[发明专利]一种火灾监测及自动灭火系统及其工作方法

权利要求书

1.一种火灾监测及自动灭火系统的工作方法，其特征在于，采用的火灾监测及自动灭火系统包括火源监测系统、监控中心和自动灭火系统，

所述火源监测系统包括远红外高清自动变焦热像仪、可见光高清透雾摄像机、火灾报警模块和智能云台，远红外高清自动变焦热像仪装在智能云台上，用于采集山林各处的实时温度值并通过网络传输设备给监控中心；可见光高清透雾摄像机装在智能云台上，用于采集山林各处的实时图像并通过网络传输设备给监控中心；智能云台通过铁塔装在山林的最高处，用于按照监控中心传来的转动速度带动远红外高清自动变焦热像仪和可见光高清透雾摄像机转动，对整个山林进行循环监测；

所述监控中心包括中心服务器、存储服务器、GIS服务器、操控平台和液晶显示屏，中心服务器与存储服务器、GIS服务器、操控平台和液晶显示屏连接，用于接收远红外高清自动变焦热像仪和可见光高清透雾摄像机传来的数据传递给存储服务器进行存储，并对数据分析后传递给液晶显示屏进行显示；GIS服务器与存储服务器连接，用于对山林各处的坐标进行标定；操控平台用于对中心服务器输入预设参数；若中心服务器经过分析判断发现火源点，则能控制火灾报警模块启动声光报警，并将GIS服务器得出的火源点位置通过网络传输设备发送给自动灭火系统，此时自动灭火系统启动并对火源点进行灭火，具体步骤为：

(1)先通过操控平台设定智能云台的转动速度，并将监控模式分成春季模式、夏季模式、秋季模式和冬季模式，分别设定各个模式火源阈值和温度及湿度范围值；所述火源阈值包括温度阈值T_C1、温度阈值T_C2、色差阈值S_G1和色差阈值S_G2；通过GIS服务器获取整个山林的图像并进行坐标标定；通过多个火苗图像得出火苗的摩尔色值S_H；将上述各个数据输入到存储服务器进行存储；

(2)中心服务器根据设定的转动速度控制智能云台开始转动，智能云台带动远红外高清自动变焦热像仪和可见光高清透雾摄像机进行360°巡检，远红外高清自动变焦热像仪和可见光高清透雾摄像机实时将监测的数据反馈给中心服务器，中心服务器对数据进行分析：

热成像处理过程：中心服务器根据当前的温度及湿度值并结合设定的温度及湿度范围值，确定所处的监控模式，进而确定该模式内的火源阈值；将远红外高清自动变焦热像仪采集的每帧热成像正方形网格化，然后对每个网格获取其温度值，具体过程为：

先确定在无火灾情况下，根据热成像提取该网格四个顶点的温度值分别为T₁、T₃、T₅和T₇，四个边中点的温度值分别为T₂、T₄、T₆和T₈，网格中心点的温度为T₉；网格两条中心线且以中心点分成四个线段，每个线段的中点温度分别为T₁₂、T₁₄、T₁₆和T₁₇；网格两条对角线且以中心点分成四个线段，每个线段的中点温度分别为T₁₀、T₁₁、T₁₃和T₁₅；进而计算得出上述17个温度值的最大值、最小值和平均值，将得出的最大值、最小值和平均值存储在存储服务器内；然后对各个网格进行上述温度提取过程，进而得出各个网格对应的最大温度值、最小温度值和平均温度值进行存储；多次重复采集图像并进行上述温度提取过程，将每次得出各个网格的最大温度值、最小温度值和平均温度值求取平均值，将计算得出的各个网格的最大温度值、最小温度值和平均温度值作为基准值T_J；

然后根据当前热成像按照上述每个网格的温度提取过程，进而得出各个网格对应的最大温度值、最小温度值和平均温度值进行存储；将每个网格的平均温度值分别与其邻接的各个网格的平均温度值做差得出各个温度差值，然后将各个温度差值依次与温度阈值T_C1进行比较，若其中任一个温度差值超过温度阈值T_C1，则对该网格的逻辑值赋值为1，若均未超过温度阈值T_C1，则逻辑值赋值为0；完成该帧图像中各个网格的一次逻辑值赋值过程；接着在智能云台旋转一周后该位置再次被远红外高清自动变焦热像仪采集时，将本次采集获得每个网格的最大温度值、最小温度值和平均温度值分别与其基准值T_J做差得出各个温度差值，然后将各个温度差值依次与温度阈值T_C2进行比较，若其中任一个温度差值超过温度阈值T_C2，则对该网格的逻辑值赋值为1，若均未超过温度阈值T_C2，则逻辑值赋值为0；完成该网格的二次逻辑值赋值过程；将该网格两次逻辑值赋值进行相与计算后，若逻辑值为0，则判断为非火灾，此时火源监测系统继续循环监测；若逻辑值为1，则判断为火灾H₁，此时将该网格在液晶显示屏内自动居中放大显示，然后进入图像判断过程；

