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增强现实技术在消防监控与参谋系统中的应用研究

TheApplicationAnalysisofAugmentedReality
intheFireAlarmMonitoringandControllingSystems
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
AbstractThispapergivesusanewaugmentedrealityapplication.Itcanhelpfiremenhavemoreclearview
aboutthewholestructureofthebuilding,thencanhelpfiremenmakedecisionmorequicklyandaccurately.
KeywordsAugmentedreality;Virtualreality;3Dregistration;Graphicsynthesis
0引言
增强现实（augmentedreality，AR）技术是虚拟现实技术的一个重要分支和发展，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
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[1-3]。
增强现实技术起始于上世纪60年代，Sutherland发明了头盔显示器显示3D图形[4]。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