5.1.2 火灾自动报警系统和地铁消防的联动
1.火灾自动报警系统简介
作为防范火灾发生和确保人民生命财产安全的重要设施，火灾自动报警系统可以对探测区域的火灾情况进行实时监测，其主要由电源、触发器件、火灾报警装置和火灾警报装置四个部分构成，如图5.2所示。
图5.2 火灾自动报警系统的构成
（1）电源。作为消防用电设备，火灾自动报警系统的供电负荷等级应该处于工程供电系统中的最高供电等级，消防电源为其主要电源，蓄电池为其备用电源，并且要定期对蓄电池进行检查。
（2）触发器件。在火灾自动报警系统中，火灾探测器或手动报警按钮都属于触发器件。其中手动报警按钮是通过人工操作方式将火灾报警信号传送到火灾报警控制器上，来对火灾发生的位置等信息进行报告；火灾探测器是将现场的温度、烟雾、光等火灾信号转换为电信号，并传送给火灾报警控制器。
（3）火灾报警装置。火灾报警装置的作用是接收火灾探测器和手动报警按钮传输来的火灾报警信号，当确认监测区域发生火灾时启动声光报警和灭火及联动系统。
（4）火灾警报装置。火灾警报装置（又称火灾声光报警器）的作用是当监测到有火灾发生时，以声音、光音两种方式向报警区域发出火灾警报信号，提醒人们注意有火灾发生并采取必要措施。
根据国家的相关标准和要求，为了确保火灾自动报警系统的稳定和可靠性，火灾自动报警系统应该与建筑内其他智能系统分开。但随着智能建筑技术的快速发展，现代火灾自动报警系统已经逐渐允许其他智能系统获取相关报警信息。
2.可视火灾自动报警系统简介
可视火灾自动报警系统可分为图像采集、图像处理和联动控制三个部分，细分为图像采集单元、智能火灾图像处理单元、报警及联动装置、数据管理单元及消防联动高压水炮灭火单元，探测流程如图5.3所示。
图5.3 可视火灾自动报警系统的探测流程
图像采集单元完成图像的采集，输出数字视频数据；智能火灾图像处理单元主要完成图像预处理、火灾特征信息提取、智能分析、火灾判别等；在确认发生火灾的情况下，触动报警及联动装置进行报警及灭火，并对火灾的视频数据进行存储和管理，其探测方法如图5.4所示。
图5.4 可视火灾自动报警系统探测方法
可视火灾自动报警系统的核心是利用计算机视觉技术对火灾视频图像进行处理，结合火灾的发生、发展规律，研究出可靠的火焰、烟雾图像特征提取算法。对实拍的视频序列进行处理，从中检测出和火灾模式相同的视频运动，然后进行判断并采取适当行动。下面分别对视频采集、图像预处理、图像分割、特征提取及模式分类识别等核心内容进行简要介绍。(https://www.daowen.com)
（1）视频采集。视频采集部分主要包括摄像器件和视频采集卡，在可视火灾自动报警系统中，通过视频采集前端获得数字视频是一个关键的前提。视频图像的采集就是从摄像机拍摄的图像到计算机读取并存储的过程。采集卡所采集到的图像以AVI格式文件存储，需要将其转化为BMP格式图片。
（2）图像预处理。如果探测的环境非常复杂，那么很多因素类似光线、灯光、天气、噪声、阴影等都会使得图片的质量较差。对于可视火灾自动报警系统，要想使得火灾目标被准确分割，首先要排除各种因素的干扰，即要使用图像预处理方法，借助将视频、图像中的“噪声”消除的方法对背景和模式进行改善。
（3）图像分割。在图像的研究应用方面，一般情况下我们需要的只是图像内部的某一个部分，它们通常叫作前景或者目标，前景是指除目标之外的部分，我们感兴趣的部分是那些特殊且独立的地区。为了对目标进行明确的识别和分析，就需要将这些部分分离出来。只有分离提取了目标，才能对其进行后期的处理应用，例如测量和特征提取。所谓的图像分割就是对获得的图像进行分割，将其中需要的部分分离并提取出来的技术。所谓的特征可以是纹理、颜色、灰度等各个方面，预先选择的目标可能具有多方面的特征，也可能具有单一特征。
（4）特征提取及模式分类识别。所谓提取图像特征是指借助计算机获取图像。计算机可以将图像的同一个特征点都提取出来，分析提取之后的结果是图像被分割成为很多部分，不同部分之间是不相同的，它们可能独立或者连续。基于特征表述，分类器对其进行分类，将相同模式进行集合，或者对在一定概率上相同的模式进行集合。
3.地铁指挥中心火灾自动报警系统
