探索微型藝術焰火燃放數控及產業化發展

朱明明，宮 明

（河北省保定市公安局危險爆炸物品管理支隊，河北 保定 071051）

北京奧運會、國慶60周年、上海世博會、廣州亞運會、上合組織峰會的大型焰火燃放充分展示了焰火燃放的藝術魅力，隨著人們觀賞水平的日益提高，對焰火燃放藝術觀賞品味越來越高，而且現在國際上逐漸流行起一種音樂焰火表演，即將音樂意境與燃放節奏相融合，給人一種聽覺和視覺上的沖擊。目前國內在微型藝術焰火燃放控制設備系統上與燃放實施要求還有很大距離，雖有焰火燃放設備出現，但不能進行真正的音樂控制焰火同步，存在點火精度不高，音樂控制不到位，可靠性不穩定等問題，微型藝術化的道路還很長，如何提高焰火燃放的微型化、專業化觀賞性并保證燃放的安全性，迫切需要提高我國焰火燃放技術水平。

隨著焰火燃放市場發展，燃放設備朝著小型化、簡單化、智能化不斷創新，微型藝術焰火是對小型化、家庭焰火燃放賦予文化藝術特色，通過藝術化編排和模擬動態預演設計，把焰火燃放各關鍵要素包括焰火燃放實景、效果清單、安全技術標準可以進行數據分析，便于策劃者和組織方了解整場焰火燃放情況。

1 實施內容

微型藝術焰火燃放目標是研發出應用于高仿真的焰火燃放效果全景立體可視化編排綜合系統平臺和點火控制系統（音樂）的完美融合，將音樂節奏、意境與焰火效果進行結合，提高焰火燃放的藝術層次，把信息化技術應用于焰火的燃放控制。

1.1 內容表述

焰火燃放前的意境和表達方式用模擬仿真技術進行預演,然后通過與點火控制系統的無逢連接,達到焰火的藝術效果展示，給人們帶來更多的藝術感受。

1.2 組成關鍵技術

①微型藝術焰火燃放裝置；音樂點火控制技術是通過主機控制整個燃放控制系統，是燃放控制裝置的載體。通過通訊模塊接收來自音頻處理機發送的音頻信號控制燃放時間，另一組通訊模塊向集線器發送點火控制指令，點火控制器的點火頭接口直接連接電子點火頭的導線，點火控制器接收到點火指令后，將向對應通道送點火電流，進行點火。以下所示燃放控制設備聯系圖如圖1所示。

②仿真模擬動態與音樂點火控制系統的同步技術。仿真模擬動態技術是對燃放場地、燃放效果進行預演，工作人員在對現場進行勘察、分析后，依據（GB-24284）《大型焰火燃放規程》制作三維立體焰火燃放場景布置，確定燃放級別科學合理布置焰火燃放場地，如圖2所示。

仿真模擬動態平臺能真實的設計焰火燃放場地外貌，顯示每個燃放點位的產品數量,燃放安全距離,可以對各個燃放位置的物體的易燃易爆程度進行分析,保障了人員的安全，根據實際燃放所要求的時間精度對編排圖像進行平滑地放縮（包括波形、時間軸、焰火符號圖像等元素），最高時間精度可以達到10ms。編輯時只需從焰火數據庫把標識要燃放的焰火圖形符號拖放到指定的音頻波形時間節點，根據焰火產品的引線長度、上升時間、效果時間的不同在操作中用不同的顏色來標識，可以自行對所需燃放的焰火品種、數量、燃放時間進行定義，以及對應的點火控制點的編號進行分配，大大提高了焰火燃放編排的可操作性及時間精確度，如圖3所示。

音樂焰火燃放需要音頻節奏與焰火在燃放過程中的同步，因此音頻文件的波形分析對于焰火的燃放來說就顯得尤為重要，時間精度是一個決定性的因素，時間精度越高，音樂與焰火燃放同步精確度也就越高。制作音樂焰火燃放編排方案時以音頻波形和播放時間為主軸，只需從焰火庫中取出要燃放的焰火對象拖放到指定的音頻波形時間節點，系統將自動根據指定的音頻波形所在時間點生成焰火實際燃放的點火時間；從而確保焰火燃放跟音樂節奏在時間上嚴格吻合，保證了焰火燃放與音樂節奏的同步要求，如圖4所示。

