專利名稱：一種基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及火災預警及處理技術領域，尤其涉及一種基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統。
背景技術：
隨著社會現代化進程的加快，機械設備代替部分手工進行生產是主要趨勢之一，各行各業(yè)也主要依靠設備運轉來進行大規(guī)模和高效地生產。對設備依賴性的增長加大了設備的重擔，設備在長期高速運轉下很容易發(fā)生熱故障，如處理不及時就易引發(fā)火災，帶來巨大的經濟損失。設備發(fā)生火災的主要原因有設備質量變差、設備長期負荷運行、接頭接觸不良造成接觸電阻過大等，而無論哪種火災原因，其外觀表現均為故障發(fā)生之前數小時設備異常發(fā)熱。因此，可通過檢測設備的發(fā)熱情況，以起到預防火災的目的。目前，市場上雖然已經出現了一些火災預警系統和滅火裝置，但其使用效果并不佳，主要原因有以下幾點1、其檢測方法大多是采用溫度傳感器進行局部升溫點的監(jiān)測，不能全面反應整個設備的發(fā)熱情況；2、預測技術不完善，容易引起誤報警或該報警而不報警；3、滅火時是漫無目的地大范圍噴射滅火劑，不能準確定位火災區(qū)域。

發(fā)明內容
針對上述缺陷，本發(fā)明提出了一種基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統，通過獲取設備的紅外熱圖像，分析其溫度場分布和變化以預防火災發(fā)生，降低了設備出現火災的可能性；并可實現與定點滅火裝置聯動對設備進行早期火災消除處理，提高了火災處理的及時性以降低損失。為實現上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現一種基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統，包括帶云臺的紅外熱像儀、圖像分析控制器、火災預警及聯動控制器、火災消除執(zhí)行裝置，其中，紅外熱像儀，用于采集被監(jiān)測設備的紅外熱圖像，其與圖像分析控制器的圖像輸入端相連；圖像分析控制器，用于對上述紅外熱圖像進行分析并生成分析結果，其信號輸出端一路連接火災預警及聯動控制器的信號輸入端，另一路連接紅外熱像儀；火災報警及聯動控制器，用于根據圖像分析控制器的分析結果生成控制信號，其信號輸出端一路與被監(jiān)測設備的控制端連接，另一路與火災消除執(zhí)行裝置連接。所述紅外熱像儀內置有可見光(XD，用于采集被監(jiān)測設備的可見光圖像。所述火災消除執(zhí)行裝置包括聲光報警器、定點火災消除裝置。一種圖像分析控制器，包括圖像預處理模塊，用于對紅外熱像儀采集的紅外熱圖像進行預處理；圖像分析模塊，用于對預處理后的紅外熱圖像的溫度數據進行分析，并與被監(jiān)測設備正常工作的溫度進行對比分析，以判斷是否存在火災；
火災處理模塊當判斷結果為是時，向火災預警及聯動控制器發(fā)出火災報警信號和/或火災消除控制信號；否則，向紅外熱像儀發(fā)出云臺控制信號。所述圖像分析模塊包括目標場獲取子模塊，根據紅外熱圖像的溫度數據，將紅外熱圖像分割成若干區(qū)域，并將超過被監(jiān)測設備正常工作的溫度所在的區(qū)域確定為目標場；溫度對比子模塊，根據被監(jiān)測設備周圍環(huán)境溫度計算目標場的溫度，并計算目標場的溫度與被監(jiān)測設備正常工作溫度之間的差值；火災判斷子模塊，統計預定時間內目標場溫度與環(huán)境溫度差值的變化曲線，當所述變化曲線持續(xù)上升且差值大于第一溫度閾值時，判斷所述目標場存在火災；當所述變化曲線持續(xù)上升且差值處在第一溫度閾值和第二溫度閾值之間時，判斷所述目標場存在潛在火災；當所述變化曲線趨于平穩(wěn)且差值小于第二溫度閾值時，判斷目標場不存在火災；其中，第一溫度閾值不小于第二溫度閾值。所述圖像分析模塊還包括，坐標獲取子模塊，用于在判斷目標場存在火災或潛在火災時，記錄目標場所在位置的圖像坐標；所述火災處理模塊還用于，將上述圖像坐標傳輸至火災報警及聯動控制器。