CN111388912B - 一种高铁动车组定向灭火智能消防*** - Google Patents
一种高铁动车组定向灭火智能消防*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种高铁动车组定向灭火智能消防***，包括：火灾探测报警***、消防联动控制***和消防***管理平台；消防联动控制***根据火灾探测报警***探测的高铁动车组车厢内的火灾报警信息进行定向灭火；消防***管理平台监管火灾探测报警***和消防联动控制***的运行。本发明的高铁动车组定向灭火智能消防***，实现实时检测、监视高铁动车组内的环境，当发现火源时，定向对火源进行灭火；采用智能灭火，无需乘务员找到灭火器进行灭火，更加快捷、安全。
Description
技术领域
本发明涉及消防***技术领域，特别涉及一种高铁动车组定向灭火智能消防***。
背景技术
目前，高铁动车组是全封闭的列车，虽然车身都采用了防火材料，但是车内人员混乱，随身物品里有很多都是易燃的，如果火星弹到上面引发火灾，不能及时灭火，车里的人无路可逃，高速铁路上根本没有救援人员，后果不堪设想。所以现在动车组上安装了大量的烟雾警报装置与列车的ATO自动***相连，只要检测到烟雾就会触发装置发出刺耳的警报声，并让列车紧急制动停车，非常容易造成乘客恐慌。
一般高铁动车组上的烟雾报警器采用的都是离子式烟雾传感，是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范，一旦烟雾超出正常浓度，无线发射器就会发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。因为高铁车厢是全封闭式的，高铁动车几乎到处都是易燃品，若是对烟雾不是很敏感很容易造成巨大危险事故，所以一旦烟雾报警器探测到了一点点烟雾就会报警，列车就会降速行驶或紧急降停，所以高铁动车的“禁烟令”才会如此严格。为了保证列车能安全运行，在列车各节车厢都有安装烟雾报警器，为了安全起见一般的烟雾报警器对烟雾的敏感度非常高，只要有一点烟雾就会引发报警。高速动车组装设的火灾探测报警***由火灾报警主机、吸气式烟探测器和烟/热复合探测器组成一个圆形探测器回路，当探测器回路发生断点时，火灾检测主机还可对所有探测器进行监控。火灾探测报警***虽然实现了自动化报警灭火，但没有智能人机界面，后方人员无法实时监控火灾现场情况，且消防喷头大面积喷淋灭火效率低，对于灭火剂容量有限的场所，灭火剂利用率低，浪费大，会对火灾现场造成二次损害。
按照铁公安(2010)89号文的规定：高速动车组在每节车厢内必须配备一定数量的灭火器，在每车两端的通过台区域各设置2个2kg的便携式灭火器，一个为ABC干粉灭火器，一个为水基型灭火器；餐车内除了在两端的通过台区域设置灭火器之外，在厨房或餐吧区域需要再设置2个4kg的干粉灭火器，另外在端部车辆的司机室内需要设置1个5kg的二氧化碳灭火器。然而高铁列车空间有限不能大量携带灭火剂，且列车火灾一般为局部起火，需快速反应、定点灭火，灭火后应对列车损伤最小，而手提式水基灭火器和手提式干粉灭火器这两种灭火器对于电器火灾的灭火效果较差，灭火剂量有限，尤其是水基灭火器不能用于带电电气火灾灭火。
另外，高速动车组的设备众多，线路复杂，机车内部空间十分狭小，且绝大多数设备、线路均设置在电器柜内，柜门或防护罩处于关闭状态，现有消防探测设备无法优先探测，无法做到及时报警、及时处置。动车组局部真正发生火情，需乘务员进入机械间等部位做出判断、灭火需乘务员找到动车组配置的灭火器进行人工灭火，对于一些因火情易引起***的部位，存在严重的安全隐患。
鉴于现有技术的缺陷，迫切需要针对高铁动车组的特点，开发研制一种高铁动车组定向灭火智能消防***。
发明内容
本发明目的之一在于提供了一种高铁动车组定向灭火智能消防***，实现实时检测、监视高铁动车组内的环境，当发现火源时，定向对火源进行灭火；采用智能灭火，无需乘务员找到灭火器进行灭火，更加快捷、安全。
本发明实施例提供的一种高铁动车组定向灭火智能消防***，包括：火灾探测报警***、消防联动控制***和消防***管理平台；消防联动控制***根据火灾探测报警***探测的高铁动车组车厢内的火灾报警信息进行定向灭火；消防***管理平台监管火灾探测报警***和消防联动控制***的运行。
优选的，火灾探测报警***包括：前部网络摄像头、后部网络摄像头、前部热成像摄像头、后部热成像摄像头、无线传感单元、报警扬声器和火灾探测报警器和控制中心；
消防联动控制***包括：消防联动控制器、灭火剂储运箱、增压泵、多个电磁阀组和多个伺服灭火喷头；
消防***管理平台包括PC终端和移动终端。
优选的，前部网络摄像头、前部热成像摄像头都包括具有以太网接口的网络摄像头；