2 技術創新優勢

高仿真的焰火燃放效果全景立體可視化編排綜合系統平臺與點火控制系統、音樂的完美融合，可以對焰火燃放所需要表達的意境通過平臺展現出來，得到高仿真音樂焰火燃放的立體效果視頻，提高焰火燃放的藝術層次，給人們帶來更多的藝術感受。

2.1 點火控制與音樂節奏完全同步技術

在編排的時候向音頻中添加同步信號，然后在播放時解析音頻同步信號并控制焰火同步燃放，保證音樂播放與燃放節奏完全一致，如果沒有收到同步信號，則開始計時，連續幾次都沒有收到同步信號，則暫停燃放，除非手動啟動，如圖5所示。

2.2 燃放過程中全場景一體化技術

全場景一體化技術控制是對音樂控制模塊、燈光控制模塊、激光控制模塊、遠程視頻控制模塊進行集成。通過以上模塊預先采集燃放項目的音樂、燈光、激光在人機界面進行編輯和存儲指令操作，為燃放進行命令和程序設計，達到了焰火、音樂、燈光等一體化場景的控制。

2.3 空中定時定點協同燃放技術

通過在焰火燃放的工作區中選擇基準信息點，自動掃描位移傳感組件，完成焰火入場識別，初始化位置數據設定；焰火進入燃放工作區時，位移傳感器首先根據基準信息點進行位置復位，之后使用基于加速度傳感器的位移計算系統進行位置計算，三維數據換算組件實現三維空間位置換算，精確判斷焰火飛行軌跡和三維位置；點火繼電器組件根據預定的飛行軌跡在特定時空點上引爆禮花彈。

3 焰火產品質量檢測

焰火燃放過程中要明確焰火產品的質量概念，即焰火產品按照設計意圖由多種化工原料配制成粉劑后進行加工制作裝配而成，在燃放中能按產品設計要求在一定的時空環境中達到聲、光、色、形的效果，不出現任何不安全現象，那么這就是一個質量正常的焰火產品，否則是一個不合格產品。

焰火晚會所燃放的焰火產品必須購自合法的正規的煙花爆竹生產廠家和經營企業，嚴禁使用無煙花爆竹生產許可證廠家的焰火產品承擔燃放，合法的焰火產品也應按照嚴格的檢驗制度經檢驗確認產品無質量問題方可進入編排燃放。購買燃放所需的焰火產品必須向燃放地縣級公安機關申請《煙花爆竹道路運輸許可證》，做到憑證運輸。

焰火燃放人員應該對焰火產品進行分類，根據其燃放特點，可分為高空禮花彈、中空小禮花，地面盆花和架子焰火（冷光焰火）等，將這些品種按預先編排串球裝箱運往燃放地。特別是禮花彈串球時，應嚴格操作規程，品種間隔時間均不能混亂，嚴格按照預先設計的分組編排進行串球安裝，這樣才能保證和實現設計的藝術效果。

4 燃放的安全技術評估

2013年9月29日頒布的《大型焰火燃放安全技術規程》(GB 24284-2009)明確規定了對技術設計方案和組織實施方案（包括場地）的安全評估內容，對主辦和承辦單位提出了更加嚴格的要求，為成功燃放提供了有力的保障措施，有利于焰火燃放行為的健康發展。安全評估應當包括作業單位的承擔資格、周圍環境和氣象條件的安全性、燃放的焰火及燃放器材的安全可靠性、發射裝置布景與點火方式及網絡的安全可靠性、安全距離與安全警戒范圍確定的科學可靠性、安全警戒性等。

5 技術前景分析

焰火燃放作為一種喜慶歡樂的表現形式，日益普及到人們的日常生活中，隨著人們欣賞水準的日益提高，對焰火的燃放要求也越來越高，微型藝術焰火燃放（模擬數控）設備研發與產業化燃放控制設備及技術成果的推廣應用，填補了國內微型焰火高精燃放技術的空白，達到了國際先進水平。該項新技術的推廣應用加快了我國煙花爆竹傳統產業提質轉型步伐，帶動了科技興業、科技興企和創新發展，提升了核心競爭力。

花炮行業是我國有上千年歷史的傳統產業，全力實施“質的提升和量的擴張”并重的發展戰略，利用信息化技術是深化花炮產業發展和推動產業集群優化升級必由之路。微型焰火燃放技術與國際上流行的音樂焰火表演同步，將音樂的意境與節奏融合到焰火的燃放過程中，給人一種聽覺和視覺上的沖擊，把焰火表演提升到了較高的藝術層次，將極大地豐富人們的生活，滿足市場的變化與需求，進一步擴大推廣應用空間。