CN1910635B - 用于火情检测和人员定位的自动音频系统 - Google Patents

Abstract

一种使用来自所监视区域的音频反馈的系统和方法，可提供该区域中关于火与人员的位置信息。可对公共广播系统的每个单元配备麦克风。来自这些麦克风的音频可在诸如报警控制面板的公共位置进行处理。该音频可提供在所监视区域中的火情状况描述以及人员信息。

Description

用于火情检测和人员定位的自动音频系统

技术领域

本发明涉及被监视区域内诸如火情的报警情况的系统与方法。特别，本发明涉及这样的系统和方法，其结合音频转发器或变换器以提供报警或者火情存在性的音频标示(indicia)，并便于向被监视区域注入音频通信信号。

背景技术

众所周知，当消防队员到达建筑物时，他们需要尽快找到该建筑的区域中的火情或多处火情的位置。许多消防部门都假设如果在起火后20分钟内还没有实际开始灭火，这个建筑物就难以挽救了。为了找到火灾的起源要花费大量的时间，即使已经知道有火灾发生。

各种环境因素都可能掩饰火灾的起源以及当前位置。例如，多个烟雾报警器的启动可能表示有火情。洒水系统水流开关的启动可能是火情的指示。消防部门的人员可能到达该建筑物并看见诸如人员疏散、烟雾或火焰等可见迹象。

但是，这些迹象或许不能给出火情发生在何处的良好指示。活动的烟雾报警器是烟雾位置的指示。但是，烟雾可能从着火处行进了某些距离。流水的洒水喷头常常接近实际着火处。但是，由于所涉及的区域或建筑的情况，火情也可能不是位于活动洒水喷头的位置。

消防队员查找火情的一个办法是监听大火。大火会发出可识别的特征声音。确定了火的特征声音的位置通常就确定了火的位置。

在火的位置之外，还需要监视该区域中救火人员的位置。在整个救火过程中知悉他们的位置是非常重要的。如果他们陷入困境，位置信息对于救援是非常关键的。但是，一旦消防队员进入建筑物内，就不大容易确定他们的位置。许多建筑物中有这样的区域，其中不能进行与个人的无线电通信。即使他们可以维持无线电通信，消防队员也常常不清楚他们的位置或不能确定描述他们的位置。

涉及火情的建筑物中市民的位置也是很重要的，并且常常是不知道。因此，消防队员常常不知道他们困在何处。在发生紧急情况之前没有发给市民特殊的安全装备，使得可在紧急情况下保护他们。

长期以来一直需要这样的系统和方法，至少能以间歇的方式监视火灾、爆炸和其他紧急情况下消防队员和受害者的位置，以及定位和诊断火情。优选地，这样的系统和方法可与现有的已安装监视系统兼容。

发明内容

本发明涉及一种监视区域的方法，包括步骤：

(i)检测来自该区域内间隔开的各位置的音频信号；

(ii)分析所检测的音频信号；

(iii)因此显示声源的位置，以及

(iv)检测某些所述位置的温度，其中，处理所检测的温度以形成所述区域的基于时间的热状况描述或基于位置的热状况描述中的至少一种。

本发明还涉及一种系统，包括：多个音频输入变换器；至少一个音频输出变换器；控制单元，与所述输出变换器和所述多个音频输入变换器通信，该控制单元适于唯一识别每个所述音频输入变换器；用户接口设备，耦合至所述控制单元；所述控制单元适于相对至少一个火情特征标记来评估在不同输入变换器处所接收的音频信息，并且分析所接收的音频信息，以确定是否在至少一个所述输入变换器的附近存在报警情况，所述控制单元还适于经由所述用户接口设备至少呈现与位置有关的音频信息，所呈现的音频信息指示所述各模块附近的人员或火情情况的存在性，该系统还包括多个热传感器，其中所述控制单元能够经由所述用户接口设备呈现从至少某些所述热传感器接收的与热有关的信号。

附图说明

图1是本发明的双向音频单元的方框图。

图2是包括多个图1的双向音频单元的监视系统的方框图。

具体实施方式

尽管本发明可以按许多不同的方式来实施，在附图中示出并在这里详细说明本发明的特定实施例，应该理解这里公开的内容应被认为是本发明原理的示例，而不是要把本发明限制在特定的实施例。

