基于紅外圖像識(shí)別的智能遠(yuǎn)程控制消防裝置

任添翼 王劍 薛三好 許文亞 李晨陽 劉智浩

摘要：將AGV、紅外圖像識(shí)別、BIM數(shù)字信息與消防技術(shù)相結(jié)合，本文提出一種基于紅外圖像識(shí)別的智能遠(yuǎn)程控制消防裝置。裝置由圖像識(shí)別傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)和安全系統(tǒng)等構(gòu)成，通過嵌入式系統(tǒng)控制AGV運(yùn)動(dòng)?；诩t外圖像識(shí)別的智能遠(yuǎn)程控制消防裝置，能夠全天候、24小時(shí)不間斷巡邏滅火，從而節(jié)約人力資源并改善城市消防系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：安全消防;紅外圖像處理;GPS差分定位;BIM數(shù)字信息

通過對(duì)智能消防裝置研究的現(xiàn)狀分析，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的裝置研究還多停留于輔助救援階段，而忽略了對(duì)改善消防問題的更多可能性的思考。而隨著城市的不斷發(fā)展，BIM數(shù)字城市及智能控制技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用，如何充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，改善城市的消防系統(tǒng)，提高智能城市消防系統(tǒng)的科學(xué)性和高效性，也是當(dāng)前消防系統(tǒng)研究發(fā)展的一個(gè)方向。

1設(shè)計(jì)原理

1.1裝置簡(jiǎn)述

消防裝置由圖像識(shí)別傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)和安全系統(tǒng)等構(gòu)成。遙控系統(tǒng)通過向裝置發(fā)送特定指令信號(hào)，通過嵌入式系統(tǒng)控制AGV運(yùn)動(dòng)、消防臂轉(zhuǎn)向、升降機(jī)升降以及噴淋裝置滅火等功能，從而實(shí)現(xiàn)消防區(qū)的無人安全化消防。

1.2基本思路

AGV可通過車載影像系統(tǒng)，對(duì)周邊采集視頻圖像，通過紅外圖像處理來識(shí)別火情并發(fā)出警報(bào)。根據(jù)火情的不同狀況，選擇人工模式、自動(dòng)模式等;通過GPS差分定位，精確確定火源位置。通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置升降系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)，調(diào)整AGV位置和方向，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、多方位、多角度、更大范圍內(nèi)地噴淋以抑制火勢(shì)蔓延，達(dá)到消防區(qū)無人安全化消防的目的。在AGV行駛過程中，采用雙極式H型脈寬調(diào)制技術(shù)，以提高系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)性能;系統(tǒng)的無線遙控用計(jì)算機(jī)或其他控制裝置作為客戶端，AGV上的4G網(wǎng)關(guān)作為服務(wù)端，其可靠性能高;對(duì)于特定場(chǎng)景的消防噴淋作業(yè)，通過編程實(shí)現(xiàn)AGV按照規(guī)定路線自動(dòng)行駛與精準(zhǔn)消防。

1.3功能實(shí)現(xiàn)

1.3.1裝置基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

（1）電源與充電裝置：采用12V 5600mAh移動(dòng)可充電電瓶提供電源，使用大功率75W DC-DC可調(diào)降穩(wěn)壓電源模塊，進(jìn)行裝置的電壓調(diào)節(jié)。

（2）驅(qū)動(dòng)裝置：驅(qū)動(dòng)裝置由車輪、車體、減速器、制動(dòng)器、電機(jī)及速度控制器部分組成，并由計(jì)算機(jī)或人工進(jìn)行控制。

（3）控制系統(tǒng)：以基于ARM的電腦微型主板樹莓派3B+作為主控，通過無線藍(lán)牙通信進(jìn)行聯(lián)系。

（4）舵機(jī)：采用大扭矩機(jī)械臂金屬防水舵機(jī)JX6211，通過舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)噴頭多方位旋轉(zhuǎn)。

（5）繼電器：主要的原理為使用的線圈通電，繼電器觸點(diǎn)吸合，而使輸出的電流比較低平，在電路中起到自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。

（6）氣壓桿：采用100mm 12V大推力電動(dòng)推桿，它由缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成將氣壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。

（7）噴淋裝置：由蓄電池、電動(dòng)機(jī)、傳送帶、氣泵、細(xì)軟管、油漆罐、舵機(jī)和噴嘴等構(gòu)成。

1.3.2主要技術(shù)指標(biāo)

