基于红外图像识别的智能远程控制消防装置

任添翼 王剑 薛三好 许文亚 李晨阳 刘智浩

摘要：将AGV、红外图像识别、BIM数字信息与消防技术相结合，本文提出一种基于红外图像识别的智能远程控制消防装置。装置由图像识别传输系统、控制系统、行走系统、升降系统、旋转系统、喷淋系统和安全系统等构成，通过嵌入式系统控制AGV运动。基于红外图像识别的智能远程控制消防装置，能够全天候、24小时不间断巡逻灭火，从而节约人力资源并改善城市消防系统。

关键词：安全消防;红外图像处理;GPS差分定位;BIM数字信息

通过对智能消防装置研究的现状分析，可以发现当前的装置研究还多停留于辅助救援阶段，而忽略了对改善消防问题的更多可能性的思考。而随着城市的不断发展，BIM数字城市及智能控制技术将得到更为广泛的应用，如何充分发挥技术优势，改善城市的消防系统，提高智能城市消防系统的科学性和高效性，也是当前消防系统研究发展的一个方向。

1设计原理

1.1装置简述

消防装置由图像识别传输系统、控制系统、行走系统、升降系统、旋转系统、喷淋系统和安全系统等构成。遥控系统通过向装置发送特定指令信号，通过嵌入式系统控制AGV运动、消防臂转向、升降机升降以及喷淋装置灭火等功能，从而实现消防区的无人安全化消防。

1.2基本思路

AGV可通过车载影像系统，对周边采集视频图像，通过红外图像处理来识别火情并发出警报。根据火情的不同状况，选择人工模式、自动模式等;通过GPS差分定位，精确确定火源位置。通过计算机远程控制装置升降系统、旋转系统和喷淋系统，调整AGV位置和方向，实现自动化、多方位、多角度、更大范围内地喷淋以抑制火势蔓延，达到消防区无人安全化消防的目的。在AGV行驶过程中，采用双极式H型脉宽调制技术，以提高系统的静动态性能;系统的无线遥控用计算机或其他控制装置作为客户端，AGV上的4G网关作为服务端，其可靠性能高;对于特定场景的消防喷淋作业，通过编程实现AGV按照规定路线自动行驶与精准消防。

1.3功能实现

1.3.1装置基础设计

（1）电源与充电装置：采用12V 5600mAh移动可充电电瓶提供电源，使用大功率75W DC-DC可调降稳压电源模块，进行装置的电压调节。

（2）驱动装置：驱动装置由车轮、车体、减速器、制动器、电机及速度控制器部分组成，并由计算机或人工进行控制。

（3）控制系统：以基于ARM的电脑微型主板树莓派3B+作为主控，通过无线蓝牙通信进行联系。

（4）舵机：采用大扭矩机械臂金属防水舵机JX6211，通过舵机驱动模块连接舵机转动轴，实现喷头多方位旋转。

（5）继电器：主要的原理为使用的线圈通电，继电器触点吸合，而使输出的电流比较低平，在电路中起到自动调节、安全保护、转换电路等作用。

（6）气压杆：采用100mm 12V大推力电动推杆，它由缸筒、缸盖、活塞、活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成将气压能转变为机械能。

（7）喷淋装置：由蓄电池、电动机、传送带、气泵、细软管、油漆罐、舵机和喷嘴等构成。

1.3.2主要技术指标

2创新与先进性

2.1装置创新点

（1）结合物联网系统启动火警系统，在火情出现初期进行处理，降低火情蔓延导致的生命财产损失。

（2）AGV消防巡逻机器人系统，结合GPS差分定位技术，便捷定位火灾位置。

（3）红外图像识别与联网监控。

（4）通过BIM数字信息录入，辅助消防分类灭火，更好地适应消防需求。

（5）程序控制灭火物质。可根据消防需求装载不同材料。

（6）程序控制喷淋高度。提高了装置灵活性。

（7）多种远程控制方式操控。系统的无线遥控可用4G网关技术控制，适用于多种需求。

（8）图像传输实时监控。使监控人员能够实时准确的确定火源位置，从而实现高效率精准消防。

（9）高危区作业确保安全。通过使用该装置，能够在化工、油罐厂等高危消防区进行消防作业，能够较大程度确保消防人员的自身安全以及从根源控制火势发展。

（10）具有可移植性。可通过对AGV中各个模块的提取并优化，应用于大型机械中，使大型机械实现其AGV装置所能完成的功能，具有普遍的适应性。

2.2科学先进性

（1）本装置可通过预先设定运行轨迹和工作时间，实现装置在目标区域内自动巡逻工作，还能避免因为人的偶然因素造成的延迟救援等情况，节约救援时间。

（2）本装置结合GPS差分定位技术，能够精准定位，且具有较强的机动性。

（3）本装置通过BIM数字信息录入，结合物联网系统启动火警系统，在火情出现初期进行处理，避免火情蔓延出现生命财产损失。

（4）AGV消防巡逻机器人系统装置全景摄像头，运用红外图像识别技术，能够多角度实时监控火情的发生。

3应用前景

3.1适用范围

（1）该装置可以应用在公建、居住社区等区域，用以监测、警报火情的发生及辅助消防工作。

（2）该装置可以使用在危险区域的消防工作中，用于代替消防员进行消防工作。

（3）该装置可以用于古建筑保护区等不易发觉且易于起火地区的火灾监测预警。

（4）该装置可以用于草原、林區的巡逻与防火。

3.2市场分析和经济效益预测

（1）无人智能远程控制消防装置在消防方面的发展应用，弥补了目前智能灭火装置的一些不足，是对现代消防技术的一种积极探索，极大地提高了消防作业的安全性，有着极为广阔的推广前景。

（2）该装置增加了现场实况图像传输装置，能够实时远程监控火情的发生与发展，有助于消防人员准确判断现场危险状况和等级，能够从最大程度上减少因消防问题带来的生命财产与资源损失。

（3）该装置体积小、灵活度较高，适应性较强，适用范围广。

（4）AGV消防巡逻机器人系统具有安防作用，改变算法可运用在其他安全方面，如结合物联网，录入社区住户面部信息，识别安全隐患，对人民的生活安全起到很大的保障作用。