本發(fā)明屬于建筑材料安全檢測(cè)，具體涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)與熱力學(xué)分析相結(jié)合的燃燒性能自動(dòng)化檢測(cè)方法，適用于鋪地材料的火焰蔓延特性評(píng)估與預(yù)測(cè)。

背景技術(shù)：

1、建筑材料表面的火焰蔓延速率作為消防領(lǐng)域核心研究課題，直接關(guān)系建筑防火性能評(píng)價(jià)與防火設(shè)計(jì)規(guī)范，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb/t?11785-2005《鋪地材料的燃燒性能測(cè)定-輻射熱源法》明確規(guī)定b級(jí)材料30分鐘內(nèi)火焰蔓延長(zhǎng)度需要≤260mm，c級(jí)需要≤460mm，并要求檢測(cè)人員通過(guò)目測(cè)方式定期記錄火焰特征。然而，現(xiàn)有技術(shù)存在顯著缺陷，即：傳統(tǒng)的人工觀測(cè)依賴于實(shí)驗(yàn)員的肉眼判斷，受火焰閃爍、煙霧遮擋和視角限制影響，測(cè)量誤差可達(dá)±15mm。此外，人工記錄間隔長(zhǎng)達(dá)10分鐘，難以捕捉閃燃階段的瞬時(shí)變化，導(dǎo)致關(guān)鍵燃燒特征易被忽略。

2、目前，缺少一種基于雙模態(tài)時(shí)空網(wǎng)絡(luò)的鋪地材料燃燒性能自動(dòng)化檢測(cè)方法，來(lái)解決鋪地材料燃燒測(cè)試中人工觀測(cè)誤差大的問(wèn)題。

3、因此，需要一種新的技術(shù)以解決現(xiàn)有技術(shù)中缺少一種基于雙模態(tài)時(shí)空網(wǎng)絡(luò)的鋪地材料燃燒性能自動(dòng)化檢測(cè)方法的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于雙模態(tài)時(shí)空網(wǎng)絡(luò)的鋪地材料燃燒性能自動(dòng)化檢測(cè)方法，其可以代替人工進(jìn)行觀測(cè)，可以解決鋪地材料燃燒測(cè)試中人工觀測(cè)誤差大的問(wèn)題。

2、本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

3、一種基于雙模態(tài)時(shí)空網(wǎng)絡(luò)的鋪地材料燃燒性能自動(dòng)化檢測(cè)方法，包括以下步驟：

4、s1、雙模態(tài)數(shù)據(jù)同步采集與校準(zhǔn)；其中，所述雙模態(tài)數(shù)據(jù)包括由可見(jiàn)光攝像頭采集的數(shù)據(jù)和由紅外熱像儀采集的數(shù)據(jù)；所述可見(jiàn)光攝像頭用于捕捉鋪地材料燃燒發(fā)出的火焰形態(tài)；所述紅外熱像儀用于記錄鋪地材料的溫度分布；

5、s2、基于s1步驟中所述可見(jiàn)光攝像頭采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行可見(jiàn)光通道火焰分割，所述可見(jiàn)光通道火焰分割用于從可見(jiàn)光圖像中提取火焰區(qū)域并生成火焰掩膜，所述火焰掩膜用于后續(xù)的火焰形態(tài)分析和蔓延預(yù)測(cè)；

6、s3、基于s1步驟中所述紅外熱像儀采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行紅外通道溫度場(chǎng)標(biāo)定與碳化分析，所述紅外通道溫度場(chǎng)標(biāo)定用于將所述紅外熱像儀獲取的灰度圖像轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度分布，所述碳化分析用于通過(guò)溫度場(chǎng)推斷鋪地材料的碳化深度；

7、s4、將s2步驟得到的所述火焰掩膜與s3步驟中的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空特征融合，通過(guò)時(shí)空特征融合生成的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型，用于預(yù)測(cè)火焰蔓延的趨勢(shì)與速率；

