探索微型艺术焰火燃放数控及产业化发展

朱明明，宫 明

（河北省保定市公安局危险爆炸物品管理支队，河北 保定 071051）

北京奥运会、国庆60周年、上海世博会、广州亚运会、上合组织峰会的大型焰火燃放充分展示了焰火燃放的艺术魅力，随着人们观赏水平的日益提高，对焰火燃放艺术观赏品味越来越高，而且现在国际上逐渐流行起一种音乐焰火表演，即将音乐意境与燃放节奏相融合，给人一种听觉和视觉上的冲击。目前国内在微型艺术焰火燃放控制设备系统上与燃放实施要求还有很大距离，虽有焰火燃放设备出现，但不能进行真正的音乐控制焰火同步，存在点火精度不高，音乐控制不到位，可靠性不稳定等问题，微型艺术化的道路还很长，如何提高焰火燃放的微型化、专业化观赏性并保证燃放的安全性，迫切需要提高我国焰火燃放技术水平。

随着焰火燃放市场发展，燃放设备朝着小型化、简单化、智能化不断创新，微型艺术焰火是对小型化、家庭焰火燃放赋予文化艺术特色，通过艺术化编排和模拟动态预演设计，把焰火燃放各关键要素包括焰火燃放实景、效果清单、安全技术标准可以进行数据分析，便于策划者和组织方了解整场焰火燃放情况。

1 实施内容

微型艺术焰火燃放目标是研发出应用于高仿真的焰火燃放效果全景立体可视化编排综合系统平台和点火控制系统（音乐）的完美融合，将音乐节奏、意境与焰火效果进行结合，提高焰火燃放的艺术层次，把信息化技术应用于焰火的燃放控制。

1.1 内容表述

焰火燃放前的意境和表达方式用模拟仿真技术进行预演,然后通过与点火控制系统的无逢连接,达到焰火的艺术效果展示，给人们带来更多的艺术感受。

1.2 组成关键技术

①微型艺术焰火燃放装置；音乐点火控制技术是通过主机控制整个燃放控制系统，是燃放控制装置的载体。通过通讯模块接收来自音频处理机发送的音频信号控制燃放时间，另一组通讯模块向集线器发送点火控制指令，点火控制器的点火头接口直接连接电子点火头的导线，点火控制器接收到点火指令后，将向对应通道送点火电流，进行点火。以下所示燃放控制设备联系图如图1所示。

②仿真模拟动态与音乐点火控制系统的同步技术。仿真模拟动态技术是对燃放场地、燃放效果进行预演，工作人员在对现场进行勘察、分析后，依据（GB-24284）《大型焰火燃放规程》制作三维立体焰火燃放场景布置，确定燃放级别科学合理布置焰火燃放场地，如图2所示。

仿真模拟动态平台能真实的设计焰火燃放场地外貌，显示每个燃放点位的产品数量,燃放安全距离,可以对各个燃放位置的物体的易燃易爆程度进行分析,保障了人员的安全，根据实际燃放所要求的时间精度对编排图像进行平滑地放缩（包括波形、时间轴、焰火符号图像等元素），最高时间精度可以达到10ms。编辑时只需从焰火数据库把标识要燃放的焰火图形符号拖放到指定的音频波形时间节点，根据焰火产品的引线长度、上升时间、效果时间的不同在操作中用不同的颜色来标识，可以自行对所需燃放的焰火品种、数量、燃放时间进行定义，以及对应的点火控制点的编号进行分配，大大提高了焰火燃放编排的可操作性及时间精确度，如图3所示。

音乐焰火燃放需要音频节奏与焰火在燃放过程中的同步，因此音频文件的波形分析对于焰火的燃放来说就显得尤为重要，时间精度是一个决定性的因素，时间精度越高，音乐与焰火燃放同步精确度也就越高。制作音乐焰火燃放编排方案时以音频波形和播放时间为主轴，只需从焰火库中取出要燃放的焰火对象拖放到指定的音频波形时间节点，系统将自动根据指定的音频波形所在时间点生成焰火实际燃放的点火时间；从而确保焰火燃放跟音乐节奏在时间上严格吻合，保证了焰火燃放与音乐节奏的同步要求，如图4所示。

