一种用于抢险救援消防车的自动跟随照明系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种用于抢险救援消防车的自动跟随照明系统及其控制方法。


背景技术：

2.目前社会经济和城市化进程发展迅速，电力、通信、交通、消防以及市政、供水、供气等行业也得到了快速发展，随之而来的是各种事故的抢险救援工作也在不断增加。并且，随着时代的发展，人类安全变得至关重要，而各种灾害事故频发，给人们的生命和财产带来了巨大的损失。目前抢险救援消防车在消防抢险工况下应用广泛，而在夜间或缺乏照明条件的场所实施抢险救援消防作业，抢险救援消防车需要能够提供应全方位应急照明设备，这样可以极大地提高应急救援效率，将各种安全事故造成的损失降到最低，避免造成灾难性事故发生。
3.在救援过程中照明设备必不可少，如果照明不能根据抢险救援人员的需要快速照明指定区域，会在很大程度上影响对障抢险救援消防速度，从而耽误分宝贵的救援时间，也会严重影响抢险救援消防人员的人身安全。
4.现有技术中，cn103822175a披露了一种自动跟踪照明系统，可驱动探照灯动作并在最佳位置角度对需照明点进行跟踪照明。cn106594581a公开了一种可自动跟随的照明灯具，能够自动跟随舞台上的人，提供集中的光照替代人工照明方式。cn215001347u公开了一种智慧跟随路灯，包括灯杆、灯座和照明灯组，还包括通讯装置，通讯装置包括无线信号模块和人机对话模块，能实现精准定位行人或车辆的经过并自动跟随，为行人或车辆提供移动照明，同时具有人机交互功能、导航功能和报警跟踪功能。
5.现有技术的照明装置，虽然具备自动跟随功能，但是并不能保证跟踪的准确性，而且所采用的控制设备例如工控机等，只能适用于固定设备，无法用于对现有抢险救援消防车载照明设备的改造，并且无法实现远程集中控制。
6.如何克服上述现有技术方案的不足，提高抢险救援消防车照明装置照明跟踪的准确性，能够实现对现有抢险救援消防车载照明设备的改造，实现远程集中控制，成为本技术领域亟待解决的课题。


技术实现要素：

7.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于抢险救援消防车的自动跟随照明系统及其控制方法，具体采用如下技术方案：
8.一种用于抢险救援消防车的自动跟随照明系统，所述自动跟随照明系统包括安装在抢险救援消防车上的若干主照明装置、若干辅助照明装置、自动跟随控制装置、控制箱，以及不安装在所述抢险救援消防车上的控制终端和/或集中控制系统；
9.所述主照明装置包括气缸、旋转云台、电缆线、主照明灯头、主照明遥控器、主照明线控器、图像获取单元；
10.所述辅助照明装置包括固定座、灯主体、连接件、透镜灯罩、辅助照明灯头、辅助照明灯头散热器、电机、辅助照明遥控器；
11.所述自动跟随装置包括跟随计算模块、云台控制模块，所述自动跟随装置包括第一无线通讯模块；
12.所述控制终端和/或集中控制系统包括输入输出模块、控制处理模块、第二无线通讯模块；
13.所述第一无线通讯模块和所述第二无线通讯模块通过4g/5g无线通讯网络通信连接。
14.进一步，所述主照明灯头和所述图像获取单元安装在所述旋转云台上，所述旋转云台安装于所述气缸的伸缩端；所述主照明灯头、旋转云台通过所述电缆线与所述控制箱连接，通过所述电缆线向所述主照明灯头、旋转云台供电，并接收/发送数据信号；
15.所述气缸具有升降功能，通过气管与所述控制箱内部的气泵连接，实现所述主照明灯头的升降；
16.所述旋转云台用于控制主照明灯头的转向，控制照明角度，实现照明搜索功能；
17.所述图像获取单元获取图像的视野与所述主照明灯头的照明范围基本重合；
18.所述主照明灯头包括若干主照明灯头组件，每个所述主照明灯头组件包括若干led发光器件、若干二次配光透镜；
