室内自主消防联动系统及方法

本发明涉及消防系统，具体地，涉及一种室内自主消防联动系统及方法。

背景技术：

1、随着社会信息化程度的不断提高，工业智能化和社会智能化的相互促进，诸如无人仓储、无人车间一类高度自动化的无人作业区在大幅提升生产效率的同时，由于规模大、重资产、无人值守等特点，其消防安全问题尤为重要。对于室内停车场等无人值守且无法及时处理火情的大型场景，需要配备具有全天候火情监测和自主灭火能力的系统。传统的消防手段，如喷淋装置和消防水炮，需要铺设大量管道，存在建设与维护成本高昂、火场存在浸泡损失等问题。此外，室内火灾产生大量有毒有害气体，不利于非专业人员实施灭火。

2、因此，急需提供一种低成本、全天候监测、自动且精准灭火的室内消防系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种室内自主消防联动系统，该室内自主消防联动系统能够实时监控和精准灭火。

2、本发明的另一个目的是提供一种室内自主消防联动方法，该室内自主消防联动方法高效可靠，大大降低了人员伤亡和财产损失。

3、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种室内自主消防联动系统，该室内自主消防联动系统包括多个分布于室内场景的火情感知单元、灭火装置电控单元和消防机器人，每个火情感知单元和灭火装置电控单元的表面或附近附着设置有二维码，二维码用于记录各单元内无线通讯模块的节点信息，并且，场景内的节点信息具有唯一性；

4、火情感知单元包括火情探测模块、报警模块和无线通讯模块，报警模块用于消防报警，火情探测模块用于监测火情信息和控制报警模块工作，无线通讯模块用于无线通讯，并且设置为能够控制报警模块工作；其中，无线通讯模块对报警模块的控制优先级高于火情探测模块对报警模块的控制优先级；

5、灭火装置电控单元包括电控模块、无线通讯模块和灭火装置，其中，电控模块用于接收来自同单元无线通讯模块的控制信号，进而控制灭火装置工作；

6、消防机器人包括定位与导航模块、消防模块和无线通讯模块，其中，定位与导航模块用于室内场景的重建、自身定位、避障和路径规划，至少包括相机、雷达、惯性导航系统和gps；无线通讯模块用于接收和发送信息，消防模块用于执行灭火作业。

7、优选地，所述消防机器人为移动式机器人。

8、优选地，火情探测模块检测的火情信息包括烟雾浓度和/或可燃性气体浓度，火情探测模设置为当任意浓度达到危险值时能够控制同单元报警模块工作。

9、优选地，火情感知单元、灭火装置电控单元和消防机器人中的无线通讯模块均设置为能够相互间组网通讯，以共同构建室内无线网络。

10、本发明另一方面提供一种室内自主消防联动方法，该室内自主消防联动方法使用上述的室内自主消防联动系统进行室内自主消防联动。

11、优选地，该室内自主消防联动方法包括：

12、s1、在系统部署阶段或系统更新阶段，消防机器人通过定位与导航模块完成点云和节点地图的构建；消防机器人基于定位与导航模块实时获取slam系统中的机器人位姿，并构建点云地图，同时，定位与导航模块使用相机识别二维码并获取节点信息，优化求解二维码坐标系与相机坐标系之间的相对位姿，再基于节点信息、二维码坐标系与相机坐标系之间的相对位姿和当前相机坐标系与世界坐标系之间的相对位姿，计算并保存二维码角点中心的世界坐标，将二维码角点中心的世界坐标记为节点坐标，该节点坐标即对应火情感知单元或灭火装置电控单元的安装位置，所述当前相机坐标系与世界坐标系之间的相对位姿来源于定位与导航模块的slam功能；

13、s2、火情感知单元通过单元内无线通讯模块经室内无线网络定期上报火情节点状态信息至消防机器人，消防机器人在巡检过程中基于定位与导航模块实时获取slam系统中机器人位姿，每次巡检启动之前需进行重定位，在巡检过程中可更新室内场景点云地图和节点坐标；

