森林草原防火灭火装置及防火灭火方法

技术领域

本发明申请涉及防火灭火设备领域，具体而言，涉及一种森林草原防火灭火装置及防火灭火方法。

背景技术

目前对于野外灭火，国际上还没有找到可以快速扑灭森林草原火情的方法技术和设备，一般是在火情发生之后，采用人工的灭火方式，由于野外地势复杂、环境空旷，林区树木稠密；尤其森林草原的甲烷气体使火情燃烧了更为凶猛，蔓延速度之快，往往就地没有充足的灭火介质，因此火情难以控制，常常耗时耗财也无法及时控制扑灭大火，造成自然资源严重的损失。同时人工灭火存在一定的危险性，对于参加灭火人员的人身安全无法保证。

针对相关技术中对于森林草原防火灭火困难，需要人工进行灭火，存在一定危险性的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明申请的主要目的在于提供一种森林草原防火灭火装置及防火灭火方法，以解决相关技术中对于森林草原防火灭火困难，需要人工进行灭火，存在一定危险性的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了一种森林草原防火灭火装置，该森林草原防火灭火装置包括；铺设在林区的输水管网以及设于所述输水管网上的喷头结构；其中，所述输水管网将林区分为若干片区，所述喷头结构用于对所述片区进行喷淋防火灭火，所述喷头结构包括：垂直旋转机构，设于所述垂直旋转机构输出端的水平旋转机构，以及设于所述水平旋转机构输出端的喷头组件；其中，所述喷头组件包括设于所述水平旋转机构输出端的水炮以及设于所述水炮上的热成像双光谱摄像机，所述热成像双光谱摄像机用于获取监测区域的温度数据和视频图像数据，所述水炮与所述输水管网连通。

进一步的，视频图像数据包括可见光视频图像数据和红外视频图像数据。

进一步的，森林草原防火灭火装置还包括多个供电装置，所述供电装置设于所述片区内，多个所述供电装置中的至少一个供电装置与多个喷头结构中的至少一个喷头结构对应。

进一步的，喷头组件还包括控制器以及设于所述水炮上的电磁阀，所述控制器与所述电磁阀、垂直旋转机构、水平旋转机构和热成像双光谱摄像机电性连接；所述控制器内设置有用于与后台进行数据传输的第一通讯模块；所述热成像双光谱摄像机内设置有用于与后台进行数据传输的第二通讯模块。

进一步的，水炮上设置有与所述供电装置连接的紫外线传感器和湿度监测装置，所述紫外线传感器和所述湿度监测装置均与所述控制器电性连接。

进一步的，供电装置设为风能太阳能一体式发电设备；所述热成像双光谱摄像机包括一体化集成设置的红外热成像摄像机和可见光摄像机。

进一步的，红外热成像摄像机包括红外热像仪，所述红外热像仪用于对监测区域的被测物体进行辐射探测，将辐射能转换成为与辐射能量成正比的电信号，进而将所述电信号转换成为被测物体的温度数据；所述红外热像仪还用于将被测物体发出的红外能量转化为红外热图像。

进一步的，喷头组件还包括设于所述水炮上的水平火焰传感器和竖直火焰传感器，所述水平火焰传感器和竖直火焰传感器均与所述控制器电性连接。

进一步的，喷头组件还包括底座，所述垂直旋转机构包括设于所述底座上的第一电机，所述第一电机的输出端可绕垂直轴旋转，第一电机的输出端设置有传动件，所述水平旋转机构设于所述传动件的上端。

进一步的，水平旋转机构包括固设于所述传动件上的固定座以及固设于所述固定座上的第二电机，所述第二电机的输出端可绕水平轴旋转，第二电机的输出端设置有水炮安装件，所述水炮固设于所述水炮安装件上。

