一种前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统论文和设计-陈琪

全文摘要

本实用新型公开了一种前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统，包括探测终端和监控终端，探测终端包括热辐射阵列传感器、可见光摄像机、外部报警数据接口模块、信号复合处理传输模块；监控终端包括数据传输模块、数据储存处理器及显示单元，信号复合处理传输模块与热辐射阵列传感器、可见光摄像机和外部报警数据接口模块连接；信号复合处理传输模块将可见光摄像机得到的图像融合，将温度信号显示在可见光视频图像中；信号复合处理传输模块与数据传输模块连接；在探测终端内设有人工智能系统，根据探测终端的信号智能识别监控对象中的影响温度测量的敏感因素，做出温度补偿，并根据监控场景各个区域的温度变化周期，实时的调整温度报警策略。

主设计要求

1.一种前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统，包括探测终端和监控终端，其特征在于：探测终端包括热辐射阵列传感器、可见光摄像机、外部报警数据接口模块、信号复合处理传输模块；探测终端是一组或是N组，监控终端包括数据传输模块、数据储存处理器及显示单元，信号复合处理传输模块与热辐射阵列传感器、可见光摄像机和外部报警数据接口模块连接；信号复合处理传输模块将可见光摄像机得到的图像融合，将温度信号显示在可见光视频图像中；信号复合处理传输模块与数据传输模块连接；在探测终端内设有人工智能系统，根据探测终端的信号智能识别监控对象中的影响温度测量的敏感因素，做出温度补偿，并根据监控场景各个区域的温度变化周期，实时的调整温度报警策略。

设计方案

2.根据权利要求1所述的前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统，其特征在于：影响温度测量的敏感因素包括：材质、距离。

3.根据权利要求1所述的前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统，其特征在于：探测终端是N组，每个组为一个探测单元区域，每个探测单元区域的探测数值以单元网格列阵的形式复合在视频图像上实时显示，每个网格中的变化的数值对应该区域的实时平均温度值或热辐射量值，且每个网格代表的单元区域的探测位置与视频图像所示的位置相对应和匹配，信号复合处理传输模块将每个网格温度融合显示在对应位置的可见光图像中。

4.根据权利要求1所述的前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统，其特征在于：热辐射阵列传感器结构为红外光敏元列阵和透镜组成的传感器，通过透镜的聚焦作用使传感器的每个光敏元对应探测每个探测区域的红外辐射计量，并转化为电信号，最终以探测区域的平均温度或热辐射量数值的形式，供监测监控终端处理和列阵显示，其透镜与可见光摄像机透镜匹配，保证热辐射传感器阵列每个探测区域探测的实际位置与视频图像显示的位置一致。

5.根据权利要求1所述的前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统，其特征在于：可见光摄像机是普通摄像机或是全景摄像机。

6.根据权利要求1所述的前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统，其特征在于：外部报警数据接口模块是将烟感、一氧化碳、过载、短路、线感温度信号接入并转换成系统统一数据格式向监控终端传输外部报警信号的接口装置。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种火灾报警系统，具体说是一种前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统。

背景技术

目前，常用的火灾报警系统采用的探测技术主要有烟感探测、一氧化碳探测、火焰探测、感温探测等，这些技术虽然成熟廉价，但由于无法非接触探测物体的温度变化，而火灾发生过程通常是从温度升高开始，同时或逐步产生烟雾或明火现象，而且无论何种火灾过程，温度升高是火灾必备因素，所以一般探测技术在火灾发生后才能发出警报，且误报率较高可靠性较低。而无论是闪燃、着火、自燃、爆炸等燃烧种类，其引发的必要条件之一均与适当的温度有关，起火点温度升高是导致火灾的主要因素，所以监测和控制易燃物周围的温度场是预防火灾隐患和火灾早期探测最敏感、最可靠的技术。现有的红外热成像火灾探测技术，通过电视屏或监视器显示被测目标的红外热像图，虽然直观可靠，但成本高昂。现有的可视化相阵火灾报警系统中，探测终端不具有视频图像融合功能，监控终端接受到的均是单一的视频图像信号；而且没有人工智能功能，监控终端不能对探测信号进行归类分析，影响火灾预警的准确性。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统，设有人工智能系统，可以根据监控场景智能识别监控对象的材质距离等影响温度测量的敏感因素，做出温度补偿，也可以根据监控场景各个区域的温度变化周期，实时的调整温度报警策略，以达到更好的预警效果。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统，包括探测终端和监控终端，其特征在于：探测终端包括热辐射阵列传感器、可见光摄像机、外部报警数据接口模块、信号复合处理传输模块；探测终端是一组或是N组，监控终端包括数据传输模块、数据储存处理器及显示单元，信号复合处理传输模块与热辐射阵列传感器、可见光摄像机和外部报警数据接口模块连接；信号复合处理传输模块将可见光摄像机得到的图像融合，将温度信号显示在可见光视频图像中；信号复合处理传输模块与数据传输模块连接；在探测终端内设有人工智能系统，根据探测终端的信号智能识别监控对象中的影响温度测量的敏感因素，做出温度补偿，并根据监控场景各个区域的温度变化周期，实时的调整温度报警策略。

