一种隧道内射流风机及其控制方法

1.本技术涉及风机技术领域，具体而言，涉及一种隧道内射流风机及其控制方法。


背景技术：

2.近年来，我国经济迅速发展，城市化进程加快，交通压力也随之增大，隧道建设逐年增长。隧道属于狭长空间，安全出口少，一旦发生火灾事故，高温烟气难以有效排出，将对人员生命和隧道结构造成严重威胁。在目前的技术方案中，射流风机都采用固定在隧道内的形式进行安装，仅支持上下摇头以及正反转等，然而，隧道内发生火灾时，烟气位置不定、飘散方向不定，而固定式的射流风机无法针对性的进行烟气控制。因此，如何使射流风机能够在不同火灾情况下实现烟气控制，并保证烟气控制效果成为了亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本技术的实施例提供了一种隧道内射流风机及其控制方法，进而至少在一定程度上可以使射流风机能够在不同火灾情况下实现烟气控制，并保证烟气控制效果。
4.本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。
5.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种隧道内射流风机，包括底座、托盘、射流风机主体、烟气位置采集装置以及若干烟气速度采集装置；
6.所述托盘可转动地设置于所述底座上，所述托盘上设置有第一驱动件，所述射流风机主体铰接于所述托盘上，且与所述第一驱动件驱动连接，所述第一驱动件可驱动所述射流风机主体的出风口沿竖直方向作往复运动；所述底座上设置有第二驱动件，所述第二驱动件与所述托盘驱动连接，所述第二驱动件可驱动所述托盘以竖直方向为轴进行转动；
7.所述烟气位置采集装置设置于所述底座上，若干所述烟气速度采集装置沿隧道的长度方向间隔设置于所述隧道内，所述底座上设置有控制器，所述控制器分别与所述烟气位置采集装置、烟气速度采集装置、所述第一驱动件、所述第二驱动件以及所述射流风机主体电连接，所述控制器可根据所述烟气位置采集装置所采集的烟气位置以及所述烟气速度采集装置所采集的烟气蔓延速度，控制所述第一驱动件、所述第二驱动件以及所述射流风机主体工作，以进行烟气控制。
8.在本技术的一个实施例中，所述底座上设置有移动机构，所述移动机构与所述控制器电连接，所述移动机构用于带动所述底座进行移动。
9.在本技术的一个实施例中，所述移动机构为履带式行走底盘。
10.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种如前述实施例所述的隧道内射流风机的控制方法，该方法包括：
11.烟气位置采集装置获取隧道内的第一图像，对所述第一图像进行图像识别，确定烟气在隧道断面内的区域信息，并根据所述区域信息，确定烟气的高度信息；
12.烟气速度采集装置获取隧道内的第二图像，对所述第二图像进行图像识别，确定
所述第二图像内是否存在烟气，若有，则记录识别到烟气的时间信息；
13.控制器根据所述烟气位置采集装置确定的高度信息，确定射流风机主体的上仰角度，并根据识别到烟气的两个烟气速度采集装置的位置信息以及各自识别到烟气的时间信息，确定烟气的蔓延速度；根据所述蔓延速度，确定所述射流风机主体的水平转动速度以及出口风速；
14.所述控制器根据所述上仰角度控制所述第一驱动件工作、根据所述水平转动速度控制所述第二驱动件工作、以及根据所述出口风速控制所述射流风机主体工作，以实现烟气控制。
15.在本技术的一个实施例中，所述控制器基于模糊逻辑算法，根据所述烟气位置采集装置确定的高度信息，确定射流风机的上仰角度，并根据所述蔓延速度确定所述射流风机主体的水平转动速度以及出口风速。
16.在本技术的一个实施例中，所述控制器接收远程控制指令，并根据所述远程控制指令控制移动机构进行工作，以至目标位置。
17.在本技术的一个实施例中，所述控制器根据第一个识别到烟气的所述烟气速度采集装置的位置信息，控制移动机构进行工作，以移动至目标位置。
18.在本技术的一些实施例所提供的技术方案中，托盘可转动的设置于底座上，且第一驱动件可驱动射流风机主体的出风口沿竖直方向作往复运动，第二驱动件可驱动托盘进行转动，控制器可以根据烟气位置采集装置采集的烟气位置以及烟气速度采集装置采集的烟气蔓延速度，控制第一驱动件、第二驱动件以及射流风机主体进行工作，从而针对不同火灾情况下，可以对应调整射流风机的吹风角度和风速，从而实现烟气的精确控制，保证了烟气控制效果。
19.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
