一种基于两台消防炮的火源空间定位方法和系统与流程

本发明涉及消防灭火技术领域，尤其涉及一种基于两台消防炮的火源空间定位方法和系统。

背景技术：

火源定位是消防类产品精准灭火的关键要素，单台消防炮在对火源定位时，通过旋转固定在智能消防炮炮管顶端的摄像机进行火源扫描，当火焰位于成像中心点时，实现定位。但是由于缺少火源高度信息，导致在实际应用中，灭火精度不准。目前常用的空间定位方法是利用复杂的坐标系转换公式得出，且计算精度受相机内参外参的影响较大。因此，迫切需要有更加高效的方法进行火源空间定位。

公开号为cn111053996a的发明专利申请公开了一种洁净厂房的智能定位消防炮，其通过火灾监测终端对火源进行定位，然后通过对消防炮进行定位控制消防炮的角度和喷水角度，进行消防灭火，虽然通过多个定位模块综合考虑了火源位置和消防炮位置，但实际定位时依然仅使用了一个定位模块确定火源位置，无法保证空间定位的精度，且控制过程需要考虑坐标系的转换，运算过程较为复杂。

公开号为cn109303995a的发明专利申请公开了一种基于火源定位识别的消防机器人消防炮控制方法，通过设置在消防机器人上的双目红外摄像机对火源进行识别和定位，确定火源与消防机器人的相对位置，并基于火源中心位置计算消防炮射流轨迹，控制消防炮进行灭火工作。即公开了通过多个定位模块对同一火源进行空间定位的方法，但是其使用的主体是在消防机器人上，在进行机器人的生产组装时即可根据需要设置对应数量的红外摄像机等定位模块，而对于常见的固定消防系统的消防炮来说，每个消防炮仅搭配了一个定位模块，使用双目定位方法需要对整个消防系统进行改造升级；由于消防炮固定位置不同，消防炮与定位模块的相对高度不同，对每个消防炮都需要单独配置控制参数，而且使用红外摄像机进行火源距离和方位的确定时，需要使用摄像机本身获取的参数参与计算，数据计算量较大，因此该方法应用到现有的消防炮上时存在改造成本较高，数据处理难度较大等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够在现有消防炮的基础上，综合多个消防炮的定位结果实现火源精确定位的方法和定位系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种基于两台消防炮的火源空间定位方法，包括以下步骤：

步骤a：构建空间三维坐标系，以地面作为xoy平面，竖直向上作为z轴正方向；在检测到火情的消防炮中选取两台消防炮，分别获取其高度h1和h2、彼此垂心间的距离l、与火源位置的定位俯仰角β1和β2，其中俯仰角为消防炮与火源的连线与z轴所夹的锐角，若l≠0，跳转步骤b，否则跳转步骤c；

步骤b：标定两台消防炮的水平偏移角α1和α2；

其中，水平偏移角为消防炮与火源位置的连线和两台消防炮之间的连线在xoy平面上的投影的夹角；

步骤c：基于消防炮高度h1和h2，俯仰角β1和β2，距离l，和水平偏移角α1和α2在三维坐标系下计算火源位置的高度，确定火源的空间位置。

本发明仅依靠两台消防炮的角度信息以及消防炮自身的位置对火源位置进行确定，不需要对原有的消防炮进行改造，且不需要依靠摄像头的参数确定火源距离，架设成本更低，计算方法简单，提高响应速度。

优选的，步骤a中将消防炮在三维坐标系下的坐标分别为(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)，则

h1＝z1

h2＝z2

其中，α0为两台消防炮的水平对射角，即两台消防炮的连线与x轴所夹的锐角。

优选的，获取俯仰角β1和β2，以及水平偏移角α1和α2的方法为：消防炮上设置有能够跟随消防炮转动视角的红外摄像头，出现火情时，消防炮进行水平扫描，使火源位于图像水平像素坐标中心处，然后进行竖直扫描，定位火源位于图像竖直像素坐标中心处；获取当前定位情况下消防炮的水平角度和俯仰角，利用该水平角度减去水平对视角α0，即得到该消防炮的水平偏移角α1和α2。

优选的，步骤a中选择最早发现火情的两台消防炮进行计算。

优选的，火源高度的计算公式为：

如果l≠0,α1≠0,α2≠0，则

如果l≠0,α1＝α2＝0，则

x1＝(h1-h)*tanβ1

x2＝l-x1

如果l＝0，则

x1＝x2＝(h1-h)*tanβ1

其中，x1和x2分别为两台消防炮与火源在xoy平面上的投影距离，h为火源高度。

本发明还提供了使用所述基于消防炮的火源空间定位方法的定位系统，包括

参数获取模块：构建空间三维坐标系，以地面作为xoy平面，竖直向上作为z轴正方向；在检测到火情的消防炮中选取两台消防炮，分别获取其高度h1和h2、彼此垂心间的距离l、与火源位置的定位俯仰角β1和β2，其中俯仰角为消防炮与火源的连线与z轴所夹的锐角，若l≠0，调用水平偏移角标定模块，否则调用定位模块；