8、s5、通過(guò)s4步驟生成的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行三維評(píng)估，所述三維評(píng)估用于量化火焰蔓延的空間與時(shí)間特性，最終評(píng)估鋪地材料的燃燒性能。

9、進(jìn)一步地，所述s1步驟包括以下步驟：

10、s11、硬件安裝與同步觸發(fā)：

11、在燃燒箱頂部固定所述可見(jiàn)光攝像頭和所述紅外熱像儀；

12、通過(guò)控制器生成同步脈沖信號(hào)，確保所述可見(jiàn)光攝像頭和所述紅外熱像儀的每一幀圖像時(shí)間戳對(duì)齊；

13、s12、空間配準(zhǔn)與誤差校準(zhǔn)：

14、在試樣材料表面放置棋盤(pán)格校準(zhǔn)板，分別使用所述可見(jiàn)光攝像頭和所述紅外熱像儀拍攝所述棋盤(pán)格校準(zhǔn)板圖像；

15、采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法，提取可見(jiàn)光圖像中的棋盤(pán)格角點(diǎn)與紅外圖像中的高溫標(biāo)記點(diǎn)，然后利用計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行特征點(diǎn)匹配，并計(jì)算仿射變換矩陣，實(shí)現(xiàn)雙模態(tài)數(shù)據(jù)的空間對(duì)齊。

16、進(jìn)一步地，所述仿射變換矩陣，用于將紅外坐標(biāo)映射到可見(jiàn)光坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)空間對(duì)齊，匹配后的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式為：

17、

18、其中，、為紅外圖像像素坐標(biāo)下的坐標(biāo)；、為變換后的可見(jiàn)光圖像物理坐標(biāo)系坐標(biāo)。

19、進(jìn)一步地，所述計(jì)算機(jī)算法為改進(jìn)型匈牙利算法；所述改進(jìn)型匈牙利算法包括以下三點(diǎn)改進(jìn)內(nèi)容：

20、①特征點(diǎn)篩選優(yōu)化：

21、引入基于角點(diǎn)梯度分布的置信度篩選機(jī)制，只保留置信度高于或等于85%的角點(diǎn)進(jìn)行匹配；

22、②局部一致性約束：

23、在同一局部區(qū)域內(nèi)，若某個(gè)點(diǎn)與多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)均有匹配可能，則選取匹配誤差最小的方案，并剔除誤差超過(guò)1.5倍標(biāo)準(zhǔn)差的異常點(diǎn)；

24、③多尺度迭代優(yōu)化：

25、采用多尺度迭代策略，首先在低分辨率下進(jìn)行粗匹配，然后在高分辨率圖像上細(xì)化匹配，最終將誤差降低至0.5毫米以內(nèi)。

26、進(jìn)一步地，所述s2步驟包括以下步驟：

27、s21、色域轉(zhuǎn)換與閥值分割：

28、將所述可見(jiàn)光攝像頭拍攝的圖像轉(zhuǎn)換為色域；其中，所述色域?yàn)橐环N顏色空間，能分離亮度和色度，火焰在所述色域中表現(xiàn)為特定亮度和特定色度范圍；

29、設(shè)定閥值：亮度分量：≥120；色度分量：，；

30、根據(jù)所述閥值生成二值圖像，白色區(qū)域?yàn)楹蜻x火焰像素；

31、s22、形態(tài)學(xué)優(yōu)化與噪聲過(guò)濾：

32、對(duì)所述二值圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算，之后，使用橢圓核填充火焰區(qū)域內(nèi)的孔洞，并平滑過(guò)渡；隨后，通過(guò)連通域分析，剔除面積小于像素的噪聲區(qū)域；最終輸出高精度火焰掩膜，與標(biāo)注的；其中，所述為數(shù)值；所述為交并比，用于評(píng)估預(yù)測(cè)邊界框與真實(shí)邊界框之間的重疊程度。

