一种基于AI的数字化消防模组及方法与流程

本发明涉及消防管理领域，尤其涉及一种基于ai的数字化消防模组及方法。

背景技术：

1、本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

2、消防系统是保护人员和财产安全的重要设施，它通过感知、监测和控制火灾的发生和蔓延，提供及时警报和灭火措施，以最大限度地减少火灾对环境和人员造成的损害。

3、火灾报警系统是消防系统非常重要的组成部分，火灾报警系统是通过使用传感器和探测器来监测火灾的存在。常见的传感器包括烟雾、温度、光和气体传感器。一旦传感器检测到火灾迹象，系统会触发警报，通过声音、光闪等方式提醒人们火灾的发生。但是，目前的火灾报警系统的传感器的设置，不管是烟雾传感器，温度、光还是气体传感器，都是通过将传感器按照消防规范标准进行间隔设置于探测区域的顶部，以烟雾传感器和温度传感器为例，当发生火灾时，火焰产生的温度或烟雾上升到传感器位置被传感器感应到，从而启动消防告警。由于火灾探测器是按照一定的规则间隔设置且多设于房顶，因此只有当火灾发展到一定程度，火源上方温度和烟雾达到一定程度后才会触发传感器告警，这种方式不够智能和人性，一方面，比如在封闭的房间抽烟或炒菜，或者恶作剧的人用烟头靠近烟雾传感器都会引起消防传感器告警，甚至启动自动喷水系统，给人们生活和工作带来许多困扰和不可预计的损失。另一方面，现有的消防系统只有火灾发展到一定程度才会启动告警，不能提前获知火势发展态势，对于火势发展比较快的火灾，等自动灭火系统启动时，火灾已经发展的很大，蔓延到很多区域，这是启动灭火系统，一方面给灭火带来更大的难度，另一方面，给人们带来的生命、财产损失更大，如果能在火灾发展变大之前就能够获知火势发展速度和态势，提前开启灭火系统，为人们争取准备时间，可以避免更大火灾带来更大的损失。再一方面，由于现有的消防系统不能实时对火灾情况进行实时监测，现有的自动灭火系统是根据建筑高度和性质等因素确定的火灾延续时间来设计灭火系统的参数和持续时间，并不能根据火灾情况智能调整灭火系统的持续时间，对于火灾比较严重的情况，可能设计的灭火系统持续时间并不能完全将火扑灭，而盲目停止灭火，或者蓄水池设计水量不够使用，再者，火灾后往往存在复燃情况，如果现有消防系统没有将火彻底扑灭或复燃后，后续的火灾将无法控制，可能给人们带来更大的更惨痛的损失。

4、另外，随着人们生活、工作需求和模式的转变，人们出于对于特殊工作需求或时尚审美等需求，很多建筑内部天花板不再局限于传统的样式，从而出现各种各样的结构设计样式，然后这些设计对于火灾探测器的设置是否方便，是否还能够满足消防规范要求，给消防设施的布置和设计带来很多难题。

5、因此，现有的消防系统还需要进一步地技术改进。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术中消防系统火灾不够灵活的问题，提供一种基于ai的数字化消防模组，可以更加智能地监测火灾发展速度和蔓延态势，从而可根据火灾发展情况灵活控制自动灭火系统，降低火灾带来的生命财产损失。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下。

3、一种基于ai的数字化消防模组，包括：火灾ai探测模块，包括火焰监测模块和烟雾监测模块，分别用于实时获取探测区域图像，并通过上述探测区域图像得到探测区域火焰大小和烟雾浓度，并实时传输至火灾ai识别模块；火灾ai识别模块，用于根据上述火焰大小和烟雾浓度，计算上述火焰大小和烟雾浓度的变化趋势和变化速度，判断是否需要启动或停止火灾自动灭火系统；控制模块，用于根据上述火灾ai识别模块的判断结果，控制火灾自动灭火系统启动或停止；火灾自动灭火系统，用于根据上述控制模块的指令，自动启动或停止灭火设施。

4、本发明基于图像技术，通过实时监测探测区域的火焰大小情况和烟雾蔓延情况，将火焰大小变化和烟雾变化通过数字化处理，计算处火焰大小和烟雾浓度的变化趋势和变化速度，从而灵活判断是否需要启动或停止火灾自动灭火系统，克服了现有消防系统不灵活的设计带来的各种弊端。

