一种自动跟踪定位射流灭火方法
【技术领域】
[0001] 本发明可应用于消防领域，尤其涉及一种自动跟踪定位射流灭火方法。
【背景技术】
[0002] 依据中国工程建设标准化协会制定的《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规 程》(CECS263 :2009)，室内大空间场所可定义为民用和工业建筑物内净空高度大于8m、仓库 建筑物内净空高度大于12m的场所（2009C.大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程[s] [D])，例如会展中心、商场、办公楼、医院、飞机场、火车站、图书馆、体育馆、博物馆、酒店、电 影院、观光塔等大型建筑物。
[0003] 近年来，随着我国经济的迅速发展，大空间建筑如雨后春笋般在全国各地掀起一 股兴建热潮。与普通建筑相比，大空间建筑更具有视觉开阔化、技术现代化、规模大型化等 特点，也更符合现代人的时尚美学观念，但该类建筑空间分割大，防火分区多，且建筑结构 特殊，设施复杂，潜在火灾危险性比一般建筑大，灭火也更困难。鉴于大空间建筑的特殊 性，其消防系统必须具备探测灵敏度高、系统响应时间短、定位精度高、扑灭初期火灾迅速、 适用的空间高度范围广等特点（Yang Qi. A study on the reliability of fire water supply system in high-rise buildings [J]. Fire Technology, 2002, 38 (I) : 71-79)，既要 保证在火灾早期能够有效地扑灭火灾，还要尽可能减少非火灾区域受到水的喷洒而造成的 损失，这对消防系统的灭火精度提出了很高的要求。
[0004] 用于火灾探测的传感器技术主要有红外和紫外两种，红外探测主要适用于明火探 测，紫外探测则更多应用于阴燃探测，自动跟踪定位主要是针对明火探测。钽酸锂热释电红 外探测器是一种性能极其优良的热探测器，日本、韩国的LiTa03晶体技术处于领先，相比 而言日本产品比较昂贵，国内多采用韩国LiTa03晶体二次加工封装产品，技术也已经成熟 稳定（张强，沈贺坤，甘晓虹.自动跟踪定位射流灭火水炮发展趋势[J].消防科学与技 术，2010, 29(8) :675-677.)。
[0005] 近几年，美国、德国、法国、日本等发达国家的一些公司成功研发了智能型消防水 炮系统，例如，日本的报知机、法国的博克、美国的TFT等。目前，国内也有多家消防设备公 司自主研制了针对室内大空间建筑的消防产品，它们均能实现自动探测和自动定位，同时 可以与报警系统联动，但存在火灾误判的可能。
[0006] 另外，当消防灭火装置的喷头在空间中正对火源中心区域时，水流离开喷头后并 不是直线运动的，其运动轨迹受初始水流压力、流速、安装高度、喷头俯仰角、空气阻力等多 重因素影响，最终的落水点离火源中心区域的距离有可能超出了有效灭火误差范围。
[0007] 华东交通大学的胡国良、李忠团队提出了一种优化控制方法（李忠.室内大空间 喷水灭火系统自动寻的关键技术研究[D].华东交通大学，2011.)，依据推导出的水流轨迹 方程研究落水点与火点的俯仰方向的位置关系，并设计优化控制程序，从而提高灭火系统 的灭火定位精度，而没有考虑水平方向可能存在的误差。另外，此类方法需考虑消防灭火装 置的初始水流速度、安装高度、喷头俯仰角、空气阻力系数等参数，可移植性不高，且依旧无 法解决软件误判的问题。
[0008]另一方面，摄像头为了能够快速生成图像，必须利用大面积且弯曲的透镜，从而让 足够多的光线能够收敛聚焦到投影点上。因此，物理世界中的点投影到投影平面上，并不能 使用简单的针孔摄像机模型进行投影变换，而是普遍存在图像畸变的现象。两种主要的透 镜畸变为径向畸变和切向畸变（BradskiGR，KaehlerA.学习0penCV[M].于仕琪，刘瑞祯 译.北京：清华大学出版社，2009.)，径向畸变由透镜形状引起，主要表现为光线在远离透 镜中心的位置比靠近中心的位置更加弯曲；而切向畸变则来自于摄像头的安装过程，主要 表现为图像上的像素点在位置上的偏移。
