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EP0117162A1 - Procédé pour la détection d'une source de chaleur notamment d'un incendie de forêt dans une zone surveillée, et système pour la mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Procédé pour la détection d'une source de chaleur notamment d'un incendie de forêt dans une zone surveillée, et système pour la mise en oeuvre de ce procédé Download PDF

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Publication number
EP0117162A1
EP0117162A1 EP84400030A EP84400030A EP0117162A1 EP 0117162 A1 EP0117162 A1 EP 0117162A1 EP 84400030 A EP84400030 A EP 84400030A EP 84400030 A EP84400030 A EP 84400030A EP 0117162 A1 EP0117162 A1 EP 0117162A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
detector
information
central station
infrared radiation
monitored
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP84400030A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0117162B1 (fr
Inventor
François Patrice Didier Brown de Colstoun
Jean-Paul Chambaret
Yves Chambaret
Arnaud Gérard Le Saige de la Villesbrunne
Jean-Claude Marian Moscovici
Michel Moscovici
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to AT84400030T priority Critical patent/ATE41539T1/de
Publication of EP0117162A1 publication Critical patent/EP0117162A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0117162B1 publication Critical patent/EP0117162B1/fr
Expired legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/005—Fire alarms; Alarms responsive to explosion for forest fires, e.g. detecting fires spread over a large or outdoors area
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/12—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions

Definitions

  • the subject of the present invention is a method for detecting a heat source which may appear in a predetermined area or space, if necessary of a large extent, in particular a fire in a forest, and a system for putting it using this process.
  • the forest area concerned When atmospheric conditions are favorable for the start or development of fires, the forest area concerned is placed under surveillance. A number of towers or observation posts of relatively high height are distributed in the area. At the top of each tower, a firefighter scans the horizon to visually detect smoke not listed on the list in the possession of the watchman, signaling the existence of a fire. If he finds such a fire, he warns by telephone the center of the forest firefighters. In this center, on a staff card, the identified direction is located and, after receiving a call from a nearby tower, the location is carried out by triangulation of the identified fire. For some for reasons of aim accuracy, the intervention of a third round is necessary or at least desirable.
  • the object of the present invention is to propose a method and a system for detecting a heat source, in particular a fire, which do not have the abovementioned drawbacks inherent in the known method and system.
  • the invention therefore relates to a method for the detection of heat sources, in particular forest fires or the like, in a zone or space in particular of large extent, according to which the above-mentioned zone is monitored from at least two stations monitoring station, transmits information relating to a detected heat source to a central station, via a transmission link, such as that a telephone link, and locates in this central station the heat source, from the information received from the monitoring stations, this method being characterized in that the said area is monitored using a radiation detector infrared at each monitoring station, causes this detector to perform, periodically and preferably permanently, angular sweeping movements of the area to be monitored, transmits to the central station information relating to all the detected heat sources and performs automatic, in the central station, a comparison of the information received from the detectors with the information previously stored in this station, relating to known heat sources and not to be taken into account, in order to determine the newly appeared heat sources.
  • the detector is moved in a step-by-step regime and transmits to the central station the information that the detector has received during each corresponding shutdown phase.
  • the detector is caused to carry out a vertical scanning movement during each stop phase, around a horizontal axis, the scanning advantageously being carried out at a high frequency.
  • the information relating to the intensity of infrared radiation received during the stopping of each step or of several steps is transmitted to the aforementioned center in digital form, stores this information in the center and returns it to the detector device in which the information received from the center is compared to the informa tion initially transmitted to it and indicates to the center with the following information, if necessary by a bit of value "0" or "1" if there was equivalence between the compared information and invalidates the information stored in the center in case of a difference.
  • data is transmitted with each information relating to the intensity of infrared radiation such as a synchronization bit which is used in the center to synchronize the allocation to said information received relating to the radiation, information relating to the corresponding angular position of the detector.
  • the system for implementing the method according to the present invention is characterized in that it comprises a certain number of monitoring stations distributed in the area to be monitored, comprising an infrared radiation detector located at a level above the area to be monitored and connected to a drive motor in periodic angular movement, step by step, of the detector, and a device for logical processing of the information received by the detector and for transmission via the telephone link, and in that the central station is equipped with a computer device comprising a memory in which the known heat sources in the area to be monitored are recorded or listed.
  • the detector is provided with means allowing vertical scanning during each angular position corresponding to a step of the detector.
  • the vertical scanning means is formed by a mirror vibrating at a high frequency.
  • the method and system according to the present invention are particularly suitable for detecting heat sources such as fires in large forests. It is therefore advantageous to describe the invention by taking as an example of ap application of a forest monitoring system as shown in FIG. 1. It should be noted that the invention is however in no way limited to such an application and can be used in any case where it is a question of detecting and locate in a predetermined area the appearance of an object or phenomenon, mobile or immobile, which emits infrared radiation.
  • the embodiment of the invention for the detection of forest fires, comprises a certain number of surveillance towers of which only one is represented. These towers are of sufficient height and are appropriately placed so that their top is located at a level above any fire sources to be detected in the monitored forest area.
  • an equipment item comprising in particular an infrared radiation sensor-detector assembly 2, rotatable around a substantially vertical axis in order to be able to perform a horizontal scanning movement, an optical encoder 3 associated with this assembly and intended determine the angular positions of the latter, a device 4 for processing the signals produced by the detector and representative of the intensity of the infrared radiation received, as well as a modem 5 connected to a telephone line 6 and intended to adapt the electrical signals properties of the telephone line.
  • an infrared radiation sensor-detector assembly 2 rotatable around a substantially vertical axis in order to be able to perform a horizontal scanning movement
  • an optical encoder 3 associated with this assembly and intended determine the angular positions of the latter
  • a device 4 for processing the signals produced by the detector and representative of the intensity of the infrared radiation received
  • modem 5 connected to a telephone line 6 and intended to adapt the electrical signals properties of the telephone line.
  • Telephone lines such as line 6 connect the various monitoring stations at the top of the towers 1 to a central station 7, advantageously a computer, via modems 8 and multiplexers. with eight channels 9, each associated with eight modems.
