一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人的制作方法

本发明涉及机器人，具体为一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人。

背景技术：

1、随着全球对可再生能源的需求日益增长，光伏发电技术因其环保、可再生的特性得到了广泛的关注和应用，光伏发电场通常位于较为开阔的区域，且周边容易存在排碱渠、水沟，这些区域周边往往生长着包括芦苇、荻、芭茅在内的高大茂盛的多年生草本植物，特别是在秋季枯草季节，这些草本植物成为潜在的火灾隐患，一旦发生火灾，由于光伏板设备的易燃性，火势往往迅速蔓延，给光伏发电场带来严重损失，甚至威胁到周边环境和人员安全。

2、传统的光伏发电场防火措施多依赖于固定的摄像头和传感器进行火情监控，但这些系统存在明显的局限性，其固定摄像头和传感器的监控范围有限，存在监控盲区，无法覆盖光伏发电场的所有重点防火部位，另外这些系统通常只能进行火情的初步检测，无法实时定位火源并进行有效的火灾处置，并且对人工的依赖程度较高，需要人工进行监控和响应，不仅效率低下，而且容易因人为因素导致火情处理不及时。

3、针对上述情况，有必要提出一种新型的光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人，通过自动巡逻、检测火情并进行初期火灾处置，从而提高光伏发电场火灾的预防和应对能力，实现光伏发电场重点防火部位的全方位、无死角的实时监控与火灾快速响应，因此，开发一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人，通过将其设置在防火重点区域的光伏围栏上，平时定时匀速巡视，实现对光伏发电场重点防火部位的有效监控和火灾预防，当发现火灾警情时，经过测距，接驳机器人轨道终端设置的高压干粉或水基型灭火喷头，喷头带有软管，机器人携带移动式灭火喷头到最佳灭火位置进行喷射灭火。

2、本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人，包括以下组成部分：

3、移动轨道平台：采用电力驱动，安装在光伏发电场重点防火部位的围栏顶端，用于支撑和驱动机器人进行巡逻；

4、火灾监测传感器：包括监控摄像头、烟雾探测器、温度感应器和火焰探测器，用于全方位无死角监控火情，部署在光伏发电场的重点防火区域，持续收集火情相关数据，包括烟雾浓度、温度变化和火焰图像，控制系统对收集到的数据进行实时分析，判断是否存在火情，一旦检测到火情，传感器会立即触发报警系统，并通过控制系统向相关人员发送火情警报；

5、测距定位计算模块：在火灾发生时，会根据火灾监测传感器提供的数据，初步确定火源的位置，利用机器人搭载的测距设备，测量机器人与火源之间的精确距离，根据距离测量结果和机器人当前的位置信息，计算最佳灭火位置，将最佳灭火位置信息发送给控制系统，控制系统根据此信息规划机器人的移动路径；

6、灭火装置：根据火灾监测传感器的数据和测距定位计算模块的结果，评估火情的大小和类型，根据火情评估结果，选择合适的灭火装置，启动选定的灭火装置，对火源进行快速有效的灭火操作，灭火操作完成后，通过火灾监测传感器评估灭火效果，并根据需要进行后续操作；

7、电源系统：采用光伏场内配电装置引出电源和高效太阳能板系统双电源冗余配置，为移动轨道平台和机器人提供稳定的电能供应，保证机器人长时间包括夜间持续可靠工作；高效太阳能板系统在白天为电池组充电，确保夜间和停电情况下的电力供应；当光伏场内配电装置出现问题时，自动切换到高效太阳能板充电系统，保证机器人的持续工作，实时监控电源系统的电量状态，确保电量充足并及时进行充电操作；

8、控制系统：接收来自火灾监测传感器、测距定位计算模块和其他设备的数据，基于人工智能算法，对接收到的数据能够自主分析，做出判断和响应，确定火情是否存在以及火源的位置信息，根据分析结果，向移动轨道平台、灭火装置下发相应的指令，控制机器人进行巡逻、火情监测、火源定位和灭火操作，并通过远程监控界面，实时查看火情信息、机器人状态信息，并进行必要的远程操作和控制。

9、进一步地，所述火灾监测传感器通过设置特定的阈值来判断传感器数据是否超过正常范围，从而判断是否存在火情，当烟雾浓度和温度的实际测量值大于预设的阈值，判断出现火情，同时通过监测传感器数据的变化率来判断是否存在火情，其表达式为：其中，δtemperature表示温度的变化量，δtime表示时间的变化量，threshold_rate是一个给定的阈值。

10、进一步地，所述测距定位计算模块采用启发式函数基于欧几里得距离公式来计算最佳灭火位置，其计算公式为：其中，n.x和n.y是当前节点n的x和y坐标，goal.x和goal.y是目标节点的x和y坐标。