进一步，影响温度测量的敏感因素包括：材质、距离。可见光摄像机是普通摄像机或是全景摄像机。

进一步，多数情况下，探测终端是N组，每个组为一个探测单元区域，每个探测单元区域的探测数值以单元网格列阵的形式复合在视频图像上实时显示，每个网格中的变化的数值对应该区域的实时平均温度值或热辐射量值，且每个网格代表的单元区域的探测位置与视频图像所示的位置相对应和匹配，信号复合处理传输模块将每个网格温度融合显示在对应位置的可见光图像中。

热辐射阵列传感器结构为红外光敏元列阵和透镜组成的传感器，通过透镜的聚焦作用使传感器的每个光敏元对应探测每个探测区域的红外辐射计量，并转化为电信号，最终以探测区域的平均温度或热辐射量数值的形式，供监测监控终端处理和列阵显示，其透镜与可见光摄像机透镜匹配，保证热辐射传感器阵列每个探测区域探测的实际位置与视频图像显示的位置一致。

外部报警数据接口模块是将烟感、一氧化碳、过载、短路、线感温度信号接入并转换成系统统一数据格式向监控终端传输外部报警信号的接口装置。可以是接入一路信号或接入N路信号，其信号可以经过复合信号传输模块与视频信号及热辐射阵列传感器信号通过一路信号线传输至监控终端，也可以单独一路传输至监控终端。

复合信号传输模块是具备将热辐射阵列传感器、可见光摄像机、外部报警数据接口模块的信号经处理后能够合并至一路信号线传输到探测终端功能的模块。

数据储存处理及显示单元由数据存储处理器和显示器组成，数据储存处理器由单片机、PLC、硬盘录像机、计算机、嵌入式等设备中的一种或几种组成，主要具备以下功能，可以将热辐射阵列传感器每个红外光敏元探测到的红外线辐射信号换算成区域平均温度值或热辐射量值进行记录、储存和显示，显示时每个探测单元区域的探测数值可以以单元网格列阵的形式复合在视频图像上实时显示，每个网格中的变化的数值对应该区域的实时平均温度值或热辐射量值，且每个网格代表的单元区域的探测位置与视频图像所示的位置相对应和匹配，将每个网格温度融合显示在对应位置的可见光图像中，点击一个或几个单元网格还可以导出其历史数据表或变化温度曲线，系统可以人工设定每个网格区域的平均温度绝对阈值和变化阈值，超过阈值可以选择网格单元颜色的变化、网格单元的闪烁、发出预报警提示声响，系统还可以储存和动态显示其它外部接入的火警信号，可以设定系统的各报警信号的阈值和报警运算逻辑，系统可以根据热辐射阵列传感器信号和外部接入的火警信号的数值，综合所设定阈值和运算逻辑选择预报警、直接报警、发出灭火信号等动作，同时系统软件具备自学习功能，系统实地安装后经过一段周期的预运行，根据所记录的数据，系统按事先设定的计算模型，自动设定每个网格区域的温度绝对阈值和变化阈值，也可根据学习结果人工干涉调整预报警、报警、灭火等动作的阈值和运算逻辑。安装了人工智能系统，可以根据监控场景智能识别监控对象的材质距离等影响温度测量的敏感因素，做出温度补偿，也可以根据监控场景各个区域的温度变化周期，实时的调整温度报警策略，以达到更好的预警效果。

