高层建筑火情定位系统与方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及一种高层建筑火情定位系统与方法。
[0003]
【背景技术】
[0004] 随着城镇化进程的开展，各大中城市用地日趋紧张，为提升土地利用率，城市规划 者将建设高层建筑视为解决该问题的一条有效途径。居民楼、商业楼、办公大楼，各种用途 的高层建筑已经成为城市设计师的首选，成为城市地标性建筑。在将来较长的一段时间之 内，高层建筑将成为各大中城市建筑的主要形式，居民住宅也将以高层住宅的形式出现。但 是，在节约用地的同时，这些高层建筑也带来了极大的安全隐患。从近年来发生的许多建筑 火灾事故来看，高层建筑一旦发生火灾，极易造成相当严重的人员伤亡和经济损失。据统 计，2007年至2008年，我国共发生高层建筑火灾990起，直接经济损失达到3. 3亿元人民 币。高层建筑火灾最直接的成因是火源因素。生活或生产用火不慎，电气设备设计、安装、 使用、维护不当，自燃、静电等自然灾害事故，也有部分人为纵火、小孩玩火的因素。高层建 筑火灾的主要特点大致如下 ： (1)高层建筑火灾蔓延速度快 高层建筑由于向高空发展，坚向井道多，如楼梯间、电梯间、电缆井、管道井等，易形成 坚向的"烟@效应"，造成火势蔓延途径多、速度快。而火灾坚向蔓延的速度比水平蔓延速度 快5倍。
[0005] (2)高层建筑火灾扑救困难大 高层建筑结构复杂，空间体积大，给消防灭火带来特殊困难。特别是楼内堆积大量可燃 物，通风条件差，容易形成大量烟雾。当火沿着建筑内空间发展时，消防人员会因烟雾阻碍 和垂直攀登距离过长而延误战机；当火沿建筑外墙向上蔓延时，消防人员往往会因消防云 梯高度不够和供水不足而无法扑灭升腾的火焰。高层居住建筑高度大，消防登高车辆举高 有限，难以从外部实施火灾扑救。
[0006] 目前，我国消防登高车的最大举高101米，也仅有一辆，而北京、上海等大城市超 过百米的高层建筑数量增多，一旦发生火灾很难实施外部快速扑救。而受限于人体体力限 制，消防队员在配备装备的条件下，体力能够支持到达20层的高度，但是无法维持后续灭 火工作所需体力，会对消防员以及被营救人员造成极大危害。同时也很可能无法满足当前 高层建筑的灭火要求。
[0007] (3)高层建筑火灾持续时间长，损失大 高层建筑内设备及构件多，一旦失火，燃烧时间将会很长。在长时间高温作用下，钢筋 混凝土构件和钢结构虽然不能燃烧，但长时间高温作用导致材料强度、刚度降低，建筑遭受 破坏产生开裂而发生整体或局部倒塌，造成严重财产损失和人员伤亡。居民住宅楼内在有 限空间堆放大量的家用电器、衣物及家具，加之装饰采用的大量易燃材料，发生火灾后，物 资移动困难，财物损失严重。高层写字楼内部装修多采用木质材料和有机塑料制品，再加上 堆积如山的文件档案，还有打印、复印、传真耗材等，可燃物多，火灾荷载大，只要有一个小 小的火星即可能酿成一场火灾。
[0008] 实现高层建筑火情的准确定位，是控制高层建筑火情、扑灭火灾的关键。
[0009]
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种高层建筑火情定位系统与方法，能够为灭火和救援系 统提供准确的引导信息，为灭火弹的发射提供准确的着火点位置和距离信息。
[0011] 为解决上述问题，本发明提供一种高层建筑火情定位系统，包括： 探测器，包括激光测距仪、红外热像仪和可见光摄像仪，其中，所述激光测距仪用于测 量火情点的距离信息，所述红外热像仪用于探测火情点的温度场分布情况并拍摄视场内的 红外图像，可见光摄像仪用于拍摄火情点的高帧频可见光图像； 二维调苄基座，用于承载所述探测器，并根据人机交互模块的指令调整探测器的光轴 指向火情点； 信息融合及处理模块，用于从所述探测器获取火情点的距离信息、红外图像和可见光 图像并发送到人机交互模块，并对获取到的红外图像和可见光图像进行融合得到融合后的 图像并发送到人机交互模块，对获取到的火情点的距离信息、红外图像和可见光图像进行 分析得到火情点的视线角和实际距离信息并发送到人机交互模块； 人机交互模块，用于向所述二维调苄基座发送调整探测器的光轴指向火情点的指令， 及从信息融合及处理模块接收并显示火情点的距离信息、红外图像、可见光图像、融合后的 图像、火情点的视线角和实际距离信息。