进一步的，水炮安装件设置为呈U形的安装板，所述水炮位于所述安装板的凹槽内，水炮与所述安装板通过螺栓固定连接；所述安装板的端面与所述第二电机的输出端传动连接。

根据本申请的另一方面，提供一种森林防火灭火方法，使用森林草原防火灭火装置，包括如下步骤：

热成像双光谱摄像机获取监测区域的热成像图像；

根据热成像图像温度分布情况判断是否存在火灾；

若存在火灾，则获取与热成像图像相同空间位置的视频图像数据；

控制水平旋转机构和垂直旋转机构带动水炮动作并确定着火点；

若着火点在水炮的喷射范围内，则启动水炮对准着火点进行灭火；

若着火点不在水炮的喷射范围内，则启动水炮喷水形成隔离带。

进一步的，还包括获取林区的湿度信息，在湿度信息达到设定阈值时，启动水炮进行喷水，增加林区湿度。

进一步的，还包括紫外线传感器对特定区域进行实时监测，发现着火后向控制器和后台传递火灾信号；

控制器和后台接收到火灾信号后将向热成像双光谱摄像机发送指令，热成像双光谱摄像机获取监测区域的热成像图像；同时控制器和后台控制垂直旋转机构和水平旋转机构带动水炮动作，通过水平火焰传感器和竖直火焰传感器确定着火点后向控制器和后台反馈信号，控制器和后台再控制水炮上的电磁阀打开，进行喷水。

在本申请实施例中，通过铺设在林区的输水管网以及设于所述输水管网上的喷头结构；其中，所述输水管网将林区分为若干片区，所述喷头结构用于对所述片区进行喷淋防火灭火，所述喷头结构包括：垂直旋转机构，设于所述垂直旋转机构输出端的水平旋转机构，以及设于所述水平旋转机构输出端的喷头组件；其中，所述喷头组件包括设于所述水平旋转机构输出端的水炮以及设于所述水炮上的热成像双光谱摄像机，所述热成像双光谱摄像机用于获取监测区域的温度数据和视频图像数据，所述水炮与所述输水管网连通，达到了在发生火情时，通过铺设在林区的输水管网将水及时输送至喷头结构，使得喷头结构内的水炮对片区进行喷水灭火的目的，从而实现了快速、精准、安全的对林区着火点进行喷水灭火的技术效果，进而解决了相关技术中对于森林草原防火灭火困难，需要人工进行防火灭火，存在一定危险性的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的结构示意图；

图2是根据本申请实施例中喷头结构的示意图；

图3是根据本申请实施例的喷头结构的侧视示意图；

其中，1底座，2第一电机，3紫外线传感器，4水炮，5热成像双光谱摄像机，6水炮安装件，7传动件，8控制器，9第二电机，10固定座，11水平火焰传感器，12竖直火焰传感器，13输水管网，14喷头结构，15供电装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“设有”、“连接”、“固定”等应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1至图3所示，本申请实施例提供了一种森林草原防火灭火装置，该森林草原防火灭火装置包括；铺设在林区的输水管网13以及设于输水管网13上的喷头结构14；其中，输水管网13将林区分为若干片区，喷头结构14用于对片区进行喷淋防火灭火，喷头结构14包括：垂直旋转机构，设于垂直旋转机构输出端的水平旋转机构，以及设于水平旋转机构输出端的喷头组件；其中，喷头组件包括设于水平旋转机构输出端的水炮4以及设于水炮4上的热成像双光谱摄像机5，热成像双光谱摄像机5用于获取监测区域的温度数据和视频图像数据，视频图像数据包括可见光视频图像数据和红外视频图像数据，水炮4与输水管网13连通。

本实施例中，输水管网13铺设在林区内，可整体呈方形或圆形铺设，输水管网13由横纵分布的管道连接形成，管道可采用具有防冻、防火、防腐的材料制成。输水管网13将林区分为若干片区，该片区即输水管网13网格内的区域。喷头结构14设置为若干个并安装在输送管网上，喷头结构14中的直旋转机构用于带动水平旋转机构和喷头组件绕垂直轴旋转，水平旋转机构用于带动喷头组件绕水平轴旋转，从而通过垂直旋转机构和水平旋转机构使得喷头组件可在垂直方向和水平方向运动，继而使得喷头组件中的水炮4可精准的对准着火点进行喷水灭火。在产生火情时热成像双光谱摄像机5启动并获取对应监测区域的温度数据和视频图像数据，由于热成像双光谱摄像机5固定在水炮4上，因此在水炮4做垂直方向和水平方向运动时热成像双光谱摄像机5也同步运动，在喷水灭火时，水炮4对准着火点，因此热成像双光谱摄像机5可准确的捕捉着火点的温度数据和视频图像数据，此处视频图像数据包括可见光视频图像数据和红外视频图像数据。此外，热成像双光谱摄像机5也可单独获取可见光视频图像数据，从而起到监控的作用。

