增强现实技术在消防监控与参谋系统中的应用研究

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1、增强现实技术在消防监控与参谋系统中的应用研究TheApplicationAnalysisofAugmentedRealityintheFireAlarmMonitoringandControllingSystems张绮孙鑫费敏锐(上海大学机电工程与自动化学院,上海200072)摘要针对一个消防系统提出了将增强现实技术应用于其中的新思路和新方法，使得消防人员对整个建筑的结构以及着火点一目了然，从而为消防人员的快速和准确决策提供重要的帮助。关键词增强现实虚拟现实三维注册图像合成AbstractThispapergivesusane

2、waugmentedrealityapplication.Itcanhelpfiremenhavemoreclearviewaboutthewholestructureofthebuilding,thencanhelpfiremenmakedecisionmorequicklyandaccurately.KeywordsAugmentedreality;Virtualreality;3Dregistration;Graphicsynthesis0引言增强现实（augmentedreality，AR）技术是虚拟现实技术的一个重要

3、分支和发展，也是近年来的一个研究热点，在医学、机械、设计、娱乐、军事等领域都有着良好的应用前景。增强现实主要是借助显示技术、交互技术、多种传感技术和计算机图形与多媒体技术将计算机生成的虚拟环境与用户周围的现实环境融为一体，使用户从感官效果上确信虚拟环境是其周围真实环境的组成部分。因此增强现实系统具有虚实结合、实时交互、三维注册的新特点。构造一个成功的增强现实系统，其关键是进行精确的三维跟踪注册(即虚拟物体与真实物体的[1-3]对准)，将周围世界真实场景与计算机生成的虚拟增强信息相融合。[4]增强现实技术起始于上世纪60年代，S

4、utherland发明了头盔显示器显示3D图形。虽然目前AR的研究都集中在视觉上，但是AR并不仅限于此，还包括听觉、触觉和味觉的所有感官。直到近些年，AR才成为一个独立的研究领域。随着经济和技术的迅速发展，高层建筑如雨后春笋般伫立起来。高层建筑物中的复杂结构（如内部的楼梯、电梯和直通上下楼层的各类管线竖井等）为消防埋下了隐患。与此同时，建筑物内通风设备、空调设备所产生的强大气流又会在高层建筑发生火灾时起到推波助澜的作用。另外，楼内大功率空调设备及纵横交叉的照明、动力、通信、监控、报警、联动线路等，不仅增加了发生火灾的几率，而且

5、大大增加了疏散、灭火的难度。因此高层建筑一旦失火，如果没有现代化的自动消防报警设备提早发现火情和及时组织扑救，火灾蔓延的速度和生命财产的损失都是难于估量的。目前，根据国家标准《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-1998）规定，火灾监控系统一般由火灾探测器、输入输出模块、各类火灾报警控制器和消防联动控制设备等共同构成，其基本构成原理如图1所示。消防系统的监控界面主要采用的是二维图形界面，但是这种结构形式存在不足。当建筑物发生火灾时，消防人员不能很快地判断出火灾在建筑物结构内的具体空间位置，从而难以作出最佳的救火方案并可

6、能贻误最佳的救火时机，消防监控与参谋系统正是为了解决这一问题而产生的。数字量输入数屏幕、键盘据数字量输出工作站控制485模拟量输入总线总(类比输入)火灾报警线监视器模拟量输出控制(类比输出)总线模拟显示屏打印机脉冲数字输入图1火灾消防系统基本构成原理本文提出的消防监控与参谋系统将充分利用先进的增强现实技术，虚实结合，设计开发三维消防监控界面。并通过对现场摄像机CCD采集到的实时数据进行科学的综合分析，从而实现火灾分布显示和建筑物结构显示，为消防人员的快速和准确决策提供重要的帮助。1系统设计与实现消防监控与参谋系统的设计思想并不

7、是要摒弃已有的现代消防系统，而是在现代消防系统的基础之上，继承现代消防的优点，摒弃现代消防系统的缺陷，进而开发出更适合消防要求的新系统。1.1系统结构工业PC总控PC工业以太网消防炮现场传感器红外CCD现场传感器红外CCD工业以太网办公室PC总指挥室其他监控PC图2消防监控与参谋系统结构图如图2所示，该系统结构分为3层：首先处于火灾现场的消防炮装有位置传感器，它将得到的消防炮位置信息和红外线CCD采集到的现场火情图像数据传到现场的工业PC中；然后现场各工业PC通过其自带的数据图像处理卡，处理后的各种数据信息通过工业以太网送入总

8、控PC；最后总控PC把来自现场的各个工业PC的信息进行融合，从而指挥控制各个工业PC的正确运作，达到自动跟踪定位消防灭火的作用。1.2具体实现由于火灾场景有浓烟弥漫的特殊性，普通摄像头有时难以胜任，因此我们采用红外线CCD和普通摄像头相结合的方式来拍摄现场的火苗图。现场的工业