11、进一步地，所述控制系统通过贝叶斯网络算法融合多个传感器的观测值以计算火情发生的概率，其计算公式为：其中：f表示火灾事件，xi表示第i个传感器的观测值，其中i从1到n，n为传感器的总数，p(f)是火灾发生的先验概率；p(xi|f)是在火灾发生的情况下，第i个传感器观测到的概率，p(f|x1,x2,...,xn)是所有传感器观测值的联合概率分布。

12、更进一步地，所述控制系统采用pid(比例-积分-微分)算法控制机器人的移动速度、灭火装置的启动和调节，其计算公式为：其中，u(t)表示pid控制器的输出信号，用于控制机器人的操作，e(t)表示误差信号，kp、ki、kd分别是比例、积分和微分部分的系数，这些系数可通过系统优化，通过采用pid算法精确控制机器人的移动速度、灭火装置的启动和调节，可以确保消防哨兵机器人更加高效和安全地进行灭火作业。

13、与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：

14、一、本发明通过集成多种火灾监测传感器，实现了对光伏发电场重点防火部位的高效智能监控和火灾应对，使机器人能够自主巡逻、实时监测火情、精确定位火源位置，并快速选择合适的灭火装置进行灭火操作，极大地提高了火灾的响应速度和处置效率，有效防止了火势的蔓延，从而减少了火灾对光伏发电设备和环境的损害。

15、二、本发明通过采用光伏场内配电装置引出电源和高效太阳能板充电双电源冗余配置，确保了消防哨兵机器人长时间包括夜间在内的持续可靠工作，不仅保证了机器人在正常情况下的稳定运行，而且在主电源出现问题时，能够自动切换到太阳能板充电系统，保证了机器人的持续工作能力，此外，电源系统实时监控电量状态，确保电量充足并及时进行充电操作，进一步增强了系统的稳定性和可靠性。

16、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

技术特征：

1.一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人，其特征在于，包括以下组成部分：

2.根据权利要求1所述的一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人，其特征在于，所述火灾监测传感器通过设置特定的阈值来判断传感器数据是否超过正常范围，从而判断是否存在火情，当烟雾浓度和温度的实际测量值大于预设的阈值，判断存在火情，同时通过监测传感器数据的变化率来判断是否存在火情，其表达式为：其中，δtemperature表示温度的变化量，δtime表示时间的变化量，threshold_rate是一个给定的阈值。

3.根据权利要求1所述的一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人，其特征在于，所述测距定位计算模块采用启发式函数基于欧几里得距离公式来计算最佳灭火位置，其计算公式为：其中，n.x和n.y是当前节点n的x和y坐标，goal.x和goal.y是目标节点的x和y坐标。

4.根据权利要求1所述的一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人，其特征在于，所述控制系统通过贝叶斯网络算法融合多个传感器的观测值以计算火情发生的概率，其计算公式为：其中：f表示火灾事件，xi表示第i个传感器的观测值，其中i从1到n，n为传感器的总数，p(f)是火灾发生的先验概率；p(xi|f)是在火灾发生的情况下，第i个传感器观测到的概率，p(f|x1,x2,...,xn)是所有传感器观测值的联合概率分布。

5.根据权利要求4所述的一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人，其特征在于，所述控制系统采用pid(比例-积分-微分)算法控制机器人的移动速度、灭火装置的启动和调节，其计算公式为：其中，u(t)表示pid控制器的输出信号，用于控制机器人的操作，e(t)表示误差信号，kp、ki、kd分别是比例、积分和微分部分的系数，这些系数可通过系统优化，通过采用pid算法精确控制机器人的移动速度、灭火装置的启动和调节，确保消防哨兵机器人更加高效和安全地进行灭火作业。

6.根据权利要求1所述的一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人，其特征在于，灭火装置采用干粉灭火器、水基灭火器或水雾灭火系统，能够针对不同类型火情进行快速处置。

技术总结
本发明公开了一种光伏发电重点防火部位消防哨兵机器人，涉及机器人技术领域，包括移动轨道平台、火灾监测传感器、测距定位计算模块、灭火装置、电源系统和控制系统；火灾监测传感器：包括监控摄像头、烟雾探测器、温度感应器和火焰探测器，用于全方位无死角监控火情。本发明通过集成多种火灾监测传感器，实现了对光伏发电场重点防火部位的高效智能监控和火灾应对，使机器人能够自主巡逻、实时监测火情、精确定位火源位置，并快速选择合适的灭火装置进行灭火操作，极大地提高了火灾的响应速度和处置效率，有效防止了火势的蔓延，从而减少了火灾对光伏发电设备和环境的损害。

技术研发人员：舒军亮,王泊森
受保护的技术使用者：华能陕西子长发电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/9