[0012] 进一步的，在上述系统中，所述红外热像仪采用基于非制冷长红外焦平面探测器 的红外像仪。
[0013] 进一步的，在上述系统中，所述基于非制冷长红外焦平面探测器的波段为8~ 14 μ m〇
[0014] 进一步的，在上述系统中，所述可见光摄像仪采用基于CMOS的可见光摄像仪。
[0015] 进一步的，在上述系统中，所述信息融合及处理模块还用于对火情点的距离信息、 红外图像、可见光图像、融合后的图像、火情点的视线角和实际距离信息分析得到灭火方案 并发送到人机交互模块； 所述人机交互模块还用于显示所述灭火方案。
[0016] 进一步的，在上述系统中，所述红外热像仪和可见光摄像仪采用至少30°的圆视 场。
[0017] 根据本发明的另一面，提供一种高层建筑火情定位方法，采用上述的高层建筑火 情定位系统，所述方法包括： 人机交互模块向二维调苄基座发送调整探测器的光轴指向火情点的指令； 二维调苄基座根据人机交互模块的指令调整探测器的光轴指向火情点； 所述激光测距仪测量火情点的距离信息，所述红外热像仪，探测火情点的温度场分布 情况并拍摄视场内的红外图像，可见光摄像仪拍摄火情点的高帧频可见光图像； 信息融合及处理模块从所述探测器获取火情点的距离信息、红外图像和可见光图像并 发送到人机交互模块，并对获取到的红外图像和可见光图像进行融合得到融合后的图像并 发送到人机交互模块，对获取到的火情点的距离信息、红外图像和可见光图像进行分析得 到火情点的视线角和实际距离信息并发送到人机交互模块； 人机交互模块从信息融合及处理模块接收并显示火情点的距离信息、红外图像、可见 光图像、融合后的图像、火情点的视线角和实际距离信息。
[0018] 进一步的，在上述方法中，人机交互模块从信息融合及处理模块接收并显示火情 点的距离信息、红外图像、可见光图像、融合后的图像、火情点的视线角和实际距离信息的 步骤之后还包括， 所述信息融合及处理模块对火情点的距离信息、红外图像、可见光图像、融合后的图 像、火情点的视线角和实际距离信息分析得到灭火方案并发送到人机交互模块； 所述人机交互模块还用于显示所述灭火方案。
[0019] 进一步的，在上述方法中，所述信息融合及处理模块对获取到的火情点的距离信 息、红外图像和可见光图像进行分析得到火情点的视线角和实际距离信息的步骤中，包括 所述信息融合及处理模块通过二值图像质心法或灰度加权质心法从红外图像和可见光图 像中提取的火情点中心。
[0020] 与现有技术相比，本发明通过激光测距仪、红外热像仪、可见光摄像仪、二维调节 基座、信息融合及处理模块和人机交互模块，能够为灭火和救援系统提供准确的引导信息， 为灭火弹的发射提供准确的着火点位置和距离信息，快速对着火点进行准确定位，适用于 烟雾较大、距离远、蔓延快和楼层高的火情的定位。
[0021]
【附图说明】
[0022] 图1是本发明一实施例的高层建筑火情定位系统的组成框图； 图2是本发明一实施例的火情点坐标计算图； 图3a是本发明一实施例的lkm最大斜距约束下的最近地面距离火情点分析图； 图3b是本发明一实施例的500m高度监测约束下的最近地面距离火情点分析图； 图4是本发明一实施例的最远地面距离火情点分析图； 图5a为本发明的火情点成像目标中心提取图之一； 图5b为本发明的火情点成像目标中心提取图之二。
[0023]
【具体实施方式】
[0024] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0025] 实施例一 如图1所示