一种基于移动边缘计算的电气消防监控与灭火装置及其方法与流程

2021-01-20 12:01:29|

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本发明涉及一种基于移动边缘计算的电气消防监控与灭火装置及其方法。

背景技术：

森林草原防火工作每年都在不断的进行，我国夏季大部分地区气温偏高，大风天气频繁，森林草原火险等级居高不下，火灾事件呈多发态势，高火险情况存在多，并且很难发现。例如林田交错地带烧田埂、烧杂草、烧秸秆、烧灰积肥、烧垃圾、烧垦开荒等农事用火隐患点；其次，林内、林源烧纸钱、烧香点烛、燃放烟花爆竹等祭祀火灾隐患突出；再次，炼山造林、计划烧除、烧疫木、点烧隔离带等林业生产用火隐患；最后，穿越林区输配电线路较多，存在断线、短路、绝缘子脱落，以及电力建设施工、设备检修过程中存在引发森林火灾的隐患。现阶段采取的主要措施主要采取人员巡线方式，对施工业主和施工人员说明线路的电压等级、保护区范围、悬挂安全警告标示牌、发出隐患通知书等措施。但是这种方式存在巡线周期长、人员劳动强度大、不易及时发现隐患等缺点。因此发展新的无人在线电器消防与监控与灭火装置及其方法变得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于移动边缘计算的电气消防监控与灭火装置及其方法。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于移动边缘计算的电气消防监控与灭火装置，包括中央处理器、状态识别系统、灭火控制系统、气象监控系统、通信系统、分布式传感系统、存储模块、供电系统、云平台，状态识别系统、灭火控制系统、通信系统、存储模块、供电系统都与中央处理器电性连接，所述气象监控系统、分布式传感系统都与通信系统无线连接，所述云平台与通信系统无线连接。

作为优选，状态识别系统包括火源识别装置、振动识别装置，所述火源识别装置包括高清摄像球机、红外热成像仪，所述高清摄像球机可360°旋转，所述振动识别装置包括加速度传感器，加速度传感器为mpu6050型号的六轴加速度传感器。

作为优选，灭火控制系统包括可旋转底座、气溶胶容器、气溶胶喷射器，所述可旋转底座，气溶胶喷射器都与中央处理器电性连接，所述可旋转底座、气溶胶容器都与气溶胶喷射器连接。中央处理器可控制可旋转底座的旋转，并可控制气溶胶喷射器开合并控制喷射力度。

作为优选，气象监控系统包括风速风向监测模块、气压监测模块、雨雪监测模块、倾斜监测模块。

作为优选，通信系统包括5g通信模块与mesh通信模块、第一天线、第二天线，所述5g通信模块电性连接第一天线，所述mesh通信模块电性连接第二天线，所述气象监控系统、分布式传感系统都与mesh通信模块无线连接，所述云平台与5g通信模块无线连接。

作为优选，分布式传感系统包括若干个温湿度传感器、若干个烟雾传感器。

一种基于移动边缘计算的电气消防监控与灭火方法，包括以下步骤：

步骤s1、安装基于移动边缘计算的电气消防监控与灭火装置于野外高压电塔塔顶，将分布式传感系统分散放置于塔底附近草地森林中；

步骤s2、将高清摄像球机与红外热像仪置于高压电塔顶端，从而监测电塔周围电线、塔杆、林地、树木、草皮的图像及热像图情况，气象监控系统监控塔杆所处位置的风速风向、气压、雨雪、倾斜的参数，分布式传感系统监控塔杆所处位置的温湿度以及烟雾的参数；

步骤s3、高清摄像球机与红外热像仪将拍摄到的图像传送到中央处理器进行处理，然后中央处理器通过内置程序判断是否启动气溶胶喷射器，若启动气溶胶喷射器，则中央处理器对气溶胶喷射器的角度与喷射强度进行调整，然后气溶胶喷射器进行灭火，否则退出；

