基于物联网的工业建筑火灾预警和灾情分析方法及系统与流程

本发明属于建筑火灾数据分析，具体涉及基于物联网的工业建筑火灾预警和灾情分析方法及系统。

背景技术：

1、随着整个工业自动化程度的提高，越来越多的工业建筑开始更为细致的规划其上部空间的功能，提高土地的利用效率；但这也给工业建筑，包括公共建筑中存放专有能源动力设备的空间，造成了消防安全隐患。对于制造业而言，由于外部需量的变化，整个物料及产品的堆积、贮存状态时常发生较大的改变，传统依赖人力抽查工业建筑运行是否满足消防等设计规范的手段不太适合防范物流与生产过程中随机的火灾隐患，但由于工业建筑并没有建设实时的火灾仿真系统且缺少与相关物联网系统的关联，因此目前工业建筑缺乏火灾演化的预警推断能力，无法准确的进行火灾的监测预警。在无法准确识别灾情前提下，从而无法实现定点灭火，效率较低，不能够满足工业建筑的防火需求。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本技术提供基于物联网的工业建筑火灾预警和灾情分析方法及系统。

2、第一方面本技术提出了基于物联网的工业建筑火灾预警和灾情分析方法，包括以下步骤：

3、发送灾情分析预警指令，物联网系统接收指令后打开工业建筑内所有排烟管道；

4、通过工业建筑内的物联网系统管控的传感器获取所有排烟管道的监测数据，通过排烟管道的监测数据对工业建筑中所有排烟管道的流量进行模拟计算，得到各个排烟管道对应的实时排烟模拟计算结果，若所述实时排烟模拟计算结果均小于预设排烟阈值，则不触发烟雾报警指令，反之则触发烟雾报警指令；

5、获取触发烟雾报警指令对应区域的工业建筑光学频谱数据，通过所述工业建筑光学频谱数据进行区域光谱识别，得到目标区域光谱识别结果，根据所述目标区域光谱识别结果确定目标区域的温度，如果目标区域的温度小于温度阈值，则不触发火灾报警指令，反之则触发火灾报警指令；

6、通过工业建筑内的物联网系统管控的摄像机获取目标区域的所有实时监控影像，对所有实时监控影像进行明焰影像分析，获取明焰区域影像，通过几何空间模型对明焰区域影像进行位置分析，得到发生火灾的明焰位置。

7、在一些实施例中，所述通过工业建筑内的物联网系统管控的传感器获取所有排烟管道的监测数据，通过排烟管道的监测数据对工业建筑中所有排烟管道的流量进行模拟计算，得到各个排烟管道对应的实时排烟模拟计算结果，若所述实时排烟模拟计算结果均小于预设排烟阈值，则不触发烟雾报警指令，反之则触发烟雾报警指令；包括：

8、获取的监测数据为：排烟管道排烟速率和烟道口尺寸；

9、计算所述工业建筑内的各排烟管道的烟雾模拟流量：

10、

11、其中，表示该排烟管道的烟雾模拟流量计算结果，表示排烟管道排烟速率，表示烟道口尺寸，表示排烟管道编号；

12、若所有所述烟雾模拟流量计算结果均小于预设排烟量，则不触发烟雾报警指令，若存在任一所述烟雾模拟流量计算结果大于预设排烟量，则触发烟雾报警指令，同时判定触发烟雾报警指令的排烟管道的所在区域为触发烟雾报警指令对应区域。

13、在一些实施例中，所述获取触发烟雾报警指令对应区域的工业建筑光学频谱数据，通过所述工业建筑光学频谱数据进行区域光谱识别，得到目标区域光谱识别结果，根据所述目标区域光谱识别结果确定目标区域的温度，如果目标区域的温度小于温度阈值，则不触发火灾报警指令，反之则触发火灾报警指令；包括：

14、对所述光学频谱数据进行校正处理得到校正光谱辐射亮度结果；

15、根据所述校正光谱辐射亮度结果对应的样本光谱构成样本光谱矩阵，对所述样本光谱矩阵进行线性变换，从而构造光谱特征函数；

16、求解所述光谱特征函数得到光谱特征，根据所述光谱特征确定当前时刻在多个光谱辐射亮度下的目标区域真温，得到目标区域的温度；

17、将目标区域的温度与预设温度阈值进行比对，如果目标区域的温度小于所述预设温度阈值，则不触发火灾报警指令，反之则触发火灾报警指令。

18、在一些实施例中，所述通过工业建筑内的物联网系统管控的摄像机获取目标区域的所有实时监控影像，对所有实时监控影像进行明焰影像分析，获取明焰区域影像，包括：

19、获取触发火灾报警指令的目标区域的实时监控影像；

20、判断所述实时监控影像是否满足空间色彩阈值约束，若所述实时监控影像满足所述空间色彩阈值约束，则确定所述实时监控影像内存在明焰，此时对所述实时监控影像进行明焰影像预处理，得到初级明焰影像；

21、对所述初级明焰影像进行频域变换得到明焰影像频谱图，计算所述明焰影像频谱图的平均灰度值和标准差，并通过计算结果剔除伪火灾影像，得到明焰区域影像。

22、在一些实施例中，所述通过几何空间模型对明焰区域影像进行位置分析，得到发生火灾的明焰位置，包括：

23、通过加速特征提取算法对所述明焰区域影像进行特征点提取，得到明焰区域影像特征点，并对采用特征匹配算法对多个带有明焰区域影像特征点的明焰区域影像进行优化匹配，得到优化匹配点；