2 技术创新优势

高仿真的焰火燃放效果全景立体可视化编排综合系统平台与点火控制系统、音乐的完美融合，可以对焰火燃放所需要表达的意境通过平台展现出来，得到高仿真音乐焰火燃放的立体效果视频，提高焰火燃放的艺术层次，给人们带来更多的艺术感受。

2.1 点火控制与音乐节奏完全同步技术

在编排的时候向音频中添加同步信号，然后在播放时解析音频同步信号并控制焰火同步燃放，保证音乐播放与燃放节奏完全一致，如果没有收到同步信号，则开始计时，连续几次都没有收到同步信号，则暂停燃放，除非手动启动，如图5所示。

2.2 燃放过程中全场景一体化技术

全场景一体化技术控制是对音乐控制模块、灯光控制模块、激光控制模块、远程视频控制模块进行集成。通过以上模块预先采集燃放项目的音乐、灯光、激光在人机界面进行编辑和存储指令操作，为燃放进行命令和程序设计，达到了焰火、音乐、灯光等一体化场景的控制。

2.3 空中定时定点协同燃放技术

通过在焰火燃放的工作区中选择基准信息点，自动扫描位移传感组件，完成焰火入场识别，初始化位置数据设定；焰火进入燃放工作区时，位移传感器首先根据基准信息点进行位置复位，之后使用基于加速度传感器的位移计算系统进行位置计算，三维数据换算组件实现三维空间位置换算，精确判断焰火飞行轨迹和三维位置；点火继电器组件根据预定的飞行轨迹在特定时空点上引爆礼花弹。

3 焰火产品质量检测

焰火燃放过程中要明确焰火产品的质量概念，即焰火产品按照设计意图由多种化工原料配制成粉剂后进行加工制作装配而成，在燃放中能按产品设计要求在一定的时空环境中达到声、光、色、形的效果，不出现任何不安全现象，那么这就是一个质量正常的焰火产品，否则是一个不合格产品。

焰火晚会所燃放的焰火产品必须购自合法的正规的烟花爆竹生产厂家和经营企业，严禁使用无烟花爆竹生产许可证厂家的焰火产品承担燃放，合法的焰火产品也应按照严格的检验制度经检验确认产品无质量问题方可进入编排燃放。购买燃放所需的焰火产品必须向燃放地县级公安机关申请《烟花爆竹道路运输许可证》，做到凭证运输。

焰火燃放人员应该对焰火产品进行分类，根据其燃放特点，可分为高空礼花弹、中空小礼花，地面盆花和架子焰火（冷光焰火）等，将这些品种按预先编排串球装箱运往燃放地。特别是礼花弹串球时，应严格操作规程，品种间隔时间均不能混乱，严格按照预先设计的分组编排进行串球安装，这样才能保证和实现设计的艺术效果。

4 燃放的安全技术评估

2013年9月29日颁布的《大型焰火燃放安全技术规程》(GB 24284-2009)明确规定了对技术设计方案和组织实施方案（包括场地）的安全评估内容，对主办和承办单位提出了更加严格的要求，为成功燃放提供了有力的保障措施，有利于焰火燃放行为的健康发展。安全评估应当包括作业单位的承担资格、周围环境和气象条件的安全性、燃放的焰火及燃放器材的安全可靠性、发射装置布景与点火方式及网络的安全可靠性、安全距离与安全警戒范围确定的科学可靠性、安全警戒性等。

5 技术前景分析

焰火燃放作为一种喜庆欢乐的表现形式，日益普及到人们的日常生活中，随着人们欣赏水准的日益提高，对焰火的燃放要求也越来越高，微型艺术焰火燃放（模拟数控）设备研发与产业化燃放控制设备及技术成果的推广应用，填补了国内微型焰火高精燃放技术的空白，达到了国际先进水平。该项新技术的推广应用加快了我国烟花爆竹传统产业提质转型步伐，带动了科技兴业、科技兴企和创新发展，提升了核心竞争力。

花炮行业是我国有上千年历史的传统产业，全力实施“质的提升和量的扩张”并重的发展战略，利用信息化技术是深化花炮产业发展和推动产业集群优化升级必由之路。微型焰火燃放技术与国际上流行的音乐焰火表演同步，将音乐的意境与节奏融合到焰火的燃放过程中，给人一种听觉和视觉上的冲击，把焰火表演提升到了较高的艺术层次，将极大地丰富人们的生活，满足市场的变化与需求，进一步扩大推广应用空间。