  • the reference numeral 10 designates a storage and archiving device associated with the computer 7.
  • the telephone line link from the central station to the various surveillance stations could be replaced by any other means of communication.
  • the type of connection should be chosen according to the infrastructure already in place or that can be installed, easily and economically.
  • the infra-red radiation sensor-detector assembly 2 will be described below in more detail.
  • This assembly 2 comprises an optical radiation collecting device, provided with an infrared filter 12, a spherical collecting mirror 13 and the detector proper 14 which is provided with a window 15 of rectangular shape according to FIG. 3.
  • the assembly surrounded in Figure 2 by a line in broken lines is rotatable about a vertical axis centered on the center of the slot 15 and on the detector located below and fixed.
  • This assembly is driven in rotation by a stepping motor 16 in the direction of rotation indicated at 17 in order to be able to thus carry out the horizontal scanning movement.
  • the slot 15 which is part of the rotary assembly is shown in dotted lines in several angular positions above the fixed sensitive surface 18 of the detector 14.
  • a vibrating mirror 20 is arranged in the rotary assembly in the focal zone of the collecting optic 13 so as to move the image of the detector in the image focal plane of this optic or, in other words, so as to form on the fixed detector 14 the image of part of the vertical field.
  • This mirror vibrates at a relatively high frequency for reasons which will be explained later.
  • the objective of the system according to the present invention is to detect forest fires up to distances of up to 20 km. It is important that the information, that is to say the radiation emitted by a fire, is transmitted to the detector with the minimum of absorption.
  • the absorption spectrum of the atmosphere of infrared radiation we note the existence of a certain number of spectral bands or windows which are particularly transparent to this radiation.
  • the band of wavelengths ranging from 3 to 5.5 microns is used as windows.
  • the atmospheric transmission is good and the stray radiation such as for example the solar radiation is limited.
  • This window proved to be advantageous for optimal monitoring 24 hours a day, therefore even in broad daylight.
  • Detectors which are effective in this wavelength range are for example PbSe detectors, cooled to -45 ° C.
  • the choice of infrared radiation detector depends on the specific conditions and criteria of each application case.
  • the optical encoder provided for defining the angular positions of the rotary optical system must therefore be able to differentiate 2 13 different directions per revolution.
  • the fastest speed of analysis of the horizon will advantageously correspond to one revolution in 40 seconds.
  • the analysis time of a sector is therefore approximately 5 ms corresponding to a frequency of 200 Hz.
  • the detector is advantageous for the detector to have a bandwidth approximately 10 times greater, that is to say about 2 KHz.
  • the vertical observation field and warmly the frequency of the vertical scanning, the following should be taken into account: if the observation towers have an altitude of 40 m and if the limit upper of the vertical observation field is the horizontal direction, which makes it possible to avoid being in direct observation of the sun, except in the morning and in the evening, and taking as a lower limit a shadow zone of 200 m around the foot of the tower, we get a vertical field of view equal to 15 x 10 -2 rds. It should be noted that this gray area is relative, because any fire which would be born there will be immediately detected because of the fumes which would cross the observation area, at a distance very close to the detection system.
  • this mirror advantageously vibrates at a sufficiently high frequency that the detector seems to see the entire vertical angular field at once. It is therefore advantageous to choose a vibration frequency of the order of 20 KHz, that is to say 100 times higher than the analysis frequency of a horizontal sector and 10 times higher than the upper limit of the detection system bandwidth (2 KHz).
  • FIG. 4 represents another embodiment of the sensor-infrared radiation detector assembly. red 2.
  • This comprises an optical radiation collecting device, provided with the infrared filter 12, a device 13a forming an objective and the detector 14 provided with the window 15.
  • all surrounded in Figure 4 and by a broken line is rotatable about a vertical axis centered Surle center of the slit 15 and the detector 14 located below and fixe..Cet ensemblee s t rotated in the same way as that of Figure 2 so that the drive means 16 has been omitted in Figure 4.
  • a rotating mirror 20a in the clockwise direction watch is arranged in the rotary assembly in the focal zone of the objective 13a so as to form on the fixed detector 14 the image of part of the vertical field.
  • the mirror 20a has several reflecting surfaces 20 al - 20 as arranged for example in an octagon and focuses the infrared radiation on the detector 14 via the converging lens 13b located above the detector 14 and the slot 15.
  • the mirror rotates around of the axis passing through the center 0 of the octagon and perpendicular to the axis in phantom through the centers of the lens 13b, of the slot 15, and of the detector 14.
  • the angular speed of rotation of the mirror 20a. must be chosen so that it is high enough so that the detector seems to see the entire vertical angular field at once. This speed can be chosen in accordance with the vibration frequency of the mirror 20 defined above.
  • the detector 2 emits an electrical signal directly proportional to the intensity of the infrared radiation received. This signal is transmitted to the processing device 4 in which it is amplified at 22, shaped at 23, converted to 24 under digital form by an analog-digital converter and processed in a logic processing and transmission control circuit 25, before reach modem 5, as shown in figure 8.
  • FIG. 5 shows the electrical output signal from the detector 2 as a function of the angular position ⁇ h of the rotary optical assembly of the detector, during the scanning of the horizontal field.
  • This signal has peaks in a, b and c which are representative respectively of a light from 5 m to 20 km, from 5 m to 15 km and from 5 m to _5 km.
  • the sudden rise in d of the output signal level is caused by the sun.
  • sources of heat to be identified such as fire sources a, b and c, heat source d and others, will be made in the central station as described below.
  • these peaks are characterized less by their amplitude relative to the parasitic background - amplitude which can be relatively small as in the case of the peak a - but rather by the shape of these ridges which is distinguished by very steep front and rear flanks, that is to say very short rise times.
  • the pulses a ', b', c 'and d' are obtained at the output of the shaping circuit 23 (FIG. 6), which correspond to the peaks a, b, c and d.
  • the analog converter digital 24 converts each pulse which contains information on the intensity of infrared radiation emitted by the heat source into an 8-bit digital signal.
