一種室外大空間智能型火災探測滅火系統及其工作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種室外大空間智能型火災探測滅火系統及其工作方法，屬于火災監測及自動滅火技術領域。
【背景技術】
[0002]火災是最經常、最普遍地威脅公眾安全和社會發展的主要災害之一，火災報警、定位與撲滅系統是關系到人民生命和財產安全的重要裝備。當前，消防水炮是遠距離撲救火災的重要消防設備，通常配合各種火災探測設備構成大空間滅火系統。隨著技術的發展，基于紅紫外管及雙波段圖像探測定位技術的自動消防水炮及其探測、報警、定位和撲滅的系統在室內大空間的應用已經逐步走向成熟，在各種室內場合大量布設，大大提高了室內大空間環境下的安全水平。然而因為紅紫外及雙波段圖像探測方法從原理上無法解決太陽光的干擾問題，在室外環境下無法應用。目前室外消防水炮以手控型為主，定位精度差，撲滅時間長，存在重大安全隱患，急需一種室外大空間智能型火災探測滅火系統。
[0003]紅外熱像是一種用來探測目標物體的紅外輻射，并通過光電轉換、電信號處理等手段，將目標物體的溫度分布轉換成圖像的技術，在軍事、工業、汽車輔助駕駛、醫學領域都有廣泛的應用。近年來，紅外熱像技術發展迅猛。以非制冷焦平面紅外探測器為核心的紅外熱像系統，擁有較高的圖像分辨率和較低的價格，無需制冷裝置，體積小巧，熱靈敏度高達40mk，能夠呈現理想的熱對比度。由于非制冷焦平面紅外探測器通過感應熱輻射成像，不受室外陽光影響，白天黑夜及各種氣象條件下均可成像，由高溫產生的煙和火能夠在紅外熱像中呈現，為室外火災的探測提供了技術保障。紅外熱像儀分為測溫型和非測溫型兩種，其中測溫型價格較高，需要準確的輸入待測物體發射率、距離、環境溫度等參數，難以適應復雜的室外場景探測需求；非測溫型熱像儀只能輸出場景內熱輻射差異，自動映射成256級灰度或色彩輸出，當環境中有較多熱輻射體時無法進行區分，存在大量干擾，不能直接應用于火災探測。實際上，非制冷焦平面紅外探測器直接輸出的是12到14位的熱輻射信號，通過對該原始信號的直接處理可以對熱輻射信號進行合理的量化，從而去除干擾，有效提取火點信息。本發明基于該出發點，提出了一種室外大空間智能型火災探測滅火系統及其工作方法，有效地解決了室外大空間火災探測和撲滅問題。
【發明內容】
[0004]本發明給出了一種室外大空間智能型火災探測滅火系統及其工作方法，有效地解決了室外大空間復雜環境下火災探測和火災撲滅的問題。
[0005]為實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案:
[0006]本發明設計的一種室外大空間智能型火災探測滅火系統:由紅外熱像儀1、圖像處理板2、報警輸出板3、報警主機4，多門帶有雙波段圖像探測器5的自動消防水炮6和網絡交換機7構成。其中紅外熱像儀通過數據線與圖像處理板2相連，圖像處理板2通過RS232 口與報警輸出板3相連，報警輸出板3通過RS485總線與報警主機4相連，圖像處理板2通過RJ45 口與網絡交換機7相連，雙波段圖像探測器5通過RS485 口與自動消防水炮6相連，自動消防水炮通過RJ45 口與交換機7相連，通過交換機7，使得紅外熱像圖像處理板2與多門消防水炮構建成局部網絡，交換機7通過RJ45 口與外圍消防監控網絡聯網。為了減少室外環境對雙波段圖像探測器5的干擾，在其前端加裝偏振鏡片，消除強反光干擾。系統工作時，紅外熱像儀布置于監控區域中央，用于對火點進行探測和報警；當發現火點后，根據熱像對火點進行初步定位，然后根據事先劃分的區域啟動覆蓋相應區域的自動消防水炮，攜帶雙波段探測器的自動消防水炮利用自身的雙波段探測進行精確定位后進行撲滅。紅外熱像儀對撲滅情況進行二次確認，保證火災完全撲滅，形成滅火過程的閉環控制。
[0007]相應的，一種室外大空間智能型火災探測滅火系統的工作方法方法，包含以下步驟:
[0008]1)根據探測范圍的需要將紅外熱像儀安放于探測區域中心合適高度，鏡頭朝下使得圖像覆蓋整個探測區域；
[0009]2)通過圖像處理板采集紅外熱像儀原始數據，該數據為一個單點取值范圍在
12-14維的二維圖像矩陣；
[0010]3)對原始數據進行直方圖統計，獲得直方圖數組:
[0011]H = {h (x0), h (Xi), A , h (xn)} (1)
[0012]其中h(Xl)代表值i的像素的個數(根據熱像儀輸出信號的位數為12、13、14位，η 取值分別是 4096、8192、16384)；
[0013]4)計算Η中h(xT1)到h(xn)的和ST1 n，T1為預先設定的最低熱福射閾值，一般取η/2 ;
[0014]5)若ST n< T2，則返回步驟2，否則進入步驟6，Τ2為預先設定的閾值，一般為圖像像素數的1/10000 ；
[0015]6)利用如下基于類間方差的方法計算圖像量化閾值Τ3:
[0016]對數組Η，計算閾值取t(t = 1，Λ,η-1)時將像素點分成兩大類:值小于等于t的像素和值大于t的像素，設總像素數為S，像素點的平均值為μ ;值小于等于t的像素數量為NO (t)，像素點的平均值為μ 0 (t);值大于t的像素數量為N1 (t)，像素點的平均值為μ?α);記coO(t) =N0(t)/S，ω 1 (t) = N1 (t)/S，兩類像素點取值的類間方差可表示為:
[0017]g(t) = ω0(?)*(μ0(?)-μ)2+ω1(?)*(μ 1(?)-μ)2 (2)
[0018]則圖像量化的閾值Τ3 = max(g(t)) t= ljA,n 1D
[0019]7)以T3為閾值，將圖像進行二值化，即值小于等于T3的賦值為0，大于T3的賦值為255，得到一個二值化的圖像；
[0020]8)在步驟7所得到的二值化圖像中搜索聯通區域，求取最大聯通區域的中心C、面積A、周長P和尖角數量Sc，若面積A < T4 (T4為區域面積閾值，根據場景大小選取)，則進入步驟9，否則返回步驟2;
[0021]9)若該圖像是第一幀符合條件的圖像則符合條件的圖像計數加1，記錄中心C、面積A和周長P，返回步驟2;否則比較該幀與前一幀圖像最大聯通區域的中心C，面積、周長和尖角數量的差值 Cdlff，Adlff, Pdlff，Scdlff，若滿足 Cdlff< T5，A dlff> T6，P dlff> T7, Sc dlff>T8則符合條件的圖像計數加1，若符合條件的圖形計數值大于T9，則進入步驟10 ;否則將符合條件的圖像數量計數值賦為0，返回步驟2 ;
[0022]10)輸出火警信號；
[0023]11)根據火點的圖像位置初步確定火點坐標，啟動覆蓋該紅點范圍的自動水炮；
[0024]12)自動水炮通過與自身聯動的雙波段攝像頭對火點進行精確定位；