仓库由于存放物品杂多、环境复杂、缺乏人员值守，常发生各种危害程度的火灾，是消防系统研究领域关注的重点对象[1,2]。虽然，目前已经出现很多智能火灾预警系统，但是火灾的扩展速度非常快，分秒之间就会损害大量财物，甚至夺取人们的生命。如果能在第一时间发现火灾，利用仓库里的智能消防系统准确识别烟雾和火焰，迅速将火苗扑灭，就更有利于减小灾情，保护人们的生命财产安全。

仓库智能消防系统要完成全自动无人控制的消防灭火任务，其中很重要的一步是需要快速、准确检测到火源及其位置[3,4]，考虑到传统的火灾检测传感器具有检测范围小、检测距离短及抗干扰能力差等缺点，本文应用检测范围大，能实现远距离检测的机器视觉检测技术来检测火灾，同时设计了移动灭火装置来完成全自动灭火的任务。目前，国内外大量研究机构和学者专注于研究基于现代传感器技术、机器视觉检测技术及人工智能等技术的智能消防系统，未来智能消防系统产品将会越来越成熟，为人们生命和财产保驾护航。目前，基于机器视觉的智能消防系统还不够成熟，还没有得到广泛应用。随着计算机科学的发展和机器视觉检测技术的不断成熟，基于机器视觉的智能消防系统具有较高的研究价值。本文对基于机器视觉的仓库智能消防灭火系统进行架构设计。

整体系统架构设计如图1所示，选用计算机作为主控中心，根据仓库的面积大小，选择合适的工业相机数量，并给每个相机编号，多个工业相机通过交换器和计算机相连接，计算机采用扫描查询的方式来读取工业相机的输入信号，并对输入信号进行分析处理，若所有相机都没有检测到烟雾和火焰，则继读取输入信号；若判断到有相机识别到烟雾和火焰，把识别到烟雾和火焰的相机编号通过以太网发送给报警系统和移动灭火装置，触发声光报警系统并通过手机短信通知联系人，命令移动灭火装置执行灭火行动，计算机的工作流程如图2所示。本文所设计的仓库智能消防灭火系统，需要根据仓库的具体情况来布置空间，图3为空间分布示例，在仓库角落设置了移动灭火装置等候区供灭火装置充电和待机使用，在货架周围布置了磁轨道供移动灭火装置用于寻迹运动，在仓库墙壁上选择适合实际环境的高度安装6个工业相机，相机安装在两个货架中间，有助于移动灭火装置定位火苗的位置。

图1 整体系统架构设计图   下载原图

图2 计算机工作流程图   下载原图

图3 空间分布示例图   下载原图

火灾扩展速度快、破坏力极强，仓库布置了识别火焰和烟雾的机器视觉系统，当机器视觉系统识别到火焰和烟雾时能及时发出报警信号，通知仓管人员。但是仓库一旦发生了火灾，人们的救援活动难免会滞后，难以及时灭火，而且火灾救援工作的危险性较大[5,6,7]。如果仓库里的智能灭火机器人能配合仓库里机器视觉系统来第一时间展开灭火工作，在火灾发生初期快速将火苗扑灭，加快求援的响应速度，就能减小灾情。本文对基于机器视觉的移动灭火装置模块进行研究，移动灭火装置在接收到求救信号时，迅速寻迹到目的地附近，打开二氧化碳灭火器的电磁阀进行灭火。

移动灭火装置由动力源单元、控制电路系统、执行单元及机械本体组成。机械本体选用耐高温材料进行设计，起到支撑和保护内部的控制电路、执行单元和动力源单元的作用。移动灭火装置需要运输10kg的二氧化碳灭火器，所以动力源选用规格为24V20AH的大功率锂电池。执行单元模块选用直流电机来驱动整个机械本体，选用电磁阀来控制二氧化碳灭火器。

移动灭火装置的控制电路系统由主控单元、无线充电模块、无线通信模块、寻迹运动模块、射频读卡模块、机器视觉检测模块及灭火装置驱动模块组成，选用西门子S7-1200PLC作为主控电路的控制元件，主控单元与仓库里机器视觉检测系统的电脑主机通过无线通信模块进行通信，当接收到电脑主机的火灾救援信号，移动灭火装置通过霍尔传感器寻迹到火灾附近，再通过移动灭火装置上的工业相机确定火灾的确定地点，然后控制电磁阀打开移动灭火装置上的灭火器将火苗扑灭。本文设计的移动灭火装置，带有无线感应充电模块，移动装置上的电感与等候区的电感通过互感实现无线充电，在检测到自身的电压过低时，自主启动充电任务，在等候区补充电能。见图4。

图4 移动灭火装置电路系统组成框架图   下载原图

当智能消防系统检测到火灾信号后，移动灭火装置必须快速准确到达火灾发生的地点，所以自动寻迹到达目的地也是很重要的一个环节，本设计在仓库内布置了磁轨道供移动灭火装置寻迹，并在存在分支的节点和转弯处布置了射频卡供移动灭火装置定位。图5为轨道布置示例，A-A',B-B',C-C',D-D',D-D',E-E'及F-F'通道的上方各安装了一个工业相机，当相应的相机检测到火灾，与工业相机相连的电脑主机将检测到火灾的相机对应的编号发送给移动灭火装置。在接收到火灾信号和检测到火灾的相机编号时，移动灭火装置从等候区出发通过霍尔传感器寻迹到达相应的通道，再利用移动装置上的相机检测火灾的准确地点，实施灭火行动。在完成任务后，移动灭火装置返回等候区充电。

图5 轨道布置示例   下载原图

火灾是人类的公敌，目前市场上已经出现很多智能火灾预警系统，但是火灾扩展速度快、破坏力极强，响应速度快的主动灭火装置更有利于减小灾情。传统的火灾检测传感器，具有检测距范围小、抗干扰能力差的缺点。机器视觉的检测范围广，能实现远距离检测，在智能消防领域有着重要的研究价值。目前主动实施灭火行动的产品还不够成熟，关键技术还有待开发研究，智能消防系统研究应当得到更多的关注和投入，希望有更多的机构和学者投入到该领域的研究中。