  • the logic processing and transmission control module 25 receives for each heat source the digital signal relating to the intensity of the radiation and the corresponding information relating to the angular position of the rotary optical assembly, which has been generated by the optical encoder 3 in the form of a 13-bit digital signal; if each angular position corresponds to an angular segment of 2 ⁇ h 7.7 x 10- 4 radians as in the present example.
  • the module 25 first orders the signals so that they can be transmitted by the modem 5. Since the modem only accepts 8-bit signals in series, the module 25 combines the two pieces of information respectively of 13 parallel bits and 8 parallel bits into 8 bit serial information.
  • Figures 8 and 9 illustrate the structure of the information bytes transmitted by the modem 5 to the central station 7 ( Figure 1).
  • the module 25 should perform information compression. This consists first of all of not transmitting the 13 bits of angular position. In the 8-bit train sent to modem 5, only one bit is used for position tracking. This is a synchronization bit which is always in the low logic state "0", except when switching to the digital angular position 0000000000000 where the synchronization signal is at the high logic level "1". This bit allows the reconstitution of the information relating to the angular position in the central station.
  • the latter includes for this purpose a 13-bit counter which is reset to zero by the synchronization bit and which is incremented by one step at each new trans one byte mission. With regard to the radiation intensity level data, the precision of 8 bits is not necessary and one is satisfied with an accuracy of 3 bits.
  • Each byte thus formed is transmitted to the modem 5 which sends it to the modem 8 by the permanent telephone line 6.
  • the byte is stored in the computer of the central station 7. It is then re-injected by the computer in the modem 8 which retransmits it to the modem 5 to arrive at the processing module 25.
  • the latter compares the start byte and the return byte. If the two bytes are equivalent, the transmission was successful and the computer memorized correct data. If the two bytes are different, a transmission error has occurred and the computer has stored false data.
  • the module of transmission control logic processing 25 acts on the control of the stepping motor 16 driving the sensor formed by the rotary optical assembly of the detector 2.
  • the motor now places the sensor in position n + 2.
  • the sensor produces a new output signal which will be processed by the shaping circuit 23, after amplification at 22, and applied to the analog-digital converter 24.
  • the module 25 then triggers the analog-digital conversion and stores the radiation intensity byte relative to position n + 2. Then, the module 25 acts again on the rotation control of the motor 16, to place the sensor in the position n + 3. It triggers a new analog-digital conversion, then from the new recorded data, sends to modem 5 the byte n + 2, n + 3 according to figure 9.
  • This byte contains in bit D 1 the information relating to the comparison of o ctet transmitted previously containing the information relating to the angular positions n and n + 1 (figure 8). If the previous comparison operation found a transmission error, the error bit of the new byte is in the high logic state "1" which causes the byte (n, n + 1) to be invalidated previously. recorded by the computer.
  • the central station computer is provided with a memory in which information relating to sources has been recorded. To find out if a heat source identified by detector 2 is a fire, the computer performs, following the reception of each byte, after having associated with the information received the information relating to the angular position of the detector sensor , using its 13-bit counter and the synchronization bit D 0 contained in the byte received, a comparison with the content of its memory.
  • the central station 7 or more exactly the computer permanently receives a flow of information from the various monitoring stations each equipped with an infrared radiation detector. If a heat source turns out to be a fire, it can be easily located from the start and action can be taken immediately to extinguish the start of the fire.
  • the invention is in no way limited to the detection of a fire.
  • the invention can be used to detect the appearance or penetration into a monitored area of any object or phenomenon giving rise to the emission of infrared radiation.
  • the invention could thus be used to monitor, for example, a border.

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Abstract

L'invention concerne un système pour la détection de sources de chaleur. Le système est caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre de postes du surveillance (1) répartis dans la zone à surveiller, comprenant un détecteur de rayonnement infrarouge (2) situé à un niveau au-dessus de la zone à surveiller et relié à un moteur d'entraînement en mouvement angulaire périodique, pas-à-pas, du détecteur, et un dispositif de traitment logique (4) des informations captées par le détecteur et de transmission par l'intermédiaire de la liaison téléphonique (6), et en ce quele poste central (7) est équipé d'un dispositif informatique comportant une mémoire dans laquelle sont enregistrées ou répertoriées les sources de chaleur connues dans la zone à surveiller. L'invention permet la détection d'incendies de forêts.

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé pour la détection d'une source de chaleur pouvant apparaître dans une zone ou un espace prédéterminé, le cas échéant d'une grande étendue, notamment d'un incendie dans une forêt, et un système de mise en oeuvre de ce procédé.
  • Le procédé et le système actuellement utilisés à cette fin, notamment pour la détection d'un incendie dans une forêt, peuvent être résumés de la manière suivante:
  • Lorsque les conditions atmosphériques sont propices à la naissance ou au développement d'incendies, la zone forestière concernée est placée sous surveillance Un certain nombre de tours ou postes d'observation d'une hauteur relativement importante est réparti dans la zone. Au sommet de chaque tour un sapeur pompier scrute l'horizon afin de détecter visuelle- ment une fumée non répertoriée sur la liste en possession du guetteur, signalant l'existence d'un incendie. S'il constate un tel incendie, il avertit par liaison téléphonique le centre des sapeurs pompiers forestiers. Dans ce centre, sur une carte d'état major, la direction identifiée est repérée et, après réception d'un appel d'une tour voisine, on procède à la localisation par triangulation de l'incendie repéré. Pour des raisons de précision de visée, l'intervention d'une troisième tour est nécessaire ou au moins souhaitable.
  • On constate que ce procédé et dispositif de surveillance présentent notamment les inconvénients majeurs suivants:
    • - surveillance limitée dans le temps (diurne et selon les conditions atmosphériques - brouillard);
    • -difficulté d'observation systématique régulière sur tout l'horizon, due au facteur humain;
    • -problème de précision sur la visée;
    • -difficulté d'observation de l'importance et de la nature du feu;
    • -nécessité de sélection humaine entre fumée autorisée et incendie;
    • -absence d'indication surle sens de propagation de l'incendie;
    • - nécessité d'attendre au moins une seconde information en provenance d'une autre tour;
    • - rotation d'un personnel important.