后部网络摄像头、后部热成像摄像头都包括具有以太网接口的热成像摄像头。
优选的，无线传感单元包括基于ZigBee协议的无线局域网络，用于实时探测周边环境信息，分析处理，判断若有异常发生，发出示警信号到火灾探测报警器。
优选的，火灾探测报警器包括信息处理模块、图像处理模块、数据记录模块、网络交换模块以及电源转换模块。
优选的，灭火剂储运箱用于灭火剂的日常存储及运输，包括：容量检测传感器，容量检测传感器实时检测灭火剂储运箱内灭火剂的体积，并可将体积反馈至消防联动控制器。
优选的，增压泵包括快速空气增压泵。
优选的，火灾探测报警***中前部网络摄像头、后部网络摄像头、前部热成像摄像头、后部热成像摄像头将前部网络摄像头、后部网络摄像头、前部热成像摄像头、后部热成像摄像头的视场内的目标成像于焦平面上，转换为视频信号，实时通过以太网发送至火灾探测报警器；
火灾探测报警器将视频信号分为两路，一路用于数据记录模块对视频信号进行数字图像的无损记录，另一路用于信息处理模块和图像处理模块进行数据处理，图像合成，目标识别及车内空间位置解算，并与无线传感单元探测的温度、气体、火焰相融合，确认火源，当确认火源时报警并上报控制中心；发送火源在高铁动车组车厢内的空间坐标至消防联动控制器；同时实时解算摄像头拍摄的伺服灭火喷头的射流落点及射流轨迹，并反馈给消防联动控制器射流落点和射流轨迹及与火源的偏差量；
消防联动控制器执行包括如下操作：
接收火灾探测报警***发出的火灾报警信息后按预设逻辑对设置的灭火剂储运箱、增压泵、多个电磁阀组和多个伺服灭火喷头进行联动控制；
驱动控制现场的电磁阀组或伺服喷头；
根据高铁动车组车厢内空间坐标同时解算多个伺服灭火喷头的射流落点和射流轨迹，优化组合，选择最佳灭火控制方案，调转可覆盖火源位置喷头对准火源，开启电磁阀组实施灭火；
实时获取灭火剂储运箱内压力状态，并可根据解算的射流轨迹开启增压泵自动调节或保持灭火剂储运箱内压力稳定；
获取灭火剂储运箱的容量状态，当发生渗漏或液量不足时可经火灾探测报警器向控制中心上报；
通过火灾探测报警器获取前部网络摄像头和/或后部网络摄像头和/或前部热成像摄像头和/或后部热成像摄像头拍摄的射流落点和/或射流轨迹，确定射流落点和射流轨迹与火源的偏差量，驱动伺服灭火喷头进行射流落点和射流轨迹的微调。
优选的，电磁阀组包括电液比例控制阀。
优选的，伺服灭火喷头具备升降隐藏功能，采用两轴旋转设计。
优选的，消防联动控制器执行包括如下操作：
步骤1：接收火灾探测报警***发出的火灾报警信息；
步骤2：基于火灾报警信息确定火源的中心位置、火源的区域范围和火源的区域范围内各个采样点的温度；
步骤4：基于火源的中心位置和火源的区域范围获取可对火源的区域范围进行灭火的各个伺服灭火喷头的位置、喷射区域；
步骤5：基于喷射区域进行组合，确定各个伺服灭火喷头的喷射区域组合的最大区域；
步骤6：当火源的区域范围大于最大区域时，将火源的区域分为外圈和内圈进行分区灭火。
优选的，步骤6：当火源的区域范围大于最大区域时，将火源的区域分为外圈和内圈进行分区灭火，具体包括：
步骤61：基于喷射区域、火源的区域范围确定各个伺服灭火喷头的第一灭火区域；第一灭火区域覆盖火源区域范围的外圈；
步骤62：基于火源的区域范围内各个采样点的温度确定第一灭火区域中各个采样点的温度；
步骤63：基于第一灭火区域中各个采样点的温度，确定各个伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；计算公式具体为：
其中，V1,i表示第一灭火区域的第i个伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；N表示在第一灭火区域的第i个伺服灭火喷头的喷射区域内共有N个采样点；V0为预设补正值；T0为预设温度参考值；Ti,j表示在第一灭火区域的第i个伺服灭火喷头的喷射区域内第j个采样点的温度；α表示预先确定的灭火剂的量与温度的比值；
步骤64：确定各个伺服灭火喷头喷射的流速，使各个伺服灭火喷头同时开始喷射同时停止喷射；计算公式为：
其中，v1,i表示第一灭火区域的第i个伺服灭火喷头喷射流速，Si表示第i个伺服灭火喷头的管径；t0为预设时间值；
步骤65：基于第一灭火区域、火源的区域范围和喷射区域确定第二灭火区域、对应第二灭火区域的各个伺服灭火喷头；第二灭火区域覆盖火源的区域范围的内圈；
步骤66：基于火源的区域范围内各个采样点的温度确定第二灭火区域中各个采样点的温度；
步骤67：基于第二灭火区域中各个采样点的温度，确定各个伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；计算公式具体为：
