隧道导轨行进消防机器人系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了隧道导轨行进消防机器人系统及使用方法，该系统包括供电装置、控制装置、火情监测装置、磁悬浮导轨、火源追踪装置和灭火装置。供电装置给整个系统供电，控制装置控制各个装置的动作，火情监测装置监测到火情后向控制装置发出信号并实时存储灭火视频以便分析，灭火装置根据控制装置的指令通过磁悬浮导轨移动到火灾发生位置，火源追踪装置追踪火源的准确位置，灭火装置根据指令伸缩炮管长度、移动炮管方向对准火源，发射灭火剂进行灭火。该系统能快速、准确地发现火焰或烟雾，发出报警信号，同时快速抵达火灾现场进行灭火，在浓烟环境下也能不断追踪移动火源；会记录整个起火到灭火过程，为事后分析提供数据。

【技术实现步骤摘要】
隧道导轨行进消防机器人系统及使用方法
本专利技术属于岩土工程
，涉及一种隧道导轨行进消防机器人系统及使用方法。
技术介绍
伴随着交通运输业的快速发展，隧道工程日益增多，隧道呈圆筒状，排烟与散热条件差，加上隧道通常在远离人群聚居的地方和隧道内设备老化及故障等原因，一旦隧道发生火灾，火势蔓延快，浓烟在隧道内积聚，消防救援人员又很难快速到达现场实施救援，被困车辆造成交通拥堵瘫痪，人员疏散困难，甚至会造成人员伤亡。因此，在隧道火灾事故中，倘若能使用机器人、无人机等技术监测火灾信息，定位火灾位置，参与灭火救援工作，对于提高灭火效率、避免或减少消防人员伤亡、减小火灾损失等具有重要意义。传统技术中，隧道火灾救援一般采用消防人员灭火，灭火速度慢、灵活性差、工作效率低，对于较大的火灾事故难以控制，而且安全风险极大，容易造成人员伤亡。而较少采用消防机器人参与的火灾救援工作也体现了现有消防机器人的不足：首先，现有的火灾探测器如感温火灾探测器只有当火势很大时才能发出报警信号，通过具体实验可发现，隧道的空间很大，使用传统的方法，使用感温火灾探测器对于较远的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道导轨行进消防机器人系统，其特征在于，该消防机器人系统包括：/n供电装置，给整个系统供电，包括储能子系统供电及市电供电；/n控制装置，控制各个装置动作；/n火情监测装置，监测到火情后向控制装置发出信号并实时存储灭火视频；/n火源追踪装置，追踪火源的准确位置；/n灭火装置，根据控制装置的指令通过磁悬浮导轨移动到火灾发生位置，能伸缩炮管长度、移动炮管方向对准火源，发射灭火剂进行灭火。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道导轨行进消防机器人系统，其特征在于，该消防机器人系统包括：
供电装置，给整个系统供电，包括储能子系统供电及市电供电；
控制装置，控制各个装置动作；
火情监测装置，监测到火情后向控制装置发出信号并实时存储灭火视频；
火源追踪装置，追踪火源的准确位置；
灭火装置，根据控制装置的指令通过磁悬浮导轨移动到火灾发生位置，能伸缩炮管长度、移动炮管方向对准火源，发射灭火剂进行灭火。


2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，磁悬浮导轨包括定导轨和固定在定导轨内的动导轨，在隧道侧壁靠近上方位置沿隧道长度方向设置定导轨；在动导轨上安装有用来检测动导轨移动速度和位移的速度位移传感器；所述灭火装置通过螺栓连接在动导轨的支座平台上，灭火装置包括主机、灭火剂储蓄箱、炮管和防火隔热外壳；主机和灭火剂储蓄箱包裹在防火隔热外壳内，主机内加载有控制装置、火情监测装置和火源追踪装置的所有相关软件；灭火剂储蓄箱设在主机下方；炮管设在灭火剂储蓄箱下方，炮管能伸缩及调整方向，第一节炮管前端安装热成像镜头。


3.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，所述储能子系统为采用太阳能储能电池组，与定导轨中的电源接口相接，给整个系统供电；机器人系统正常情况下使用市电网供电，突发情况下转换为太阳能储能电池组负载供电。


4.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，所述火情监测装置包括火眼系统、安装在隧道中的视频监控系统；隧道中的视频监控系统，通过网络交换机和网线，利用TCP/IP协议组成局域网，与火眼系统连接；在电脑显示器上实时显示隧道内的摄像头的画面，对实时图像进行分析，判断是否有火焰和烟雾产生；一旦图像中出现火灾，立即发出火灾报警信号；安装火眼系统后，根据不同隧道需要，读取隧道中各摄像机机位在隧道前进方向的坐标数据并进行编号，通过视频监控系统实时输入的视频数据，火眼系统判断出火灾后，输出火灾报警信号，并通过采集到火灾视频的摄像机机位编号和读取的隧道摄像机机位坐标数据得到火灾坐标位置；
所述火源追踪装置包括深度学习算法和热成像系统，通过安装在炮管上的热成像镜头得到火灾现场的热成像视频图像，通过深度学习算法获得火源初步位置的像素坐标；
通过隧道视频监控系统传入的视频画面和热成像镜头采集的热成像画面耦合得到确定的火源立体空间，再将火源立体空间转换成火源的世界坐标，传输给控制装置，进行定点灭火；
所述深度学习算法为Yolo-v4算法，具体是将导入预先采集到的人工在隧道现场模拟的火灾视频数据，作为追踪的标准训练数据集进行预处理，将数据集输入到目标检测模型Yolo-V4中进行训练与交叉验证，训练完成后得到Yolo-V4的火源追踪模型；火灾发生后，对热成像采集的实时视频数据进行相同的预处理后输入到Yolo-V4的火源追踪模型，进行火源检测，给出火源初步位置的像素坐标。


5.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，所述灭火装置构成消防机器人的主体，包括主机、灭火剂储蓄箱、炮管、热成像镜头和陶瓷纤维外壳；主机、灭火剂储蓄箱被包裹在陶瓷纤维外壳内，主机下面安装的是灭火剂储蓄箱，储存着所有的灭火剂；可伸缩炮管与灭火剂储蓄箱相连通，灭火剂储蓄箱设有阀门和加压装置，灭火时阀门开启，灭火剂储蓄箱中的灭火剂进入炮管，加压装置加压把灭火剂发射出去，阀门由控制装置控制开启；炮管由三节直径为50～200mm钢管制造，炮管两侧连接电动液压伸缩杆控制炮管长度的变化；第三节炮管为连接灭火剂储蓄箱的一端，第三节炮管连接曲柄滑块机构控制炮管在隧道横截面90度内的转动；第一节为追踪火源的一端，热成像镜头安装于炮管第一节的顶端，能随着炮管的移动而检测火源位置，使用纯镍耐高温线连接于主机上的视频编码设备；可伸缩炮管与灭火剂储蓄箱连接处设有旋转伸缩装置，旋转伸缩装置包括旋转台体、转台电机、曲柄滑块机构和电动液压伸缩杆；所述转台电机安装于所述灭火剂储蓄箱的内部，其输出轴穿过灭火剂储蓄箱的下端与旋转台体机械连接；所述曲柄滑块机构设置于所述旋转台体的内部；通过旋转伸缩装置，在隧道消防机器人主体不动的情况下，调整炮管的长度及水平和竖向的角度。


6.根据权利要求5所述的机器人系统，其特征在于，所述曲柄滑块机构包括蜗杆、齿轮、水平杆、固定杆、电机、曲柄块、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一鸣，杨雪晴，黄俊光，高慧，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12