此外，输水管网13通过供水装置进行供水，供水装置可为在林区高处设置的储水池，储水池内设置水泵，水泵的输出端与输水管网13连通，实现对输水管网13的供水，同时，供水装置也可为市政水源，输水管网13连接市政水源进行供水或者在发生火情时，通过管道连接消防车进行供水，当采用消防车进行供水时，管道有预留与消防车连接的接口，可满足消防水管的接入使用，同时位于输水管网13的管道上还设置有若干用于连接消防水管的连接头，消防水管的进水端可通过连接头与输水管网连接，从而解决消防水管长度不足或难以铺设的问题。

本实施例通过输水管网13和喷头结构14的设置，达到了在发生火情时，通过铺设在林区的输水管网13将水及时输送至喷头结构14，使得喷头结构14内的水炮4对片区进行喷水灭火的目的，从而实现了快速、精准、安全的对林区着火点进行喷水灭火的技术效果，进而解决了相关技术中对于森林草原防火灭火困难，需要人工进行灭火，存在一定危险性的问题。

如图1至图3所示，森林草原防火灭火装置还包括多个供电装置15，供电装置15设于片区内，多个供电装置15中的至少一个供电装置15与多个喷头结构14中的至少一个喷头结构14对应。

供电装置15用于向喷头结构14供电，为进一步减少火情发生的概率，因此将供电装置15设置为多个，单个供电装置15可为单个喷头结构14供电，减少供电装置15电缆的长度。供电装置15设为风能太阳能一体式发电设备；热成像双光谱摄像机5包括一体化集成设置的红外热成像摄像机和可见光摄像机。

如图1至图3所示，喷头组件还包括底座1，垂直旋转机构包括设于底座1上的第一电机2，第一电机2的输出端可绕垂直轴旋转，第一电机2的输出端设置有传动件7，水平旋转机构设于传动件7的上端。

具体的，需要说明的是，底座1作为支撑件用于与承载结构固定从而起到支撑作用，底座1与承载结构可通过螺栓固定连接，第一电机2和传动件7共同构成垂直旋转机构，第一电机2的固定在底座1上，其输出端朝上并竖直设置，传动件7固定在第一电机2的输出端，传动件7可设置有传动杆或传动柱，能承受一定的力矩，水平旋转机构固定在传动件7上端，从而通过启动第一电机2带动水平旋转机构绕垂直轴旋转，继而实现喷头在垂直方向的运动。

如图1至图3所示，水平旋转机构包括固设于传动件7上的固定座10以及固设于固定座10上的第二电机9，第二电机9的输出端可绕水平轴旋转，第二电机9的输出端设置有水炮4安装件，水炮4固设于水炮4安装件上。水炮4安装件设置为呈U形的安装板，水炮4位于安装板的凹槽内，水炮4与安装板通过螺栓固定连接；安装板的端面与第二电机9的输出端传动连接。

具体的，需要说明的是，固定座10固定在传动件7上端，固定座10可设置为板状结构，用于安装第二电机9，第二电机9可通过螺栓固定在固定座10上，第二电机9的输出端水平设置，水炮4安装件与第二电机9的输出端传动连接，水炮4安装件设置为呈U形的安装板，水炮4位于安装板的凹槽内，水炮4与安装板通过螺栓固定连接；安装板的端面与第二电机9的输出端传动连接，从而实现通过第二电机9带动水炮4绕水平轴旋转。

如图1至图3所示，喷头组件还包括控制器8以及设于水炮4上的电磁阀，控制器8与电磁阀、垂直旋转机构、水平旋转机构和热成像双光谱摄像机5电性连接；控制器8内设置有用于与后台进行数据传输的第一通讯模块。通过电磁阀来控制水炮4的启停，电磁阀则由控制器8进行控制；所述热成像双光谱摄像机5内设置有用于与后台进行数据传输的第二通讯模块。

