陳 思，彭一航

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 佛山 528137）

倉(cāng)庫(kù)由于存放物品雜多、環(huán)境復(fù)雜、缺乏人員值守，常發(fā)生各種危害程度的火災(zāi)，是消防系統(tǒng)研究領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)對(duì)象[1-2]。雖然，目前已經(jīng)出現(xiàn)很多智能火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，但是火災(zāi)的擴(kuò)展速度非?？?，分秒之間就會(huì)損害大量財(cái)物，甚至奪取人們的生命。如果能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，利用倉(cāng)庫(kù)里的智能消防系統(tǒng)準(zhǔn)確識(shí)別煙霧和火焰，迅速將火苗撲滅，就更有利于減小災(zāi)情，保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 智能消防系統(tǒng)的研究意義

倉(cāng)庫(kù)智能消防系統(tǒng)要完成全自動(dòng)無(wú)人控制的消防滅火任務(wù)，其中很重要的一步是需要快速、準(zhǔn)確檢測(cè)到火源及其位置[3-4]，考慮到傳統(tǒng)的火災(zāi)檢測(cè)傳感器具有檢測(cè)范圍小、檢測(cè)距離短及抗干擾能力差等缺點(diǎn)，本文應(yīng)用檢測(cè)范圍大，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離檢測(cè)的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)火災(zāi)，同時(shí)設(shè)計(jì)了移動(dòng)滅火裝置來(lái)完成全自動(dòng)滅火的任務(wù)。目前，國(guó)內(nèi)外大量研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者專注于研究基于現(xiàn)代傳感器技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)及人工智能等技術(shù)的智能消防系統(tǒng)，未來(lái)智能消防系統(tǒng)產(chǎn)品將會(huì)越來(lái)越成熟，為人們生命和財(cái)產(chǎn)保駕護(hù)航。目前，基于機(jī)器視覺(jué)的智能消防系統(tǒng)還不夠成熟，還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的不斷成熟，基于機(jī)器視覺(jué)的智能消防系統(tǒng)具有較高的研究?jī)r(jià)值。本文對(duì)基于機(jī)器視覺(jué)的倉(cāng)庫(kù)智能消防滅火系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 智能消防系統(tǒng)的整體系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

整體系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，選用計(jì)算機(jī)作為主控中心，根據(jù)倉(cāng)庫(kù)的面積大小，選擇合適的工業(yè)相機(jī)數(shù)量，并給每個(gè)相機(jī)編號(hào)，多個(gè)工業(yè)相機(jī)通過(guò)交換器和計(jì)算機(jī)相連接，計(jì)算機(jī)采用掃描查詢的方式來(lái)讀取工業(yè)相機(jī)的輸入信號(hào)，并對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析處理，若所有相機(jī)都沒(méi)有檢測(cè)到煙霧和火焰，則繼讀取輸入信號(hào)；若判斷到有相機(jī)識(shí)別到煙霧和火焰，把識(shí)別到煙霧和火焰的相機(jī)編號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送給報(bào)警系統(tǒng)和移動(dòng)滅火裝置，觸發(fā)聲光報(bào)警系統(tǒng)并通過(guò)手機(jī)短信通知聯(lián)系人，命令移動(dòng)滅火裝置執(zhí)行滅火行動(dòng)，計(jì)算機(jī)的工作流程如圖2所示。本文所設(shè)計(jì)的倉(cāng)庫(kù)智能消防滅火系統(tǒng)，需要根據(jù)倉(cāng)庫(kù)的具體情況來(lái)布置空間，圖3為空間分布示例，在倉(cāng)庫(kù)角落設(shè)置了移動(dòng)滅火裝置等候區(qū)供滅火裝置充電和待機(jī)使用，在貨架周圍布置了磁軌道供移動(dòng)滅火裝置用于尋跡運(yùn)動(dòng)，在倉(cāng)庫(kù)墻壁上選擇適合實(shí)際環(huán)境的高度安裝6個(gè)工業(yè)相機(jī)，相機(jī)安裝在兩個(gè)貨架中間，有助于移動(dòng)滅火裝置定位火苗的位置。

圖1 整體系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖2 計(jì)算機(jī)工作流程圖

圖3 空間分布示例圖

3 移動(dòng)滅火裝置模塊

火災(zāi)擴(kuò)展速度快、破壞力極強(qiáng)，倉(cāng)庫(kù)布置了識(shí)別火焰和煙霧的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別到火焰和煙霧時(shí)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知倉(cāng)管人員。但是倉(cāng)庫(kù)一旦發(fā)生了火災(zāi)，人們的救援活動(dòng)難免會(huì)滯后，難以及時(shí)滅火，而且火災(zāi)救援工作的危險(xiǎn)性較大[5-7]。如果倉(cāng)庫(kù)里的智能滅火機(jī)器人能配合倉(cāng)庫(kù)里機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)第一時(shí)間展開(kāi)滅火工作，在火災(zāi)發(fā)生初期快速將火苗撲滅，加快求援的響應(yīng)速度，就能減小災(zāi)情。本文對(duì)基于機(jī)器視覺(jué)的移動(dòng)滅火裝置模塊進(jìn)行研究，移動(dòng)滅火裝置在接收到求救信號(hào)時(shí)，迅速尋跡到目的地附近，打開(kāi)二氧化碳滅火器的電磁閥進(jìn)行滅火。