5、进一步地，上述火焰监测模块包括第一图像获取模块、第一图像处理模块和计算模块，上述第一图像获取模块用于获取探测区域的第一图像数据，上述第一图像处理模块用于对上述第一图像数据进行分析，识别出火焰图像，上述火焰大小指探测区域图像中火焰图像的面积，上述计算模块用于计算上述火焰图像的面积；上述烟雾监测模块包括第二图像获取模块和第二图像处理模块，上述第二图像获取模块用于获取探测区域的第二图像数据，上述第二图像处理模块用于对上述第二图像数据进行分析，得到上述第二图像数据的灰度值，并根据上述灰度值判断探测区域的烟雾浓度。

6、在本发明的一些实施方式中，上述火灾ai识别模块包括输入模块、存储模块、时钟模块、判断模块和输出模块；上述输入模块用于接收上述火灾ai探测模块发送的火焰大小和/或烟雾浓度时，并同时获取上述时钟模块的时钟数据，并将每个上述火焰大小和/或烟雾浓度与对应的时钟数据相匹配，存储于上述存储模块，上述判断模块用于根据上述火焰大小和/或烟雾浓度和时钟数据生成火焰面积-时间变化曲线和/或烟雾浓度-时间变化曲线，并根据上述火焰面积-时间变化曲线和/或烟雾浓度-时间变化曲线的切线斜率判断火焰和/或烟雾浓度的变化趋势和变化速度；上述判断模块设有火焰面积阈值、火焰变化速度阈值和烟雾浓度阈值、烟雾浓度变化速度阈值，上述输出模块用于，当上述火焰面积-时间变化曲线和/或烟雾浓度-时间变化曲线分别超过上述火焰面积阈值和烟雾浓度阈值时，或，上述火焰和/或烟雾浓度的变化趋势呈上升趋势或变化速度超过上述火焰变化速度阈值和/或烟雾浓度变化阈值时，发送控制信号至火灾自动灭火系统以启动火灾自动灭火系统；或者，当上述火焰和/或烟雾浓度的变化趋势呈下降趋势且上述火焰面积-时间变化曲线和/或烟雾浓度-时间变化曲线分别不超过上述火焰面积阈值和烟雾浓度阈值时，发送控制信号至火灾自动灭火系统以停止火灾自动灭火系统。

7、在一些实施方式中，为了提高监测准确度，上述火焰监测模块和/或烟雾监测模块为多个，设置于探测区域的周侧，使得上述火焰监测模块和/或烟雾监测模块能够从多个方向获取火焰的面积和/或烟雾浓度；上述输出模块用于，多个上述火焰监测模块和/或烟雾监测模块中，当预设数量的火焰监测模块和/或烟雾监测模块的火焰面积-时间变化曲线和/或烟雾浓度-时间变化曲线分别超过上述火焰面积阈值和烟雾浓度阈值时，或，预设数量的火焰监测模块和/或烟雾监测模块的上述火焰和/或烟雾浓度的变化趋势呈上升趋势或变化速度超过上述火焰变化速度阈值和/或烟雾浓度变化阈值时发送控制信号至火灾自动灭火系统以启动火灾自动灭火系统；或者，当预设数量的上述火焰和/或烟雾浓度的变化趋势呈下降趋势且上述火焰面积-时间变化曲线和/或烟雾浓度-时间变化曲线分别不超过上述火焰面积阈值和烟雾浓度阈值时，发送控制信号至火灾自动灭火系统以停止火灾自动灭火系统。

8、上述火焰监测模块和/或烟雾监测模块在探测区域的设置位置可以是固定的，也可以是不固定的，即不固定于探测区域的固定位置，在本发明的一些实施方式中，将火焰监测模块和/或烟雾监测模块设置于可移动设备，例如机器人、巡逻小车等，上述可移动设备在上述火焰监测模块和/或烟雾监测模块探测到火焰或烟雾时，可向上述火焰或烟雾移动，从而进一步提高了本发明探测范围和应用范围。

9、在一些实施方式中，上述计算模块通过连通域面积计算上述火焰图像的面积，上述火焰面积阈值为5000px。通过连通域面积可快速得到火焰图像的面积，有效节约了算力，提高了数据处理的效率，对于本发明实时监测火焰变化态势起到至关重要的作用。

10、在本发明另一些实施方式中，为了获取更准确的火焰大小的相关数据，上述计算模块也可以通过积分方程计算上述火焰图像的面积，计算公式为：

11、

12、其中，s为火焰图像的面积，f(x)为火焰边缘线形成的曲线，h为火焰的高度，h为火焰高度方向的变量。积分获取火焰图像的方法需要一定的计算能力，这种方法虽然计算效率没有连通面积法高，实时性稍差，但是这种方法可以跟准确地获取每个时刻火焰的大小，适用于对火焰大小数据要求比较严格的场景。