20.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
21.图1示出了根据本技术的一个实施例隧道内射流风机的结构示意图。
22.图2示出了根据本技术的一个实施例的隧道内断面的区域划分示意图。
23.附图标记：
24.底座100；托盘200；第一驱动件210；射流风机主体300；烟气位置采集装置400；移动机构110。
具体实施方式
25.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本技术将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
26.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本技术的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本技术的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本技术的各方面。
27.附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
28.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
29.图1示出了根据本技术的一个实施例的隧道内射流风机的结构示意图。参照图1所示，该射流风机包括底座100、托盘200、射流风机主体300、烟气位置采集装置400以及若干烟气速度采集装置(图中未示出)。
30.其中，托盘200可转动的设置于底座100上，该托盘200可以是任意形状，例如正方形或者圆形等，该托盘200可在底座100上实现360
°
转动。射流风机主体300铰接于该托盘200上，托盘200上设置有第一驱动件210，该第一驱动件210与射流风机主体300驱动连接。该第一驱动件210可以驱动射流风机主体300的出风口沿竖直方向作往复运动，由此，根据不同烟气的高度，可以调整出风口的上仰角度，以保证烟气控制效果。具体地，该托盘200上设置有支架(图中未标注)，该射流风机主体300的中间位置铰接于该支架上，该第一驱动件210一端连接于托盘200上，另一端连接于射流风机主体300上靠近出风口的一端，由此，第一驱动件210可以通过抬升或降低射流风机主体300的端部，进而实现调节射流风机主体300的出风口的上仰角度。在一示例中，该第一驱动件210可以是气杆。
31.底座100上设置有第二驱动件(图中未示出)，该第二驱动件与托盘200驱动连接，该第二驱动件可以驱动托盘200以竖直方向为轴进行转动，进而可以带动射流风机主体300的出风口在水平方向上进行转动，由此，可以实现不同高度不同水平位置的烟气控制，提高了射流风机的适用范围。在一示例中，该第二驱动件可以是电机，通过齿轮传动以带动托盘200进行转动。
32.烟气位置采集装置400设置于底座100上，若干烟气速度采集装置沿隧道的长度方向间隔设置于隧道内，例如每间隔10m设置一个烟气速度采集装置、或者每个20米设置一个烟气速度采集装置等。底座100上设置有控制器(图中未示出)，该控制器分别与烟气位置采集装置400、烟气速度采集装置、第一驱动件210、第二驱动件以及射流风机主体300电连接，控制器可根据烟气位置采集装置400所采集的烟气位置以及烟气速度采集装置所采集的烟气蔓延速度，控制第一驱动件210、第二驱动件以及射流风机主体300工作，以进行烟气控制。需要说明的，本技术所述电连接可以是有线连接，也可以是无线连接，对此不作特殊限定。
33.在一示例中，该烟气位置采集装置400可以包括相连接的摄像头以及对应的处理单元，该摄像头可以对隧道内进行拍摄，以获取隧道内断面图像，处理单元可以对该隧道内断面图像进行图像识别，根据该隧道内断面图像中的像素值，确定是否存在烟气，具体地，
本领域技术人员可以根据在先经验预先设定对应的像素值阈值，若该图像内某一区域的像素值大于该像素值阈值，则表示该区域存在烟气。在另一示例中，除了考虑像素值以外，还可以考虑烟气区域的大小，应该理解的，烟气应该是连续且占用图像面积一定大小的，因此，可以在像素值以及区域大小满足一定条件的情况下，才判定存在烟气，从而可以提高烟气判断的准确性。
34.另外，本领域技术人员可以预先将隧道内断面划分为若干个区域，并记录每个区域的编号、位置、宽度以及高度等信息(如图2所示，预先将隧道断面划分为9个区域，分别确定每个区域的高度、位置、宽度等信息)。当对隧道内断面图像进行图像识别时，其可以识别出该隧道内断面图像中某一区域是否存在烟气，若某一区域存在烟气，则可以根据该区域的高度信息确定烟气的高度，将所确定的烟气的高度以及所处区域，作为烟气位置，以便于后续射流风机主体300的控制。