具体的，需要说明的是，控制器8通过向第一电机2和第二电机9发送指令，从而控制第一电机2和第二电机9的旋转方向和旋转角度，第一电机2和第二电机9可采用步进电机或伺服电机，控制器8同时还可控制热成像双光谱摄像机5的启动，并且控制器8内设置有用于与后台进行数据传输的第一通讯模块，因此控制器8可接收后台的指令实现对第一电机2、第二电机9和热成像双光谱摄像机5的控制，与此同时，热成像双光谱摄像机5所获取的温度数据和视频图像数据也通过控制器8的通讯模块传输给后台，便于后台的查看，第一电机2和第二电机9的状态也可通过控制器8传输给后台进行查看，便于实时监控该喷头结构14的状态。同时热成像双光谱摄像机5也可直接与后台之间通过第二通讯模块进行信息交互。

如图1至图3所示，水炮4上设置有与供电装置15连接的紫外线传感器3和湿度监测装置，紫外线传感器3和湿度监测装置均与控制器8电性连接。喷头组件还包括设于水炮4上的水平火焰传感器11和竖直火焰传感器12，水平火焰传感器11和竖直火焰传感器12均与控制器8电性连接。

具体的，需要说明的是，紫外线传感器3对特定区域进行实时监测，发现火灾后向控制器8传递火灾信号，控制器8收到火灾信号后控制第一电机2和第二电机9动作，通过水平火焰传感器11和竖直火焰传感器12准确的判定着火点，然后打开水炮4的电磁阀进行喷水灭火，与此同时热成像双光谱摄像机5获取着火点的温度数据和视频图像数据。

如图1至图3所示，红外热成像摄像机包括红外热像仪，红外热像仪用于对监测区域的被测物体进行辐射探测，将辐射能转换成为与辐射能量成正比的电信号，进而将电信号转换成为被测物体的温度数据；红外热像仪还用于将被测物体发出的红外能量转化为红外热图像。

根据本申请的另一方面，提供一种森林防火灭火方法，使用森林草原防火灭火装置，包括如下步骤：

S1、热成像双光谱摄像机5获取监测区域的热成像图像；

S2、根据热成像图像温度分布情况判断是否存在火灾；

S3、若存在火灾，则获取与热成像图像相同空间位置的视频图像数据并将信号反馈给控制器8；

S4、控制器8控制水平旋转机构和垂直旋转机构带动水炮4动作并确定着火点，着火点由水平火焰传感器11和竖直火焰传感器12确认；

S5、若着火点在水炮4的喷射范围内，则启动水炮4对准着火点进行灭火；

S6、若着火点不在水炮4的喷射范围内，则启动水炮4喷水形成隔离带。

进一步的，还包括获取林区的湿度信息，在湿度信息达到设定阈值时，启动水炮4进行喷水，增加林区湿度，也在火灾高发的季节定时进行喷水加湿，对林区进行防火处理。

进一步的，除了采用热成像双光谱摄像机5来判断是否存在火灾外，还可采用紫外线传感器3对特定区域进行实时监测，发现着火后向控制器8传递火灾信号，同时将该火灾信号发送给后台；

也可通过预先安装的烟雾传感器对特定区域进行实时监测，发现着火后向控制器8传递火灾信号，同时将该火灾信号发送给后台，通过烟雾传感器以及紫外线传感器3的结合，使得对火灾信号的判断更为准确；

控制器8和后台接收到火灾信号后将向热成像双光谱摄像机5发送指令，热成像双光谱摄像机5获取监测区域的热成像图像；同时控制器8和后台控制垂直旋转机构和水平旋转机构带动水炮4动作，通过水平火焰传感器11和竖直火焰传感器12确定着火点后向控制器8反馈信号，控制器8和后台再控制水炮4上的电磁阀打开，进行喷水。并且用户也可手动通过后台控制水炮4以及热成像双光谱摄像机5的工作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。