其中，V2,l表示第二灭火区域的第l个伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；M表示在第一灭火区域的第l个伺服灭火喷头的喷射区域内共有M个采样点；V0为预设补正值；T0为预设温度参考值；Tl,k表示在第二灭火区域的第l个伺服灭火喷头的喷射区域内第k个采样点的温度；α表示预先确定的灭火剂的量与温度的比值；
步骤68：确定各个伺服灭火喷头喷射的流速，使各个伺服灭火喷头同时开始喷射同时停止喷射；计算公式为：
其中，v2,l表示第二灭火区域的第l个伺服灭火喷头喷射流速，Sl表示第l个伺服灭火喷头的管径；t0为预设时间值。
本发明的有益效果是：
一、实时记录火灾现场信息图像，并能事后回放；
二、根据图像信息自动识别火源目标信息，提取目标点所在车厢内空间坐标；
三、根据两台以上视频测量数据进行交会计算，解算目标点的坐标；
四、能够对探测节点其分布周边温度、光照、烟雾、火焰等环境信息进行感知，并能通过无线网络实时传送至火灾探测报警器；
五、能够将目标点所在车厢内空间坐标转换为各伺服灭火喷头坐标系下位置参数，能控制各伺服灭火喷头360度空间旋转定位；
六、具备灭火剂储运箱增压及压力检测、容量检测功能，能够自动维持某一压力平衡，检测漏液缺液状态；
七、具备多管路独立流速控制功能，各单体设备具备故障诊断及检测功能。
八、采用实时检测、监视、报警并可实现网络传输、统一固态存储和智能人机界面，具备远程复位、触发模式、语音报警提示等功能，并能向控制中心传输数据及制式图像功能。
九、所有探测及灭火装置设备均是无源设备，设备本身自带电池，无需外接电源，同时信息传输采用无线通信方式，部署及施工简便。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种高铁动车组定向灭火智能消防***的示意图；
图2为本发明实施例中一种高铁动车组定向灭火智能消防***的组成示意图；
图3为本发明实施例中一种无线传感单元的网络***组成；
图4为本发明实施例中一种火灾探测报警器原理框图；
图5为本发明实施例中一种伺服灭火喷头示意图；
图6为本发明实施例中一种立体摄影空间定位交会处理原理图；
图7为本发明实施例中一种射流搜索扫描的示意图；
图8为本发明实施例中又一种伺服灭火喷头的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种高铁动车组定向灭火智能消防***，如图1所示，包括：火灾探测报警***1-1、消防联动控制***1-2和消防***管理平台14；消防联动控制***1-2根据火灾探测报警***1-1探测的高铁动车组车厢内的火灾报警信息进行定向灭火；消防***管理平台14监管火灾探测报警***1-1和消防联动控制***1-2的运行。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：
火灾探测报警***1-1探测高铁动车组车厢内是否发现火源，火源的位置，温度等参数；消防联动控制***1-2根据火灾探测报警***1-1探测的高铁动车组车厢内的火灾报警信息进行定向灭火；消防***管理平台14监管火灾探测报警***1-1和消防联动控制***1-2的运行。
本发明的高铁动车组定向灭火智能消防***，实现实时检测、监视高铁动车组内的环境，当发现火源时，定向对火源进行灭火；采用智能灭火，无需乘务员找到灭火器进行灭火，更加快捷、安全。
参见图2，本发明一种高铁动车组定向灭火智能消防***，包括火灾探测报警***1-1、消防联动控制***1-2与消防***管理平台14；火灾探测报警***1-1包括前部网络摄像头1、前部热成像摄像头2、无线传感单元3(1～N)、后部网络摄像头4、后部热成像摄像头5、报警扬声器6和火灾探测报警器7。
前部网络摄像头1、前部热成像摄像头2、后部网络摄像头4与后部热成像摄像头5均选用具有以太网接口的热成像摄像头与网络摄像头，通过以太网进行数字信号传输，便于数据记录及处理。
参见图3，无线传感单元3(1～N)包含20个分组，每组包含25个终端节点，且每组至少包含1个路由器节点，整个网络由一个协调器节点完成维护。其特征在于：采用树状拓扑结构，是基于ZigBee协议的无线局域网络，用于实时探测周边环境信息，分析处理，判断若有异常发生，主动向协调器节点发出示警信号，示警信号通过传输网络，多次路由转发，最终送达远程监控台【即火灾探测报警器】。无线传感器单元包括：无线温度传感器、无线气压传感器等检测周边环境信息的无线传感器。
火灾探测报警器7采用LRM结构设计，支持热插拔，具有BIT检测能力，能快速插拔和锁紧，支持电源管理功能；其硬件平台是基于LRM技术形成核心硬件平台为基础，实时以太网作为主干传输链路，实现易扩充、可灵活重构的通用硬件架构，保证***硬件平台随技术发展和***需要进行独立升级和重构及电源转换模块。