14、s3、消防机器人基于火情感知单元上报的火情节点状态信息，将对应节点坐标标记为火源坐标，并通过机载无线通讯模块经室内无线网络下发相应指令，控制火源坐标周围的火情感知单元提升上报频率以及灭火装置电控单元执行灭火；

15、s4、消防机器人依据室内场景点云地图、火源坐标、火情节点状态信息、机器人自身位姿规划灭火路径，并基于定位与导航模块实时调整路径直至到达火源坐标附近，此过程中持续更新室内场景点云地图；最后，由消防模块执行消防灭火工作。

16、优选地，在s2中，火情感知单元内无线通讯模块上报的火情节点状态信息至少包括节点信息、烟雾浓度和/或可燃性气体浓度及对应的时间戳，并且，设置为当火情探测模块监测烟雾浓度和/或可燃性气体浓度监测到危险值时，控制报警模块执行消防报警，同时提高火情节点状态信息上报频率。

17、优选地，灭火路径规划的原则包括：

18、情况1、当场景内有一个或多个消防机器人且只有一个火源坐标时，消防机器人基于室内场景点云地图、火源坐标和机器人自身位姿确定灭火路径；

19、情况2、当场景内只有一个消防机器人和多处火源坐标时，消防机器人基于火源坐标和机器人自身位姿规划全部灭火路径，并选取优先灭火路径；当每个到达火源坐标被扑灭后，消防机器人将重新规划全部灭火路径并再次选取优先灭火路径，以此类推，直至满足情况1；

20、情况3、当场景内有多个消防机器人和多处火源坐标，且消防机器人数量小于火源坐标数量时，通过k-mean方法将火源坐标划分为k组，k表示消防机器人的数量，再根据消防机器人到火源聚簇的平均灭火路径最短为优先原则，为每个消防机器人逐个分配火源聚簇；当消防机器人所负责的火源聚簇包含一个火源坐标时，按照情况1处理；当消防机器人所负责的火源聚簇包含多个火源坐标时，按照情况2处理；当消防机器人所负责的火源聚簇被扑灭后，消防机器人将协助最临近的消防机器人灭火，以此类推，直至满足情况1；

21、情况4、当场景内有多个消防机器人和多处火源坐标，且消防机器人数量大于火源坐标数量时，通过k-mean方法将消防机器人划分为s组，s表示火源的数量，再根据聚簇内消防机器人的平均灭火路径最短为优先原则，为每个火源逐个分配消防机器人聚簇；当消防机器人聚簇包含多个消防机器人时，按照情况3处理；当消防机器人聚簇所负责的火源被扑灭后，消防机器人将协助最临近的消防机器人聚簇灭火，以此类推，直至满足情况1。

22、优选地，优先灭火路径表示消防机器人应该首先到达的火源坐标对应的路径，其选取原则基于全部火源坐标对应的最新烟雾浓度和/或可燃性气体浓度以及首次达到报警浓度值的时间戳；其中，

23、按照首次达到报警浓度值的时间戳由先到后的顺序排列全部灭火路径，获得灭火路径表a；按照最新烟雾浓度和/或可燃性气体浓度由高到低的顺序排列全部灭火路径，获得灭火路径表b；按照移动路径的距离由短到长的顺序排列全部灭火路径，获得灭火路径表c；优先灭火路径选取过程如下：

24、当灭火路径表a第一个时间戳与最后一个时间戳相差值小于n时，取灭火路径表c的首个路径作为优先灭火路径；

25、当灭火路径表a第一个时间戳与最后一个时间戳相差值大于等于n时，首先判断灭火路径表b与灭火路径表a的排序相似度，当排序相似度高于m％时，取灭火路径表b的首个路径作为优先灭火路径；当排序相似度小于等于m％时，取灭火路径表a的首个路径作为优先灭火路径。

