視頻監控技術在火災報警領域的新突破

■ 王洋 李國生 郜昕

隨著社會的不斷進步，城市規模的擴大，人口密度的增加，消防安全變得越來越重要。近年來，我國發生了很多重大火災，主要集中在人員密集場所、倉儲物流及高大建筑物內，造成了極大的人員和經濟損失，社會影響也越來越大?；馂陌l生主要原因之一就是現有的建筑消防設施設備不夠完善，老化、維護更新不及時，針對這種情況，公安部天津消防研究所和國家消防工程技術研究中心組織有關專家共同研發了一款“火眼”視頻圖像火災探測軟件（以下簡稱“火眼”探測軟件）。它利用各種建筑內已普遍安裝的視頻監控系統，通過高水平的計算機圖像識別技術，識別監控區域內可能出現的火焰和煙霧。該系統既可在相應場所單獨使用，也能在傳統火災報警系統發生損壞或維修時，作為其有效的補充手段?！盎鹧邸碧綔y軟件具備探測速度快，火災定位準確等多項特點，做到早發現早預警，與傳統火災報警系統同時使用，可以最大限度地減少火災造成的損失。

軟件原理

基于圖像處理的火災監控系統是一種以計算機為核心,結合光電成像技術和計算機圖像處理技術的火災自動監測處理系統。它通過對攝像機現場成像的實時動態分析，來確定火災警情的狀態，從而進行早期報警。

“火眼”探測軟件總體基于圖像智能識別技術及機器學習理論，在軟件研制期間，國家消防工程技術研究中心通過對幾千例標準火焰的實驗，進行了多達幾萬次的燃燒試驗，通過提取火焰、煙霧的圖像學特征進行深入分析，并形成標準火焰圖像數據庫，使該軟件能夠識別各種火焰和煙霧。

圖像智能識別理論已成為近年來圖像研究領域的新熱點。智能識別目前主要有以下幾種方法：統計（或決策理論）法、結構（或句法）方法和神經網絡法。本軟件結合以上智能識別各分支的優點，利用先進的算法判決公式，得到最大概率結果，并與標準火焰圖像特征庫中的概率閾值相比較，得到一個最可靠、最準確的判決結果。

早期的火焰特征與熊熊燃燒起的火焰還是有較大區別的。我們經過大量的實驗，觀察了大量的早期燃燒樣本，總結出了火焰在早期燃燒時的判別特征。將以上諸多特征作為多項輸入，合理運用算法公式，通過深入分析，進而得到最可能被判決為火災的圖像。

軟件技術特點

1、當被判決為火災圖像時，“火眼”探測軟件采用兩級報警方式，當監控攝像區域內出現火焰或煙霧時，軟件通過智能分析可以提供多級報警機制。在觀測到火點時，“火眼”軟件在第一時間作出反應，提醒用戶注意。當煙霧或火焰持續加強，探測軟件通過分析進一步判斷確認為火災圖像時，“火眼”則發出明確的火警信號，引發聲光報警，使值機人員能夠有充裕的時間準確判斷火警情況后，再依據應急方案采取相應的消防措施。兩級火災報警方式可以防止其它干擾因素，保證了“火眼”軟件報警的準確性。

2、軟件單純基于圖像內容進行分析，無需借助其它傳感設備，成本低，反應敏捷，更加直觀，可作為火災預警的主要補充手段，當其它火災探測設備發生故障或維修時可作為替換探測設備。

3、可同時識別火焰和煙霧：“火眼”探測軟件采用了兩套獨立的國內首創的圖像模式識別技術，能夠同時分別探測監控攝像區域內的火焰和煙霧，并發出相應的報警信號，無論是陰燃的煙霧還是明火的火焰，都能在火災初期通過軟件后臺分析，做到迅速識別、快速報警。

“火眼”探測軟件四大優勢

1、適用性強：“火眼”視頻圖像火災探測軟件針對國內主流的各種品牌型號的監控攝像系統，開發了多種軟件接口，既能應用于數字方式的監控攝像系統，也適用于模擬方式的監控攝像系統，加載方式簡單，運行可靠，同時軟件適用于多種型號的監控攝像系統，具有廣泛的兼容性和適用性。

2、探測速度快：采用圖像模式識別技術的“火眼”探測軟件，正常情況下在視頻火災圖像出現的五秒之內就能在圖像上發現火焰或煙霧，發出預警信號和報警信號，而傳統模式的點型感溫或感煙探測器則需要探測器處的溫度或煙濃度達到一定的數量值才能報警，相比之下“火眼”軟件的探測速度更快，報警時間更早。該項測試數據已經通過國家相關質量認證部門和公安部沈陽消防研究所測試并取得了相關的試驗檢測報告。