火灾探测报警器7包括信息处理模块7－1、图像处理模块7－2、数据记录模块7－3、网络交换模块7－5以及电源转换模块7－4。信息处理模块采用高性能、低功耗的处理器单元，主要实现智能辅助决策、空间位置解算、数据收发、信息及接口处理、故障检测等功能，为满足控制***对实时性任务的数据处理、快速计算资源的需求。图像处理模块采用专用图像、图形处理板卡，接收处理热成像摄像头与网络摄像头图像，完成目标的检测与智能识别，输出叠加后的图像及目标相对于视场中心的角偏差量。数据记录模块、实现对高铁智能消防***的状态数据、操控数据、视频数据的记录和离线导出功能，满足控制***状态记录、故障诊断与健康管理等功能对数据存储资源的需求，并具有上电启动，掉电保护功能，数据信息记录时间不小于240小时，上电后启动时间不超过10s，掉电后记录时间不少于2s。网络交换模块实现实时控制数据的交换传输，能够转发实时以太网数据包和普通以太网数据包，同时也支持连接普通的以太网交换机，并具备4G网络通信功能与无线数据通信功能，满足控制***网络接口数量需求。参见图4，电源转换模块实现220V市电到各单元模块二次电源之间的隔离滤波和电压转换，满足各功能模块用电需求，并可对各路配电参数进行配置，实时监控各路配电电压、电流状态，根据各路配电参数设置的不同电压、电流门限值，对各路配电电压、电流进行过流、欠压、短路、过热保护。
消防联动控制***1-2包括消防联动控制器9、增压泵10、灭火剂储运箱11、电磁阀组12(根据喷头数量配置)和伺服灭火喷头13(1～N)。
消防联动控制器9是消防联动控制***1-2的核心组件，通过接收火灾探测报警***1-1发出的火灾报警信息按预设逻辑对设置的自动消防设施进行联动控制。其中，消防联动控制器9根据火源车厢内空间坐标同时解算多个伺服喷头13射流轨迹，优化组合，选择最佳灭火控制方案，调转可覆盖火源位置喷头对准火源目标，开启电磁阀组12实施灭火。
增压泵10选用快速空气增压泵，自带压力传感器，能将压力值反馈至消防联动控制器9，使消防联动控制器9实时获取灭火剂储运箱11内压力状态，并根据解算的射流轨迹开启增压泵10自动调节或保持灭火剂储运箱11内压力稳定。
灭火剂储运箱11用于灭火剂的日常存储及运输，箱内设置容量检测传感器，能实时检测箱内容积变化，并将检测值反馈至消防联动控制器9；当发生渗漏或液量不足时，通过消防联动控制器9经火灾探测报警器7向控制中心8上报。
电磁阀组12选用电液比例控制阀，能按消防联动控制器9输入的电信号连续、按比例的控制***的流速、压力和方向，实现对射流轨迹的位置、速度和力量的控制。消防联动控制器9可直接驱动控制现场的电磁阀组12，无需再增加驱动装置。
伺服灭火喷头13(1～N)具备升降隐藏功能，采用两轴旋转设计，可进行方位电动旋转360°及高低电动旋转360°控制，满足指向任意空间位置需求，电机采用低速步进马达，开环控制，无需增加测角器或编码器即可实现精准定位。参见图5，消防联动控制器9可直接驱动控制现场的伺服喷头13，无需再增加驱动装置。
消防***管理平台14包括PC终端15和移动终端16，具备***自检、数据采集、数据记录、图像处理、目标识别、数据处理、驱动输出、***管理和数据通信等功能。
本发明的原理：
参见图6，本发明应用了空间定位交会处理原理，即根据投影点在左、右摄像机像面上的位置，利用两条射线的共面特性，确定摄像机间的投影点对应关系，计算出目标点的三维空间位置。其特征在于：根据摄影测量原理的前方交会法，O(X，Y，Z)为大地坐标系，OX轴指向大地正北或射向，OY轴指向天顶，OZ轴按右手定则确定，两台测量站在大地坐标系中的坐标分别为Oi(Xi，Yi，Zi)、Oj(Xj，Yj，Zj)，两台摄像机测量目标T点的方位角分别为Ai、Aj，高低角分别为Ei、Ej，i、j表示测量站序号。对一个目标点来说，目标与摄像机的连线相交后肯定共面，也就是说这两条直线间的最短距离为零，因此必须满足共面条件，即：
进一步的，若di,j＝0说明左投影点与右投影点互相对应，交会出一个目标点；若di,j≠0说明左投影点与右投影点不是同一个目标点的投影点。因此可利用共面条件判断多目标投影点的对应问题，若满足共面条件，则认为两个投影点互相对应方可进行交会。但实际上由于***存在误差，判别式di,j≠0，因此判别di,j应该有一个范围，只要判别式di,j在这个范围内，就可认为这对投影点是互相对应的。判别式di,j的这个范围不仅与测量***的误差有关，也与相机的测量范围有关。
进一步的，在各个摄像机的假目标剔除后，需进行目标共面分析，只要根据第一帧图像或比较合适的某一帧图像的目标对应问题，就可解决两个摄像机投影图像的目标对应问题，也就是说根据时间对应关系或帧号就可解决任一时刻的两个相机投影图像投影点的对应问题，对于多目标火源需要根据火源目标共面判断，以剔除假目标点。