[0009] 因此，缺乏一种不仅利用摄像头采集的现场视频图像实现对火点的远程快速定位 时，还要将摄像头畸变校正引入到对火点定位系统中的机制。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种自动跟踪定位射流灭火方法，对 带有上位机和监控摄像头的室内大空间自动跟踪定位射流灭火系统有重要应用价值，可实 现火灾早期远程快速灭火。
[0011] 为实现发明目的，采用如下技术方案：
[0012] -种自动跟踪定位射流灭火方法，该方法提供一自动跟踪定位射流灭火装置，其 包括灭火器，该灭火器包括一大致呈圆柱状的外壳、进水管、出水管、喷头，所述进水管从外 壳的上表面中心处进入其内部，出水管与进水管成角度设置，外壳的侧面上设有缺口，出水 管从缺口伸出外壳，其端部设有喷头；还包括红外探测器、监控摄像头以及火灾探测；所述 火灾探测器安装在灭火器下表面的中心部位，监控摄像头安装在喷头下方，红外探测器安 装在进、出水管上，对空间内水平、竖直方向进行火源信号扫描。
[0013] 所述红外探测器分为水平红外探测器和俯仰红外探测器，水平红外探测器安装在 进水管的末端，俯仰红外探测器安装在喷头的正下方。
[0014]该方法包括以下几个步骤，
[0015]步骤一，采用自动跟踪定位射流灭火装置探测火源信号，初步确定火源区域的中 心位置，并将该位置信号发送至上位机，上位机发送指令灭火装置喷水灭火；
[0016]步骤二，通过对监控摄像头透镜畸变进行校正，使监控画面能够尽可能还原现场 火情及灭火情况；
[0017]步骤三，根据监控摄像头采集的现场实时监控视频，判断出水是否落在火源中心 位置的有效范围以内，如果是，则不做调整；如果超出有效范围，则通过人工辅助修正的方 法，对落水点位置进行调整，使得落水点能够最大程度地靠近火源中心。
[0018]步骤二具体指，
[0019] 步骤2. 1，以图像中心为原点，记录火源位置A(X1,Y1)和初始落水点位置B(x2,y2)， 首先对镜头的径向畸变进行修正，采用径向畸变矫正公式来补偿因径向畸变而产生的位 移，并记录校正后的火源中心位置A' (X' 1>y'D和落水点位置B' (X' 2，y' 2);
[0020] 步骤2. 2,再对镜头的切向畸变进行修正，采用切向畸变矫正公式来补偿因径 向畸变而产生的位移，并记录校正后的火源中心位置A" (X" 1>y"J和落水点位置 B" (X" 2，y" 2);
[0021] 步骤2. 3,上位机发送指令调整灭火装置喷水位置。
[0023]其中，（x，y)为矫正前坐标，，太）为矫正后坐标，r为点（x，y)与图像中心 的距离，Ic1,k2,k3为畸变参数；
[0025] 其中，（X'，y')为切向矫正前坐标，（X"，y")为切向矫正后坐标，r'为点 V，y')与图像中心的距离，P1,p2为切向畸变参数。
[0026] 步骤三具体指，
[0027] 步骤3.1，依据矫正后的火源中心位置A " (X" 1>y" D和落水点位置 B" (X" 2，y" 2)计算出两点的水平距离Ax = X" fx" 2和垂直距离Ay = y" fy" 2;
[0028] 步骤3. 2,考虑摄像头的焦距、镜头大小、安装高度、视场角参数，设计修正算法将 A X转换为修正水平角A a，转换公式为A a = IH1 ? A x，!!^为常数；将A y转换为修正俯 仰角A 0，转换公式为A 0 = IH2 ? A y，IH2为常数，依据A a和A 0值调整喷头的水平角 及俯仰角，使得落水点向火源中心靠近。
[0029] 该方法还包括优化过程，用于修正水流轨迹受初始水流压力、流速、安装高度、喷 头俯仰角、空气阻力的多重因素影响；具体为：<