步骤s4、气象监控装置、分布式传感系统通过mesh通信模块将监控到的参数传送至中央处理器进行分析处理，从而中央处理器判断此时是否处于火灾易发或易于火灾扩散的环境，中央处理器将分析处理后的参数通过5g通信模块上传至云平台。

作为优选，分布式传感系统分散放置包括以下步骤：

s601、将若干个温湿度传感器、若干个烟雾传感器围绕高压电塔周围半径500米内放置；

s602、每个测试点布置一个温湿度传感器和一个烟雾传感器；

s603、每个测试点两两之间相距50米。

作为优选，中央处理器通过内置程序判断是否启动气溶胶喷射器，包括如下步骤：

步骤s301、中央处理器判断高清摄像球机拍摄到的图像是否有明显火源；

步骤s302、若中央处理器判断有明显火源则中央处理器启动气溶胶喷射器且退出，否则跳到步骤s303；

步骤s303、中央处理器通过红外热像仪拍摄到的图像判断周围设施温度，若温度超过100摄氏度，则中央处理器启动气溶胶喷射器且退出，否则跳到步骤s301。

作为优选，中央处理器对气溶胶喷射器的角度与喷射强度进行调整，包括如下步骤：

步骤s401、中央处理器调整可旋转底座使气溶胶喷射器对准火源或火灾隐患点；

步骤s402、中央处理器根据高清摄像球机与红外热像仪所拍摄图像分析计算火源距离灭火控制系统的距离；

步骤s403、中央处理器根据距离控制气溶胶喷射器的喷射强度。

本发明的有益效果如下：

本发明采用mec边缘计算将数据处理在边缘侧进行，可以最快速的得知装置所在现场有无火灾或火灾隐患发生，通过高清摄像球机与红外热成像仪进行现场状态识别，高清摄像球机可360旋转拍摄周围图像，红外成像仪能判断周围环境是否有温度超标点，并配有气象监测系统和分分布式传感系统，全方位监测野外消防情况并在边缘侧进行计算，以便最快做出响应，同时通过5g通信模块进行数据上传至云平台；

本发明使用5g通信模块进行数据上传，5g网络的高速传输使得数据上传变得更加迅速，云平台可以更加快速的接收到信息从而做出反应，且无线5g网络的部署方便快捷，只需启动装置即可接入网络，满足了快速建立电气消防监控与灭火系统的需求；

本发明在风力过大、气温过高、空气湿度过低时会提醒云平台工作人员加大巡检力度，本发明便于安装使用，随时可进行快速安装并投入使用；

本发明可以满足快速建立电气消防监控与灭火系统的需求，建立后可随时增加减少设备，对于新的设备的增加只需启动入网，在线自动检测和边缘计算的方式最大程度减少了巡检人员工作量，节省了人力成本，提高了工作效率，保证野外电气消防工作的进行效率。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为状态识别系统组成图；

图3为灭火控制系统组成图；

图4为气象监控系统组成图；

图5为通信模块组成图；

图6为分布式传感系统组成图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明：

如图1所示，一种基于移动边缘计算的电气消防监控与灭火装置，包括中央处理器1、状态识别系统2、灭火控制系统3、气象监控系统4、通信系统5、分布式传感系统6、存储模块7、供电系统8、云平台9，所述状态识别系统2、灭火控制系统3、通信系统5、存储模块7、供电系统8都与中央处理器1电性连接，所述气象监控系统4、分布式传感系统6都与通信系统5无线连接，所述云平台9与通信系统5无线连接。

如图2所示，状态识别系统2包括火源识别装置21、振动识别装置22，所述火源识别装置21包括高清摄像球机211、红外热成像仪212，所述高清摄像球机211可360°旋转，所述振动识别装置22包括加速度传感器221。

如图3所示，灭火控制系统3包括可旋转底座31、气溶胶容器32、气溶胶喷射器33，所述可旋转底座31，气溶胶喷射器33都与中央处理器1电性连接，所述可旋转底座31、气溶胶容器32都与气溶胶喷射器33连接。