本发明采用基于RGB三色差的射流轨迹提取算法和基于视频图像关联性的终点识别算法。其特征在于：首先根据已知的伺服灭火喷头安装大***置，通过在预测位置周围进行判断来识别射流的起点和射流方向；其次在确定了射流的起点和方向后，从该起点开始在该方向上执行基于RGB三色差的单向搜索算法来提取射流轨迹；最后在完成了射流轨迹的提取后，根据多张连续视频图像的关联性来判断射流终点，实现对射流终点的跟踪。
进一步的，如果从图像中直接提取射流轨迹难度较大，因此需通过确定起点和方向后的单向搜索来提取射流轨迹。首先是对于射流起点的识别和方向的判断，伺服灭火喷头的位置已固定且都安装在监控区域的边缘，因此可大体判断伺服灭火喷头射流的起点和方向，在确定了射流起点后需要确定射流的大致方向，以射流起点为基准点，向周围24个方向进行扫描，因为射流的起点一般都处于图像的边缘，在搜索时碰到图像边界时直接放弃该方向的搜索。其次确定了射流轨迹的起点和方向后，将从射流起点开始按照射流方向对射流进行单向搜索，射流的方向共有8种可能性，即上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8个主方向。如图7所示，红色点为扫描基准点，以该点为基准扫描相对位置为黑色点的像素，如第一次扫描时以射流起点为基准点扫描相对位置在黑色点的像素点，通过算法找到一个合适的点作为下一次扫描的基准点，在下一次扫描时以新找到的点为基准点，执行同样的算法进行搜索，以此类推直到搜索范围超出图像的边界，在扫描结束后重新统计所有点的斜率，将出现次数最多的斜率设为基准斜率，供下一步识别使用。最后是对射流终点的识别，准确的识别射流的终点才能实现准确的灭火，根据射流提取的结果，射流轨迹具有极强的方向性，且在短距离内方向不会突然改变，在射流终点后识别的结果具有明显的不规则性，同时射流轨迹上的点和非射流轨迹上的点具有明显的色彩差异，并且在相邻视频帧之间落点的移动不会太大。
进一步的，终点识别共进行三次计算，具体算法如下：
首先，从射流起点开始，统计连续7个基点的斜率与基准斜率的差的绝对值之和，由于在射流的识别中出现的射流轨迹上的基点的斜率几乎全为基准斜率，最多误差不超过1，所以当统计的连续7基点的斜率与基准斜率的差的绝对值之和大于4时，可判断这7个连续点的起点为疑似落点。
其次，射流轨迹的颜色和周围环境的颜色有着巨大的差异，射流轨迹一般都具有高亮度且RGB三色分量相对均衡，不会突出的体现出某一种颜色，因此计算相邻扫描基点的RGB三色之差，当三色差的绝对值之和大于150或者单个颜色之差大于80时，判断两点中前面一个点为疑似落点。
最后，从射流起点开始，统计连续7个基点的斜率与基准斜率的差的绝对值，当7个基点中与基准斜率差的绝对值大于1的次数超过4次时，判断该7个连续基点的起点为疑似落点。
本发明采用基于RGB空间的火焰提取，其特征在于：大量的研究实验结果表明火焰的颜色其实是有着其特殊之处，火焰的颜色大多是满足一定的约束条件，有一定的颜色范围的，这一点正是利用颜色阈值来提取火焰的依据。在RGB颜色空间中，火焰的颜色基本上会受到以下公式给出的条件的约束，其中两个比值是为了在一定程度上去除亮度变化的影响。
其中，r表示在像素点在红色上的分量，g表示像素点在绿色上的分量，b表示像素点在蓝色上的分量；
进一步的，这种算法基本上分割出火焰的主体及其主要轮廓，而这些火焰主体正是火灾检测方法中特征提取的重要依据。提取出火焰疑似区域之后，并不能说明该处发生了火灾，很多情况下提取出来的区域并不一定是火焰，很可能是一些干扰源，所以还需要对疑似区域进行识别，这就涉及到一个特征选择的问题。根据上文所述，火焰的提取虽然在简单环境中表现良好，但是很难在复杂情况下提取出完整的火焰轮廓，所以为了提高算法的适用性，应该尽量避免采用需要完整的火焰区域才能表达出来的特征，如与轮廓有关的边缘特征；在这种情况下，可以继续选择颜色特征作为火焰识别的依据，与分割时给出一个火焰颜色的阈值不同，在得到了火焰的疑似主体的情况下，火焰的颜色由焰心到外焰并不是一成不变的，因此可用颜色的分布情况来判断是否提取部分为火焰，构建颜色直方图确定一个颜色空间用来表达颜色信息；选择HSV彩色空间来构建颜色直方图，HSV空间比起RGB空间更加符合人眼的视觉感知，在颜色识别中是一种常用的彩色空间，进行颜色量化提取直方图的方式主要有四种。一是直接将颜色空间平均分割，将HSV的三个通道分别进行平均划分成四个部分；二是利用聚类的方法将颜色聚合，从而分成若干个类别；三是用有监督的学习方式将颜色空间分开成六个不同的阶层；四是根据人类视觉对颜色敏感程度，采用一种非均匀的分类方式将H分成16个区间，S、V分别分成4个区间，再将其组合成16×4×4＝256个颜色区间。