19.所述控制箱用于控制所述气缸的升降，所述旋转云台的转动和所述主照明灯头的照明开关。
20.进一步，所述主照明灯头包括4个所述主照明灯头组件，每个主照明灯头组件的功率为500w；
21.所述主照明灯头组件对称固定在所述旋转云台两侧，能够随云台一起转动；
22.所述图像获取单元固定在所述旋转云台顶端，位于所述主照明灯头组件之间；
23.所述led发光器件采用多颗大功率led，均布在led铝基板上，led铝基板直接贴在所述主照明灯头外壳上；
24.所述二次配光透镜采用出光角为6.7度的小角度透镜进行二次配光，在距离主照明灯头100m处的中心照度不小于700勒克斯；
25.所述主照明灯头外壳采用锻造铝合金一体成型制造，其外形为长方形。
26.进一步，所述控制箱包括开关电源、主控制板、主照明装置控制电路、辅助照明装置控制电路、电磁阀、气泵；
27.所述开关电源连接到所述抢险救援消防车的车载48v电源，所述开关电源将48v电压转换成多路供电电压传送到所述主控制板、主照明装置控制电路、辅助照明装置控制电路、电磁阀、气泵；
28.所述主照明装置控制电路通过所述电缆线连接所述主照明灯头，所述辅助照明装置控制电路通过所述电缆线连接所述辅助照明灯头；
29.所述主控制板与所述主照明装置控制电路、辅助照明装置控制电路分别连接，用于控制所述主照明灯头和所述辅助照明灯头的开启与关闭；
30.所述气管通过所述电磁阀与气泵连接，所述主控制板与所述电磁阀、气泵连接，用于控制所述电磁阀、气泵的开启与关闭，通过所述电磁阀控制所述气缸的升降；
31.所述主控制板与所述旋转云台连接，用于控制旋转云台的俯仰、左右旋转
32.所述主控制板还用于采集所述主照明灯头、电磁阀、气泵的开启与关闭以及旋转云台的俯仰、左右旋转的状态信息数据。
33.进一步，所述主照明遥控器、主照明线控器连接所述主控制板，通过所述主照明遥控器、主照明线控器用于控制所述主照明灯头、电磁阀、气泵的开启与关闭；
34.所述主照明线控器的控制优先级高于所述主照明遥控器。
35.进一步，所述自动跟随装置安装在所述控制箱内；
36.所述自动跟随装置的所述跟随计算模块的控制信号输出端依次连接所述云台控制模块、所述旋转云台；
37.所述跟随计算模块的图像信号输入端连接所述图像获取单元；
38.所述跟随计算模块与所述第一无线通讯模块通信连接。
39.进一步，所述第一无线通讯模块用于接收来自所述第二无线通讯模块的控制指令，并将其发送给所述跟随计算模块；
40.所述跟随计算模块用于对接收到的控制指令进行处理，生成自动跟随指令，通过控制信号输出端发送到所述云台控制模块；
41.所述云台控制模块用于基于所述自动跟随指令，控制所述旋转云台俯仰和/或左右转动，使自动跟随的对象保持在图像获取单元获取的图像视野中心；
42.所述图像获取单元还用于将其获取的图像发送到所述跟随计算模块；
43.所述跟随计算模块还用于对接收到的图像进行处理，并发送到所述第一无线通讯模块；
44.所述第一无线通讯模块用于通过所述4g/5g无线通讯网络将图像数据发送到所述第二无线通信模块。
45.进一步，所述控制终端为手持移动控制终端，所述集中控制系统为远程控制计算机；
46.所述控制处理模块连接所述输入输出模块和所述第二无线通讯模块；
47.所述第二无线通讯模块用于将接收到的图像数据发送到所述控制处理模块进行处理，所述控制处理模块用于将处理后的图像数据发送到所述输入输出模块；
48.所述输入输出模块包括图形化的人机交互界面，用于显示获取的图像数据，并接收使用者发出的控制指令，发送到所述控制处理模块，所述控制处理模块用于处理接收到的控制指令，并发送到所述第二无线通讯模块；
49.所述第二无线通讯模块还用于将控制指令发送到所述第一无线通讯模块。