  • La présente invention a pour objectif de proposer un procédé et un système pour la détection d'une source de chaleur, notamment d'un incendie, qui ne présentent pas les inconvénients susmentionnés, inhérents au procédé et au système connus.
  • L'invention concerne donc un procédé pour la détection de sources de chaleur, notamment d'incendie de forêt ou analogue, dans une zone ou un espace notamment de grande étendue, selon lequel on surveille la zone précitée à partir d'au moins deux postes de surveillance, transmet des informations relatives à une source de chaleur détectée à un poste central, par l'intermédiaire d'une liaison de transmission, telle qu'une liaison téléphonique, et localise dans ce poste central la source de chaleur, à partir des informations reçues des postes de surveillance, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on surveille ladite zone à l'aide d'un détecteur de rayonnements infrarouges à chaque poste de surveillance, amène ce détecteur à effectuer, de façon périodique et de préférence permanente, des mouvements angulaires de balayage de la zone à surveiller, transmet au poste central les informations relatives à toutes les sources de chaleur détectées et effectue de façon automatique, dans le poste central, une comparaison des informations reçues des détecteurs aux informations préalablement mémorisées dans ce poste, relatives à des sources de chaleur connues et à ne pas prendre en compte, pour déterminer les sources de chaleur nouvellement apparues.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, on déplace le détecteur suivant un régime pas-à-pas et transmet au poste central les informations que le détecteur a reçu pendant chaque phase d'atret correspondant.
  • Suivant encore une autre caractéristique, on amène le détecteur à effectuer un mouvement de balayage vertical pendant chaque phase d'arrêt, autour d'un axe horizontal, le balayage étant effectué avantageusement à une fréquence élevée.
  • Selon le procédé proposé par l'invention, on transmet au centre précité,en forme numérique, l'information relative à l'intensité de rayonnement infrarouge captée pendant l'arrêt de chaque pas ou de plusieurs pas, mémorise cette information dans le centre et la renvoie au dispositif détecteur dans lequel on compare l'information reçue du centre à l'information initialement transmise à celui-ci et indique au centre avec l'information suivante, le cas échéant par un bit de valeur "0" ou "1" s'il y avait équivalence entre les informations comparées et invalide l'information mémorisée dans le centre en cas d'une différence.
  • Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on transmet avec chaque information relative à l'intensité de rayonnement infrarouge une donnée telle qu'un bit de synchronisation que l'on utilise dans le centre pour synchroniser l'attribution auxdites informations reçues relatives au rayonnement, de l'information relative à la position angulaire correspondante du détecteur.
  • Le système pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre de postes de surveillance répartis dans la zone à surveiller, comprenant un détecteur de rayonnement infrarouge situé à un niveau au-dessus de la zone à surveiller et relié à un moteur d'entraînement en un mouvement angulaire périodique, pas-à-pas, du détecteur, et un dispositif de traitement logique des informations captées par le détecteur et de transmission par l'intermédiaire de la liaison téléphonique, et en ce que le poste central est équipé d'un dispositif informatique comportant une mémoire dans laquelle sont enregistrées ou répertoriées les sources de chaleur connues dans la zone à surveiller.
  • Suivant une caractéristique avantageuse du système, le détecteur est pourvu d'un moyen permettant un balayage vertical lors de chaque position angulaire correspondant à un pas du détecteur.
  • Suivant encore une autre caractéristique avantageuse, le moyen de balayage vertical est formé par un miroir vibrant à une fréquence élevée.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels :
    • - la figure 1 montre sous forme d'un schéma bloc le système de détection de sources de chaleur suivant la présente invention;
    • - la figure 2 montre de façon schématique et à plus grande échelle l'ensemble détecteur représenté à la figure 1;
    • - la figure 3 est une vue de dessus sur le détecteur représenté sur la figure 2;
    • - la figure 4 montre de façon schématique et à plus grande échelle un autre mode de réalisation de l'ensemble détecteur représenté à la figure 1;
    • - les figures 5 et 6 montrent respectivement le signal de sortie produit par le détecteur avant et après une opération de mise en forme, en fonction de la position angulaire du détecteur;
    • - la figure 7 illustre le principe de structure et de fonctionnement du système suivant la présente invention, sous forme d'un schéma bloc; et
    • - les figures 8 et 9 illustrent schématiquement la structure des octets transmis au poste central.
  • Le procédé et le système selon la présente invention sont particulièrment appropriés pour détecter des sources de chaleur telles que des incendies dans des forêts de grande étendue. Il est donc avantageux de décrire l'invention en prenant comme exemple d'application un système de surveillance des forêts tel qu'il est représenté à la figure 1. Il est à noter que l'invention n'est cependant nullement limitée à une telle application et est utilisable dans tout cas où il s'agit de détecter et localiser dans une zone prédéterminée l'apparition d'un objet ou d'un phénomène, mobile ou immobile, qui émet des rayonnements infrarouges.
  • Le mode de réalisation de l'invention, représenté à la figure 1, pour la détection d'incendies de forêts, comprend un certain nombre de tours de surveillance dont une seule est représentée. Ces tours ont une hauteur suffisante et sont placées de façon appropriée pour que leur sommet soit situé à un niveau au-dessus des foyers d'incendie éventuels à détecter dans la zone forestière surveillée.
  • Au sommet de ces tours 1 est installé un équipement comprenant notamment un ensemble capteur-détecteur de rayonnements infrarouges 2, rotatif autour d'un axe sensiblement vertical pour pouvoir effectuer un mouvement de balayage horizontal, un codeur optique 3 associé à cet ensemble et destiné à déterminer les les positions angulaires de ce dernier, un dispositif de traitement 4 des signaux produits par le détecteur et représentatif de l'intensité des rayonnements infrarouges captés, ainsi qu'un modem 5 relié à une ligne téléphonique 6 et destiné à adapter les signaux électriques aux propriétés de la ligne téléphonique.
