，机器人到位后执行云台伺服算法寻找高温点。巡检机器人火情定位云台伺服流程如附图2。

8-1:机器人云台可转动范围预设为360度球型区域。根据隧道宽度及机器人视频视野范围预制一定数量的观测方位，保证覆盖球形区域。

8-2:依次调用云台观测方位，调用红外热像仪寻找高温点，

8-3:如图像内出现高温点，计算画面内高温点距离图像中心点像素数量,像素数量包含水平方向像素值X及垂直方向像素值Y。

8-4:根据热像仪图像视野范围，将水平方向像素值X及垂直方向像素值Y转换为云台水平转动角度AngelX及垂直转动角度AngelY。调用云台转动相应角度

8-5:反复调用8-3、8-4步骤。直到高温点出现在红外图像中心。

8-6:如云台预制方位全部调用完毕，但未发现满足火情条件的高温点。则判定为火情误报，解除火情预警。继续按照步骤4、步骤6监测火情。

步骤9，如巡检机器人配置有火焰探测器，根据火焰探测器功能，读取距离高温中心点准确距离及火焰范围。根据火焰探测器反馈的数据，巡检机器人利用RFID定位及激光传感器定位准确前进至火情区域附近，并与火情位置保持安全距离，此安全范围根据巡检机器人防爆等级确定。将机器人云台位置进行微调，保证机器人视频准确定位至火情点。

步骤10,根据步骤8及步骤9确认的最终火情位置，匹配就近的固定点摄像头。根据摄像头预制的云台预制位信息，选取可能监控到火情的预制位，并转动固定点摄像头。

步骤11,根据步骤8及步骤9确认的最终火情位置，匹配就近的固定安装的灭火装置，监测灭火装置击发状态。

(2-3)火情处置方法具体包括：

步骤12，持续执行步骤4、步骤6监测火情，并根据火情处置预案尝试处置火情，根据问答式处置预案，等待需运维人员确认，如在等待过程中不再出现火情预警，记录火情误报信息并解除火情预警。如运维人员已确认火情，可由运维人员自行决定灭火设备，或立即启用自动火情处置预案进入步骤13尝试灭火。根据自动处置预案，判定自动处置权限后进入步骤13尝试处置火情。

步骤13，启用自动处置预案，尝试自动处置火情，根据步骤8及步骤9确认的最终火情位置，检查附近消防机器人状态，选取隧道前进、后退方向多台机器人，以距离火情点最近的待命消防机器人为主机器人，其他为备用机器人。依次调用至火情点附近，主消防机器人距离火情点距离Distance1需小于主消防机器人灭火弹覆盖范围Distance2。备用消防机器人以队列方式依次待命。消防机器人间保持固定距离Distance3。Distance3根据电缆隧道实际长度及宽度进行调整。消防机器人定位位置示例如附图3

步骤14,主消防机器人到位后，监测主消防机器人灭火弹击发状态，持续执行步骤4、步骤6监测火情。如火情仍存在，进入步骤16启用紧急处置预案。

步骤15,联动通风设备。根据自动处置预案，暂时关闭火情点附近排风机、通风口及其他通风设备，将有害气体暂时封闭在电缆隧道中，减少隧道外部氧气进入隧道。关闭通风口后，进入步骤16启用紧急处置预案。

步骤16,启用紧急处置预案，将控制权交由运维人员，由运维人员决定是否启用备用消防机器人。联动安防***，当运维人员决定打开风机、防火门等安防设备时，自动选择就近固定点摄像头，实时播放固定点视频。当消防人员进入隧道内时，联动安防***读取人员定位数据,尝试根据人员位置匹配固定点摄像头,并播放实时视频。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电缆隧道环境下火情监测处置***，其特征在于，包括：

火情监测模块，被配置为用于获取隧道环境监测数据和电缆监测数据，根据确定的隧道火情预警规则和电缆火情预警规则，分别判断是否产生隧道火情预警和电缆火情预警；

火情确认模块，被配置为用于在产生隧道火情预警或者电缆火情预警后，联动消防机器人运行至预警位置附近；联动电缆隧道内监控装置，监测隧道内环境情况；同时联动智能巡检机器人运行至预警位置判断火情是否发生；