13、在一些实施方式中，上述第一图像处理模块包括用于识别火焰图像的火焰识别模型，上述第二图像处理模块包括用于判断烟雾浓度的烟雾浓度判断模型。火焰识别模型和烟雾浓度判断模型均是专门针对火灾探测建立并经过训练深度学习的模型，可快速获得第一图像和第二图像中的目标图像，例如火焰图像，灰度值等。

14、在一些实施方式中，本发明上述火灾ai探测模块还与上述火灾自动灭火系统电连接，上述第一图像获取模块还用于监测自动灭火设施的运行情况，并反馈给上述火灾自动灭火系统。

15、另外，本发明还提供一种基于ai的数字化消防管理方法，包括：火焰监测模块实时获取探测区域图像，通过上述探测区域图像得到探测区域火焰大小和烟雾浓度，并实时传输至火灾ai识别模块；火灾ai识别模块根据上述火焰大小和烟雾浓度，计算上述火焰大小和烟雾浓度的变化趋势和变化速度，判断是否需要启动或停止火灾自动灭火系统，并发送控制指令至至控制模块；控制模块发送控制指令至火灾自动灭火系统；火灾自动灭火系统根据上述控制模块的控制指令，自动启动或停止灭火设施。

16、进一步地，上述火焰监测模块实时获取探测区域图像，通过上述探测区域图像得到探测区域火焰大小和烟雾浓度包括：上述火焰监测模块分别通过火焰监测模块和烟雾监测模块实时获取探测区域的第一图像和第二图像，并分别通过第一图像处理模块和第二图像处理模块识别出第一图像中的火焰图像和第二图像中的灰度值，通过计算模块计算上述火焰图像的面积和探测区域的烟雾浓度；上述火灾ai识别模块根据上述火焰大小和烟雾浓度，计算上述火焰大小和烟雾浓度的变化趋势和变化速度，判断是否需要启动或停止火灾自动灭火系统，并发送控制指令至火灾自动灭火系统包括：上述火灾ai识别模块接收上述火灾ai探测模块发送的火焰大小和/或烟雾浓度时，同时获取时钟数据，并将每个上述火焰大小和/或烟雾浓度与对应的时钟数据相匹配并存储，根据上述火焰大小和/或烟雾浓度和时钟数据生成火焰面积-时间变化曲线和/或烟雾浓度-时间变化曲线，并根据上述火焰面积-时间变化曲线和/或烟雾浓度-时间变化曲线的切线斜率判断火焰和/或烟雾浓度的变化趋势和变化速度；上述火灾ai识别模块设有火焰面积阈值、火焰变化速度阈值和烟雾浓度阈值、烟雾浓度变化速度阈值，当上述火焰面积-时间变化曲线和/或烟雾浓度-时间变化曲线分别超过上述火焰面积阈值和烟雾浓度阈值时，或，上述火焰和/或烟雾浓度的变化趋势呈上升趋势或变化速度超过上述火焰变化速度阈值和/或烟雾浓度变化阈值时，上述火灾ai识别模块发送控制信号至火灾自动灭火系统以启动火灾自动灭火系统；或者，当上述火焰和/或烟雾浓度的变化趋势呈下降趋势且上述火焰面积-时间变化曲线和/或烟雾浓度-时间变化曲线分别不超过上述火焰面积阈值和烟雾浓度阈值时，上述火灾ai识别模块发送控制信号至火灾自动灭火系统以停止火灾自动灭火系统。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、(1)本发明基于ai技术，采用图像识别与数字化处理相结合的方式，实时监测探测区域的火焰大小和烟雾浓度，将探测区域火势情况进行数字化采集和处理，从而掌握探测区域火灾发展态势和发展速度，便于根据火灾发展态势和发展速度灵活调整火灾自动灭火系统的启动和停止，从而在火灾发展严重前提前开启灭火系统，或可在确认火灾现场安全后停止灭火系统，降低火灾对人们造成的生命和财产损失；

19、(2)本发明的消防模组可设置于可移动设备，相比于固定设置在固定位置的探测器，能够实现实时动态监测功能，更能够及时发现火灾苗头，在消防安全防患方面更具主动性，安全性和智能化程度更高；

20、(3)相比于已有传统的消防系统，本发明不仅适用于新建建筑的消防系统的设计，也可以在已有的传统消防系统中进行增设，具有较高的泛化能力及通用性。