本发明对烟雾疑似区域的提取同样选择了基于颜色阈值的方法，与火焰不同的是烟雾更加难以从周围环境中区分出来，而且它的颜色变化范围大，因此在进行颜色阈值提取之后，还要通过烟雾的形态信息进行进一步的筛选，与基于RGB空间的火焰颜色提取类似，经过调研、实验，一般烟雾的颜色都满足以下公式的制约关系。
其中I为亮度，在实际现场中仅仅依靠烟雾颜色信息提取出的轮廓有很多的干扰源，因此需要结合其形态信息进行筛选。
本发明工作流程：
***初始化阶段：启动电源供电，火灾探测报警器软件初始化，自检***各设备，对摄像头参数进行设置(数据文件名称、记录时间、延迟时间、采样频率、积分时间等)，根据背景条件，调整光圈、积分时间、亮阈值和暗阈值，使得摄像头在最佳显示状态；同时各无线探测单元进行初始化配置，配置完成后，上报自检结果，火灾探测报警器软件汇总各设备自检结果后上报控制中心8自检情况。
***探测工作阶段：前部网络摄像头1、前部热成像摄像头2、后部网络摄像头4、后部热成像摄像头5与无线传感单元3(1～N)实时采集现场周边环境各参数状态，火灾探测报警器软件通过网络接收前部网络摄像头1数据、前部热成像摄像头2数据、后部网络摄像头4数据、后部热成像摄像头5数据与无线传感单元3(1～N)数据，并将收到的所有数据实时记录，两路视频信号进行图像叠加，针对火源目标进行智能识别，对识别出的火源目标进行空间解算处理，定位其车厢内所在位置，通过火灾探测报警器7发送火灾报警信息，并上报控制中心8。
消防处理阶段：消防联动控制软件采集灭火剂储运箱11容量状态，当发生渗漏或液量不足时上报故障状态，同时消防联动控制器9实时获取灭火剂储运箱11内压力状态，根据收到的火源目标空间位置信息解算射流轨迹，开启增压泵10自动调节或保持储运箱内压力稳定。消防联动控制器9根据火源车厢内空间坐标同时解算多个伺服灭火喷头13射流轨迹，优化组合，选择最佳灭火控制方案，驱动伺服灭火喷头电机，调转可覆盖火源位置喷头对准火源目标，开启电磁阀组12实施灭火。火灾探测报警器7根据摄像头拍摄的射流落点及轨迹，实时反馈消防联动控制器9射流落点轨迹与火源偏差量，消防联动控制器9计算修正，驱动伺服灭火喷头13进行微调。
在一个实施例中，消防联动控制器执行包括如下操作：
步骤1：接收火灾探测报警***1-1发出的火灾报警信息；
步骤2：基于火灾报警信息确定火源的中心位置、火源的区域范围和火源的区域范围内各个采样点的温度；
步骤4：基于火源的中心位置和火源的区域范围获取可对火源的区域范围进行灭火的各个伺服灭火喷头的位置、喷射区域；
步骤5：基于喷射区域进行组合，确定各个伺服灭火喷头的喷射区域组合的最大区域；
步骤6：当火源的区域范围大于最大区域时，将火源的区域分为外圈和内圈进行分区灭火。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：
当火源的区域范围大于可对火源进行灭火的伺服喷头组合喷射的最大区域时，分为外圈和内圈进行分区灭火，首先对外圈进行灭火防止火势蔓延，然后对内圈进行灭火实现扑灭火源。
在一个实施例中，步骤6：当火源的区域范围大于最大区域时，将火源的区域分为外圈和内圈进行分区灭火，具体包括：
步骤61：基于喷射区域、火源的区域范围确定各个伺服灭火喷头的第一灭火区域；第一灭火区域覆盖火源区域范围的外圈；
步骤62：基于火源的区域范围内各个采样点的温度确定第一灭火区域中各个采样点的温度；
步骤63：基于第一灭火区域中各个采样点的温度，确定各个伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；计算公式具体为：
其中，V1,i表示第一灭火区域的第i个伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；N表示在第一灭火区域的第i个伺服灭火喷头的喷射区域内共有N个采样点；V0为预设补正值；T0为预设温度参考值；Ti,j表示在第一灭火区域的第i个伺服灭火喷头的喷射区域内第j个采样点的温度；α表示预先确定的灭火剂的量与温度的比值；
步骤64：确定各个伺服灭火喷头喷射的流速，使各个伺服灭火喷头同时开始喷射同时停止喷射；计算公式为：
其中，v1,i表示第一灭火区域的第i个伺服灭火喷头喷射流速，Si表示第i个伺服灭火喷头的管径；t0为预设时间值；
步骤65：基于第一灭火区域、火源的区域范围和喷射区域确定第二灭火区域、对应第二灭火区域的各个伺服灭火喷头；第二灭火区域覆盖火源的区域范围的内圈；
步骤66：基于火源的区域范围内各个采样点的温度确定第二灭火区域中各个采样点的温度；
步骤67：基于第二灭火区域中各个采样点的温度，确定各个伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；计算公式具体为：