50.进一步，所述跟随计算模块采用dsp；
51.所述云台控制模块采用单片机；
52.所述图像获取单元为夜视摄像头和/或景深摄像头。
53.本发明还涉及一种用于抢险救援消防车的自动跟随照明系统控制方法，用于如上所述的用于抢险救援消防车的自动跟随照明系统，其特征在于，包括如下的步骤：
54.s1.抢险救援消防车到达抢险救援现场，使用主照明线控器或主照明遥控器控制旋转云台运动，使主照明设备照射自动跟随的对象；
55.s2.图像获取单元获取包括所述自动跟随的对象的图像，并将图像发送到跟随计
算模块；
56.s3.所述跟随计算模块还用于对接收到的图像进行处理，并发送到所述第一无线通讯模块，所述第一无线通讯模块用于通过所述4g/5g无线通讯网络将图像数据发送到所述第二无线通信模块；
57.s4.所述第二无线通讯模块将接收到的图像数据发送到控制处理模块进行处理，所述控制处理模块用于将处理后的图像数据发送到输入输出模块；所述输入输出模块通过图形化的人机交互界面显示获取的图像数据；
58.s5.使用者根据显示的图像数据，通过所述人机交互界面输入控制指令，所述控制指令包括选择需要跟随的目标的目标选择指令；所述输入输出模块将控制指令发送到所述控制终端和/或集中控制系统的控制处理模块，所述控制处理模块处理接收到的控制指令，并通过所述第二无线通讯模块发送给所述第一无线通讯模块；
59.s6.所述第一无线通讯模块把接收到的控制命令发送给所述跟随计算模块，所述跟随计算模块对接收到的控制指令进行处理，生成自动跟随指令，通过控制信号输出端发送到云台控制模块；
60.s7.所述云台控制模块用于基于所述自动跟随指令，控制所述旋转云台俯仰和/或左右转动，使自动跟随的对象保持在图像获取单元获取的图像视野中心，从而使主照明灯头的照明范围中心自动跟随所要跟随的对象移动。
61.本发明的技术方案获得了下列有益效果：能够使主照明装置自动跟随对象，例如跟随抢险救灾人员进行照明，提高抢险救援消防车照明装置照明跟踪的准确性，能够实现对现有抢险救援消防车载照明设备的改造，实现远程集中控制。
附图说明
62.图1为本发明主照明装置的结构示意图。
63.图2为本发明主照明装置的配光照度模拟图。
64.图3为本发明主照明装置的工作原理框图。
65.图4为本发明辅助照明装置的结构示意图。
66.图5为本发明辅助照明装置水平旋转方式示意图。
67.图6为本发明辅助照明装置竖直翻转方式示意图。
68.图7为本发明辅助照明装置遥控器面板示意图。
69.图8为本发明自动跟随照明系统的功能框图。
具体实施方式
70.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。
71.除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使
用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
72.本发明具体实施例包括一种用于抢险救援消防车的自动跟随照明系统，其包括安装在抢险救援消防车上的若干主照明装置、若干辅助照明装置、自动跟随控制装置、控制箱，以及不安装在所述抢险救援消防车上的控制终端和/或集中控制系统。
73.参见附图1，所述主照明装置包括气缸、旋转云台、电缆线、主照明灯头、主照明遥控器、主照明线控器、图像获取单元。
74.各部分的功能如下：
75.气缸：其中气缸具有升降功能，通过气管与控制箱内部的气泵连接，可实现灯头的升降功能。
76.电缆线：灯头、云台、图像获取单元通过电缆线与控制箱连接，通过电缆线供电和发送控制信号。
77.旋转云台：通过旋转云台控制灯头的转向，控制照明角度，实现照明搜索功能。云台可实现灯头的俯仰和左右转动，具备体积小(详见图7所示)，重量轻等特点，设计重量≤20kg，转速32