如图4所示，气象监控系统4包括风速风向监测模块41、气压监测模块42、雨雪监测模块43、倾斜监测模块44。

如图5所示，通信系统5包括5g通信模块51与mesh通信模块52、第一天线511、第二天线522，所述5g通信模块51电性连接第一天线511，所述mesh通信模块52电性连接第二天线522，所述气象监控系统4、分布式传感系统6都与mesh通信模块52无线连接，所述云平台9与5g通信模块51无线连接。

如图6所示，分布式传感系统6包括若干个温湿度传感器61、若干个烟雾传感器62。

一种基于移动边缘计算的电气消防监控与灭火方法，包括以下步骤：

步骤s1、安装基于移动边缘计算的电气消防监控与灭火装置于野外高压电塔塔顶，将分布式传感系统6分散放置于塔底附近草地森林中；

步骤s2、将高清摄像球机211与红外热像仪212置于高压电塔顶端，从而监测电塔周围电线、塔杆、林地、树木、草皮的图像及热像图情况，气象监控系统4监控塔杆所处位置的风速风向、气压、雨雪、倾斜的参数，分布式传感系统6监控塔杆所处位置的温湿度以及烟雾的参数；

步骤s3、高清摄像球机211与红外热像仪212将拍摄到的图像传送到中央处理器1进行处理，然后中央处理器1通过内置程序判断是否启动气溶胶喷射器33，若启动气溶胶喷射器33，则中央处理器1对气溶胶喷射器33的角度与喷射强度进行调整，然后气溶胶喷射器33进行灭火，否则退出；

步骤s4、气象监控装置4、分布式传感系统6通过mesh通信模块52将监控到的参数传送至中央处理器1进行分析处理，从而中央处理器1判断此时是否处于火灾易发或易于火灾扩散的环境，中央处理器1将分析处理后的参数通过5g通信模块51上传至云平台9。

分布式传感系统6分散放置包括以下步骤：

s601、将若干个温湿度传感器61、若干个烟雾传感器62围绕高压电塔周围半径500米内放置；

s602、每个测试点布置一个温湿度传感器61和一个烟雾传感器62；

s603、每个测试点两两之间相距50米。

中央处理器1通过内置程序判断是否启动气溶胶喷射器33，包括如下步骤：

步骤s301、中央处理器1判断高清摄像球机211拍摄到的图像是否有明显火源；

步骤s302、若中央处理器1判断有明显火源则中央处理器启动气溶胶喷射器33且退出，否则跳到步骤s303；

步骤s303、中央处理器1通过红外热像仪212拍摄到的图像判断周围设施温度，若温度超过100摄氏度，则中央处理器启动气溶胶喷射器33且退出，否则跳到步骤s301。

中央处理器1对气溶胶喷射器33的角度与喷射强度进行调整，包括如下步骤：

步骤s401、中央处理器1调整可旋转底座31使气溶胶喷射器33对准火源或火灾隐患点；

步骤s402、中央处理器1根据高清摄像球机与红外热像仪所拍摄图像分析计算火源距离灭火控制系统3的距离；

步骤s403、中央处理器1根据距离控制气溶胶喷射器33的喷射强度。

本发明的边缘计算体现在数据在中央处理器进行分析，而不需要回传到云平台进行分析，云平台用于记录，也可对现场设备发送指令，因为现场会将处理过后的数据和操作传到云平台，然后同时云平台收到一些危险指标时也会做出相应指令。

本发明通过高清摄像球机与红外热像仪等多种现场监控设备和传感器进行全方位电气消防监控，并采用mec边缘计算技术对收集到的参数进行边缘计算，并通过5g通信技术与mesh进行数据传输，5g网络的高速传输能力使得数据图像上传变得更加快速，后台可以快速收到反馈信息，提高了工作效率，也避免了现场常驻监管人员的需求，无需另外布置线路，不受使用场地影响。mesh网络形成的本地网络可以免去偏远地区运营商网络信号差的困扰，提供优质的本地网络有利于mec的数据分析速度与传输。

需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

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