可以识别大火的声音并快速辨别火灾位置的自动系统可以在救火人员准备救火的时候节省他们的时间。也可以减少财产损失。在本发明的一个实施例中，楼宇音频系统可能够使消防队员自动地听到来自整个建筑物不同空间和位置的声音。多用途楼宇公共广播系统也可以用作音频检测系统。

多用途音频系统不仅可用作公共广播系统，还可用作音频信号从各个扬声器位置返回中央控制面板的导体。该系统可在每个扬声器组件中包含麦克风。

最好能够个别地定位和识别麦克风。每个组件可有其自己的声音处理功能。另外的系统部件可包括控制该系统的公共控制和处理单元，可具有图形用户界面、手持机或其他音频监视设备，最好包含音频模式识别模块。

不同类型火情的音频特征标记(signature)可加载到各组件，并且还可存储在公共处理单元。扬声器/麦克风组件以及公共处理单元可包括持续监听大火声音的电路。

直到烟雾监测器、洒水器水流传感器或其他的传感器进入报警，或直到个别麦克风或扬声器/麦克风组件听到大火的声音，才激活该系统。在所公开的实施例中，公共处理单元仅当系统被激活时才开始从麦克风收到发送给它的声音。

一旦系统被激活，麦克风或扬声器/麦克风组件就开始把信号发回到公共控制单元用于情况评估分析。可以在用户显示器上报告信号。可使消防队员直接听到麦克风拾取的声音。在紧急消息之间，该系统可周期性地从有扬声器/麦克风组件的所有空间收集声音。

可把所检测到的声音与所存储的特征标记做比较，如果存在匹配，可以得出结论，所监听的空间具有火情可在用户界面上显示信息。

市民或消防队员还可以使用麦克风来辨别他们的位置。其他的信息可包括他们处于困境的信息、有关火情的信息或者其他对救火指挥者有用的信息。通过识别最大声地拾取他们的消息的麦克风，可以容易的确定他们的位置。如果在这个位置大火声音高，当听到话音时可激活声音滤波器来消除或过滤掉大火的声音。

救火队可周期性地喊出识别码，并且该信息可由公共处理单元的语音识别模块来拾取，以使得救火指挥员能一直知道他们在什么地方。该指挥员还可使用传统的无线电或音频系统回叫救火队或受害者并把他们的位置告诉给他们，以及指引救火人员如何到达着火处。

在火势很大时，会有很大的噪声，因此语音识别模块可能很难理解所说的话，即使使用声音过滤来滤掉噪声。可以采用重播模块，使得监听者可以重新播放来自特定扬声器区域的最近的一些声音或消息的录音。出现这种情况的区域可以在可视用户界面上突出显示。

每个录音可以附加时间戳，使得便于区分。这种重播方式还使得救火指挥员可直接听到在不同空间不同时间的着火的声音，并通过辨别各个声音来获得一定程度的诊断。

用于救火部门个人的用户界面可设计成带有触摸屏或按钮阵列的显示器或对应不同区域和聚簇的扬声器的其他方法。即使有按钮阵列，某些触摸屏的能力也是有用的，这样任何个别的麦克风组件可被隔离开。

在另外的实施例中，可在被监视区域的多个位置安装麦克风，而不管扬声器或音频输出设备的位置如何。在这种环境中的麦克风提供建筑物或区域的多个间隔开的音频源，然后再如上述讨论的那样来对这些音频源进行分析。

在另外的方面，实施本发明的系统可具有自动的用户界面，可显示救火队或不明身份者的位置，在该位置最后检测到他们的声音。还可使用音频跟踪算法来跟踪每个声源，并随他们在该建筑中移动而示出他们的行进情况。消防队员携带有可被跟踪的独特的声音发生器。这种跟踪可使救火指挥员得知救火队在什么地方以及他们来自建筑物何处的最新信息。还可以识别可能的市民，他们的位置以及他们是否仍在移动。这些信息可以极大地加速救援行动。

由于麦克风或麦克风组件所在空间的燃烧，在某些地点的麦克风或麦克风组件可能会失灵。可选择在这种组件中安置温度传感器。一旦该系统被激活，这种传感器可提供读数，或充当建筑温度的持续监视者。一旦该系统被烟雾检测器或其他检测器激活，该系统可开始报告温度并跟踪何处温度在升高。