33、進(jìn)一步地，所述為100；所述的值為96.7%。

34、進(jìn)一步地，所述s3步驟包括以下步驟：

35、s31、灰度-溫度映射標(biāo)定：

36、所述紅外熱像儀輸出的原始圖像為灰度圖，每個(gè)像素的灰度值設(shè)定為，需轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度值；

37、通過(guò)黑體輻射實(shí)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定：將所述紅外熱像儀對(duì)準(zhǔn)黑體爐，記錄不同溫度對(duì)應(yīng)的灰度值，擬合二次曲線公式；其中，所述黑體爐是一種用于產(chǎn)生已知溫度的標(biāo)準(zhǔn)輻射源，用于校準(zhǔn)所述紅外熱像儀；其中，所述二次曲線公式，如下：

38、

39、其中，為紅外圖像的灰度值，標(biāo)定范圍覆蓋20℃至600℃；是表面溫度分布，描述了材料表面隨x-y平面位置變化的溫度；

40、s32、碳化深度計(jì)算：

41、在z軸方向，即材料的厚度方向，分析溫度梯度變化，反演碳化深度；

42、①縱向溫度梯度計(jì)算：

43、通過(guò)獲取表面溫度后，進(jìn)一步分析縱向溫度梯度；在紅外溫度場(chǎng)中，沿材料的厚度方向，以毫米步長(zhǎng)插值溫度值，計(jì)算縱向溫度梯度，公式如下：

44、

45、其中，平行于材料厚度方向且垂直向下的方向，為z軸的正方向；為數(shù)值；(z)為材料在深度z處的溫度值；z為z軸方向上的微小增量；

46、②碳化深度模型計(jì)算：

47、結(jié)合材料導(dǎo)熱系數(shù)，計(jì)算碳化層厚度，計(jì)算公式如下：

48、

49、其中，為材料表面最高溫度；為材料初始溫度；為縱向溫度梯度的最大值。

50、進(jìn)一步地，所述s4步驟包括以下步驟：

51、s41、空間特征提取：

52、使用網(wǎng)絡(luò)處理所述火焰掩膜；其中，主干網(wǎng)絡(luò)，在跳躍連接中嵌入通道注意力模塊，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)關(guān)鍵通道的權(quán)重；其中，通道的注意力權(quán)重計(jì)算公式，如下：

53、

54、其中，為通道的注意力權(quán)重，表示激活函數(shù)，、為全連接層參數(shù)，為激活函數(shù)，為全局平均池化；為全連接層；

55、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)輸出火焰輪廓的精確坐標(biāo)，且該坐標(biāo)為仿射變換后的物理坐標(biāo)系坐標(biāo)，其定位誤差≤3毫米；

56、s42、時(shí)序建模：

57、將歷史nf幀的火焰位置數(shù)據(jù)輸入多尺度網(wǎng)絡(luò)，分三級(jí)金字塔輸入，分別為：

58、①原始幀；

59、②降采樣幀；

60、③降采樣幀；

61、其中，nf為數(shù)值；

62、單元提取時(shí)序特征，預(yù)測(cè)未來(lái)秒內(nèi)每0.5秒的火焰蔓延距離；其中，為數(shù)值；

63、采用損失函數(shù)優(yōu)化模型，預(yù)測(cè)平均絕對(duì)誤差；

64、s43、動(dòng)態(tài)特征融合：根據(jù)燃燒階段動(dòng)態(tài)調(diào)整雙模態(tài)數(shù)據(jù)的權(quán)重：

65、在0～秒的燃燒初期：紅外溫度特征權(quán)重：0.7；

66、在秒后的猛烈燃燒階段：可見(jiàn)光動(dòng)態(tài)特征權(quán)重：0.7；其中，權(quán)重調(diào)整公式為：

67、

68、其中，為數(shù)值；表示當(dāng)前時(shí)刻t的紅外溫度特征權(quán)重；公式中的t為當(dāng)前時(shí)間步，表示燃燒已進(jìn)行的時(shí)間；為燃燒的總測(cè)試時(shí)間；