1）地铁指挥中心火灾自动报警系统的总体架构
地铁指挥中心火灾自动报警系统主要分为视频采集、视频处理、非视频传感器、系统控制、消防水炮控制驱动、网络传输及中央控制单元等部分。其采用多点分布式信息采集和处理模型，每个处理节点具有较高的处理能力，可基本完成实时视频信号采集和检测处理，同时还可以对其他非视频传感器的检测信号进行响应，并做出初步融合检测，最后将检测结果和关键数据信息通过网络传输到中央控制单元进行最终决策和控制。图5.5为地铁指挥中心火灾自动报警系统的结构框架。
图5.5 地铁指挥中心火灾自动报警系统的结构框架
地铁指挥中心火灾自动报警系统的主要探测手段是视频信息，视频信息采集和处理的性能是决定该系统性能的主要因素。视频采集单元通过两个可见光CCD（charge coupled device，电荷藕合器件）摄像头实时采集视频信息并进行实时处理检测。在检测识别中，非视频传感器的信息也将融合进来，为进一步提高检测识别的准确性提供依据。非视频传感器主要由红外温度传感器和光学感烟探测器组成。系统采用多传感器融合技术来提高系统的检测性能。
视频信息处理与控制单元主要由两个DSP（digital signal processing，数字信号处理）单元和一个FPGA（field programmable gate array，现场可编辑门阵列）控制单元组成。DSP处理单元完成双路视频信息的实时处理，然后由FPGA控制单元对多种信号进行复合判断。消防联动单元主要由消防水炮控制器和三轴数控水炮组成。消防水炮控制器利用获取的火源坐标信息对水炮进行驱动，实现水炮的定位。中央控制单元主要由主控计算机、声光报警系统及监视系统组成。主控计算机完成火警信息的记录及对分布式处理单元进行集中管理和控制。
整个地铁指挥中心火灾自动报警系统的信息传输交换完全通过以太网进行，分布式处理单元将实时采集到的视频帧图像和检测结果数据发送到中央处理单元。两个可见光CCD摄像机采集的视频信息送入DSP1与DSP2两个视频处理单元，其中DSP1主要负责火灾检测算法的执行，DSP2主要负责对火源进行三维坐标的定位。DSP1通过一个双端口RAM（random access memory，随机存取存储器）将视频信息实时传入FPGA，同时DSP1会将含有火源的视频帧图像通过共享的SDRAM（synchronous dynamic random access memory，同步动态随机存取内存）送入DSP2，DSP2对来自两个可见光CCD摄像机的视频帧进行处理，得出火源的三维空间坐标，然后将火源的三维空间坐标传入FPGA。FPGA对来自传感器和DSP单元的数据进行分析、综合，然后将数据通过以太网传送至中央控制平台。如果有火灾发生，地铁指挥中心火灾自动报警系统会自动启动声光报警装置，同时由工作人员向FPGA发出灭火信号，最终FPGA控制水炮控制器，启动消防水炮进行灭火。故障监测模块实时监测系统的运行情况，对摄像头信号、DSP运行状态、水炮控制器运行状态进行实时监测和报警，并将信息发送到中央控制单元。
2）地铁指挥中心火灾自动报警系统的运行方式
火灾自动报警及联动控制系统与地铁指挥中心视频监控系统相结合，无火灾情况下，消防控制室内的消防平面图均为安全指示。
（1）系统自动运行。当探测到监测区域内有火灾发生时，两个以上探测器会将采集的数据通过无线传输方式送达区域报警控制器，然后区域报警控制器将同一探测现场的三种火灾参数及探测节点地址发送给集中报警控制器。集中报警控制器对数据进行处理后推算出火灾的严重等级，然后在地铁控制中心消防平面图相应的火灾区域上显示出该火灾发生地址并发出报警信息。集中报警控制器在发送警报的同时会联动设备启动信号，区域内的防火装置和消防喷淋装置将被开启。如果联动设备为手动模式，那么消防人员需要赶赴火灾现场进行相应的处理。
（2）人工报警运行。当发现区域内有火灾发生时，可以按动设置在现场的火灾报警按钮，通过区域报警控制器将报警信号传输给集中报警控制器，在消防平面图上显示火灾发生的位置。此时消防控制室的值班人员可以通过视频来对火灾报警区域的具体情况进行分析，一旦确认有火灾发生即可启动消防联动设备。