所述火災處理模塊還用于，當發(fā)出火災消除控制信號時，向紅外熱像儀發(fā)出持續(xù)監(jiān)測目標場的控制信號；當判斷目標場火災已消除時，發(fā)出火災消除停止信號。圖像分析控制器還包括數據庫管理模塊，包括標準圖像管理子模塊、典型故障圖像管理子模塊、日常采集圖像與信息管理子模塊；系統服務模塊，包括查詢及報表子模塊、系統管理及維護子模塊以及業(yè)務系統接口子模塊。一種火災報警及聯動控制器，包括PTZ控制子模塊，用于對紅外熱圖像中目標場所在位置的圖像坐標進行處理；火災消除聯動控制子模塊，用于在接收到圖像分析控制器的目標場的火災信號后，控制聲光報警器進行報警，并控制定點滅火裝置對目標場進行火災消除處理；在接收到圖像分析控制器的目標場的潛在火災信號后，控制聲光報警器進行報警；在對目標場火災消除處理時，若接收到火災消除停止信號，停止對目標場進行火災消除；設備控制子模塊，用于在接收到圖像分析控制器的目標場火災信號后，對被監(jiān)測設備發(fā)出停機控制信號。與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提出了一種基于紅外熱圖像的火災預警和早期消除系統，通過獲取設備的紅外熱圖像，利用先進的紅外熱圖像分析技術，在線式全面感知設備的溫度分布及溫度變化情況預防火災發(fā)生，降低了設備發(fā)生火災的可能性；并可實現與定點滅火裝置聯動對設備進行早期火災消除處理，提高了火災處理的及時性以降低損失。其具有簡單易行、控制精度高和誤報率低的特點。2、本發(fā)明將傳統的設備著火時自動火災消除方式轉變?yōu)閷σ话阍O備進行在線檢測及火災預警，并在火災出現時與定點滅火裝置實現聯動進行火災消除的方式，因此可以將設備可能發(fā)生的火災隱患消滅在火災發(fā)生之前，且在火災不可避免時進行火災后處理，盡量保證設備防火工作的萬無一失，從而提高了設備的工作可靠性。3、本發(fā)明通過對設備的紅外熱像實時檢測可及時發(fā)現設備工作時出現的故障，并使設備能及時得到維修，在防止火災事故的同時降低設備的維修成本。4、本發(fā)明相對于傳統的固定點傳感檢測器，通過紅外熱像儀獲取設備溫度分布情況，擴大了檢測的范圍，可更準確和全面地掌握設備整體的工作和散熱情況。5、本發(fā)明通過紅外成像技術及紅外圖像處理和模式識別技術來預測設備發(fā)生火災事故的可能性，能有效地降低系統的誤報率，提高了火災預警的準確性。6、本發(fā)明可通過紅外熱像儀獲取紅外熱圖像和可見光CXD獲取的可見光圖像，在檢測到火災即將發(fā)生時，采用雙PTZ攝像機系統標定技術，可準確獲取設備著火點的具體位置，與定點滅火裝置實現聯動，能夠及時地對著火點進行火災消除，降低因火災發(fā)生不能及時制止而帶來的損失。7、本發(fā)明的紅外熱像儀內置可見光(XD，整個裝置采用了云臺控制，因此可同時檢測多臺設備，從而提高了系統的利用率，降低了監(jiān)控設備的投資成本。8、本發(fā)明可以把設備的長期熱圖像保存到圖像數據庫中，為今后對設備進行性能分析和故障排查留下歷史數據。


下面根據實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1為本發(fā)明提出的一種基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統的結構示意圖。圖2為圖1中一種圖像分析控制器的功能模塊圖。圖3為圖1中一種火災報警及聯動控制器的功能模塊圖。
具體實施例方式如圖1所示，為本發(fā)明提出的一種基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統的結構示意圖。參照附圖，本發(fā)明提出的一種基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統，包括帶云臺的紅外熱像儀、圖像分析控制器、火災預警及聯動控制器、火災消除執(zhí)行裝置，其中，紅外熱像儀，用于采集被監(jiān)測設備的紅外熱圖像，其與圖像分析控制器的圖像輸入端相連；所述紅外熱像儀內置有可見光(XD，用于采集被監(jiān)測設備的可見光圖像；圖像分析控制器，用于對上述紅外熱圖像進行分析并生成分析結果，其信號輸出端一路連接火災預警及聯動控制器的信號輸入端，另一路連接紅外熱像儀；火災報警及聯動控制器，用于根據圖像分析控制器的分析結果生成控制信號，其信號輸出端一路與被監(jiān)測設備的控制端連接，另一路與火災消除執(zhí)行裝置連接。