°
/s,云台可实现水平0
°
～360
°
，垂直-45
°
～ 45
°
转动，满足技术要求规定的“重量不大于30kg，水平旋转速度：不小于30度/秒；水平旋转角度：0度～360度连续旋转；垂直旋转范围：-45度～ 45度”的要求；可以通过遥控器或者线控器进行控制，且遥控器控制的时候，线控器不能控制，线控器控制的时候，遥控器不能控制，满足技术要求要求的互锁功能。
78.主照明灯头：通过led发光、透镜的二次配光，实现照明指标要求。进一步，所述主照明灯头包括4个所述主照明灯头组件，每个主照明灯头组件的功率为500w,所述主照明灯头组件对称固定在所述旋转云台两侧，能够随云台一起转动。所述led发光器件采用多颗大功率led，均布在led铝基板上，led铝基板直接贴在所述主照明灯头外壳上。所述主照明灯头外壳采用锻造铝合金一体成型制造，其外形为长方形，导热快，散热效果好，灯具整体温升低，保证led光源的寿命，可满足灯具的长期可靠照明需求。
79.所述二次配光透镜采用出光角为6.7度的小角度透镜进行二次配光，在距离主照明灯头100m处的中心照度不小于700勒克斯。主灯配光照度模拟情况如附图2所示，从图上可知100m处中心照度722lx，距离中心半径1.25米范围内平均照度706lx，满足技术要求规定的100米中心照度不小于700勒克斯的要求。
80.图像获取单元：所述图像获取单元固定在所述旋转云台顶端，位于所述主照明灯头组件之间，所述图像获取单元获取图像的视野与所述主照明灯头的照明范围基本重合。
81.控制箱：负责控制气缸的升降，云台的转动和灯头的照明开关。进一步，参见附图3所示，所述控制箱包括开关电源、主控制板、主照明装置控制电路、辅助照明装置控制电路、电磁阀、气泵。
82.所述主控制板采用嵌入式控制系统构成。
83.所述开关电源连接到所述抢险救援消防车的车载48v电源，所述开关电源将48v电压转换成多路供电电压传送到所述主控制板、主照明装置控制电路、辅助照明装置控制电路、电磁阀、气泵。
84.所述主照明装置控制电路通过所述电缆线连接所述主照明灯头，所述辅助照明装置控制电路通过所述电缆线连接所述辅助照明灯头。
85.所述主控制板与所述主照明装置控制电路、辅助照明装置控制电路分别连接，用于控制所述主照明灯头和所述辅助照明灯头的开启与关闭。
86.所述气管通过所述电磁阀与气泵连接，所述主控制板与所述电磁阀、气泵连接，用于控制所述电磁阀、气泵的开启与关闭，通过所述电磁阀控制所述气缸的升降。
87.主照明灯头安装在所述旋转云台上，所述旋转云台安装于所述气缸的伸缩端；所述主照明灯头、旋转云台通过所述电缆线与所述控制箱连接，通过所述电缆线向所述主照明灯头、旋转云台供电，并接收/发送数据信号。
88.所述主控制板与所述旋转云台连接，用于控制旋转云台的俯仰、左右旋转。
89.所述主控制板还用于采集所述主照明灯头、电磁阀、气泵的开启与关闭以及旋转云台的俯仰、左右旋转的状态信息数据。
90.主照明遥控器：通过无线控制灯具的升降、旋转、开关灯和调光。
91.主照明线控器：通过线缆控制灯具的升降、旋转、开关灯和调光。
92.通过操作遥控器或线控器上的按键，可以控制气泵的开启与关闭，电磁阀的开闭，云台电机的正反转动以及灯具的亮灭。所述主照明线控器的控制优先级高于所述主照明遥控器。
93.控制箱还包括压力检测装置，当电磁阀压力达到一定的时候，自动切断气泵的电源。控制箱还包括限位开关，当云台转动到极限角度的时候，限位开关自动给云台电机断电。
94.所述自动跟随装置安装在所述控制箱内，所述自动跟随装置的所述跟随计算模块的控制信号输出端依次连接所述云台控制模块、所述旋转云台。所述跟随计算模块的图像信号输入端连接所述图像获取单元，所述跟随计算模块与所述第一无线通讯模块通信连接。