可以记录被加热空气的程度和相关联的温度并显示给救火指挥员。这种温度状况描述(profile)可提供有关火情进展的附加信息。

热传感器还可充当热监视器。如果在系统被激活之后热传感器失灵，该系统可假定由于该组件过热而失灵。如果在失灵之前已记录了较低的温度读数，该系统还可以怀疑该结论。如果怀疑失灵结论，可通过从扬声器生成突发声音来测试该组件，看是否产生反馈。如果产生反馈，就得出该组件完好的结论，并且温度信号的丢失不是由于过热造成的。

本发明的系统和方法的实施例具有很多优点，包括但不限于：

●通过经麦克风检测大火的声音来辨别火情

●通过检测是哪一个麦克风听到声音来确定火、消防队员和受害者的确切位置

●通过使消防队员喊出可经由麦克风检测的代码使得可以跟踪消防队员，并通过跟踪消防队员的移动而能够确定其随后的位置

●通过经麦克风来检测人的声音，使得可辨别和确定人的位置

●通过对救火指挥员提供直接监听火情的能力使得可判定火情的各方面

●监视各音频组件所在位置的温度

●通过跟踪的温度来推理以确定音频组件失灵和健全的可能原因

图1是表示根据本发明的音频单元10的方框图。单元10包括扬声器12和麦克风14，扬声器12是可选的，如下所述。可选的接口电路16可结合到单元10，用于接合目的、放大等等。每个单元装在外壳18中。音频单元10还可包括可选的热传感器20，这在后面讨论。

如本领域普通技术人员所能够理解的，可利用有线互连或无线互连这些本领域公知的技术来耦合单元10，以便能够与区域监视系统进行通信。还如本领域普通技术人员所能够理解的，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，扬声器12和麦克风14可配置成单一的结构。另外，本发明也不限制与监视系统通信的形式。

应该理解，在替换的实施例中，扬声器12可以是单元10的可选件或可以整个从单元10中删除。在这样的配置中，各麦克风14可独自使用或与热传感器20结合使用。这种配置可向远处的场点馈送火的声音以及温度信息以供处理。

图2示出了被监视的区域R。该区域R已经装备有多个对应于单元10的音频单元，即A11、…、A1t、…、Apt。本发明并不限制在区域R中的单元10的确切配置，本领域普通技术人员可理解，优选在区域R提供适当数量的音频单元，以保证整个区域R能够获得来自一个或多个对应于扬声器12的扬声器的输出，或能够通过如麦克风10的麦克风接收一个或多个场点的输入。

可以是报警控制面板一部分的监视系统30通过有线传输导线或通过无线方式与音频单元A11…Apt通信。系统30包含控制电路32，该控制电路32可包括已编程的处理器，能够执行预先存储的软件。该软件例如可被存储在磁盘驱动器32a或其他计算机可读介质中，对此没有限制。电路32又连接至显示器34，显示器34是用户界面，可包括以34a标记的触摸屏输入。

在电路32和显示器/触摸屏输入34、34a之间可提供双向通信，但这不是必须的。在只包含多个输入变换器的系统中，单向通信就可以够用，并且这种配置也包含在本发明的范围内。系统30还包含如扬声器的音频输出设备36以及如麦克风38的音频输入设备。

本领域普通技术人员所能够理解的，输入音频和输出音频可做选择性的切换，例如通过在控制电路32控制下操作的示例性电路40。这样，在示例性的实施例中，如图2所示，控制电路32可有选择地在扬声器36处提供来自另外某个音频单元Aii的音频输出。按类似的方式，经由切换器40，控制电路32可向所选择的一个或多个音频单元Aii传送输入音频，例如就像公共广播系统的情形那样。

因此，系统30可有选择地获得来自任何音频单元Aii的音频输入，以及在这些音频单元之间方便快捷地切换。按相同的方式，系统30可把输入音频耦合至所选择的一个或多个音频单元Aii。

系统30可从区域R获得音频反馈，这使得救火人员能够在该区域R中定位和判断火情，定位和援救人员。系统30还使得救火指挥员能够经由诸如Aii的音频单元保持与区域R中的消防队员的持续双向音频联系，并保持对他们的位置的跟踪，所述位置可呈现在显示器34上。可建立作为位置和/或时间函数的音频信号状况描述，并存储在磁盘驱动器32a用于调用和分析。