3、抗干擾能力強：基于國際ISO標準開發的“火眼”探測軟件，在實際應用過程中能夠抵抗監控攝像區域內的強光、弱光、閃光等光源干擾，只有當火焰或煙霧出現時才發出報警信號，有效的識別其他干擾因素，因此軟件具有很強的抗干擾能力。

4、火災定位準確：軟件擁有能夠回放報警時段現場狀況的記憶功能，即使火場煙霧彌漫，消防人員仍能通過“火眼”的回放功能，準確判斷起火點和起火原因，采取有效措施撲滅火災，有利于事故后的總結和改進。

“火眼”探測軟件的市場應用

室內大空間

傳統的點型感溫火災探測器的探測高度一般不超過8米，點型感煙探測器的探測高度一般不超過12米。在高度超過12米的室內高大空間，只能安裝紅外或紫外對射火焰探測器，但系統的長期維護比較困難，例如鋼結構大空間紅外會受其鋼結構變化、沉降等原因無法精確對射造成持續性誤報等。相比傳統的火災報警系統，“火眼”軟件更適合安裝在室內高大空間，在局部區域內替代火災報警系統或作為火災報警系統的有效補充手段使用。

特殊室內場所

安裝室內滅火系統的重要場所，滅火系統的啟動可能會對保護區域內的重要設備造成損壞，造成比較大的經濟損失，例如信息管理室、交換機房、精密儀器室等。如果同時在監控攝像系統中安裝“火眼”軟件，就能在火災報警時，由消防值班人員在視頻圖像上確認火警后再決定是否啟動滅火系統，這樣既不延誤報警，又能有效避免滅火系統的誤動作帶來的經濟損失。

局部火災報警應用

在已經使用火災報警系統的建筑中，傳統的火災報警系統經過長期運行后，經常會有報警設備損壞需要維修，在維修期間，可以使用“火眼”軟件臨時在局部場所替代火災報警系統監控火警的發生。

大型廠房

國內石油、石化、鋼鐵、冶金、電力等行業內經常建有大型的設備或生產廠房，有些廠房空間高大、環境惡劣，傳統的火災探測設備往往無法有效地長期運行，但這類場所普遍安裝了監控攝像系統，在攝像系統上安裝“火眼”軟件將是一個非常有效的火災報警手段。

大型倉庫

在各種大型倉庫中，由于貨物或貨架堆積較高，傳統的感溫、感煙探測器探測火災的時間較長，發生火災后損失較大。擁有探測火焰和煙霧功能的“火眼”軟件，則能夠在最短時間內監控火災的發生，減少經濟損失。

特種倉庫

對于腐蝕性比較強的煙草倉庫、有特殊要求的特種物質儲備倉庫等不適合安裝傳統火災報警系統的場所，在其監控攝像系統中安裝“火眼”軟件，可以有效的替代傳統的火災報警系統使用。

地鐵隧道

目前國內的地鐵隧道通常使用線型感溫電纜或光柵光纖感溫探測火災。但上述探測方式成本較高，一旦損壞不易維護。在地鐵隧道中采用“火眼”視頻圖像火災探測軟件，不僅成本低廉、探測方便，而且報警時間早，定位準確，“火眼”軟件是這類場所火災報警方式的最佳選擇。

博物館、檔案館、圖書館

國家或省市、地區的大型博物館、檔案館、圖書館等場所，如果安裝了水噴淋或氣體等自動滅火系統，滅火系統啟動后會對上述場所保存的物品造成比較大的損害；同時上述場所一旦發生火災時要求早報警，快滅火，以減少火災損失。在這些場所的監控攝像系統中安裝“火眼”軟件，和傳統的火災報警系統一起使用，就能比較好的解決上述問題。

重要文物保護場所

一旦國家或省市的重要文物保護場所發生火災，會造成難以估量的損失，因此早期預報火警、準確定位起火點、快速撲滅火災是所有文物保護場所在火災發生時的最佳選擇，在這些場所的監控攝像系統中使用“火眼”軟件恰好能夠滿足這種要求。

“火眼”探測軟件的市場前景

在城市監控攝像系統快速發展的今天，適用于主流監控攝像系統的“火眼”探測軟件技術先進，優勢明顯，既可在特殊場所單獨使用；也能在傳統火災報警系統發生損壞或維修時，作為其有效的補充手段；“火眼”軟件同時還具有探測速度快，火災定位準確的特點，與傳統火災報警系統同時使用時，可以最大限度地減少火災造成的損失。

“火眼”軟件已經獲得了國家發明專利，其相關技術已受到國家專利法保護，同時基于監控視頻圖像的火焰和煙霧圖像識別檢測技術填補了國內相關領域的空白。

“火眼”探測軟件能夠充分利用各種場所的安全監控攝像系統和工業攝像系統，以較低的成本實現了監控攝像系統的火災報警功能，結合了“火眼”軟件的監控攝像系統具有成本低、報警早、定位準確、使用方便的特點，在國內消防領域具有非常廣闊的應用前景。