  • Des lignes téléphoniques comme la ligne 6 relient les différents postes de surveillance en haut des tours 1 à un poste central 7, avantageusement un ordinateur, par l'intermédiaire de modems 8 et de multiplexeurs. à huit canaux 9, chacun associé à huit modems. Le chiffre de référence 10 désigne un dispositif de stockage et d'archivage associé àl'ordinateur 7.
  • Il est à noter que la liaison par ligne téléphonique du poste central aux différents postes de surveillance pourrait être remplacée par tout autre moyen de communication. Bien entendu, le type de liaison devrait être choisi en fonction de l'infra-structure déjà en place ou pouvant être installée, facilement et de façon économique.
  • En se reportant aux figures 2 et 3 on décrira ci-après de façon plus détaillée l'ensemble capteur-détecteur de rayonnements infrarouge 2.
  • Cet ensemble 2 comprend un dispositif optique collecteur de rayonnement, pourvu d'un filtre infrarouge 12, d'un miroir sphérique collecteur 13 et du détecteur proprement dit 14 qui est pourvu d'une fenêtre 15 de forme rectangulaire suivant la figure 3. L'ensemble entouré sur la figure 2 par une ligne en traits interrompus est rotatif autour d'un axe vertical centré sur le centre de la fente 15 et sur le détecteur situé en dessous et fixe. Cet ensemble est entraîné en rotation par un moteur pas-à-pas 16 suivant le sens de rotation indiqué en 17 pour pouvoir ainsi effectuer le mouvement de balayage horizontal. La fente 15 qui fait partie de l'ensemble rotatif est représentée en pointillés dans plusieurs positions angulaires au-dessus de la surface sensible fixe 18 du détecteur 14.
  • Pour permettre un balayage du champ vertical, un miroir vibrant 20 est disposé dans l'ensemble rotatif dans la zone focale de l'optique collectrice 13 de façon à déplacer l'image du détecteur dans le plan focal image de cette optique ou, autrement dit, de façon à former sur le détecteur fixe 14 l'image d'une partie du champ vertical. Ce miroir vibre à une fréquence relativement élevée pour des raisons qui seront expliquées plus loin.
  • En 3, on reconnaît le codeur optique angulaire destiné à définir la position angulaire de l'ensemble rotatif lors du balayage du champ horizontal.
  • Avant d'expliquer le fonctionnement du système et des différentes opérations du procédé pour la détection d'un incendie, englobant un traitement spécifique des signaux produits par le détecteur, on donnera ci-après quelques considérations qui permettent de comprendre selon quels critères le détecteur et le dispositif optique et mécanique ainsi que le dispositif de traitement de signaux pourraient être avantageusement choisis. L'objectif du système selon la présente invention, donné uniquement à titre d'exemple, est de détecter des incendies de forêts jusqu'à des distances pouvant atteindre 20 km. Il importe que l'information, c'est-à-dire le rayonnement émis par un feu, se transmette jusqu'au'détecteur avec le minimum d'absorption. En tenant compte du spectre d'absorption de l'atmosphère du rayonnement infrarouge, on constate l'existence d'un certain nombre de bandes spectrales ou fenêtres particulièrement transparentes à ce rayonnement. Dans le cadre de l'invention, on retient comme fenêtres la bande de longueurs d'onde allant de 3 à 5,5 microns. Dans cette bande la transmission atmosphérique est bonne et le rayonnement parasite tel que par exemple le rayonnement solaire est limité. Cette fenêtre s'est avérée avantageuse pour une surveillance optimale 24 heures sur 24, donc même en plein jour. Les détecteurs qui sont efficaces dans ce domaine de longueursd'onde sont par exemple des détecteurs en PbSe, refroidis à -45°C. Il est cepndant à noter que le choix du détecteur de rayonnement infrarouge est fonction des conditions et critères spécifiques de chaque cas d'application.
  • Dans le cadre de l'invention, on cherche par exemple à obtenir une résolution spatiale qui est de l'ordre de 15 mètres à 20 km de distance. Il convient donc de pouvoir opérer à 15 m près à 20 km un foyer d'incendie. Or, à 20 km un segment de 15 m est vu sous un angle
    Figure imgb0001
    radians. Le nombre de secteurs élémentaires résolus pour chaque tour sera donc de
    Figure imgb0002
    secteurs = 213.
  • Le codeur optique prévu pour la définition des positions angulaires du système optique rotatif doit donc être capable de différencier 213 directions différentes par tour.
  • Pour des raisons liées a la cadence maximale de transmission des lignes téléphoniques habituelles, et au nombre d'informations utiles à transmettre, la vitesse la plus rapide d'analyse de l'horizon correspondra avantageusement à un tour en 40 secondes. Le temps d'analyse d'un secteur est donc de 5 ms environ correspondant à une fréquence de 200 Hz. Pour avoir une bonne résolution spatiale il est avantageux que le détecteur ait une bande passante environ 10 fois supérieure c'est-à-dire d'environ 2 KHz.
  • Concernant le champ d'observation vertical et hotam- ment de la fréquence du balayage vertical, il convient de tenir compte de ce qui suit: si les tours d'observation présentent une altitude de 40 m et si la limite supérieure du champ d'observation verticale est la direction horizontale, ce qui permet d'éviter d'être en observation directe du soleil, sauf le matin et le soir, et en prenant comme limite inférieure une zone d'ombre de 200 m autour du pied de la tour, on obtient un angle de champ vertical égal à 15 x 10-2 rds. Il est à noter que cette zone d'ombre est relative, car tout feu qui y naîtrait sera immédiatement détecté à cause des fumées qui traverseraient la zone d'observation, à une distance très proche du système de détection. En raison de la disproportion entre les champs vertical et horizontal et des exigences qui en découlent pour les dimensions du détecteur, il est avantageux d'associer au détecteur le miroir vibrant 20. Comme il a été dit plus haut, ce miroir vibre avantageusement à une fréquence suffisamment élevée pour que le détecteur semble voir tout le champ angulaire vertical en une seule fois. Il est alors avantageux de choisir une fréquence de vibration de l'ordre de 20 KHz, c'est-à-dire 100 fois plus élevée que la fréquence d'analyse d'un secteur horizontal et 10 fois plus élevée que la limite supérieure de la bande passante du système de détection (2 KHz).
