一种基于无人机视觉辅助消防炮灭火系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无人机视觉辅助消防炮灭火系统及控制方法，利用无人机携带视觉装置至火场上方采集高空俯视的火场分布图像，选取图像中的机器人坐标点、射流轨迹落点坐标点、火焰坐标点，将火点与射流落点的平面位置关转换为消防炮控制装置能够识别的角度、方向控制的信号指令；消防炮控制装置执行信号指令并驱动消防炮向火点喷射灭火剂；当选取的上一个火点处于压制或熄灭状态，选取下一个火点目标和当前射流落点坐标，再次执行动作，直到火场所有火源目标点得到压制或处于熄灭状态。本发明专利技术依托无人机有利视觉选取多火源目标点实现智能灭火，解决纯人工操作灭火方法和消防人员面对火场视野不足的弊端，提升整体的灭火效率和机器人智能化水平。率和机器人智能化水平。率和机器人智能化水平。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机视觉辅助消防炮灭火系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及到智能消防灭火
，具体涉及一种基于无人机视觉辅助消防炮灭火系统及控制方法。

技术介绍

[0002]随着社会发展的需要，具备智能化水平的消防炮已成为主流发展趋势，消防炮在大型火灾现场中发挥着不可替代的优势。在火灾现场，存在大火自身和建筑物容易倒塌和易爆物品容易出现爆炸伤人的潜在危险，依靠传统的人工去近距离灭火极易造成人员伤亡事故，近年来消防炮以其流量大、压力高、射程远的独具优势特点受到各行各业的广泛使用。由于消防炮是一些消防设施的必备品，在飞机场、生产石油化工厂、火车站、汽车站等场合下扮演着越来越重要的角色。消防炮目前有固定式消防炮和移动式消防炮,主要运用在远距离灭火场合，一定程度上避免了消防人员的潜在危险。根据现有行业规定，流量在24升每秒以上的称之为消防炮。消防炮的执行结构主要为水平回转结构和俯仰回转结构，故消防炮的有效射程范围较广。固定式消防炮一般位置确定，后期需要位置更改极不方便，一般适合安装在固定式场合，如森林、机场等。另一种是移动式消防炮，其主要特点就是消防炮架在可移动的支架上，可以在一定范围内移动，灭火的灵活性相比于固定式要好。从消防炮喷射的物质来划分，消防炮可以分为水炮和泡沫炮。之所以出现泡沫炮，因为火源有气体、固体、液体三类导致火灾发生，采用传统的水炮是不能进行有效灭火的，比如石油泄漏引发的火灾。这时需要对水进行一定的掺杂，通过泡沫和化学反应进行有效灭火。
[0003]对于消防灭火机器人，主要经历了三大发展阶段，第一阶段为程序控制的消防灭火机器人，第二阶段为具有感知和探知能力的遥控机器人。第三阶段为具备半自动、全自动智能系统的机器人，更大程度上满足消防事业的需求。日本、美国等发达国家从20世纪70到80年代就开始展开对机器人的研究。而我国起步晚，智能机器人的核心关键技术还处于研发阶段，针对石油化工工程火灾的机器人，根据相应数据统计，从2017年到2018年上半年，中国各级消防部队在机器人的购买量上达到了800多台，累计消费约6.5亿元。目前中国的消防灭火机器人主要依赖进口，并且价格较贵，目前一些西方国家也在加大这方面研究投入，因此研发具有智能化功能的机器人对我国消防事业的发展具有很大促进作用。特别在结合无人机视觉和消防机器人控制这一领域，目前国内外在这一方面的研究尚不完善。采用现阶段视觉相机固定在消防机器人上，其主要存在以下问题：(1)在非封闭空间发生大面积、多火点起火场合下不能进行高效灭火；(2)存在视角不足或被遮挡的问题，容易造成目标点丢失；(3)对判断整个火场的分布情况不够全面，从而影响消防人员进行灭火策略的实施。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的不足，本申请提出了一种基于无人机视觉辅助消防炮灭火系统及控制方法，能够解决现有视觉相机安装在机器人上所存在的视角不足或者被遮
挡的弊端，相对于传统的纯手工遥控操作方式，不管在灭火效率上还是整个火场的灭火策略实施都有显著的优势，同时也提升了机器人的整体智能化程度。
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种无人机视觉辅助消防炮灭火系统控制方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，利用无人机携带视觉装置至火场上方，通过调整无人机及视觉装置的姿态，采集高空俯视的火场分布图像，火场分布图像中包括机器人、射流落点、火场火点的信息；
[0008]步骤2，无人机视觉控制系统自动完成服务器配置工作、通讯连接状态检测、消防炮姿态角初始化工作；
[0009]步骤3，选取火场分布图像中的机器人坐标点、射流轨迹落点坐标点、火焰坐标点，对提取的点坐标进行处理，定位出火点与射流落点的平面位置关系，并将火点与射流落点的平面位置关转换为消防炮控制装置能够识别的角度、方向控制的信号指令；消防炮控制装置执行信号指令并驱动消防炮向火点喷射灭火剂；