例如可从磁盘驱动器32a取出并可由处理器32执行的预存储软件可包含火情状况描述识别软件，以使得可按音频方式来了解火情的发展。还可由电路32执行预存储的语音识别软件来识别区域R中人员的进入音频。可替换地，可由电路32执行预存储的过滤软件，以便通过过滤掉与大火有关的噪声来改进所接收的来自区域R中人员的音频的质量。

可由电路32在磁盘驱动器32a上存储表示正在发生火灾的区域R的多个图像。然后，为了更好理解正在发生的火灾和/或可找到需要救援的人员的位置，可在显示器34上呈现这些图像的基于时间的序列。所述预存储的软件还可以实现音频跟踪算法，以使得救火人员在区域R中的行进可自动呈现或映射在显示器34上。

散布在整个区域R的各音频单元Aii中的可选温度传感器或热传感器20设计成可持续监视该区域不同位置的温度。可建立作为位置和/或时间函数的温度状况描述并存储在驱动器32a。还可从磁盘驱动器32a中检索该温度状况描述并呈现给救火人员。由于火灾导致各音频单元内的各个热传感器的失灵也可用作火灾的程度和严重性的指示。

由上述可知，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还可有许多的变化和改型。应该理解，并没有把本发明限制在这里说明的特定实施例的意图，也不该做这样的推断。本发明的权利要求旨在覆盖这些落入本发明范围的所有改型。

Claims (14)

1.一种监视区域的方法，包括步骤：

(i)检测来自该区域内间隔开的各位置的音频信号；

(ii)分析所检测的音频信号；

(iii)因此显示声源的位置，以及

(iv)检测某些所述位置的温度，其中，处理所检测的温度以形成所述区域的基于时间的热状况描述或基于位置的热状况描述中的至少一种。

2.如权利要求1所述的方法，包括处理至少某些所接收的音频信号，并识别至少某些所接收音频信号的内容。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述识别的内容包括火情特征标记。

4.如权利要求2所述的方法，其中所识别的内容包括在所述区域中一个或多个位置的人员的声音。

5.如权利要求2所述的方法，其包括跟踪所接收的音频并随着声源的位置在所述区域中的移动而显示这种移动。

6.如权利要求1所述的方法，其包括从来自至少某些所检测的音频信号中消除火的声音，以便更有效地识别其他的声源。

7.如权利要求5所述的方法，其包括显示所述声源的基于时间的移动序列，作为该区域中火情发展的指标，或者作为该区域中人员位置的指示。

8.如权利要求5所述的方法，其包括通过该区域中至少某些所述位置把音频注入该区域。

9.一种用于监视区域的系统，包括：

多个音频输入变换器；

至少一个音频输出变换器；

控制单元，与所述输出变换器和所述多个音频输入变换器通信，该控制单元适于唯一识别每个所述音频输入变换器；

用户接口设备，耦合至所述控制单元；

所述控制单元适于相对至少一个火情特征标记来评估在不同音频输入变换器处所接收的音频信息，并且分析所接收的音频信息，以确定是否在至少一个所述音频输入变换器的附近存在报警情况，所述控制单元还适于经由所述用户接口设备至少呈现与位置有关的音频信息，所呈现的音频信息指示各音频输入变换器附近的人员或火情情况的存在性，

该系统还包括多个热传感器，其中所述控制单元能够经由所述用户接口设备呈现从至少某些所述热传感器接收的与热有关的信号。

10.如权利要求9所述的系统，其包括在所述用户接口设备的音频输入设备，用于传输与至少某些所述音频输入变换器相关联的音频输出变换器输出的音频消息。

11.如权利要求9所述的系统，其中为了更有效地检测人的话音，所述控制单元消除火的声音。

12.如权利要求9所述的系统，其包括用于处理所接收的音频的语音识别软件。

13.如权利要求9所述的系统，其中所述控制单元产生并保存多个时间间隔开的、与位置相关的热或音频信号。

14.如权利要求9所述的系统，其中所接收的音频包括在识别所述系统中的实体时有用的信息。

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