[发明专利]一种基于机器视觉的消防炮混合控制系统及控制方法

说明书

本发明提供了一种基于机器视觉的消防炮混合控制系统及工作方法，属于消防技术领域。该系统包括消防炮、双目视觉系统、第一角度传感器、第二角度传感器和控制系统，双目视觉系统包括第一摄像机、第二摄像机、第三角度传感器和支架；该系统的控制方法包括基于位置的伺服控制方法和基于图像的伺服控制方法，基于位置的伺服控制方法，使消防炮射流及落点快速逼近火场甚至命中火场，基于图像的伺服控制方法，使消防炮射流落点准确命中目标火场，且实时监测落点是否偏离目标火场并及时调整消防炮姿态。本发明实现了消防炮准确持续的灭火，提高灭火效率，到达智能化灭火的目的。

技术领域

本发明属于消防领域，具体涉及一种基于机器视觉的消防炮混合控制系统及控制方法。

背景技术

近年来，安全领域尤其是消防安全备受关注。一方面，消防安全与社会利益息息相关，据统计，近几年因消防安全造成的损失达到平均约38亿元/年；另一方面，消防设施的发展逐渐自动化、智能化，其涵盖的科学领域广泛。消防炮作为消防灭火的关键设备，需具备快速性和准确性，其发展也必定趋于智能化。

随着视觉技术的发展，其在控制方面的应用越来越泛。目前，基于视觉技术的伺服控制方法主要有基于位置的控制、基于图像的控制及混合控制。基于位置的控制方法主要是采用双目视觉设备获取图像中某点在3维笛卡尔空间中的位置，与期望位置构造偏差量输入控制器，形成控制输出，具有快速性等优点，但该方法容易受到相机标定结果等的影响，鲁棒性较差；基于图像的控制方法主要是利用视觉信息获得被观测对象在2维图像空间的特征，与期望的图像特征相比较形成误差，构建偏差输入控制器，该方法对相机标定误差、模型误差等不敏感，具有很高的稳态控制精度但控制系统只是局部稳定，对于小幅度旋转的伺服控制效果较好；混合控制包含在3维笛卡尔空间构成的闭环控制系统和2维图像空间构成的闭环控制系统，混合控制结合了基于位置和基于图像的控制，因此，混合控制方法可满足大幅度和小幅度兼顾的伺服控制。

消防炮作为应急救援设备，其快速性和准确性必须兼得。中国专利(CN107909615A)公开了一种基于双目视觉的消防炮定位方法，使用双目相机的特征获取火焰的空间位置，控制消防炮灭火，但是双目视觉的应用容易受到前期标定以及目标场景的干扰，会产生较大误差，该专利可满足消防炮灭火的快速性需求，但是在标定和现场场景的复杂程度的影响下，其准确性并不能得到保证；同时，由于灭火过程中环境的影响，例如横风等，造成的射流落点偏移情况，同样无法解决。中国专利(CN109939396A)公开了一种具有落点自修正功能的自走式消防炮，使用激光测距仪获取火焰位置信息，控制底盘转动，行进至消防炮范围内，智能控制系统根据火焰位置调整消防炮水平转角和喷射仰角，铜焊丝，根据实时反馈的落点、表面温度等信号，智能调整射流方向；但是该专利并未给出，获取到火焰位置信息后如何调整消防炮进行转动，同时，该专利也并未给出获取到射流落点后是如何利用图像信息调整消防炮转动以实现精准射流。可见，现有的技术多数是通过视觉技术或者激光测距仪对获取火场的位置后，控制消防炮进行转动，这些方法可满足快速性的要求，对于灭火的准确性并不能保证。

由此可见，目前，基于视觉技术的消防炮系统及控制方法存在以下问题：

(1)准确性得不到保证。现有技术多通过位置信息确定消防炮的转动角度，该类方法容易受到位置信息误差的影响，同时，灭火过程中的环境因素也会大大影响其灭火的准确性，并不是单一的位置信息就可以实现持续准确的灭火。

(2)调整控制方法欠缺。现有技术也有通过射流轨迹落点位置来修正消防炮，但往往只给出了识别落点信息的说法，后续的调整控制方法并未给出。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于机器视觉的消防炮混合控制系统及控制方法，提供了基于位置的伺服控制和基于图像的伺服控制融合的混合控制方法，基于位置的伺服控制可快速调整消防炮使射流快速逼近火场，基于图像的伺服控制可进一步调整消防炮，使得射流落点持续准确的命中目标火场。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。