  • Il est cependant à noter que l'utilisation d'un miroir vibrant pour effectuer un balayage vertical n'est pas obligatoire et pourrait être supprimée si le champ vertical est suffisamment faible ou la surface sensible du détecteur est suffisamment importante. Tout autre moyen approprié pourrait d'ailleurs être utilisé pour remédier aux problèmes de disproportion susmentionnés.
  • La figure 4 représente un autre mode de réalisation de l'ensemble capteur-détecteur de rayonnements infra- rouge 2. Celui-ci comprend un dispositif optique collecteur de rayonnement, pourvu du filtre infra- rouge 12, d'un dispositif 13a formant objectif et du détecteur 14 pourvu de la fenêtre 15. Comme pour l'autre mode de réalisation des figures 2 et 3, l'ensemble entouré sur la figure 4 et par une ligne en traits interrompus est rotatif autour d'un axe vertical centré surle centre de la fente 15 et sur le détecteur 14 situé en-dessous et fixe..Cet ensembleest entrainé en rotation de la même façon que celui de la figure 2 de sorte que le moyen d'entraînement 16 a été omis en figure 4. Pour permettre le balayage du du champ vertical, un miroir tournant 20a suivant le sens des aiguilles d'une montre est disposé dans l'ensemble rotatif dans la zone focale de l'objectif 13a de façon à former sur le détecteur fixe 14 l'image d'une partie du champ vertical. Le miroir 20a comporte plusieurs surfaces réfléchissantes 20 al - 20 as disposées par exemple en octogone et focalise le rayonnement infra-rouge sur le détecteur 14 via la lentille convergente 13b située au-dessus du détecteur 14 et de la fente 15. Le miroir tourne autour de l'axe passant par le centre 0 de l'octogone et perpendiculaire par rapport à l'axe en traits mixtes passant par les centres de la lentille 13b, de la fente 15, et du détecteur 14. La vitesse angulaire de rotation du miroir 20a. doit être choisie de manière a être suffisament élevée pour que le détecteur semble voir tout le champ angulaire vertical en une seule fois. Cette vitesse peut être choisie en concordance avec la fréquence de vibration du miroir 20 définie précédemment.
  • Le procédé et le fonctionnement du système selon l'invention, qui vient d'être décrit, ressort de la description du fonctionnement qui sera faite ci-après en se reportant aux figures 5 à 9. Le détecteur 2 émet un signal électrique directement proportionnel à l'intensité des rayonnements infrarouges reçus. Ce signal est transmis au dispositif de traitement 4 dans lequel il est amplifié en 22, mis en forme en 23, converti en 24sousforme numérique par un convertisseur analogique-numérique et traité dans un circuit de traitement logique et de contrôle de transmission 25, avant de parvenir au modem 5, comme cela ressort de la figure 8.
  • A titre d'exemple, la figure 5 montre le signal électrique de sortie du détecteur 2 en fonction de la position angulaire α h de l'ensemble optique rotatif du détecteur, au cours du balayage du champ horizontal. Ce signal présente en a, b et c des crêtes qui sont représentatives respectivement d'un feu de 5 m à 20 km, de 5 m à 15 km et de 5 m à _5 km. La montée brusque en d du niveau du signal de sortie est provoquée par le soleil. La distinction entre des sources de chaleur devant être repérées, comme les foyers de feu a, b et c, de la source de chaleur d et d'autres encore, s'effectuera dans le poste central à la manière qui sera décrite plus loin. En considérant les crêtes représentatives d'un feu, sur la figure 5, on constate que ces crêtes se caractérisent moins par leur amplitude par rapport au fond parasite- amplitude qui peut être relativement faible comme dans le cas de la crête a - mais plutôt par la forme de ces crêtes qui se distingue par des flancs avant et arrière très raides, c'est-à-dire des temps de montée très courts.
  • En tirant profit de cette particularité, on obtient à la sortie du circùit de mise en forme 23 les impulsions a', b', c' et d' (figure 6), qui correspondent aux crêtes a, b, c et d. Le convertisseur analogique-numérique 24 convertit chaque impulsion qui contient l'information de l'intensité d'un rayonnement infra- rouge émis par la source de chaleur en un signal numérique à 8 bits.
  • Le module de traitement logique et de contrôle de transmission 25 reçoit pour chaque source de chaleur le signal numérique relatif à l'intensité du rayonnement et l'information correspondante relative à la position angulaire de l'ensemble optique rotatif, qui a été généré par le codeur optique 3 sous forme d'un signal numérique à 13 bits; si chaque position angulaire correspond à un segment angulaire de 2α h 7,7 x 10-4 radians comme dans le présent exemple. Le module 25 ordonne tout d'abord les signaux pour qu'ils soient transmissibles par le modem 5. Du fait que le modem n'accepte que des signaux à 8 bits en série, le module 25 combine les deux informations respectivement de 13 bits parallèles et de 8 bits parallèles en une information de 8 bits série. Les figures 8 et 9 illustrent la structure des octets d'information transmis par le modem 5 au poste central 7 (figure 1). Par conséquent, il convient que le module 25 effectue une compression d'informations. Celle-ci consiste tout d'abord à ne pas transmettre les 13 bits de position angulaire. Dans le train de 8 bits envoyé au modem 5, on utilise qu'un bit pourle repérage de position. Celui-ci est un bit de synchronisation qui est toujours à l'état logique bas "0", sauf au moment du passage à la position angulaire numérique 0000000000000 où le signal de synchronisation est au niveau logique haut "1". Ce bit permet la reconstitution de l'information relative à la position angulaire dans le poste central. Ce dernier comprend à cette fin un compteur 13 bits qui est remis à zéro par le bit de synchronisation et qui est incrémenté d'un pas à chaque nouvelle transmission d'un octet. Pour ce qui est des données de niveau d'intensité de rayonnement, la précision de 8 bits n'est pas nécessaire et on se contente d'une précision de 3 bits. On peut donc envoyer à l'aide d'un octet les informations relatives à deux positions angulaires du capteur du détecteur, formé par l'ensemble optique rotatif. Le compteur 13 bits du poste central, c'est-à-dire de l'ordinateur 7, est par conséquent incrémenté de deux pas à chaque nouvelle transmission d'un octet. Le bit restant de l'octet est utilisé pour une indication du bon fonctionnement de tous les systèmes installés sur la tour 2. Les figures 8 et 9 représentent deux octets transmis successivement. La configuration de chaque octet représenté est caractérisée par un bit D0 de synchronisation, un bit O1 d'erreur, 3 bits D2 à D4 de données d'intensité de rayonnement relative à une position angulaire n (figure 8) ou n + 2 (figure 9) et 3 bits D5 à D7 de données d'intensité respectives à la position angulaire suivante n + 1 (figure 8) ou n + 3 (figure 9).