24、根据仿射几何空间模型计算所述优化匹配点的深度值，得到优化匹配点三维空间坐标，确定发生火灾的明焰位置。

25、第二方面本技术提出了基于物联网的工业建筑火灾预警和灾情分析系统，包括灾情分析预警指令控制模块、烟雾报警指令控制模块、火灾报警指令控制模块和灾情分析预警模块；

26、所述灾情分析预警指令控制模块，用于发送灾情分析预警指令，物联网系统接收指令后打开工业建筑内所有排烟管道；

27、所述烟雾报警指令控制模块，用于通过工业建筑内的物联网系统管控的传感器获取所有排烟管道的监测数据，通过排烟管道的监测数据对工业建筑中所有排烟管道的流量进行模拟计算，得到各个排烟管道对应的实时排烟模拟计算结果，若所述实时排烟模拟计算结果均小于预设排烟阈值，则不触发烟雾报警指令，反之则触发烟雾报警指令；

28、所述火灾报警指令控制模块，用于获取触发烟雾报警指令对应区域的工业建筑光学频谱数据，通过所述工业建筑光学频谱数据进行区域光谱识别，得到目标区域光谱识别结果，根据所述目标区域光谱识别结果确定目标区域的温度，如果目标区域的温度小于温度阈值，则不触发火灾报警指令，反之则触发火灾报警指令；

29、所述灾情分析预警模块，用于通过工业建筑内的物联网系统管控的摄像机获取目标区域的所有实时监控影像，对所有实时监控影像进行明焰影像分析，获取明焰区域影像，通过几何空间模型对明焰区域影像进行位置分析，得到发生火灾的明焰位置。

30、在一些实施例中，所述烟雾报警指令控制模块包括数据监测单元、流量模拟计算单元和烟雾报警指令触发单元；

31、所述数据监测单元，用于获取排烟管道排烟速率和烟道口尺寸的监测数据；

32、所述流量模拟计算单元，用于计算所述工业建筑内的各排烟管道的烟雾模拟流量：

33、

34、其中，表示该排烟管道的烟雾模拟流量计算结果，表示排烟管道排烟速率，表示烟道口尺寸，表示排烟管道编号；

35、所述烟雾报警指令触发单元，用于判断若所有所述烟雾模拟流量计算结果均小于预设排烟量，则不触发烟雾报警指令，若存在任一所述烟雾模拟流量计算结果大于预设排烟量，则触发烟雾报警指令，同时判定触发烟雾报警指令的排烟管道的所在区域为触发烟雾报警指令对应区域。

36、在一些实施例中，所述火灾报警指令控制模块包括光学频谱数据预处理单元、光谱特征函数构建单元、目标区域温度获取单元和火灾报警指令触发单元；

37、所述光学频谱数据预处理单元，用于对所述光学频谱数据进行校正处理得到校正光谱辐射亮度结果；

38、所述光谱特征函数构建单元，用于根据所述校正光谱辐射亮度结果对应的样本光谱构成样本光谱矩阵，对所述样本光谱矩阵进行线性变换，从而构造光谱特征函数；

39、所述目标区域温度获取单元，用于求解所述光谱特征函数得到光谱特征，根据所述光谱特征确定当前时刻在多个光谱辐射亮度下的目标区域真温，得到目标区域的温度；

40、所述火灾报警指令触发单元，用于将目标区域的温度与预设温度阈值进行比对，如果目标区域的温度小于所述预设温度阈值，则不触发火灾报警指令，反之则触发火灾报警指令。

41、在一些实施例中，所述灾情分析预警模块包括实时监控影像获取单元、明焰影像预处理单元和明焰区域影像获取单元。

42、所述实时监控影像获取单元，用于获取触发火灾报警指令的目标区域的实时监控影像；

43、所述明焰影像预处理单元，用于判断所述实时监控影像是否满足空间色彩阈值约束，若所述实时监控影像满足所述空间色彩阈值约束，则确定所述实时监控影像内存在明焰，此时对所述实时监控影像进行明焰影像预处理，得到初级明焰影像；

44、所述明焰区域影像获取单元，用于对所述初级明焰影像进行频域变换得到明焰影像频谱图，计算所述明焰影像频谱图的平均灰度值和标准差，并通过计算结果剔除伪火灾影像，得到明焰区域影像。

45、在一些实施例中，所述灾情分析预警模块还包括明焰坐标计算单元和明焰位置确定单元；

46、所述明焰坐标计算单元，用于通过加速特征提取算法对所述明焰区域影像进行特征点提取，得到明焰区域影像特征点，并对采用特征匹配算法对多个带有明焰区域影像特征点的明焰区域影像进行优化匹配，得到优化匹配点；

47、所述明焰位置确定单元，用于根据仿射几何空间模型计算所述优化匹配点的深度值，得到优化匹配点三维空间坐标，确定发生火灾的明焰位置。

48、本发明的有益效果：

49、本方案基于物联网系统进行烟雾模拟计算实现火灾仿真，同时通过光谱温度进行灾情预警，最后通过影像分析和几何位置计算精确分析出火灾明焰位置，实现火灾演化的逐步预警推断能力，准确的进行火灾监测预警，在准确识别灾情前提下，从而协助消防人员实现定点灭火，满足工业建筑的防火需求。