95.所述辅助照明装置包括固定座、灯主体、连接件、透镜灯罩、辅助照明灯头、辅助照明灯头散热器、电机、辅助照明遥控器。
96.参见附图4所示，固定座上端与灯具的旋转部分连接，底部提供与灯光照明车的安装接口。灯主体内置控制器及电机，灯主体可绕固定座水平360
°
旋转，同时可控制灯头绕着灯主体竖直翻转180
°
。连接件把灯头与灯主体通过电机连接在一起，透镜灯罩提供外壳防护和配光设计，灯头散热器与透明罩一起为led提供外壳防护和散热，灯具外壳防护等级ip66。电机提供灯头的旋转功能，辅助照明遥控器提供灯具的控制功能。灯具额定电压设计48v。
97.灯光车辅助照明装置采用光源led光源，选用cree xpg3高光效灯珠，灯珠光效可达190lm/w；方案采用24颗灯珠，采用12串2并设计方式，额定电压36v，光源功率100w，满足技术要求规定的光源功率不大于120瓦的要求；按照190lm/w计算光源总光通量为19000lm,透镜灯罩中透镜角度为6度，经模拟100米处中心照度≥45lx。设计满足技术要求规定的光源功率不大于120瓦，100米中心照度不小于40勒克斯，光源类型为led光源的要求。
98.水平旋转结构主要组成部分为：水平旋转电机、水平旋转限位开关、大齿轮等组成。其中大齿轮与灯主体通过螺钉连接为一体，当水平旋转电机带动大齿轮旋转时，灯主体绕着底座水平旋转，水平旋转限位开关可控制灯主体旋转最大角度为360
°
，水平旋转方式示意图如附图5所示。
99.竖直翻转结构主要组成部分为：竖直翻转电机、竖直翻转限位开关、连接件等组成。其中连接件将灯头与内置竖直翻转电机进行连接，当竖直翻转电机旋转时带动灯头绕着灯主体旋转，竖直翻转限位开关可控制灯头翻转角度为0-180
°
竖直翻转示意图如图6所示。
100.辅助照明装置一共有10套，分成4组，按如下定义：
101.前向灯：装在车前顶面，朝向车行进方向的4套辅助照明装置后向灯：装在车后顶面，朝向车后方的4套辅助照明装置
102.左侧灯：装在车中顶面，朝向左侧的1套辅助照明装置
103.右侧灯：装在车顶右面，朝向右侧的1套辅助照明装置辅助照明装置由遥控器控制，遥控器面板如图7所示，包括“前向灯”、“后向灯”、“左侧灯”、“右侧灯”、“所有灯”、“灯复位”、“开灯”、“关灯”、“上翻”、“下翻”、“左转”、“右转”共12个按键。
104.参照附图8所示，所述自动跟随装置包括跟随计算模块、云台控制模块，所述自动跟随装置包括第一无线通讯模块。所述控制终端和/或集中控制系统包括输入输出模块、控制处理模块、第二无线通讯模块。所述第一无线通讯模块和所述第二无线通讯模块通过4g/5g无线通讯网络通信连接。
105.所述自动跟随装置的所述跟随计算模块的控制信号输出端依次连接所述云台控制模块、所述旋转云台。
106.所述跟随计算模块的图像信号输入端连接所述图像获取单元。
107.所述跟随计算模块与所述第一无线通讯模块通信连接。
108.所述第一无线通讯模块用于接收来自所述第二无线通讯模块的控制指令，并将其发送给所述跟随计算模块。
109.所述跟随计算模块用于对接收到的控制指令进行处理，生成自动跟随指令，通过控制信号输出端发送到所述云台控制模块。
110.所述云台控制模块用于基于所述自动跟随指令，控制所述旋转云台俯仰和/或左右转动，使自动跟随的对象保持在图像获取单元获取的图像视野中心。
111.所述图像获取单元还用于将其获取的图像发送到所述跟随计算模块。
112.所述跟随计算模块还用于对接收到的图像进行处理，并发送到所述第一无线通讯模块。
113.所述第一无线通讯模块用于通过所述4g/5g无线通讯网络将图像数据发送到所述第二无线通信模块。
114.所述控制终端为手持移动控制终端，所述集中控制系统为远程控制计算机；