2創(chuàng)新與先進(jìn)性

2.1裝置創(chuàng)新點(diǎn)

（1）結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)啟動(dòng)火警系統(tǒng)，在火情出現(xiàn)初期進(jìn)行處理，降低火情蔓延導(dǎo)致的生命財(cái)產(chǎn)損失。

（2）AGV消防巡邏機(jī)器人系統(tǒng)，結(jié)合GPS差分定位技術(shù)，便捷定位火災(zāi)位置。

（3）紅外圖像識(shí)別與聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。

（4）通過BIM數(shù)字信息錄入，輔助消防分類滅火，更好地適應(yīng)消防需求。

（5）程序控制滅火物質(zhì)?？筛鶕?jù)消防需求裝載不同材料。

（6）程序控制噴淋高度。提高了裝置靈活性。

（7）多種遠(yuǎn)程控制方式操控。系統(tǒng)的無線遙控可用4G網(wǎng)關(guān)技術(shù)控制，適用于多種需求。

（8）圖像傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)控。使監(jiān)控人員能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的確定火源位置，從而實(shí)現(xiàn)高效率精準(zhǔn)消防。

（9）高危區(qū)作業(yè)確保安全。通過使用該裝置，能夠在化工、油罐廠等高危消防區(qū)進(jìn)行消防作業(yè)，能夠較大程度確保消防人員的自身安全以及從根源控制火勢(shì)發(fā)展。

（10）具有可移植性?？赏ㄟ^對(duì)AGV中各個(gè)模塊的提取并優(yōu)化，應(yīng)用于大型機(jī)械中，使大型機(jī)械實(shí)現(xiàn)其AGV裝置所能完成的功能，具有普遍的適應(yīng)性。

2.2科學(xué)先進(jìn)性

（1）本裝置可通過預(yù)先設(shè)定運(yùn)行軌跡和工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)裝置在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)自動(dòng)巡邏工作，還能避免因?yàn)槿说呐既灰蛩卦斐傻难舆t救援等情況，節(jié)約救援時(shí)間。

（2）本裝置結(jié)合GPS差分定位技術(shù)，能夠精準(zhǔn)定位，且具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性。

（3）本裝置通過BIM數(shù)字信息錄入，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)啟動(dòng)火警系統(tǒng)，在火情出現(xiàn)初期進(jìn)行處理，避免火情蔓延出現(xiàn)生命財(cái)產(chǎn)損失。

（4）AGV消防巡邏機(jī)器人系統(tǒng)裝置全景攝像頭，運(yùn)用紅外圖像識(shí)別技術(shù)，能夠多角度實(shí)時(shí)監(jiān)控火情的發(fā)生。

3應(yīng)用前景

3.1適用范圍

（1）該裝置可以應(yīng)用在公建、居住社區(qū)等區(qū)域，用以監(jiān)測(cè)、警報(bào)火情的發(fā)生及輔助消防工作。

（2）該裝置可以使用在危險(xiǎn)區(qū)域的消防工作中，用于代替消防員進(jìn)行消防工作。

（3）該裝置可以用于古建筑保護(hù)區(qū)等不易發(fā)覺且易于起火地區(qū)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

（4）該裝置可以用于草原、林區(qū)的巡邏與防火。

3.2市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

（1）無人智能遠(yuǎn)程控制消防裝置在消防方面的發(fā)展應(yīng)用，彌補(bǔ)了目前智能滅火裝置的一些不足，是對(duì)現(xiàn)代消防技術(shù)的一種積極探索，極大地提高了消防作業(yè)的安全性，有著極為廣闊的推廣前景。

（2）該裝置增加了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況圖像傳輸裝置，能夠?qū)崟r(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控火情的發(fā)生與發(fā)展，有助于消防人員準(zhǔn)確判斷現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)狀況和等級(jí)，能夠從最大程度上減少因消防問題帶來的生命財(cái)產(chǎn)與資源損失。

（3）該裝置體積小、靈活度較高，適應(yīng)性較強(qiáng)，適用范圍廣。

（4）AGV消防巡邏機(jī)器人系統(tǒng)具有安防作用，改變算法可運(yùn)用在其他安全方面，如結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)，錄入社區(qū)住戶面部信息，識(shí)別安全隱患，對(duì)人民的生活安全起到很大的保障作用。