火情处置模块，被配置为火情发生后，根据火情处置预案对已确认的火情进行应急处置。

2.如权利要求1所述的一种电缆隧道环境下火情监测处置***，其特征在于，还包括：用户交互模块，被配置为用于将监测到的火情情况通知运维人员；同时向运维人员提供实时监测数据。

3.如权利要求1所述的一种电缆隧道环境下火情监测处置***，其特征在于，根据区段内的设备以及不同的环境条件，确定隧道火情预警参数阈值，具体为：

建立各区段内机器学习训练模型；

以隧道环境温度、环境湿度、烟雾浓度、氧气浓度、有害气体浓度为特征，对已有历史环境数据进行数据训练，提取出当前隧道适用的环境条件数据；

根据提取出的环境条件数据，确定隧道火情预警参数阈值；

确定所述隧道火情预警参数阈值的逻辑运算规则，形成隧道火情预警规则。

4.如权利要求1所述的一种电缆隧道环境下火情监测处置***，其特征在于，联动智能巡检机器人运行至预警位置判断火情是否发生，具体为：

智能巡检机器人运行至预警位置通过云台伺服控制寻找满足火情条件的高温点；如果未发现满足火情条件的高温点，则判定未发生火情；否则，判定火情发生，并定位高温点中心位置。

5.如权利要求1所述的一种电缆隧道环境下火情监测处置***，其特征在于，所述火情处置预案包括：

问答式处置预案：接收运维人员的指令，调用设定的灭火设备执行灭火动作；

自动处置预案：自动选择就近消防设备尝试灭火，自动调用附近监控设备监视火情；联动关闭火情点附近的通风设备，对消防人员的位置进行自动定位；

紧急处置预案：自动处置预案执行完毕后仍监测到火情预警，则转交人工控制，并提供所有可用数据辅助人工灭火，实时监测消防人员安全。

6.一种电缆隧道环境下火情监测处置方法，其特征在于，包括：

将电缆隧道划分为若干区段，建立每个区段内设备关系模型；

建立每个区段内的隧道火情预警规则和电缆火情预警规则，实时监测隧道环境数据和电缆数据，根据所述预警规则判断各区段内是否出现火情预警；

如果出现火情预警，根据火情预警点位置匹配最近的智能消防机器人，控制所述智能消防机器人运行至火情预警点位置附近；同时，调用智能巡检机器人运行至火情预警点位置，判断是否存在满足火情条件的高温点，若存在，定位火情位置点并确定火焰范围，调用火情处置预案对火情进行处置。

7.如权利要求6所述的一种电缆隧道环境下火情监测处置方法，其特征在于，建立每个区段内的隧道火情预警规则和电缆火情预警规则，具体为：

所述隧道火情预警规则根据隧道内设备类型以及当前环境条件制定；

所述电缆火情预警规则根据电缆的材质及电压等级制定。

8.如权利要求6所述的一种电缆隧道环境下火情监测处置方法，其特征在于，调用智能巡检机器人运行至火情预警点位置，判断是否存在满足火情条件的高温点，具体为：

根据隧道宽度及智能巡检机器人视野范围预制设定数量的观测方位；

依次调用智能巡检机器人云台至相应的观测方位，调用红外热像仪寻找高温点；

如红外图像内出现高温点，计算画面内高温点距离图像中心点像素数量；

根据所述像素数量控制云台转动相应角度，使得高温点出现在红外图像的中心位置；

如果云台预制方位全部调用完毕，但未发现满足火情条件的高温点，则判定为火情误报，解除火情预警。

9.如权利要求6所述的一种电缆隧道环境下火情监测处置方法，其特征在于，根据智能巡检机器人定位的火情位置点以及火焰范围，匹配就近的固定灭火装置进行灭火，同时匹配就近的固定检测设备实时监测火情位置以及灭火装置的灭火状态。

10.如权利要求6所述的一种电缆隧道环境下火情监测处置方法，其特征在于，所述火情处置预案包括：

问答式处置预案：接收运维人员的指令，调用设定的灭火设备执行灭火动作；

自动处置预案：自动选择就近消防设备尝试灭火，自动调用附近监控设备监视火情，联动关闭火情点附近的通风设备，对消防人员的位置进行自动定位；

紧急处置预案：自动处置预案执行完毕后仍监测到火情预警，则转交人工控制，并提供所有可用数据辅助人工灭火，实时监测消防人员安全。

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