本实用新型在探测终端具有图像融合功能，将温度信号显示在可见光视频图像中，监控终端接受到的均是融合后的视频图像信号，不需要在监控终端再进行图像融合，减少了各个探测单元区域之间的相互干扰以及数据储存处理器的工作量。视频图像融合功能安装在探测终端中，可以更直接更具体的提示工作人员火灾预警的位置。探测终端具有人工智能系统，可以根据监控场景智能识别监控对象的材质距离等影响温度测量的敏感因素，做出温度补偿，也可以根据监控场景各个区域的温度变化周期，实时的调整温度报警策略，以达到更好的预警效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意框图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本实用新型做进一步的解释。

一种基于同轴电缆信号传输线和模拟视频摄像头的前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统，包括N 组（视现场要求确定具体数量）探测终端和监控终端，如图1所示，每组探测终端包括热辐射阵列传感器，可见光摄像机，外部报警数据接口模块，信号复合处理传输模块，监控终端由信号传输模块、硬盘录像机、单片机、显示器组成，每组探测终端经过同轴电缆信号传输线连接监控终端。可见光摄像机为模拟摄像机，视角为60°。热辐射阵列传感器选择一组HTPA-16X16-L3的远红外线传感器，视角为60.8°与摄像机视角匹配，为满足3×4比例视频监控画面的全覆盖可以只处理和显示与16行中与视频对应的12行信号。

外部报警数据接口模块，包括烟感探头信号输入端口、开关量信号转数字信号模块、信号输出端口组成，其输入端口与开关量烟感探头连接，其输出端口与信号复合处理传输模块连接。

探测终端是N组，每个组为一个探测单元区域，每个探测单元区域的探测数值以单元网格列阵的形式复合在视频图像上实时显示，每个网格中的变化的数值对应该区域的实时平均温度值或热辐射量值，且每个网格代表的单元区域的探测位置与视频图像所示的位置相对应和匹配，信号复合处理传输模块将每个网格温度融合显示在对应位置的可见光图像中。

信号复合处理传输模块和信号传输模块采用全球高性能模拟混合信号半导体设计和制造领导厂商Intersil开发的SLOC同轴电缆复合视频传输解决方案，其可通过一条同轴线缆同时传输模拟CVBS视频和数字IP信号。SLOC方案由一个基于SLOC技术的调制解调器PHY芯片TW3801和一个基于SLOC的接收机调制解调器PHY芯片TW3811组成。SLOC技术充分利用已安装的同轴电缆基础设施并支持联网的IP功能，TW3801和TW3811是高度集成的调制解调器PHY子系统，其中包括一个模拟前端(AFE)、一个数字调制解调器和两个以太网介质接口(MII)。TW3801将其收到的模拟视频信号、热辐射阵列传感器数字信号、经转换的烟感报警数字信号一对一地组合成一个通过同轴电缆传输的专有输出信号，TW3811则将其从基于SLOC技术调制解调器PHYIC收到的信号进行对等解码，可以将模拟摄像机的模拟视频信号和热辐射阵列传感的数字信号及烟感报警信号传送到监控终端。

信号复合处理传输模块将可见光摄像机得到的图像融合，将温度信号显示在可见光视频图像中。在信号复合处理传输模块内设有人工智能系统，根据探测终端的信号智能识别监控对象中的影响温度测量的敏感因素，做出温度补偿，并根据监控场景各个区域的温度变化周期，实时的调整温度报警策略。影响温度测量的敏感因素包括：材质、距离。可见光摄像机是普通摄像机或是全景摄像机。

