火眼金睛 眼疾手快
——記火眼視頻圖像火災(zāi)探測(cè)軟件開發(fā)與應(yīng)用

文·圖/本刊記者 譚鳳珍

2018年5月7日11∶08∶03紹在公安部天津消防研究所實(shí)驗(yàn)區(qū)紹火警警鈴?fù)蝗粓?bào)警！隨之紹消防控制室里的電腦屏幕上彈出一張視頻監(jiān)控圖片紹并不斷跳彈閃爍備值班人員立即點(diǎn)開圖片查看紹醒目的紅色邊框標(biāo)鎖定火苗紹圖片右下角顯示報(bào)警地點(diǎn)為為Cmera08備隨后紹值班人員提起滅火器到達(dá)監(jiān)控區(qū)域?qū)⒒饟錅鐐溥@是一次針對(duì)火眼圖像火災(zāi)探測(cè)報(bào)警軟件火警預(yù)報(bào)的現(xiàn)場(chǎng)模擬測(cè)試紹從工作人員點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)?zāi)緱l到發(fā)出報(bào)警紹間隔僅9 s紹從起火到值班人員撲滅火源紹用時(shí)94 s備

火眼監(jiān)控顯示屏上出現(xiàn)跳彈的火警窗口

近年來，重特大火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，其中大多數(shù)火災(zāi)事故在事發(fā)前都存在著潛在的火災(zāi)隱患，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，是導(dǎo)致事故發(fā)生的原因之一。當(dāng)前,溫感探測(cè)和煙感探測(cè)是應(yīng)用最廣泛和最成熟的火災(zāi)探測(cè)技術(shù),但是這類傳統(tǒng)的探測(cè)器無法在起火初期進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。

由國(guó)家消防工程技術(shù)研究中心、公安部天津消防研究所研究出的火眼視頻圖像火災(zāi)探測(cè)軟件（以下簡(jiǎn)稱“火眼”），采用了2套獨(dú)立的國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的圖像模式識(shí)別技術(shù)，能夠同時(shí)分別探測(cè)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的火焰和煙霧，最快能夠在起火10 s之內(nèi)，發(fā)出火警信號(hào),且有成本低、適用性強(qiáng)、誤報(bào)率低、火災(zāi)定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

獨(dú)創(chuàng)技術(shù) 用“眼”看火情

“火眼”是一款圖像火災(zāi)探測(cè)報(bào)警軟件，它利用已經(jīng)安裝的各種室內(nèi)監(jiān)控?cái)z像頭的實(shí)時(shí)圖像，采用2套獨(dú)創(chuàng)的具有先進(jìn)算法的計(jì)算機(jī)圖像模式識(shí)別技術(shù)，同時(shí)對(duì)火焰和煙霧圖像精準(zhǔn)識(shí)別，當(dāng)監(jiān)控的視頻圖像中出現(xiàn)火焰或煙霧時(shí)，計(jì)算機(jī)通過特征識(shí)別就能快速準(zhǔn)確地判斷出火情，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)可通過網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行傳輸，適用于各種信息化管理平臺(tái)。

公安部天津消防研究所信息部主任李國(guó)生說：“這款系統(tǒng)自研發(fā)完成至今已經(jīng)歷時(shí)6年，經(jīng)過多次升級(jí)和改進(jìn)，現(xiàn)已相當(dāng)成熟。我們收集了各領(lǐng)域各場(chǎng)所的各種類型的火焰和煙霧形態(tài)，建立了一個(gè)幾萬例的火災(zāi)數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺（Computer Vision）、圖像處理（Image Processing）、模式識(shí)別(Pattern Recognition)、機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning)等獨(dú)創(chuàng)出一套火焰和煙霧識(shí)別技術(shù)，利用已經(jīng)安裝的各種室內(nèi)監(jiān)控?cái)z像頭的實(shí)時(shí)圖像，對(duì)火焰和煙霧圖像精準(zhǔn)識(shí)別，使得基于圖像模式識(shí)別技術(shù)的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)具有了實(shí)際應(yīng)用價(jià)值?！?/p>

“火眼”在原理上與傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)方式完全不同?！盎鹧邸毕到y(tǒng)改變了傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的探測(cè)方式，由間接地“聽”火災(zāi)報(bào)警聲音，改為直接地“看”火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像。李國(guó)生說：“簡(jiǎn)單地說，‘火眼’的運(yùn)作即安防系統(tǒng)中的攝像頭是‘眼睛’，‘火眼’軟件是‘大腦’，‘眼睛’把“看”見的畫面?zhèn)鬏斀o‘大腦’，‘大腦’通過分析，識(shí)別出火或者煙霧，發(fā)出報(bào)警的一個(gè)過程?！薄皞鹘y(tǒng)的感溫或感煙探測(cè)器,基于溫度高低和煙霧大小,也就是說,要在溫度或煙霧濃度達(dá)到一定數(shù)量值才能警報(bào),而這時(shí)火情往往已經(jīng)形成一定規(guī)模，控制比較困難；而‘火眼’是利用視頻監(jiān)控，在火焰或煙霧出現(xiàn)的初期，就開始分析識(shí)別火焰和煙霧的狀態(tài)，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，識(shí)別和報(bào)警速度極快，比傳統(tǒng)火警預(yù)報(bào)速度至少提高了5倍?！?/p>