图像判断过程为：将可见光高清透雾摄像机采集的每帧图像结合GIS服务器的数据获取当前图像的三维坐标后网格化，然后将上述判定为火灾H₁的网格对应的图像网格提取，对该图像网格计算其图像色值，具体过程为：根据提取该图像网格四个顶点的色值；四个边中点的色值；网格中心点的色值；网格两条中心线且以中心点分成四个线段，每个线段中点的色值；网格两条对角线且以中心点分成四个线段，每个线段中点的色值；进而计算得出上述17个色值的平均值，将该网格的平均色值进行存储，然后将与该网格邻接的各个网格重复上述图像处理过程，得出各个邻接网格的平均色值，将该网格的平均色值分别与其邻接的各个网格的平均色值做差得出各个色差值，然后将各个色差值依次与色差阈值S_G1进行比较，若其中任一个色差值超过色差阈值S_G1，则对该网格的逻辑值赋值为1，若均未超过色差阈值S_G1，则逻辑值赋值为0；完成该网格的一次逻辑值赋值过程；接着将该网格的平均色值与预设的摩尔色值S_H做差并进行绝对值计算，得出色差绝对值，若色差绝对值超过色差阈值S_G2，则对该网格的逻辑值赋值为1，若均未超过色差阈值S_G2，则逻辑值赋值为0；完成该网格的二次逻辑值赋值过程；将该网格两次逻辑值赋值进行相与计算后，若逻辑值为0，则判断为非火灾，此时火源监测系统继续循环监测；若逻辑值为1，则判断为火灾H₂；最后将火灾H₁的逻辑值和火灾H₂的逻辑值进行相与计算，得出逻辑值为1时，最终判断该网格所处的位置为火源点，停止监测并控制声光报警模块发出预警，提醒工作人员知晓；同时启动灭火过程，若自动灭火系统为巡检无人机，则进入步骤(3)，若自动灭火系统为智能灭火水炮，则进入步骤(4)；

(3)远红外高清自动变焦热像仪测量该网格中心与其之间的距离，然后结合GIS服务器的坐标数据获取该网格中心的坐标，并将该坐标值通过无线传输给灭火无人机，灭火无人机接受到该点坐标后，其导航系统自动生成最佳灭火导航路线，进而灭火无人机启动并沿着最佳灭火导航路线前往火源点进行灭火，其中远红外高清自动变焦热像仪测距公式为：

L＝(V*T_LH)÷2

式中：L代表远红外高清自动变焦热像仪到该网格中心的距离；

V代表红外光速度；

T_LH代表红外光从发出到该网格中心并返回后的总时间；

(4)先获取在山林中布设的各个智能灭火水炮的坐标，通过远红外高清自动变焦热像仪测量该网格中心与其之间的距离，然后结合GIS服务器的坐标数据获取该网格中心的坐标，选择最靠近该网格中心的智能灭火水炮，并将该网格中心的坐标通过无线传输给该智能灭火水炮，智能灭火水炮接受到该网格中心的坐标后，开始启动水泵增加压力，准备开始蓄水；同时智能灭火水炮根据自身的坐标与该网格中心的坐标，通过定位算法自动判定火源点相对于智能灭火水炮所处的方位，所述定位算法为：以智能水炮的位置为原点生成二维直角坐标系，然后根据智能灭火水炮的坐标与该网格中心的坐标之间关系，得出该网格中心在二维直角坐标系内的坐标为(x、y)；得出原点到该网格中心的距离公式：进而得出网格中心在智能灭火水炮的方位角θ的计算公式：tanθ＝(y/x)；经过变换后计算得出θ＝arctan(y/x)；

最后智能灭火水炮根据计算得出的方位角θ，以X轴偏移θ位方向调整发射角度，调整完毕后，启动灭火水炮发射水流对火源点进行灭火。