69、最終，融合輸出綜合蔓延速率。

70、進(jìn)一步地，所述s5步驟包括以下步驟：

71、s51、計(jì)算表面蔓延指數(shù)：

72、基于火焰面積變化率，計(jì)算表面蔓延指數(shù)，計(jì)算公式如下：

73、

74、其中，為表面蔓延指數(shù)；a(t)為火焰面積；t為時(shí)間間隔；為輻射板熱流密度修正因子，用于修正不同實(shí)驗(yàn)條件下的火焰擴(kuò)展速率計(jì)算值；

75、s52、計(jì)算縱向滲透指數(shù)：

76、量化材料內(nèi)部碳化程度，計(jì)算公式如下：

77、

78、其中，為縱向滲透指數(shù)，用于評(píng)估材料內(nèi)部損傷；積分上限為預(yù)測(cè)的碳化層厚度（最大值）；為材料在深度z處的溫度值；為沿材料厚度方向的微小增量，表示積分變量；

79、s53、分級(jí)預(yù)警：

80、當(dāng)所述表面蔓延指數(shù)＞10mm/s或所述縱向滲透指數(shù)＞2mm時(shí)，用第一顏色預(yù)警；

81、當(dāng)所述表面蔓延指數(shù)＞15mm/s且所述縱向滲透指數(shù)＞3mm時(shí)，用第二顏色預(yù)警。

82、進(jìn)一步地，所述鋪地材料燃燒性能自動(dòng)化檢測(cè)方法還包括s6步驟，所述s6步驟為邊緣部署；所述邊緣部署用以將所述s1步驟至所述s5步驟建立的模型部署到嵌入式設(shè)備中；

83、所述邊緣部署包括以下部署內(nèi)容：

84、①通道剪枝：移除網(wǎng)絡(luò)中批量歸一化層縮放因子小于0.05的通道，減少35%參數(shù)量；

85、②量化：將模型壓縮至≤7.8mb，保證精度損失小于0.5%；

86、③自適應(yīng)照明：根據(jù)環(huán)境光照，動(dòng)態(tài)調(diào)整所述可見(jiàn)光攝像頭曝光參數(shù)，確保煙霧環(huán)境下檢測(cè)精度大于82%。

87、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

88、本發(fā)明的一種鋪地材料燃燒性能自動(dòng)化檢測(cè)方法，其基于雙模態(tài)時(shí)空網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，通過(guò)s1步驟至s5步驟，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋪地材料燃燒性能的自動(dòng)化檢測(cè)，以代替人工進(jìn)行觀測(cè)，可以解決鋪地材料燃燒測(cè)試中人工觀測(cè)誤差大的問(wèn)題。

89、優(yōu)選地，本發(fā)明通過(guò)可見(jiàn)光與紅外熱成像數(shù)據(jù)融合、動(dòng)態(tài)時(shí)空配準(zhǔn)及三維評(píng)估模型，結(jié)合輕量化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與邊緣計(jì)算部署方案，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境下火焰蔓延長(zhǎng)度、碳化深度及蔓延趨勢(shì)的同步分析，突破了傳統(tǒng)人工觀測(cè)10分鐘間隔的精度限制，本發(fā)明將時(shí)間分辨率提升至60hz采樣頻率，并通過(guò)溫度場(chǎng)-碳化深度映射模型量化材料內(nèi)部損傷，同時(shí)利用多尺度預(yù)測(cè)未來(lái)3秒蔓延趨勢(shì)，最終構(gòu)建了集高精度檢測(cè)（如誤差＜2mm）、多維指標(biāo)輸出（如表面蔓延指數(shù)、縱向滲透指數(shù)）與低成本邊緣部署（如算力需求＜15w）于一體的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有自動(dòng)化檢測(cè)方案對(duì)環(huán)境適應(yīng)性差、評(píng)估維度單一、部署成本高的技術(shù)問(wèn)題。