王洋

摘 要 本文以CCD圖像信息為基礎(chǔ)，提出了消防炮自動定位滅火監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。該系統(tǒng)運(yùn)用由CCD攝像頭所提供的顏色信息與動態(tài)特征，對火源加以識別與定位，另外，還采用了PGA技術(shù)與DSP技術(shù)，來促進(jìn)系統(tǒng)實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性與可靠性的提升。

【關(guān)鍵詞】CCD圖像 自動定位滅火系統(tǒng) 開發(fā)

大空間建筑物的內(nèi)部通常會設(shè)置有異常復(fù)雜的設(shè)施，比如安裝許多大功率電器、鋪設(shè)大量電纜電線等，因此，火災(zāi)隱患較大。特別是發(fā)生火災(zāi)時，火勢難控且蔓延速度快，易轟燃，給撲救增加了不少難度。對此，積極開發(fā)出可有效用于大空間建筑物的早期火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)十分迫切與必要。隨著機(jī)器視覺技術(shù)的日漸發(fā)展與完善，以CCD攝像頭為傳感器，用其所采集的圖像信息來火災(zāi)定位，具有較大可行性與獨(dú)特優(yōu)越性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能分析

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1為系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，各監(jiān)控區(qū)域的消防炮、人工操作臺、總控PC的信息交互，均由局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，此局域網(wǎng)支持RS-485標(biāo)準(zhǔn)的主從模式自定義協(xié)議。在消防炮上，不僅安裝有近紅外CCD攝像頭，還安裝有CCD攝像頭，對于CCD攝像頭而言，其所提供的雙波段視頻信號會被傳送到CCD圖像處理單元，實(shí)施系統(tǒng)化的火源識別與處理。對于消防炮控制器，其經(jīng)RS-485接口，連接于總控PC，且通過旋轉(zhuǎn)編碼器，對消防炮在垂直與水平方向上的位移情況進(jìn)行檢測，另外還負(fù)責(zé)消防炮的驅(qū)動，通過CCD攝像頭與消防炮的緊密配合，便可獲取火源三維空間坐標(biāo)，除此之外，消防器控制炮還能將噴水閥門開啟，實(shí)施撲救。

1.2 主要功能

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)報警裝置一旦探測到，便會立即將報警信號發(fā)送至總控PC，然后總控PC便會系統(tǒng)化處理現(xiàn)場與報警區(qū)域的信息，從中得出最佳搜索方法，之后，便會將定位指令與相關(guān)信息發(fā)送給各個消防炮，另外，還會以自動撥打電話的方式告知相關(guān)工作人員，此時，值班人員可利用人工操作臺，通過手動操作來實(shí)現(xiàn)滅火。如果值班人員無手動操作滅火，那么當(dāng)消防炮接收到定位指令后，便會先利用攝像頭在其監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，以俯仰與水平方向，自動完成火源空間的定位及火災(zāi)的確認(rèn)工作，當(dāng)火源得到確認(rèn)后，微調(diào)消防炮，使火源位置處在畫面的中央，從中獲取火源的三維空間坐標(biāo)。當(dāng)消防炮將火源鎖定后，適當(dāng)性延遲設(shè)定時間，此時的總控PC通過分析與決策制定，將噴水指令下達(dá)到距離火源最近的消防炮，接收指令后，此消防炮便會開啟閥門，實(shí)施定點(diǎn)撲救。

2 系統(tǒng)核心技術(shù)

2.1 以CCD圖像信息為基礎(chǔ)的火災(zāi)圖像識別算法

系統(tǒng)利用CCD攝像頭所提供的近紅外波段與見光波段（雙波段）圖像，結(jié)合火災(zāi)發(fā)生早期火焰無規(guī)律變化與不穩(wěn)定特性，另依據(jù)火焰的色彩模型與動態(tài)特征，選用計算機(jī)視覺技術(shù)，構(gòu)建可行、有效、系統(tǒng)化的火災(zāi)識別判據(jù)。