  • Chaque octet ainsi formé est transmis au modem 5 qui l'envoie au modem 8 par la ligne téléphonique permanente 6. En sortie du modem 8, l'octet est mémorisé dans l'ordinateur du poste central 7. Il est ensuite ré-injecté par l'ordinateur dans le modem 8 qui le retransmet au modem 5 pour aboutir au module de traitement 25. Ce dernier compare ensuite l'octet de départ et l'octet de retour. Si les deux octets sont équivalents, la transmission s'est bien faite et l'ordinateur a mémorisé des données justes. Si les deux octets sont différents, il ya eu erreur de transmission et l'ordinateur a mémorisé des données fausses. Une fois la comparaison des deux octets achevée, le module de traitement logique de contrôle de transmission 25 agit sur la commande du moteur pas-à-pas 16 d'entraînement du capteur formé par l'ensemble optique rotatif du détecteur 2. Si le capteur se trouvait lors de la comparaison dans la position n + 1, le moteur place le capteur maintenant en position n + 2. Le capteur produit un nouveau signal de sortie qui sera traité par le circuit de mise en forme 23, après amplification en 22, et appliqué au convertisseur analogique-numérique 24. Le module 25 déclenche alors la conversion analogique-numérique et mémorise l'octet d'intensité de rayonnement relative à la position n + 2. Ensuite, le module 25 agit à nouveau sur la commande de rotation du moteur 16, pour placer le capteur dans la position n + 3. Il déclenche une nouvelle conversion analogique-numérique, puis à partir des nouvelles données enregistrées, envoie au modem 5 l'octet n + 2, n + 3 suivant la figure 9. Cet octet contient dans le bit D1 l'information relative à la comparaison de l'octet transmis auparavant contenant les informations relatives aux positions angulaires n et n + 1 (figure 8). Si l'opération de comparaison antérieure a trouvé une erreur de transmission, le bit d'erreur du nouveau octet est à l'état logique haut "1" ce qui provoque l'invalidation de l'octet (n, n + 1) précédemment enregistrée par l'ordinateur.
  • Les opérations qui viennent d'être décrites permettent une vérification permanente du bon fonctionnement du système. On décrira ci-après l'opération importante qui permet de détecter un feu d'autres sources de chaleur, quine doivent pas donner lieu au déclenchement d'une alarme. En effet, d'autres sources de chaleur pourraient provoquer la production de signaux semblables aux crêtes indicatrices d'un feu, qui ont été indiquées à la figure 5. Par exemple, la variation brusque de niveau de signal d, qui est engendrée par le soleil (lever ou coucher du soleil) et indiquée au module 25 sous forme de l'impulsion d' est transmis au poste central ou l'ordinateur 7. De même des fumées d'habitat et dans certains cas les voitures automobiles, les trains, les avions etc.... situés habituellement ou traversant la zone surveillée par le détecteur 2 seraient portés à la connaissance de l'ordinateur 7.
  • Pour éliminer un déclenchement non justifié d'une alarme, on a repertorié dans le poste central 7 les sources de chaleur parasites qui ne doivent pas être prises en compte. A cette fin, l'ordinateur du poste central est pourvu d'une mémoire dans laquelle les informations relatives à des sources ont été enregistrées. Pour savoir si une source de chaleur repérée par le détecteur 2 est un feu, l'ordinateur effectue à la suite de la réception de chaque octet, après avoir associé à l'information reçue l'information relative à la position angulaire du capteur du détecteur, à l'aide de son compteur de 13 bits et le bit de synchronisation D0 contenu dans l'octet reçu, une comparaison au contenu de sa mémoire.
  • Il est ainsi aisé de distinguer un feu de source de chaleur parasite immobile. Pour permettre également la distinction d'un feu d'une source de chaleur parasite mais mobile ou passagère, telle qu'une voiture automobile ou un train, le fait que cette source se déplace peut servir de critère de distinction. Une programmation appropriée de l'ordinateur permet ainsi à l'ordinateur la détection d'un feu, même vis-à-vis de sources de chaleur parasites mobiles.
  • Il ressort de la description du système conforme à l'invention, qui vient d'être faite, que le poste central 7 ou plus exactement l'ordinateur reçoit de façon permanente un flux d'informations provenant des différents postes de surveillance chacun équipé d'un détecteur de rayonnement infrarouge. Si une source de chaleur s'avère être un feu, celui-ci peut être facilement localisé dès sa naissance et des mesures peuvent être prises immédiatement pour éteindre ce début d'incendie.
  • Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à la détection d'un feu. De façon générale, l'invention peut être utilisée pour détecter l'apparition ou la pénétration dans une zone surveillée de tout objet ou phénomène donnant lieu à l'émission d'un rayonnement infrarouge. L'invention pourrait ainsi servir pour surveiller par exemple une frontière.
  • Il est encore à ajouter que les informations relatives à la nature du détecteur, au mode de vérification du bon fonctionnement du système et à la configuration des messages sousforme numérique pourraient être différentes sans sortir du cadre de l'invention.