其中，V2,l表示第二灭火区域的第l个伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；M表示在第一灭火区域的第l个伺服灭火喷头的喷射区域内共有M个采样点；V0为预设补正值；T0为预设温度参考值；Tl,k表示在第二灭火区域的第l个伺服灭火喷头的喷射区域内第k个采样点的温度；α表示预先确定的灭火剂的量与温度的比值；
步骤68：确定各个伺服灭火喷头喷射的流速，使各个伺服灭火喷头同时开始喷射同时停止喷射；计算公式为：
其中，v2,l表示第二灭火区域的第l个伺服灭火喷头喷射流速，Sl表示第l个伺服灭火喷头的管径；t0为预设时间值。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：
通过计算每个参与灭火的伺服灭火喷头的灭火剂的喷射量，实现定量喷射，一方面节约灭火剂的使用量，此外，灭火剂储运箱中的灭火剂的量是一定的，可以用于扑灭更大的火源。在能扑灭所有可能发生的火源情况时，可以适当减少灭火剂储运箱的体积。所有参与灭火的伺服灭火喷头都同时停止喷射，防止火势从一个伺服灭火喷头的喷射区域蔓延到另一个伺服灭火喷头的喷射区域。采用多个伺服灭火喷头协同作业可以在保证及时扑灭火源的情况下，减少在高铁动车组的车厢内的伺服灭火喷头的布置个数，节约了成本。
参见图8，在一个实施例中，所述伺服灭火喷头包括：伸缩机构2-0、第一转动机构2-1、两个第二转动机构2-2、两个连接件2-3和喷嘴2-4；
所述第一转动机构2-1一端与所述伸缩机构2-0固定连接；两个所述第二转动机构2-2对称固定在所述第一转动机构2-1远离所述伸缩机构2-0的两侧；所述连接件2-3的一端与所述第二转动机构2-2远离所述第一转动机构2-1的一端固定连接，另一端与所述喷嘴2-4固定连接；所述连接件2-3与所述第二转动机构2-2一一对应；两个所述连接件2-3对称位于所述喷嘴2-4的两侧。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：
第一转动机构提供喷嘴在水平面上的360度旋转；第二转动机构提供喷嘴在竖直面上的360度旋转；伸缩机构提供喷嘴上下伸缩，实现隐藏功能；伸缩机构包括伸缩气缸，第一转动机构和第二转动机构都包括旋转气缸。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种高铁动车组定向灭火智能消防***，其特征在于，包括：火灾探测报警***、消防联动控制***和消防***管理平台；所述消防联动控制***根据所述火灾探测报警***探测的高铁动车组车厢内的火灾报警信息进行定向灭火；所述消防***管理平台监管所述火灾探测报警***和所述消防联动控制***的运行；
所述火灾探测报警***包括：前部网络摄像头、后部网络摄像头、前部热成像摄像头、后部热成像摄像头、无线传感单元、报警扬声器和火灾探测报警器和控制中心；
所述消防联动控制***包括：消防联动控制器、灭火剂储运箱、增压泵、多个电磁阀组和多个伺服灭火喷头；
所述消防***管理平台包括PC终端和移动终端；
所述消防联动控制器执行包括如下操作：
步骤1：接收所述火灾探测报警***发出的所述火灾报警信息；
步骤2：基于所述火灾报警信息确定火源的中心位置、所述火源的区域范围和所述火源的区域范围内各个采样点的温度；
步骤4：基于所述火源的中心位置和所述火源的区域范围获取可对所述火源的区域范围进行灭火的各个所述伺服灭火喷头的位置、喷射区域；
步骤5：基于所述喷射区域进行组合，确定各个所述伺服灭火喷头的喷射区域组合的最大区域；
步骤6：当所述火源的区域范围大于所述最大区域时，将所述火源的区域分为外圈和内圈进行分区灭火；
步骤6：当所述火源的区域范围大于所述最大区域时，将所述火源的区域分为外圈和内圈进行分区灭火，具体包括：
步骤61：基于所述喷射区域、所述火源的区域范围确定各个所述伺服灭火喷头的第一灭火区域；所述第一灭火区域覆盖所述火源区域范围的外圈；
步骤62：基于所述火源的区域范围内各个采样点的温度确定所述第一灭火区域中各个采样点的温度；
步骤63：基于所述第一灭火区域中各个采样点的温度，确定各个所述伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；计算公式具体为：
其中，V1,i表示所述第一灭火区域的第i个所述伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；N表示在所述第一灭火区域的第i个所述伺服灭火喷头的喷射区域内共有N个采样点；V0为预设补正值；T0为预设温度参考值；Ti,j表示在所述第一灭火区域的第i个所述伺服灭火喷头的喷射区域内第j个采样点的温度；α表示预先确定的灭火剂的量与温度的比值；