背景與火焰之間有著明顯的對比，算法的判斷依據(jù)為火焰灰度，開展二值化操作，基于火災(zāi)現(xiàn)場圖像，從中將火焰區(qū)域分割出來，然后通過各種處理，比如圖像分割、增強(qiáng)等，從中挖掘出可以準(zhǔn)確描述火災(zāi)特征、形態(tài)的參數(shù)，最后依據(jù)這些特征參數(shù)，結(jié)合判別規(guī)則，識別火災(zāi)圖像信息，對是否為火源進(jìn)行判斷。對于早期火災(zāi)而言，其火焰非常不穩(wěn)定，而且在諸如閃爍、抖動、邊緣、形態(tài)及亮度等特征上，也呈現(xiàn)出無規(guī)律性。算法的主要判斷依據(jù)即為火焰紅外波段的運(yùn)動特征，另外，與可見光波段信息相結(jié)合，構(gòu)建色彩判斷依據(jù)，從中便可得到各種火焰的特征判斷依據(jù)，如此一來，便能夠有效規(guī)避與克服單一判斷依據(jù)所帶來的不足和缺陷，將外界干擾排除掉，促進(jìn)火災(zāi)判別有效性、可靠性的提升。

2.2 TMS320LIF2407A消防炮控制器

以DSP芯片為基礎(chǔ)的TMS320LIF2407A消防炮控制器，可使消防炮在垂直與水平方向上進(jìn)行輸出驅(qū)動與位置檢測，因此，能夠?qū)ο琅诘娜S運(yùn)動施加有效控制。該消防炮控制器擁有2組旋轉(zhuǎn)編碼器輸入信號接口，能夠準(zhǔn)確、實(shí)時測量消防炮在垂直與水平方向上的位移情況；另外，位置極限信號與開關(guān)量輸出控制信號均有四路，能夠控制消防炮，使其垂直旋轉(zhuǎn)與水平旋轉(zhuǎn)，還能選擇消防炮噴出水流的狀態(tài)，即直流狀態(tài)或噴霧狀態(tài)；除此之外，還設(shè)置有RS-485接口，負(fù)責(zé)接收控制命令，以及傳送處理信息。

2.3 嵌入式圖像處理單元

國內(nèi)外投入實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)的各種火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中，大部分的信息處理單元均為計算機(jī)，因而，系統(tǒng)的設(shè)備比較復(fù)雜，且安裝繁瑣，維護(hù)困難，特別是處于長時間運(yùn)行狀態(tài)的系統(tǒng)設(shè)備，計算機(jī)時常出現(xiàn)故障，從而對系統(tǒng)使用壽命造成影響。本系統(tǒng)為較好進(jìn)行數(shù)字圖像的處理及視頻信號的采集，選用的是嵌入式圖像信息處理單元，此單元能夠簡化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)成本的降低。另外，系統(tǒng)采用的是由Philips公司所生產(chǎn)的SAA7113視頻解碼芯片，尤其來完成視頻采集，還選用了Altera公司所生產(chǎn)的FPGA芯片EPCI C6Q240C，實(shí)現(xiàn)同步邏輯控制，除此之外，還移植有火焰識別算法。此系統(tǒng)內(nèi)部還設(shè)置有NIOSⅡ軟內(nèi)核處理器。對于NIOSⅡ而言，其實(shí)為一個可開展SOPC設(shè)計并且靈活可靠的嵌入式處理器軟核。其能夠提供比較復(fù)雜控制邏輯的SDRAM接口電路，便于系統(tǒng)運(yùn)用大容量SDRAM來緩存多幀圖像。

3 結(jié)語

綜上，該系統(tǒng)現(xiàn)今已經(jīng)通過測試與驗(yàn)收，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果得知，該系統(tǒng)能夠?qū)鹪催M(jìn)行有效識別與定位，消防炮保護(hù)半徑可達(dá)70m，而在系統(tǒng)響應(yīng)時間方面，低于60s，撲救精度3m內(nèi)，定位精度1m內(nèi)。此系統(tǒng)還能提供早期火災(zāi)的監(jiān)控與撲救。

參考文獻(xiàn)

[1]謝志冰.基于CCD圖像的消防炮自動定位滅火監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].上海大學(xué)，2007.

[2]張亞娟.基于CCD圖像傳感器的云母槽自動檢測與控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].重慶大學(xué)，2016.

作者單位

營口世紀(jì)電子儀器有限公司 遼寧省營口市 115004endprint