26、优选地，n和m％取决于场景大小、火情感知单元的安装密度以及消防机器人移动能力和可活动路径范围。

27、根据上述技术方案，该系统首先利用消防机器人通过定位与导航模块构建室内场景点云地图，并基于二维码确定火情感知单元或灭火装置电控单元的安装位置；其次，火情感知单元定期上报火情节点状态信息至消防机器人，且消防机器人每次巡检时更新室内场景点云地图；之后，消防机器人基于接收的火情节点状态等信息标记火源坐标，并通过机载无线通讯模块下发指令控制火情感知单元和灭火装置电控单元；最后，消防机器人根据室内场景点云地图、火源坐标等信息规划灭火路径，并实时调整路径直至到达火源附近并执行灭火工作。该系统可以适应室内复杂多变的室内环境，在火灾发生初期及时感知并进行指向性灭火作业，降低人员伤亡与财产损失。

28、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种室内自主消防联动系统，其特征在于，所述室内自主消防联动系统包括多个分布于室内场景的火情感知单元、灭火装置电控单元和消防机器人，每个火情感知单元和灭火装置电控单元的表面或附近设置有二维码，二维码用于记录各单元内无线通讯模块的节点信息，并且，场景内的节点信息具有唯一性；

2.根据权利要求1所述的室内自主消防联动系统，其特征在于，所述消防机器人为移动式机器人。

3.根据权利要求1所述的室内自主消防联动系统，其特征在于，火情探测模块检测的火情信息包括烟雾浓度和/或可燃性气体浓度，火情探测模设置为当任意浓度达到危险值时能够控制同单元报警模块工作。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的室内自主消防联动系统，其特征在于，火情感知单元、灭火装置电控单元和消防机器人中的无线通讯模块均设置为能够相互间组网通讯，以共同构建室内无线网络。

5.一种室内自主消防联动方法，其特征在于，所述室内自主消防联动方法使用如权利要求1-4中任意一项所述的室内自主消防联动系统进行室内自主消防联动。

6.根据权利要求5所述的室内自主消防联动方法，其特征在于，所述室内自主消防联动方法包括：

7.根据权利要求6所述的室内自主消防联动方法，其特征在于，在s2中，火情感知单元内无线通讯模块上报的火情节点状态信息至少包括节点信息、烟雾浓度和/或可燃性气体浓度及对应的时间戳，并且，设置为当火情探测模块监测烟雾浓度和/或可燃性气体浓度监测到危险值时，控制报警模块执行消防报警，同时提高火情节点状态信息上报频率。

8.根据权利要求6或7所述的室内自主消防联动方法，其特征在于，灭火路径规划的原则包括：

9.根据权利要求8所述的室内自主消防联动方法，其特征在于，优先灭火路径表示消防机器人应该首先到达的火源坐标对应的路径，其选取原则基于全部火源坐标对应的最新烟雾浓度和/或可燃性气体浓度以及首次达到报警浓度值的时间戳；其中，

10.根据权利要求9所述的室内自主消防联动方法，其特征在于，n和m％取决于场景大小、火情感知单元的安装密度以及消防机器人移动能力和可活动路径范围。

技术总结
本发明公开一种室内自主消防联动系统及方法。该系统中火情感知单元包括火情探测模块、报警模块和无线通讯模块，报警模块用于消防报警，火情探测模块用于监测火情信息和控制报警模块工作，无线通讯模块用于无线通讯，并且设置为能够控制报警模块工作；无线通讯模块对报警模块的控制优先级高于火情探测模块；灭火装置电控单元包括电控模块、无线通讯模块和灭火装置，电控模块用于接收来自同单元无线通讯模块的控制信号，进而控制灭火装置工作；消防机器人包括定位与导航模块、消防模块和无线通讯模块，定位与导航模块用于室内场景的重建、自身定位、避障和路径规划，无线通讯模块用于接收和发送信息，消防模块用于灭火。其能够实时监控和精准灭火。

技术研发人员：李倩,陈付龙,张文悉,罗会武,姜晨雨,汪玉叶,郑健
受保护的技术使用者：安徽师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23