其中，所述火災消除執(zhí)行裝置包括聲光報警器、定點滅火裝置。本發(fā)明提出的基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統的工作原理如下帶云臺的紅外熱像儀采集被監(jiān)測設備的紅外熱圖像和可見光圖像，通過與圖像分析控制器的接口傳輸給圖像分析控制器；圖像分析控制器對獲取的紅外熱圖像進行分析，得到被監(jiān)測設備表面的溫度分布圖，根據溫度變化趨勢的分析以判斷是否存在火災；如果
6判斷不會發(fā)生火災，則紅外熱像儀對被監(jiān)測設備進行正常檢測，否則生成火災預警處理方案，傳送給火災報警及聯動控制器；火災報警及聯動控制器一路輸出傳輸報警信號給聲光報警器進行預警，二路輸出聯動控制信號使設備停止運作，三路輸出連接定點滅火裝置，并傳輸被監(jiān)測設備著火區(qū)域的物理空間坐標，定點滅火裝置根據調整方位進行定點火災消除處理。需要說明的是，本發(fā)明可通過紅外熱像儀內置的可見光CXD獲取被檢測設備的可見光圖像，在正常檢測過程中可實時觀測被檢測設備所處的環(huán)境，便于設備的正常維護；在檢測到設備發(fā)生火災時，可通過設備的可見光圖像輔助確認火災現場的情況，并在設備發(fā)生火災時可實時觀測火災消除的過程，提高火災消除處理的準確性。如圖2所示，為本發(fā)明提出的一種圖像分析控制器的功能模塊圖。參照附圖，本發(fā)明提出的一種圖像分析控制器，包括圖像預處理模塊，圖像分析模塊，火災處理模塊、數據庫管理模塊和系統服務模塊，其中，圖像預處理模塊，用于對紅外熱像儀采集的紅外熱圖像進行預處理。紅外熱像儀獲取的紅外熱圖像可能會出現噪聲較大，對比度較低，視覺效果不好等現象，因此需要進行預處理操作；預處理主要包括紅外圖像的非均勻性校正、紅外圖像濾波去噪、紅外圖像增強、邊緣提取和目標分割。圖像分析模塊，用于對預處理后的紅外熱圖像的溫度數據進行分析，并與被監(jiān)測設備正常工作的溫度進行對比分析，以判斷是否存在火災；火災處理模塊，當判斷結果為是時，向火災預警及聯動控制器發(fā)出火災報警信號和/或火災消除控制信號；否則，向紅外熱像儀發(fā)出云臺控制信號；數據庫管理模塊，主要實現對整個系統的數據存取和控制。該模塊的目標是實現一個設計合理、信息完整的故障圖像及相關信息的數據庫；該數據庫從數據類別上分主要包含圖像和輔助信息兩個方面。包括標準圖像管理子模塊圖像及其相應輔助信息添加、刪除、修改和查詢；典型故障圖像管理子模塊圖像及其相應輔助信息添加、刪除、修改和查詢；日常采集圖像與信息管理子模塊圖像及其相應輔助信息刪除、修改和查詢；系統服務模塊，包括查詢及報表子模塊、系統管理及維護子模塊以及業(yè)務系統接口子模塊。查詢及報表子模塊實現用戶對此系統過去一年內的故障和正常工作記錄等查詢，并生成報表；系統管理及維護子模塊實現分布式系統的協調運行，采用軟總線技術，提供位置透明的通信手段，隔離操作系統和硬件平臺的相關性，保證系統的靈活擴充性；業(yè)務系統接口子模塊提供了與其他業(yè)務相結合的接口，使系統具有良好的擴充性、兼容性。這個部分完成系統配套和拓展的功能。在本發(fā)明的一種具體實施例中，上述所述圖像分析模塊包括目標場獲取子模塊，根據紅外熱圖像的溫度數據，將紅外熱圖像分割成若干區(qū)域，并將超過被監(jiān)測設備正常工作的溫度所在的區(qū)域確定為目標場；溫度對比子模塊，根據被監(jiān)測設備周圍環(huán)境溫度計算目標場的溫度，并計算目標場的溫度與被監(jiān)測設備正常工作溫度之間的差值；火災判斷子模塊，統計預定時間內目標場溫度與環(huán)境溫度差值的變化曲線，并根據所述變化曲線的變化趨勢、所述差值以及預設的溫度閾值，以判斷是否存在火災。