水平偏移角标定模块：标定两台消防炮的水平偏移角α1和α2；

其中，水平偏移角为消防炮与火源位置的连线和两台消防炮之间的连线在xoy平面上的投影的夹角；

定位模块：基于消防炮高度h1和h2，俯仰角β1和β2，距离l，和水平偏移角α1和α2在三维坐标系下计算火源位置的高度，确定火源的空间位置。

本发明提供的一种基于两台消防炮的火源空间定位方法和系统的优点在于：仅依靠两台消防炮的角度信息以及消防炮自身的位置对火源位置进行确定，不需要对原有的消防炮进行改造，且不需要依靠摄像头的参数确定火源距离，架设成本更低，计算方法简单，提高响应速度。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的基于两台消防炮的火源空间定位方法的流程图；

图2为本发明的实施例提供的两台消防炮的投影点不重合时的定位方法原理图；

图3为本发明的实施例提供的两台消防炮的投影点重合时的定位方法原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种基于两台消防炮的火源空间定位方法，包括以下步骤：

步骤a：构建空间三维坐标系，以地面作为xoy平面，竖直向上作为z轴正方向，图2中以水平向右为x轴正方形，垂直xoz平面向里为y轴正方向；在检测到火情的消防炮中选取两台消防炮，分别获取其高度h1和h2、彼此垂心间的距离l、与火源位置的定位俯仰角β1和β2，其中俯仰角为消防炮与火源的连线与z轴所夹的锐角，若l≠0，则跳转步骤b，否则跳转步骤c；

消防炮在三维坐标系下的坐标分别为(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)，则

h1＝z1

h2＝z2

其中，α0为两台消防炮的水平对射角，即两台消防炮的连线与x轴所夹的锐角。

获取俯仰角β1和β2的方法为：消防炮上设置有能够跟随消防炮转动视角的红外摄像头，出现火情时，消防炮进行水平扫描，使火源位于图像水平像素坐标中心处，然后进行竖直扫描，定位火源位于图像竖直像素坐标中心处；直接获取当前定位情况下消防炮的俯仰角即可。

步骤b：标定两台消防炮的水平偏移角α1和α2；

l≠0时，说明两台消防炮不是处于同一位置的不同高度的，此时还需要结合两台消防炮的水平偏移角α1和α2进行计算，所述水平偏移角为消防炮与火源位置的连线和两台消防炮之间的连线在xoy平面上的投影的夹角；

在获取火源图像并将其放置于像素坐标中心之后，可直接读出消防炮的水平角度，并用水平角度减去水平对视角α0，即得到该消防炮的水平偏移角α1和α2。

步骤c：基于消防炮高度h1和h2，俯仰角β1和β2，距离l，和水平偏移角α1和α2在三维坐标系下计算火源位置的高度，确定火源的空间位置。

在有多台消防炮发现火情时，需要从中选出两个消防炮进行计算，为了保证消防灭火效率，可以选择最早发现火情的两台消防炮进行计算，这些消防炮的角度和位置更容易作用于起火位置；

火源高度的计算公式为：

参考图2，如果l≠0,α1≠0,α2≠0，即两台消防炮的投影点不重合，且火源的投影点不处于两台消防炮的连线上，,则

如果l≠0,α1＝α2＝0，即两台消防炮的投影点不重合，且火源的投影点落在两台消防炮的连线上，则

x1＝(h1-h)*tanβ1

x2＝l-x1

参考图3，如果l＝0，即两台消防炮的投影点重合，则

x1＝x2＝(h1-h)*tanβ1

其中，x1和x2分别为两台消防炮与火源在xoy平面上的投影距离，h为火源高度；以上计算公式可根据空间数学关系求解得到。

本实施例还提供了一种基于两台消防炮的火源空间定位系统，包括

参数获取模块：构建空间三维坐标系，以地面作为xoy平面，竖直向上作为z轴正方向；在检测到火情的消防炮中选取两台消防炮，分别获取其高度h1和h2、彼此垂心间的距离l、与火源位置的定位俯仰角β1和β2，其中俯仰角为消防炮与火源的连线与z轴所夹的锐角，若l≠0，调用水平偏移角标定模块，否则调用定位模块；

水平偏移角标定模块：标定两台消防炮的水平偏移角α1和α2；

其中，水平偏移角为消防炮与火源位置的连线和两台消防炮之间的连线在xoy平面上的投影的夹角；

定位模块：基于消防炮高度h1和h2，俯仰角β1和β2，距离l，和水平偏移角α1和α2在三维坐标系下计算火源位置的高度，确定火源的空间位置。