[0010]步骤4，当选取的上一个火点处于压制或熄灭状态，选取下一个火点目标和当前射流落点坐标，再次执行动作，射流落点在消防炮控制装置指令下自动移至下一个火点目标，重复步骤3的选点以及喷射过程，直到火场所有火源目标点得到压制或处于熄灭状态。
[0011]进一步，通过不断更新火场分布图像中的机器人坐标点、射流轨迹落点坐标点、火焰坐标点，完成射流落点逐步向火焰坐标点逼近直至压制该火点扩散并达到灭火的目的。
[0012]进一步，所述步骤3中由机器人坐标点、射流落点坐标点、火焰坐标点，计算输出消防炮的俯仰角、水平角等角度的控制信息及水平偏转方向的方法为：
[0013]俯仰角：
[0014]α
n
＝arcsin(S
n
*sin(2*α
n
‑1)/S
n
‑1)/2
[0015]水平角：
[0016][0017]消防炮水平偏转方向：
[0018]令f
n
(x
n
,y
n
)＝(y
2,n
‑
y
1,n
)x
n
+(x
1,n
‑
x
2,n
)y
n
+y
1,n
*x
2,n
‑
x
1,n
*y
2,n
[0019]代入第n次选取的火焰坐标点p3(x
3,n
,y
3,n
)位置信息：
[0020][0021]其中，α
n
‑1是消防炮第n
‑
1次的俯仰角，以图像的左上角为原点坐标,p(x
1,n
,y
1,n
)代表机器人第n次选取的坐标点位置；p(x
2,n
,y
2,n
)代表射流落点第n次选取的坐标点位置；p(x
3,n
,y
3,n
)代表火焰点第n次选取的坐标点位置；S
n
代表第n次选机器人坐标点到射流落点的距离；S
n
‑1代表第n
‑
1次选机器人坐标点到射流落点的距离。
[0022]进一步，当火场出现多个火点时，火点目标的选取策略是根据火势大小、火点距离、危害程度、易扩散火点多个因素，综合判断对火点进行选取；如此实现对多个火点时进行压制或熄灭。
[0023]一种基于无人机视觉辅助消防炮灭火系统，包括消防灭火机器人、消防炮控制装
置、无人机视觉控制系统；
[0024]所述消防灭火机器人带有消防炮主体结构，所述消防炮主体结构用于远距离喷射灭火剂；
[0025]所述消防炮控制装置包括角度传感器、嵌入式控制器以及驱动器，所述角度传感器用于采集消防炮转角的反馈信号；所述嵌入式控制器接收无人机控制系统发出的信号指令，并且根据所接收的信号指令输出消防炮驱动信号；所述驱动器接收嵌入式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机视觉辅助消防炮灭火系统控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，利用无人机携带视觉装置至火场上方，通过调整无人机及视觉装置的姿态，采集高空俯视的火场分布图像，火场分布图像中包括机器人、射流落点、火场火点的信息；步骤2，无人机视觉控制系统自动完成服务器配置工作、通讯连接状态检测、消防炮姿态角初始化工作；步骤3，选取火场分布图像中的机器人坐标点、射流轨迹落点坐标点、火焰坐标点，对提取的点坐标进行处理，定位出火点与射流落点的平面位置关系，并将火点与射流落点的平面位置关转换为消防炮控制装置能够识别的角度、方向控制的信号指令；消防炮控制装置执行信号指令并驱动消防炮向火点喷射灭火剂；步骤4，当选取的上一个火点处于压制或熄灭状态，选取下一个火点目标和当前射流落点坐标，再次执行动作，射流落点在消防炮控制装置指令下自动移至下一个火点目标，重复步骤3的选点以及喷射过程，直到火场所有火源目标点得到压制或处于熄灭状态。2.根据权利要求1所述的一种无人机视觉辅助消防炮灭火系统控制方法，其特征在于，通过不断更新火场分布图像中的机器人坐标点、射流轨迹落点坐标点、火焰坐标点，完成射流落点逐步向火焰坐标点逼近直至压制该火点扩散并达到灭火的目的。3.根据权利要求1或2所述的一种无人机视觉辅助消防炮灭火系统控制方法，其特征在于，所述步骤3中由机器人坐标点、射流落点坐标点、火焰坐标点，计算输出消防炮的俯仰角、水平角等角度的控制信息及水平偏转方向的方法为：俯仰角：α
n
＝arcsin(S
n
*sin(2*α
n
‑1)/S
n
‑1)/2水平角：消防炮水平偏转方向：令f
n
(x
n
,y
n
)＝(y
2,n
‑
y
1,n
)x
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+(x
1,n
‑
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2,n
)y
n
+y
1,n
*x
2,n
‑
x
1,n
*y
2,n
代入第n次选取的火焰坐标点p3(x
3,n
,y
3,n
)位置信息：其中，α
n
‑1是消防炮第n
‑
1次的俯仰角，以图像的左上角为原点坐标,p1(x
1,n
,y
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，赵桔贤，张博，刘秀梅，李贝贝，潘禄，刘中冠，程恒煜，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：