具體的判斷過程如下當所述變化曲線持續(xù)上升且差值大于第一溫度閾值時，判斷所述目標場存在火災；當所述變化曲線持續(xù)上升且差值處在第一溫度閾值和第二溫度閾值之間時，判斷所述目標場存在潛在火災；當所述變化曲線趨于平穩(wěn)且差值小于第二溫度閾值時，判斷目標場不存在火災；其中，第一溫度閾值不小于第二溫度閾值。該實施例中，采用被監(jiān)測設備周圍環(huán)境溫度計算目標場的溫度，并利用目標場溫度與環(huán)境溫度差值的變化曲線進行火災判斷，提高了火災判斷的準確性，從而提高火災消除的控制精度。在上述實施例的基礎上，所述圖像分析模塊還包括坐標獲取子模塊，用于在判斷目標場存在火災或潛在火災時，記錄目標場所在位置的圖像坐標；此時，該圖像坐標通過火災處理模塊傳輸至火災報警及聯動控制器，以根據火災位置的圖像坐標進行定點火災消除處理。在具體應用過程中，為了實現對火災消除處理過程的精確控制，還可以對火災處理模塊的功能進一步優(yōu)化。例如在上述圖像分析模塊分析目標場存在火災，火災處理模塊向火災預警及聯動控制器發(fā)出火災報警信號和/或火災消除控制信號；當發(fā)出火災消除控制信號時，所述火災處理模塊向紅外熱像儀發(fā)出持續(xù)監(jiān)測目標場的控制信號，以控制紅外熱像儀實時監(jiān)測目標場的圖像；火災消除過程中，若判斷目標場火災已消除時，所述火災處理模塊發(fā)出火災
消除停止信號。如圖3所示，為本發(fā)明提出的一種火災報警及聯動控制器的功能模塊示意圖。參照附圖，本發(fā)明提出的一種火災報警及聯動控制器，包括火災消除聯動控制子模塊，用于在接收到圖像分析控制器的目標場的火災信號后，控制聲光報警器進行報警，并控制定點滅火裝置對目標場進行火災消除處理；在接收到圖像分析控制器的目標場的潛在火災信號后，控制聲光報警器進行報警；在對目標場火災消除處理時，若接收到火災消除停止信號，停止對目標場進行火災消除；設備控制子模塊，用于在接收到圖像分析控制器的目標場火災信號后，對被監(jiān)測設備發(fā)出停機控制信號；PTZ控制子模塊，用于對紅外熱圖像中目標場所在位置的圖像坐標進行處理；采用雙PTZ攝像機系統標定技術，實現由紅外熱圖像著火區(qū)域的圖像坐標向實際物理空間坐標的轉換，準確獲取設備著火點的具體位置。雙PTZ攝像機系統標定技術主要包括包含兩個步驟單目PTZ攝像機標定；雙目PTZ攝像機公共坐標系的建立，單目PTZ攝像機標定建立當PTZ參數固定時的攝像機模型(如針孔模型)，再考慮PTZ參數變化對模型標定的影響。雙目PTZ攝像機公共坐標系的建立該坐標系主要是為立體校正(把相同經度的經線映射到校正平面的水平掃描線上)服務，可采用球面立體校正的方法。其主要思想就是先對每個PTZ鏡頭建立單位球面坐標系，然后將每一對圖像對分別映射到各自球面坐標系中，最后對相應的球面區(qū)域進行校正?？蛇x擇經緯坐標系作為公共坐標系，采用多組圖像對來估計坐標系參數，要求每組圖像對的視場應盡可能接近，這樣就可以用傳統的RANSAC方法來估計對應的基礎矩陣。本發(fā)明提出了一種基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統，通過獲取設備的紅外熱圖像，利用先進的紅外熱圖像分析技術，在線式全面感知設備的溫度分布及溫度變化情況預防火災發(fā)生，降低了設備出現火災的可能性；并可實現與定點滅火裝置聯動對設備著火區(qū)域進行火災消除，提高了火災處理的及時性以降低損失；其具有簡單易行、控制精度高和誤報率低的特點。 上面結合附圖對本發(fā)明進行了示例性的描述，顯然本發(fā)明的實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統，其特征在于，包括帶云臺的紅外熱像儀、圖像分析控制器、火災預警及聯動控制器、火災消除執(zhí)行裝置，其中，紅外熱像儀，用于采集被監(jiān)測設備的紅外熱圖像，其與圖像分析控制器的圖像輸入端相連；圖像分析控制器，用于對上述紅外熱圖像進行分析并生成分析結果，其信號輸出端一路連接火災預警及聯動控制器的信號輸入端，另一路連接紅外熱像儀；火災報警及聯動控制器，用于根據圖像分析控制器的分析結果生成控制信號，其信號輸出端一路與被監(jiān)測設備的控制端連接，另一路與火災消除執(zhí)行裝置連接。
