通过自动火灾报警系统数据总线传输火灾图像以在无人值守地点进行远程火灾核实的方法：设计与实验

为什么更智能的火灾报警很重要

在现代电网和工业场所中，越来越多的设备在无人值守的情况下运行：地下电缆隧道、偏远变电站以及远离城镇的风力发电机。当这些地点发生火情时，传统的烟雾或温度传感器可以触发报警，但人员仍需派人前往确认是真火还是误报。这种延误可能决定事故是小规模事件还是重大灾难。本文探讨了一种利用已用于连接探测器与控制面板的细弱线缆，发送简单但有用的火灾图像的方法，从而使得能够快速查看远程无人地点的现场情况。

那些无人值守地点的火灾

无人值守的电力场所虽不显眼，却在我们的日常生活中发挥着关键作用：输送电力、稳定电网并支持可再生能源。然而，这些地点也容易因设备过热、电缆故障或其他失效而引发火灾。许多此类设施已安装自动火灾报警系统，早期探测可挽救生命。但目前大多数系统只发送诸如“报警”或“无报警”的简单信号（基于烟雾或温度），并不能展示火情的真实样貌。远程监控中心的操作人员常常不得不开车前往现场检查，或者冒着基于误报采取行动的风险，浪费时间和资源。

只发送真正发生变化的部分

本文提出的新方法在标准点型烟感探测器内部加入了一台小型摄像头和图像处理单元。探测器不是持续地传输完整视频，而是在无火时偶尔捕获一张清晰的“背景”图像。如果随后触发火警，探测器会拍摄一张新图像，并采用一种基于对两张图像的模糊版本差异的数学技术，仅找出确实发生变化的区域——通常是出现火焰或烟雾的地方。探测器并不发送整张火灾图像，而是对这些差异区域及其位置信息进行压缩，并将这个紧凑的数据包通过现有的双线数据总线发送到中央控制器。

系统如何重建有用的图像

在监控中心，控制器接收该紧凑数据并通过将新到达的变化区域与存储的背景图像合成来重建完整的火灾图像。实际上，中心保存着房间的参考快照，仅“填入”显示火焰或烟雾的更新区域。研究描述了系统如何首先检查背景图像的质量、使用滤波器清除噪声，然后将视觉特征编码成兼容火灾报警总线协议的格式。在另一端，控制器解码数据，将小块与内置特征表匹配，并将这些小块拼接回原位。操作人员随后可以查看清晰且最新的火场图像，以决定是否启用远程灭火或派遣人员。

实验揭示了什么

为验证该想法，作者构建了一个可工作的原型探测器，并在标准火灾试验舱内使用可控聚氨酯火源进行了52次实验。他们考察了在不同条件下图像传输的速度：改变摄像头分辨率、改变火区在图像中所占比例、测试同环路上两台探测器同时报警的情况，以及将电缆长度延长至一公里。在典型设置下——中等图像分辨率、火区占图像约30%、电缆长度为10米——探测器大约在1.5秒内能够发送出可用的火灾图像。该方法对图像尺寸的敏感度远低于传统的整图传输，因为它只发送发生变化的区域。然而，当变化区域变得非常大或电缆长度超过500米时，由于数据量增多和线路信号衰减，传输时间会显著增加。

对现实世界安全性的意义

对非专业读者来说，关键结论是：研究人员找到了一种让现有火灾报警布线承担新任务的方法——在不铺设昂贵新电缆的情况下，传输简单、及时的火灾图像。通过巧妙地只发送火灾发生时图像中变化的部分，系统可以将延迟控制在足以让操作人员确认真实火情并迅速采取行动的范围内，即便在偏远或无人值守的设施中亦是如此。尽管仍存在诸如超长距离传输和恶劣电磁环境下的挑战，研究表明基于图像的火灾核实可以通过适度改动整合进现有报警基础设施。未来，这可能使得在无人全天在场的场所，火灾响应更快、更准确、更可靠。

引用: Li, L., Song, L. & Ma, W. A fire image transmission method via automatic fire alarm system data bus for remote fire verification in unattended locations: design and experiment. Sci Rep 16, 12980 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42023-y

关键词: 远程火灾监测, 无人值守变电站, 基于图像的火灾报警, 工业消防安全, 低带宽图像传输