115.所述控制处理模块连接所述输入输出模块和所述第二无线通讯模块。
116.所述第二无线通讯模块用于将接收到的图像数据发送到所述控制处理模块进行处理，所述控制处理模块用于将处理后的图像数据发送到所述输入输出模块。
117.所述输入输出模块包括图形化的人机交互界面，用于显示获取的图像数据，并接收使用者发出的控制指令，发送到所述控制处理模块，所述控制处理模块用于处理接收到的控制指令，并发送到所述第二无线通讯模块。
118.所述第二无线通讯模块还用于将控制指令发送到所述第一无线通讯模块。
119.所述跟随计算模块采用dsp，所述云台控制模块采用单片机，所述图像获取单元为
夜视摄像头和/或景深摄像头。
120.本发明另一具体实施例涉及一种用于抢险救援消防车的自动跟随照明系统控制方法。
121.抢险救援消防车到达抢险救援现场，使用主照明线控器或主照明遥控器控制旋转云台运动，使主照明设备照射自动跟随的对象；
122.图像获取单元获取包括所述自动跟随的对象的图像，并将图像发送到跟随计算模块；
123.所述跟随计算模块还用于对接收到的图像进行处理，并发送到所述第一无线通讯模块，所述第一无线通讯模块用于通过所述4g/5g无线通讯网络将图像数据发送到所述第二无线通信模块；
124.所述第二无线通讯模块将接收到的图像数据发送到控制处理模块进行处理，在图像中标记出跟随对象，所述控制处理模块用于将处理后已经标记出跟随对象的图像数据发送到输入输出模块；所述输入输出模块通过图形化的人机交互界面显示获取的图像数据。
125.为了便于跟随对象，可在对象，例如抢险救援人员的服装正反面印制可供识别的标识图形，例如可识别二维码。
126.标记跟随对象的具体方法如下：
127.1、二维码标识图形检测。对图像获取单元获取的图像进行滤波去除噪声干扰，然后计算全局像素梯度，对梯度相似的点进行聚类分割，以检测出图中的所有线段，对线段进行拟合，为线段添加具有“凹”型方向的向量对线段进行连接，形成数个四边形特征的回路，得到备选二维码标识。将备选二维码标识通过直线线性变换算法计算出单应性矩阵，并通过透视变换获得候选标记的正面投影。
128.2、二维码标识编码匹配。将获得的备选二维码标识包含的二维码信息与预置的二维码数据进行匹配，当匹配成功时，输出二维码标识的编码数据，将该二维码标识标记为跟随对象，当不满足上述条件时，认为图像中不含有二维码标识。
129.使用者根据显示的图像数据，通过所述人机交互界面输入控制指令，所述控制指令包括选择需要跟随的目标的目标选择指令；所述输入输出模块将控制指令发送到所述控制终端和/或集中控制系统的控制处理模块，所述控制处理模块处理接收到的控制指令，并通过所述第二无线通讯模块发送给所述第一无线通讯模块；
130.所述第一无线通讯模块把接收到的控制命令发送给所述跟随计算模块，所述跟随计算模块对接收到的控制指令进行处理，生成自动跟随指令，通过控制信号输出端发送到云台控制模块；
131.所述云台控制模块用于基于所述自动跟随指令，控制所述旋转云台俯仰和/或左右转动，使自动跟随的对象保持在图像获取单元获取的图像视野中心，从而使主照明灯头的照明范围中心自动跟随所要跟随的对象移动。
132.使自动跟随的对象保持在图像获取单元获取的图像视野中心，可具体用如下方法：将标记出的二维码标识作为搜索腐蚀中心，通过腐蚀算法在该点基础上，根据所设定的阈值，进行轮廓查找，在符合阈值的范围内即为二维码标识的图形像素。判断二维码标识的中心在图像中的坐标与图像中心坐标的差值是否超过阈值。如果超过则控制旋转云台运动，将差值减少为0，并继续对下一帧图像进行搜索，如果未超过则对下一帧图像进行搜索。
133.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。