2.如權利要求1所述的基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統，其特征在于，所述紅外熱像儀內置有可見光CXD，用于采集被監(jiān)測設備的可見光圖像。
3.如權利要求1或2所述的基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統，其特征在于，所述火災消除執(zhí)行裝置包括聲光報警器、定點滅火裝置。
4.一種圖像分析控制器，其特征在于，包括圖像預處理模塊，用于對紅外熱像儀采集的紅外熱圖像進行預處理；圖像分析模塊，用于對預處理后的紅外熱圖像的溫度數據進行分析，并與被監(jiān)測設備正常工作的溫度進行對比分析，以判斷是否存在火災；火災處理模塊當判斷結果為是時，向火災預警及聯動控制器發(fā)出火災報警信號和/或火災消除控制信號；否則，向紅外熱像儀發(fā)出云臺控制信號。
5.如權利要求4所述的圖像分析控制器，其特征在于，所述圖像分析模塊包括目標場獲取子模塊，根據紅外熱圖像的溫度數據，將紅外熱圖像分割成若干區(qū)域，并將超過被監(jiān)測設備正常工作的溫度所在的區(qū)域確定為目標場；溫度對比子模塊，根據被監(jiān)測設備周圍環(huán)境溫度計算目標場的溫度，并計算目標場的溫度與被監(jiān)測設備正常工作溫度之間的差值；火災判斷子模塊，統計預定時間內目標場溫度與環(huán)境溫度差值的變化曲線，當所述變化曲線持續(xù)上升且差值大于第一溫度閾值時，判斷所述目標場存在火災；當所述變化曲線持續(xù)上升且差值處在第一溫度閾值和第二溫度閾值之間時，判斷所述目標場存在潛在火災；當所述變化曲線趨于平穩(wěn)且差值小于第二溫度閾值時，判斷目標場不存在火災；其中，第一溫度閾值不小于第二溫度閾值。
6.如權利要求5所述的圖像分析控制器，其特征在于，所述圖像分析模塊還包括，坐標獲取子模塊，用于在判斷目標場存在火災或潛在火災時，記錄目標場所在位置的圖像坐標；所述火災處理模塊還用于，將上述圖像坐標傳輸至火災報警及聯動控制器。
7.如權利要求6所述的圖像分析控制器，其特征在于，所述火災處理模塊還用于，當發(fā)出火災消除控制信號時，向紅外熱像儀發(fā)出持續(xù)監(jiān)測目標場的控制信號；當判斷目標場火災已消除時，發(fā)出火災消除停止信號。
8.如權利要求4所述的圖像分析控制器，其特征在于，圖像分析控制器還包括數據庫管理模塊，包括標準圖像管理子模塊、典型故障圖像管理子模塊、日常采集圖像與信息管理子模塊；系統服務模塊，包括查詢及報表子模塊、系統管理及維護子模塊以及業(yè)務系統接口子模塊。
9. 一種火災報警及聯動控制器，其特征在于，包括PTZ控制子模塊，用于對紅外熱圖像中目標場所在位置的圖像坐標進行處理；火災消除聯動控制子模塊，用于在接收到圖像分析控制器的目標場的火災信號后，控制聲光報警器進行報警，并控制定點滅火裝置對目標場進行火災消除處理；在接收到圖像分析控制器的目標場的潛在火災信號后，控制聲光報警器進行報警；在對目標場火災消除處理時，若接收到火災消除停止信號，停止對目標場進行火災消除；設備控制子模塊，用于在接收到圖像分析控制器的目標場火災信號后，對被監(jiān)測設備發(fā)出停機控制信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于紅外熱圖像的火災預警與早期消除系統，紅外熱像儀用于采集被監(jiān)測設備的紅外熱圖像；圖像分析控制器，用于對上述紅外熱圖像進行分析并生成分析結果；火災報警及聯動控制器，用于根據圖像分析控制器的分析結果生成控制信號。通過獲取設備的紅外熱圖像，分析其溫度場分布和變化以預防火災發(fā)生，降低了設備發(fā)生火災的可能性；并可實現與定點滅火裝置聯動對設備進行早期火災消除，提高了火災處理的及時性。其具有控制精度較高、誤報率較低的特點。
文檔編號G08B17/12GK102568146SQ20121000943
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權日2012年1月12日
發(fā)明者呂皖麗, 湯進, 羅斌, 趙海峰 申請人:安徽大學