3.1 移動(dòng)滅火裝置的設(shè)計(jì)

移動(dòng)滅火裝置由動(dòng)力源單元、控制電路系統(tǒng)、執(zhí)行單元及機(jī)械本體組成。機(jī)械本體選用耐高溫材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，起到支撐和保護(hù)內(nèi)部的控制電路、執(zhí)行單元和動(dòng)力源單元的作用。移動(dòng)滅火裝置需要運(yùn)輸10kg的二氧化碳滅火器，所以動(dòng)力源選用規(guī)格為24V20AH的大功率鋰電池。執(zhí)行單元模塊選用直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)械本體，選用電磁閥來(lái)控制二氧化碳滅火器。

3.2 移動(dòng)滅火裝置控制電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

移動(dòng)滅火裝置的控制電路系統(tǒng)由主控單元、無(wú)線充電模塊、無(wú)線通信模塊、尋跡運(yùn)動(dòng)模塊、射頻讀卡模塊、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)模塊及滅火裝置驅(qū)動(dòng)模塊組成，選用西門(mén)子S7-1200PLC作為主控電路的控制元件，主控單元與倉(cāng)庫(kù)里機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的電腦主機(jī)通過(guò)無(wú)線通信模塊進(jìn)行通信，當(dāng)接收到電腦主機(jī)的火災(zāi)救援信號(hào)，移動(dòng)滅火裝置通過(guò)霍爾傳感器尋跡到火災(zāi)附近，再通過(guò)移動(dòng)滅火裝置上的工業(yè)相機(jī)確定火災(zāi)的確定地點(diǎn)，然后控制電磁閥打開(kāi)移動(dòng)滅火裝置上的滅火器將火苗撲滅。本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)滅火裝置，帶有無(wú)線感應(yīng)充電模塊，移動(dòng)裝置上的電感與等候區(qū)的電感通過(guò)互感實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電，在檢測(cè)到自身的電壓過(guò)低時(shí)，自主啟動(dòng)充電任務(wù)，在等候區(qū)補(bǔ)充電能。見(jiàn)圖4。

圖4 移動(dòng)滅火裝置電路系統(tǒng)組成框架圖

3.3 移動(dòng)滅火裝置運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃

當(dāng)智能消防系統(tǒng)檢測(cè)到火災(zāi)信號(hào)后，移動(dòng)滅火裝置必須快速準(zhǔn)確到達(dá)火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)，所以自動(dòng)尋跡到達(dá)目的地也是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)布置了磁軌道供移動(dòng)滅火裝置尋跡，并在存在分支的節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)彎處布置了射頻卡供移動(dòng)滅火裝置定位。圖5為軌道布置示例，A-A'，B-B'，C-C'，D-D'，D-D'，E-E'及F-F'通道的上方各安裝了一個(gè)工業(yè)相機(jī)，當(dāng)相應(yīng)的相機(jī)檢測(cè)到火災(zāi)，與工業(yè)相機(jī)相連的電腦主機(jī)將檢測(cè)到火災(zāi)的相機(jī)對(duì)應(yīng)的編號(hào)發(fā)送給移動(dòng)滅火裝置。在接收到火災(zāi)信號(hào)和檢測(cè)到火災(zāi)的相機(jī)編號(hào)時(shí)，移動(dòng)滅火裝置從等候區(qū)出發(fā)通過(guò)霍爾傳感器尋跡到達(dá)相應(yīng)的通道，再利用移動(dòng)裝置上的相機(jī)檢測(cè)火災(zāi)的準(zhǔn)確地點(diǎn)，實(shí)施滅火行動(dòng)。在完成任務(wù)后，移動(dòng)滅火裝置返回等候區(qū)充電。

圖5 軌道布置示例

4 結(jié)束語(yǔ)

火災(zāi)是人類的公敵，目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)很多智能火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，但是火災(zāi)擴(kuò)展速度快、破壞力極強(qiáng)，響應(yīng)速度快的主動(dòng)滅火裝置更有利于減小災(zāi)情。傳統(tǒng)的火災(zāi)檢測(cè)傳感器，具有檢測(cè)距范圍小、抗干擾能力差的缺點(diǎn)。機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)范圍廣，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離檢測(cè)，在智能消防領(lǐng)域有著重要的研究?jī)r(jià)值。目前主動(dòng)實(shí)施滅火行動(dòng)的產(chǎn)品還不夠成熟，關(guān)鍵技術(shù)還有待開(kāi)發(fā)研究，智能消防系統(tǒng)研究應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁嗟年P(guān)注和投入，希望有更多的機(jī)構(gòu)和學(xué)者投入到該領(lǐng)域的研究中。