一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统的制作方法

1.本实用新型涉及气体识别领域，尤其涉及一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统。


背景技术：

2.火灾是一种常见灾害，秋天天干物燥，大风天气增多，是山林火灾发生的高峰期。大面积山林火灾会破坏环境原貌，造成水土流失、空气污染等，威胁人民生命财产安全，其中多数山林火灾是由人为用火不慎而引起的。受山地和密林遮挡，传统火灾监测设备很难观测到山林火灾，导致不能快速扑灭火灾，因此研制一套快速识别初期的山林火灾是必要的。
3.传统火灾监控系统主要有两个方式。一是可见相机通过目标运动检测算法对烟雾轮廓进行动态识别，但抗干扰能力弱，如云、鸟等运动目标飞入到相机视野时，可见相机可能将该类目标识别成火灾。另外一种是热红外相机利用温度阈值法，当目标的温度超过设定阈值温度时，系统进行火灾报警，但容易受地形影响，如火源受密闭树林遮挡或火灾发生在山的背面，从而系统较难判断目标温度。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，以解决传统监测设备抗干扰能力弱和受地形影响不能更早观测到山林火灾的问题，本实用新型的内容如下：
5.本实用新型的目的在于提供一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，包括防抖动云台和固定设置于所述防抖动云台上方的火灾烟雾识别系统本体，其技术点在于，火灾烟雾识别系统本体包括壳体、置于所述壳体内部的可见多光谱相机、中波多光谱相机和电子学系统，所述电子学系统控制可见多光谱相机、中波多光谱相机的工作，防抖动云台的转动；
6.通过窗口片压圈固定设置于所述壳体一侧的可见窗口片和红外窗口片，所述可见多光谱相机用于获通过可见窗口片进入的可见光谱信息，所述中波多光谱相机用于获取通过红外窗口片进入的红外光谱信息；
7.设置于所述壳体外侧的遮光罩、雨刷和外部线缆，所述雨刷置于可见窗口片和红外窗口片之间，通过电机驱动其转动，所述外部线缆包含数据线缆和电源线缆。
8.为了更好的解决上述技术方案，本实用新型的应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统的光谱相机包括可见-近红外探测器、带有可见通道和近红外通道的滤光片转轮和可见变焦镜头，可见光进入所述可见窗口片后依次通过可见变焦镜头和滤光片转轮相关光谱信息被可见-近红外探测器捕获。
9.为了更好的解决上述技术方案，本实用新型的应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统的中波多光谱相机包含中波探测器、带有烟雾通道和背景通道的滤光片转轮、中波
变焦镜头，红外光进入所述红外窗口片后依次通过滤光片转轮和中波变焦镜头相关信息被中波探测器捕获。
10.为了更好的解决上述技术方案，本实用新型的应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统的可见窗口片为k9玻璃制备而成，所述可见窗口片的通道波段范围为0.4-1.2μm。
11.为了更好的解决上述技术方案，本实用新型的应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统的可见变焦镜头的焦距为6-210mm，最大焦距对应的空间分辨率为0.15m@5000m。
12.为了更好的解决上述技术方案，本实用新型的应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统的可见通道的通道波段范围为0.4-0.75μm，所述近红外通道的通道波段范围为0.8-1.2μm。
13.为了更好的解决上述技术方案，本实用新型的应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统的红外窗口片由锗制备而成，所述红外窗口片的通道波段范围为3-5μm。
14.为了更好的解决上述技术方案，本实用新型的应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统的中波变焦镜头的焦距为20-200mm，所述中波探测器的灵敏度不大于20mk@300k，最大焦距对应的空间分辨率为0.375m@5000m。
15.为了更好的解决上述技术方案，本实用新型的应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统的烟雾通道的通道波段范围为4.2-4.7μm。
16.为了更好的解决上述技术方案，本实用新型的应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统的背景通道的通道波段范围为3.5-4μm。
17.与现有技术相比，本实用新型的应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统能够达到以下有益效果：