步骤64：确定各个所述伺服灭火喷头喷射的流速，使各个所述伺服灭火喷头同时开始喷射同时停止喷射；计算公式为：
其中，v1,i表示所述第一灭火区域的第i个所述伺服灭火喷头喷射流速，Si表示第i个所述伺服灭火喷头的管径；t0为预设时间值；
步骤65：基于第一灭火区域、所述火源的区域范围和所述喷射区域确定第二灭火区域、对应所述第二灭火区域的各个所述伺服灭火喷头；所述第二灭火区域覆盖所述火源的区域范围的内圈；
步骤66：基于所述火源的区域范围内各个采样点的温度确定所述第二灭火区域中各个采样点的温度；
步骤67：基于所述第二灭火区域中各个采样点的温度，确定各个所述伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；计算公式具体为：
其中，V2,l表示所述第二灭火区域的第l个所述伺服灭火喷头喷射的灭火剂的量；M表示在所述第一灭火区域的第l个所述伺服灭火喷头的喷射区域内共有M个采样点；V0为预设补正值；T0为预设温度参考值；Tl,k表示在所述第二灭火区域的第l个所述伺服灭火喷头的喷射区域内第k个采样点的温度；α表示预先确定的灭火剂的量与温度的比值；
步骤68：确定各个所述伺服灭火喷头喷射的流速，使各个所述伺服灭火喷头同时开始喷射同时停止喷射；计算公式为：
其中，v2,l表示所述第二灭火区域的第l个所述伺服灭火喷头喷射流速，Sl表示第l个所述伺服灭火喷头的管径；t0为预设时间值。
2.如权利要求1所述的高铁动车组定向灭火智能消防***，其特征在于，所述前部网络摄像头、所述前部热成像摄像头都包括具有以太网接口的网络摄像头；
所述后部网络摄像头、所述后部热成像摄像头都包括具有以太网接口的热成像摄像头；
所述无线传感单元包括基于ZigBee协议的无线局域网络，用于实时探测周边环境信息，分析处理，判断若有异常发生，发出示警信号到所述火灾探测报警器。
3.如权利要求1所述的高铁动车组定向灭火智能消防***，其特征在于，所述火灾探测报警器包括信息处理模块、图像处理模块、数据记录模块、网络交换模块以及电源转换模块。
4.如权利要求1所述的高铁动车组定向灭火智能消防***，其特征在于，所述灭火剂储运箱用于灭火剂的日常存储及运输，包括：容量检测传感器，所述容量检测传感器实时检测所述灭火剂储运箱内灭火剂的体积，并可将所述体积反馈至所述消防联动控制器。
5.如权利要求1所述的高铁动车组定向灭火智能消防***，其特征在于，所述增压泵包括快速空气增压泵。
6.如权利要求1至5任一所述的高铁动车组定向灭火智能消防***，其特征在于，
所述火灾探测报警***中所述前部网络摄像头、所述后部网络摄像头、所述前部热成像摄像头、所述后部热成像摄像头将所述前部网络摄像头、所述后部网络摄像头、所述前部热成像摄像头、所述后部热成像摄像头的视场内的目标成像于焦平面上，转换为视频信号，实时通过以太网发送至所述火灾探测报警器；
所述火灾探测报警器将所述视频信号分为两路，一路用于数据记录模块对所述视频信号进行数字图像的无损记录，另一路用于所述信息处理模块和所述图像处理模块进行数据处理，图像合成，目标识别及车内空间位置解算，并与所述无线传感单元探测的温度、气体、火焰相融合，确认火源，当确认火源时报警并上报所述控制中心；发送所述火源在所述高铁动车组车厢内的空间坐标至所述消防联动控制器；同时实时解算摄像头拍摄的所述伺服灭火喷头的射流落点及射流轨迹，并反馈给所述消防联动控制器所述射流落点和所述射流轨迹及与所述火源的偏差量；
所述消防联动控制器执行包括如下操作：
接收所述火灾探测报警***发出的所述火灾报警信息后按预设逻辑对设置的所述灭火剂储运箱、所述增压泵、多个所述电磁阀组和多个所述伺服灭火喷头进行联动控制；
驱动控制现场的所述电磁阀组或所述伺服喷头；
根据高铁动车组车厢内空间坐标同时解算多个所述伺服灭火喷头的射流落点和射流轨迹，优化组合，选择最佳灭火控制方案，调转可覆盖火源位置喷头对准火源，开启所述电磁阀组实施灭火；
实时获取所述灭火剂储运箱内压力状态，并可根据解算的射流轨迹开启所述增压泵自动调节或保持所述灭火剂储运箱内压力稳定；
获取所述灭火剂储运箱的容量状态，当发生渗漏或液量不足时可经所述火灾探测报警器向所述控制中心上报；
通过所述火灾探测报警器获取所述前部网络摄像头和/或所述后部网络摄像头和/或所述前部热成像摄像头和/或所述后部热成像摄像头拍摄的所述射流落点和/或所述射流轨迹，确定所述射流落点和所述射流轨迹与所述火源的偏差量，驱动所述伺服灭火喷头进行所述射流落点和所述射流轨迹的微调。
7.如权利要求1所述的高铁动车组定向灭火智能消防***，其特征在于，所述电磁阀组包括电液比例控制阀；
所述伺服灭火喷头具备升降隐藏功能，采用两轴旋转设计。
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