监控终端由接收机调制解调器PHY芯片TW3811、单片机、硬盘录像机、显示器组成，单片机为可以兼容通常用型号的硬盘录像机，作为常用硬盘录像机的上位机连接硬盘录像机与显示器，同时还集成以下功能，可以将热辐射阵列传感器的每个红外光敏元探测到的红外线辐射信号换算成区域平均温度值，并在显示屏对应的网格单元格内显示，并按实际探测位置复合在对应的视频图像上，点击任意一格可以导出其历史数据表及变化温度曲线，可以人工设定每个网格区域的平均温度绝对阈值，超过阈值选择网格单元颜色由淡红色随温度升高渐变为深红色并发出预报警提示声响，可以储存和动态显示外部接入的烟感火警信号，可以根据热辐射阵列传感器信号和外部接入的烟感火警信号的数值，按设定的阈值和运算逻辑，输出预报警声响、外接报警设备直接报警、发出灭火信号等动作。系统同时具备自学习功能，系统实地安装后经过一段周期的预运行，根据所记录的数据，系统根据事先设定的计算模型，自动设定每个网格区域的温度绝对阈值和变化阈值，也可根据学习结果人工干涉调整预报警、报警、灭火等动作的阈值和运算逻辑。

前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统，工作流程如下，首先在监控终端以自学习模式或人工模式设定系统预报警、直接报警、发出灭火信号等动作的热辐射阵列传感器信号和外部接入的烟感火警信号的阈值，热辐射阵列传感器探测到区域内各点阵区域内的实时平均温度数据，信号复合处理传输模块将可见光摄像机得到的图像融合，将温度信号显示在可见光视频图像中。在信号复合处理传输模块内设有人工智能系统，根据探测终端的信号智能识别监控对象中的影响温度测量的敏感因素（材质、距离等），做出温度补偿，并根据监控场景各个区域的温度变化周期，实时的调整温度报警策略。数据传送到监控终端储存并在显示屏上以矩阵网格的形式显示每个探测网格区域对应的区域平均温度数值，可见光摄像机的视频信号传送到硬盘录像机储存并通过单片机显示被探测区域的视频。外部报警数据接口的探测信号传送到单片机存储和处理并在显示屏的边框或角落上的显示条上直接显示，当被探测区域某处部分温度异常升高时，在自动模式下，系统可以结合外部烟感报警信号，按预先设定的阈值和运算逻辑发出预报警或报警信号，也可以直接指挥灭火装置动作灭火。具体可以设定某一探测区域温度40℃为报警第一阈值点，60℃为时为第二报警阈值点，90℃为第三报警阈值点，为避免灯光开启所引起的瞬间温升而导致误报，同时将灯具所在的区域设定为灯具模式，即温度变化阈值设为30毫秒内急剧变化超过10℃及该区和温度不超过70°的情况下，不作响应，定位为正常，不发出任何预报警和报警数据。当被探测区域某一方格温度异常升高到40℃时，如果烟感不发出报警信号，其对应的区域网格方框颜色变为淡红色并同时发出预报警蜂鸣器声响，提醒注意观察，如果此时外部烟感接口也同时接收到报警信号，屏幕上对应的烟感报警显示条将闪烁，此时系统将发出正式火警报警声响，人工模式下经过观察视频排除紧急情况后可以中断报警信号。如果系统外部烟感接口接收到报警信号，而区域温度在40℃以内，屏幕上对应的烟感报警显示条将闪烁并发出蜂鸣器声响提醒监控人员注意观察实际显示温度变化情况和实时视频图像，如果发现火灾隐患可以手动发出报警信号，在排除火灾隐患情况下可以通知检修系统设备。当被探测区域某一方格温度异常升高到60℃时，其对应的区域网格方框颜色变为红色，即使烟感不发出报警信号，此时系统也将启动外接报警设备发出正式火警报警声响，人工模式下经过观察视频排除紧急情况后可以中断报警信号，如果此时外部烟感接口也接收到报警信号，人工模式下系统将发出正式火警信号，在自动模式下除了发出正式火警信号外，系统将发出灭火动作信号给灭火系统启动自动灭火程序。当被探测区域某一方格温度异常升高到90℃时，即使烟感不发出报警信号，此时系统也将发出正式火警报警声响，在自动模式下除了发出正式火警信号外，系统将发出灭火动作信号给灭火系统启动自动灭火程序。

在任何情况下监控人员均可以随时查看有关实时数据，点击方格或外部火警信号显示条，还可以导出其历史数据表或变化曲线，结合实时视频情况，监控人员可以采取发出警报信号、通知实地查看、采取灭火措施等动作，这样既可以避免误报和漏报又可以在火灾发生的隐患或早期阶段第一时间采取灭火措施。

设计图

一种前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统论文和设计

一种前端融合的可视化相阵智能火灾报警系统论文和设计-陈琪

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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