18.本实用新型的应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统包括防抖动云台和固定设置于所述防抖动云台上方的火灾烟雾识别系统本体，火灾烟雾识别系统本体包括壳体、置于所述壳体内部的可见多光谱相机、中波多光谱相机和电子学系统；通过窗口片压圈固定设置于所述壳体一侧的可见窗口片和红外窗口片；设置于所述壳体外侧的遮光罩、雨刷和外部线缆，本实用新型是在可见相机和热红外相机识别火灾原理基础上，增加了中波多光谱相机对烟雾中co、co2气体进行识别原理，这三个原理可优势互补，提高了识别烟雾的能力，可早期发现山林火灾。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
20.图1为本实用新型的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统的侧视图；；
21.图2为本实用新型的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统结构示意图。
22.附图标记
23.1-遮光罩；2-壳体；3-窗口片压圈；4-可见窗口片；5-雨刷；6-防抖动云台；7-红外窗口片；8-电机；9-外部线缆；10-中波探测器；11-烟雾通道；12-背景通道；13-滤光片转轮；14-可见变焦镜头；15电子学系统；16-可见-近红外探测器；17-可见通道；18-近红外通道；19可见变焦镜头。
具体实施方式
24.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
25.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
26.以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。
27.如图1所示的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，包括防抖动云台6和固定设置于所述防抖动云台6上的火灾烟雾识别系统本体（图中未示出），其中本实用新型的火灾烟雾识别系统本体包括壳体2、置于所述壳体2内部的可见多光谱相机（图中未示出）、中波多光谱相机（图中未示出）和电子学系统15，所述电子学系统15控制可见多光谱相机（图中未示出）、中波多光谱相机（图中未示出）的工作，防抖动云台6的转动，进一步的电子学系统15控制镜头的自动变焦、滤光片转轮13的转动、探测器的开启、连接雨刷5的电机8转动、抖动云台6的转动、分配电源给各组件供电、数据处理和传输。
28.进一步的，如图2所示本实用新型光谱相机（图中未示出）包括可见-近红外探测器16、带有可见通道17和近红外通道18的滤光片转轮13和可见变焦镜头19，可见光进入所述可见窗口片4后依次通过可见变焦镜头19和滤光片转轮13相关光谱信息被可见-近红外探测器16捕获。本实用新型的中波多光谱相机（图中未示出）包含中波探测器10、带有烟雾通道11和背景通道12的滤光片转轮13、中波变焦镜头14，红外光进入所述红外窗口片后7依次通过滤光片转轮13和中波变焦镜头14相关信息被中波探测器10捕获。作为优选的，本实用新型的可见变焦镜头19的焦距为6-210mm，最大焦距对应的空间分辨率为0.15m@5000m。作为优选的，本实用新型的可见通道17的通道波段范围为0.4-0.75μm，所述近红外通道18的通道波段范围为0.8-1.2μm，可见多光谱相机通过转动滤光片转轮13切换到可见通道17并通过目标移动监测算法识别火灾引起的烟雾，并切换到近红外通道18，利用近红外波段的光学特性实现光学透雾成像，可识别烟雾后的火灾情况。作为优选的，本实用新型的中波多光谱利用背景差分原理来识别烟雾中的co、co2气体，即因为烟雾通道除识别co、co2气体外，还能识别人、动物等3-5um宽谱段的干扰目标，背景通道也可以识别这些宽谱段的干扰目标，并通过差分原理排除干扰目标，进而达到识别co、co2气体的能力。中波变焦镜头14的焦距为20-200mm，所述中波探测器10的灵敏度不大于20mk@300k，最大焦距对应的空间分辨率为0.375m@5000m，满足5km范围内识别≥1%vol平均浓度的co、co2气体要求。
29.通过窗口片压圈3固定设置于所述壳体2一侧的可见窗口片4和红外窗口片7，所述可见多光谱相机用于获通过可见窗口片4进入的可见光谱信息，所述中波多光谱相机用于获取通过红外窗口片7进入的红外光谱信息。作为优选的，本实用新型的可见窗口片4为k9玻璃制备而成，所述可见窗口片4的通道波段范围为0.4-1.2μm。作为优选的，本实用新型的红外窗口片7由锗制备而成，所述红外窗口片7的通道波段范围为3-5μm，通过背景差分原理，来排除非co、co2气体目标影响，如云、水汽等此外背景通道可透过包含co、co2气体的烟
雾和温度阈值法来判断着火面积。
30.可见多光谱相机的目标运动算法、中波多光谱相机背景通道的温度阈值法和中波多光谱相机的co、co2气体识别的三个方法可优势互补。可见多光谱相机可排除与火灾运动特性不相关的干扰目标，如排放热气的排气扇、排放co、co2气体的工业烟囱；背景通道排除与火灾温度不相关的干扰目标，如排放co、co2气体的沼气区域、飞翔的鸟类，此外该通道利用热红外的光学特性可精准探测隐蔽黑夜中的热源，并利用可变焦镜头和目标运动特点来排除非火灾目标，如人、动物，弥补可见多光谱相机在夜晚识别能力的缺点；中波多光谱可识别火灾烟雾的co、co2气体，提高系统的火灾全天时识别能力。