35.在一示例中，烟气速度采集装置可以包括设置于隧道内的若干摄像头及其对应的处理单元，相邻摄像头之间具有预定间隔，每个摄像头具有对应的位置信息。在实际使用过程中，烟气速度采集装置可以实时获取隧道内图像，并对该隧道内图像进行图像识别处理，以确定各摄像头所拍摄的图像中是否识别到烟气(具体识别方式可以参考前述实施例，在此不再赘述)，当确定某一图像中存在烟气后，可以记录识别到烟气的时间信息以及对应的摄像头的位置信息，控制器可以基于识别到烟气的两个烟气速度采集装置的位置信息以及各自识别到烟气的时间信息，从而可以确定烟气蔓延速度。
36.进一步地，设w1,w2,
……
,wn,w
n+1
,w
n+2
,
……
为烟气速度采集装置的设置位置，发生火灾后，烟气沿隧道蔓延，w
n+1
位置的烟气速度采集装置检测到烟气后记录烟气到达时间t
n+1
，烟气继续蔓延，到达位置w
n+4
后记录烟气到达时间t
n+4
，根据v＝(w
n+4-w
n+1
)/(t
n+4-t
n+1
)，可计算出烟气从w
n+1
到w
n+4
这段距离内的烟气蔓延速度，每个位置都会记录一个烟气到达时间，多次利用上述公式可以得到不同段的烟气蔓延速度，再对不同路段的速度变化进行分析，可以得出烟气蔓延至射流风机附近时的烟气蔓延速度，从而提高烟气蔓延速度确定的准确性。
37.由此，控制器可以根据烟气位置采集装置400所采集的烟气位置以及烟气速度采集装置所采集的烟气蔓延速度，控制第一驱动件210、第二驱动件以及射流风机主体300工作，从而实现针对性的烟气控制，保证了烟气控制效果。
38.具体地，控制器可以根据烟气位置采集装置400确定的高度信息，确定射流风机主体300的上仰角度，从而可以根据该上仰角度控制第一驱动件210工作，以使射流风机主体300能够抬升到对应角度。另外，控制器可以根据烟气蔓延速度，确定射流风机主体300的水平转动速度以及出口风速，应该理解的，烟气蔓延是一个无规则的运动，为了更好的烟气控制效果，射流风机主体300需要通过水平方向转向，将隧道断面内的烟气往同一方向进行吹散。由此，烟气蔓延速度越快，则对应的水平转动速度以及出口风速也就越快。
39.接着，控制器可以根据所确定的水平转动速度控制第二驱动件工作以使托盘200能够达到对应的水平转动速度，并根据出口风速控制射流风机主体300进行工作，以使该射流风机主体300能够达到对应的出口风速，例如可以调节通过射流风机的电流大小等。
40.在本技术的一个实施例中，控制器可以基于模糊逻辑算法，从而实现根据烟气的高度信息确定射流风机主体300的上仰角度，并根据烟气蔓延速度确定射流风机主体300的
水平转动速度以及出口风速。在一示例中，可以将烟气蔓延速度u和烟气高度信息h作为模糊逻辑算法的输入参数，射流风机主体300的出口风速v、上仰角度t以及水平转动速度u作为输出参数。
41.具体地，取烟气蔓延速度u的真实论域为{
ⅰⅱⅲⅳⅴ
}，单位m/s，模糊语言变量的各值定义如下：
42.z＝零，对应u《ⅱ烟气蔓延速度；s＝小，对应ⅰ～ⅲ烟气蔓延速度；m＝中，对应ⅱ～ⅳ烟气蔓延速度；bs＝中大，对应ⅲ～
ⅴ
烟气蔓延速度；bb＝最大，对应u》ⅳ烟气蔓延速度。
43.取烟气高度信息h的真实论域为{0 6.5}，单位m，模糊语言变量的各值定义如下：
44.z＝零，对应0～4.5m；s＝小，对应2.5～6.5m；b＝大，对应》4.5m。
45.取出口风速v的真实论域为{0 35}，单位m/s，模糊语言变量的各值定义如下：
46.z＝零，对应0～11m/s；s＝小，对应5～18m/s；m＝中，对应11～26m/s；bs＝中大，对应18～35m/s；bb＝最大，对应》26m/s。
47.取上仰角度t的真实论域为{0 60
°
}，模糊语言变量的各值定义如下：
48.z＝零，对应0～20
°
；s＝小，对应15～45
°
；b＝大，对应》40
°
。
49.取水平转动速度u的真实论域为{
ⅰⅱⅲ
}，单位rad/s，模糊语言变量的各值定义如下：
50.z＝零，对应《ⅱ转动速度等级；s＝小，对应ⅰ～ⅲ转动速度等级；b＝大，对应》ⅱ转动速度等级。
51.基于上述模糊逻辑算法，其并未计算出具体的上仰角度、出口风速以及水平转动速度的具体数值，而是确定各输出参数对应的数值区间，实现模糊计算，控制器可根据所确定的各输出参数对应的数值区间，控制对应部件进行工作，保证烟气控制效果的同时，也保证了计算效率。