  • On pourrait également prévoir que le capteur de rayonnement effectue un mouvement pas-à-pas de balayage vertical et transmette au poste central des informations relatives à la position dans le champ vertical. Dans le poste on pourrait ainsi localiser la source du rayonnement à partir des données relatives aux positions dans les champs horizontal et vertical.

Claims (17)

1. Procédé pour la détection de sources de chaleur, notamment d'incendies de forêts ou analogues dans une zone ou un espace notamment de grande étendue, selon lequel on surveille la zone précitée à partir d'au moins un poste de surveillance, transmet des informations relatives à une source de chaleur détectée à un poste central, par l'intermédiaire d'une liaison de transmission, telle qu'une liaison téléphonique, et localise dans ce poste central la source de chaleur, à partir des informations reçues des postes de surveillance, ladite zone étant surveillée à l'aide d'un détecteur de rayonnement infrarouge à 'chaque poste de surveillance, ledit détecteur étant amené à effectuer, de façon périodique et de préférence permanente, des mouvements angulaires de balayage de la zone à surveiller, caractérisé en ce que l'on transmet au poste central (7) les informations relatives à toutes les sources de chaleur détectées et effectue de façon automatique, dans le poste central, une comparaison des informations-reçues des détecteurs (2) aux informations préalablement mémorisées dans ce poste (7), relatives à des sources de chaleur connues et à ne pas prendre en compte, pour déterminer les sources de chaleur nouvellement apparues.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on déplace le détecteur (2)suivant un régime pas-à-pas et transmet au poste central des informations que le détecteur a reçu pendant chaque phase d'arrêt correspondante.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé ce que l'on amène le détecteur à effectuer un mouvement de balayage horizontal et/ou vertical.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on transmet, en forme numérique, au poste central (7), l'information relative à l'intensité de rayonnement infrarouge capté pendant l'arrêt de chaque pas ou de plusieurs pas, mémorise cette information dans le poste central (7) et la renvoie au dispositif détecteur (2) dans lequel on compare l'information reçue du poste central (7) à l'information initialement transmise à celui-ci et indique dans l'information suivante à transmettre, le cas échéant par un bit de valeur "0" ou "1", s'il y avait équivalence entre les informations comparées, et invalide l'information mémorisée dans le poste central dans le cas d'une différence. ;
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on transmet avec chaque information relative à l'intensité de rayonnement infrarouge une donnée telle qu'un bit de synchronisation et utilise ce bit dans le poste central pour assurer l'attribution auxdites informations reçues relatives au rayonnement infrarouge, de l'information relative à la position angulaire correspondante du détecteur.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'information relative à l'intensité du rayonnement infrarouge capté est transmise sous forme d'un octet contenant un bit de vérification (DO) et un bit de synchronisation (D1).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque octet comprend l'information relative au rayonnement infrarouge reçu correspondant à deux positions angulaires du détecteur.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on détecte la nature d'une source de chaleur en tenant compte des propriétés de cette source telle que son évolution ou déplacement dans la zone surveillée.
9. Système pour la détection de sources de chaleur, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant un certain nombre de postes de surveillance répartis dans la zone à surveiller, comprenant un détecteur de rayonnement infrarouge situé à un niveau au-dessus de la zone à surveiller et relié à un moteur d'entraînement en un mouvement angulaire périodique, pas-à-pas, du détecteur, et un dispositif de traitement logique des informations captées par le détecteur et de transmission par l'intermédiaire de la liaison téléphonique, caractérisé en ce quele poste central (7) est équipé d'un dispositif informatique comportant une mémoire dans laquelle sont enregistrées ou répertoriées les sources de chaleur connues dans la zone à surveiller.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au détecteur (2) est associé un dispositif optomécanique pourvu d'un codeur optique (3) qui délivre un signal numérique définissant la position angulaire du détecteur, ce codeur (3) étant relié au dispositif de traitement d'information (4).
11. Système selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le détecteur (2) est pourvu d'un moyen (20, 20a) permettant un balayage vertical lors de chaque position angulaire du détecteur d'un balayage horizontal.
12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que le moyen de balayage vertical (20) est formé par un miroir vibrant à une fréquence élevée.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le détecteur comporte une fenêtre rectangulaire (15) et en ce qu'un dispositif optique est monté en amont de cette fenêtre qui comprend un miroir collecteur (13) du rayonnement infrarouge capté, dans la zone focale duquel est disposé le miroir vibrant (20) de balayage vertical, et en ce que la fenêtre (15), le miroir vibrant (20) et le miroir collecteur (13) forment un ensemble rotatif, un organe détecteur fixe (14) étant placé en dessous de la fenêtre (15).
14. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que le moyen de balayage vertical (20a) est formé par un miroir tournant à une vitesse angulaire élevée.
15. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que le détecteur comporte une fenêtre rectan- gualire (15) et en ce qu'un dispositif optique est monté en amont de cette fenêtre qui comprend un organe formant objectif (13a) collecteur du rayonnement infra-rouge capté, dans la zone focale duquel est disposé le miroir tournant (20a), et une lentille convergente (13b) recevant le rayonnement infra-rouge du miroir tournant et focalisant ce rayonnement sur un détecteur fixe 14, et en ce que la fenêtre (15), le miroir tournant (20a) et l'objectif (13a) forment un ensemble rotatif, le détecteur fixe (14) étant . placé en-dessous de la fenêtre (15).
16. Système selon la revendication 13 ou 15 caractérisé en ce que la fenêtre rectangulaire (15) présente la forme d'une fente, le petit côté de la fenêtre étant parallèle à l'axe de rotation du miroir vibrant (20).
17. Système selon l'une des revendications 9 à 16, caractérisé en ce que le dispositif de traitement d'information (4), qui comprend un module de traitement logique et de transmission (25) est relié au moteur d'entraînement (16) du détecteur (2) pour commander le déplacement angulaire de ce dernier suivant un programme prédéterminé.
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