31.设置于所述壳体2外侧的遮光罩1、雨刷5和外部线缆9，所述雨刷5置于可见窗口片4和红外窗口片7之间，通过电机驱动其转动，所述外部线缆9包含数据线缆和电源线缆。由于山林湿气较重，并且昼夜温差变化大，导致窗口片出现露珠影响成像，系统内置温度和湿度传感器，当温度变化较大和湿度较大时，电子学系统15定期控制雨刷5擦掉表面的露珠，时间间隔可设置，此外后端操作人员可以通过向电子学系统15发出指令来擦掉露珠。
32.以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，包括防抖动云台（6）和固定设置于所述防抖动云台（6）上的火灾烟雾识别系统本体，其特征在于，火灾烟雾识别系统本体包括壳体（2）、置于所述壳体（2）内部的可见多光谱相机、中波多光谱相机和电子学系统（15），所述电子学系统（15）控制可见多光谱相机、中波多光谱相机的工作，防抖动云台（6）的转动；通过窗口片压圈（3）固定设置于所述壳体（2）一侧的可见窗口片（4）和红外窗口片（7），所述可见多光谱相机用于获通过可见窗口片（4）进入的可见光谱信息，所述中波多光谱相机用于获取通过红外窗口片（7）进入的红外光谱信息；设置于所述壳体（2）外侧的遮光罩（1）、雨刷（5）和外部线缆（9），所述雨刷（5）置于可见窗口片（4）和红外窗口片（7）之间，通过电机驱动其转动，所述外部线缆（9）包含数据线缆和电源线缆。2.根据权利要求1所述的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，其特征在于，所述可见多光谱相机包括可见-近红外探测器（16）、带有可见通道（17）和近红外通道（18）的滤光片转轮（13）和可见变焦镜头（19），可见光进入所述可见窗口片（4）后依次通过可见变焦镜头（19）和滤光片转轮（13）相关光谱信息被可见-近红外探测器（16）捕获。3.根据权利要求1所述的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，其特征在于，所述中波多光谱相机包含中波探测器（10）、带有烟雾通道（11）和背景通道（12）的滤光片转轮（13）、中波变焦镜头（14），红外光进入所述红外窗口片（7）后依次通过滤光片转轮（13）和中波变焦镜头（14）相关信息被中波探测器（10）捕获。4.根据权利要求1所述的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，其特征在于，所述可见窗口片（4）为k9玻璃制备而成，所述可见窗口片（4）的通道波段范围为0.4-1.2μm。5.根据权利要求2所述的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，其特征在于，所述可见变焦镜头（19）的焦距为6-210mm，最大焦距对应的空间分辨率为015m@5000m。6.根据权利要求2所述的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，其特征在于，所述可见通道（17）的通道波段范围为0.4-0.75μm，所述近红外通道（18）的通道波段范围为0.8-1.2μm。7.根据权利要求1所述的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，其特征在于，所述红外窗口片（7）由锗制备而成，所述红外窗口片（7）的通道波段范围为3-5μm。8.根据权利要求3所述的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，其特征在于，所述中波变焦镜头（14）的焦距为20-200mm，所述中波探测器（10）的灵敏度不大于20mk@300k，最大焦距对应的空间分辨率为0.375m@5000m。9.根据权利要求3所述的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，其特征在于，所述烟雾通道（11）的通道波段范围为4.2-4.7μm。10.根据权利要求3所述的一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，其特征在于，所述背景通道（12）的通道波段范围为3.5-4μm。

技术总结
本实用新型公开了一种应用于山林火灾监控的火灾烟雾识别系统，属于气体识别领域，包括防抖动云台和固定设置于所述防抖动云台上方的火灾烟雾识别系统本体，火灾烟雾识别系统本体包括壳体、置于所述壳体内部的可见多光谱相机、中波多光谱相机和电子学系统；通过窗口片压圈固定设置于所述壳体一侧的可见窗口片和红外窗口片；设置于所述壳体外侧的遮光罩、雨刷和外部线缆，本实用新型是在可见相机和热红外相机识别火灾原理基础上，增加了中波多光谱相机对烟雾中CO、CO2气体进行识别原理，这三个原理可优势互补，提高了识别烟雾的能力，可早期发现山林火灾。早期发现山林火灾。早期发现山林火灾。


技术研发人员：毛维涛 李振 尤钱亮
受保护的技术使用者：南通智能感知研究院
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/6/2