52.在本技术的一个实施例中，底座100上还设置有移动机构110，该移动机构110与控制器电连接，该移动机构110用于带动底座100进行移动，从而可以实现射流风机的移动，由此，射流风机无需固定在隧道内，而是可以根据火情的不同位置，通过移动机构110移动至对应位置以实现烟气的精确控制，减少了设备的安装成本。在一示例中，该移动机构110为履带式行走底盘，控制器能够控制履带式行走底盘进行工作，以使射流风机在隧道内移动到指定位置，并且宽大的履带式行走底盘能够为射流风机提供强大的支撑力，保证射流风机在开启后的稳定性。
53.基于前述实施例，底座100内还设置有蓄电池，该蓄电池用于对各个器件进行供电，包括控制器、第一驱动件210、第二驱动件、射流风机主体300以及移动机构110。由此，该隧道内射流风机不需要外接电缆进行供电，减少了应用限制，进而扩大了移动风机的适用范围。
54.根据本技术的一个实施例，还提供了一种隧道内射流风机的控制方法，该隧道内射流风机可以是前述任一实施例所述的射流风机，该控制方法包括以下步骤：
55.s310，烟气位置采集装置400获取隧道内的第一图像，对所述第一图像进行图像识别，确定烟气在隧道断面内的区域信息，并根据所述区域信息，确定烟气的高度信息。
56.其中，本领域技术人员可以将隧道断面预先划分为若干区域，烟气位置采集装置400可以确定烟气所处的区域，从而确定烟气的高度信息。
57.s320，烟气速度采集装置获取隧道内的第二图像，对所述第二图像进行图像识别，确定所述第二图像内是否存在烟气，若有，则记录识别到烟气的时间信息；
58.s330，控制器根据烟气位置采集装置400确定的高度信息，确定射流风机主体300的上仰角度，并根据识别到烟气的两个烟气速度采集装置的位置信息以及各自识别到烟气的时间信息，确定烟气蔓延速度；根据所述烟气蔓延速度，确定射流风机主体300的水平转动速度以及出口风速；
59.s340，控制器根据上仰角度控制第一驱动件210工作，根据所述水平转动速度控制所述第二驱动件工作，以及根据所述出口风速去控制所述射流风机主体300工作，以实现烟气控制。
60.在该实施例中，托盘200可转动的设置于底座100上，且第一驱动件210可驱动射流风机主体300的出风口沿竖直方向作往复运动，第二驱动件可驱动托盘200进行转动，控制器可以根据烟气位置采集装置400采集的烟气位置以及烟气速度采集装置采集的烟气蔓延速度，控制第一驱动件210、第二驱动件以及射流风机主体300进行工作，从而针对不同火灾情况下，可以对应调整射流风机的吹风角度和风速，从而实现烟气的精确控制，保证了烟气控制效果。
61.在本技术的一个实施例中，所述控制器基于模糊逻辑算法，根据所述烟气位置采集装置400确定的高度信息，确定射流风机主体300的上仰角度，并根据所述烟气蔓延速度确定所述射流风机主体300的水平转动速度以及出口风速。
62.在本技术的一个实施例中，所述控制器接收远程控制指令，并根据所述远程控制指令控制移动机构110进行工作，以移动至目标位置。
63.在该实施例中，在实际使用中，用户可以通过远程控制设备向控制器发送远程控制指令，控制器可以接收该远程控制指令，并根据该远程控制指令控制移动机构110进行工作，例如前进、后退、左转、右转等，以将射流风机移动至目标位置。由此，通过对射流风机的远程控制，可以根据实际火场情况，将射流风机移动至对应位置，保证了烟气控制效果。
64.在本技术的另一个实施例中，所述控制器根据第一个识别到烟气的所述烟气速度采集装置的位置信息，控制移动机构110进行工作，以移动至目标位置。
65.在该实施例中，除了远程控制以外，控制器也可以根据第一个识别到烟气的烟气速度采集装置的位置信息，确定发生火情的位置，进而控制移动机构110进行工作，以使射流风机移动至目标位置，以实现射流风机的自动控制。
66.需要说明的，对于本技术方法实施例中未披露的细节，可以参考本技术上述的隧道内射流风机的实施例，本技术在此不再赘述。
67.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
68.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特
征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
70.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
71.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求来限制。