談起“火眼”的取名，李國(guó)生說：“‘火眼’就是火眼金睛的‘火眼’，眼疾手快的‘火眼’。它除了能‘用眼睛看’,還能‘作出判斷’，直接監(jiān)視到火災(zāi)中心的起火點(diǎn)。傳統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)只能發(fā)出簡(jiǎn)單警報(bào),而‘火眼’則可提供可視化報(bào)警圖片,包括失火的時(shí)間、點(diǎn)位、布置以及周邊是否有人員被困和其他易燃易爆品的存在情況等,便于相關(guān)人員采取最方便、快捷、高效的手段及時(shí)撲救?！薄啊鹧邸到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化傳輸功能，可以和傳統(tǒng)119電話報(bào)警系統(tǒng)相結(jié)合，在119報(bào)警的同時(shí)將火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)確信息傳送給消防指揮員，使消防指揮員在出發(fā)前就能準(zhǔn)確地掌握火場(chǎng)信息?！?/p>

“火眼”是可視化的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)出現(xiàn)火情時(shí)，傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警后，消防員如果不到現(xiàn)場(chǎng)就無法了解真實(shí)情況，無法確認(rèn)是否為火情。而“火眼”軟件是在視頻圖像上發(fā)出的報(bào)警，消防值班人員可以根據(jù)圖像很方便地確認(rèn)火警或誤報(bào)。李國(guó)生說：“一旦‘火眼’監(jiān)控區(qū)域有火焰或者煙霧出現(xiàn)，在監(jiān)控室的顯示屏上就會(huì)連續(xù)跳彈出帶有火苗或者煙霧影像的窗口，同時(shí)響起警報(bào)，安保人員只要點(diǎn)開圖像查看就知道是否為真實(shí)火情?！?/p>

圖像識(shí)別 多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)

抗干擾能力強(qiáng)

“‘火眼’軟件是基于國(guó)際ISO標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的，在實(shí)際應(yīng)用過程中能夠抵抗監(jiān)控環(huán)境中的強(qiáng)光、弱光、閃光等各種光源干擾，排除在不同環(huán)境下的人為和場(chǎng)景干擾，具有強(qiáng)大的抗干擾能力?！崩顕?guó)生說：“一般情況下，所有的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)都存在一定的誤報(bào)率，‘火眼’也有可能出現(xiàn)誤報(bào)的情況，但誤報(bào)率很低。如果出現(xiàn)誤報(bào)，安保人員可在可視化的圖像上清晰地看見現(xiàn)場(chǎng)情況，如果不是真實(shí)火情，點(diǎn)擊刪除，取消警報(bào)即可，整個(gè)過程在5 s之內(nèi)可以解決。如果安保人員誤刪真實(shí)火警，‘火眼’報(bào)警窗口會(huì)持續(xù)彈跳現(xiàn)場(chǎng)圖片，并持續(xù)響警報(bào)，直到火情消失。”

記者隨“火眼”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張園園來到天津鋼鐵集團(tuán)中厚板廠，看見生產(chǎn)車間有正在輸送的紅色還未冷卻的鋼板，還有其他紅色的光源等，但“火眼”系統(tǒng)并沒有自認(rèn)為是火情進(jìn)行報(bào)警。張園園介紹說：“我們?cè)诎惭b‘火眼’系統(tǒng)時(shí)，已經(jīng)采集了相應(yīng)的環(huán)境干擾因素，進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試，一般情況下，‘火眼’不會(huì)亂報(bào)警?！?/p>

探測(cè)速度快

采用先進(jìn)圖像模式識(shí)別技術(shù)的“火眼”軟件，最快可在視頻火災(zāi)圖像出現(xiàn)的10 s之內(nèi)，就能在圖像上發(fā)現(xiàn)火焰或煙霧，同時(shí)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。在公安部天津消防研究所實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)室”），實(shí)驗(yàn)員將1個(gè)由25根20 cm×1 cm×1 cm木條搭成的方形木垛，用10 mL可燃液體均勻?yàn)⒃谀径馍?點(diǎn)燃木垛，根據(jù)記者現(xiàn)場(chǎng)記錄，點(diǎn)燃木垛后8 s,火災(zāi)報(bào)警器就已經(jīng)響起。實(shí)驗(yàn)員在吊架上掛90根長(zhǎng)度為300 mm，直徑為4 mm的純棉棉繩用打火機(jī)點(diǎn)燃，吹滅明火，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)清淡煙霧，12 s后，火災(zāi)報(bào)警器響起警報(bào)。在警報(bào)響起的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室視頻控制室的計(jì)算機(jī)顯示屏上不斷跳彈帶有火苗（煙霧）的圖像框，記者從中能清楚地看清圖像是火苗還是煙霧，以及此監(jiān)控區(qū)的其他物品情況。當(dāng)記者刪除跳彈出來的畫面時(shí)，圖像框又持續(xù)跳彈，直到火焰被撲滅后才停止。

保留起火證據(jù)

“火眼”具有實(shí)時(shí)存儲(chǔ)火災(zāi)報(bào)警圖片、回放起火時(shí)段視頻的功能。記者打開“火眼”系統(tǒng)硬盤，出現(xiàn)火情的圖像按時(shí)間順序保存，圖像上顯示有具體的時(shí)間和精確的地點(diǎn)，圖像查看方便，可復(fù)制，可轉(zhuǎn)移?！爱?dāng)出現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警后，每張報(bào)警圖片、報(bào)警信息全部有效存儲(chǔ),上傳到一個(gè)日志文件夾,這些數(shù)據(jù)信息將存入‘火眼’的‘大腦’,它隨時(shí)自己‘學(xué)習(xí)’,便于下一次判斷更加迅速和準(zhǔn)確。”李國(guó)生說：“如果安裝了‘火眼’系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)了火災(zāi)，當(dāng)消防人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，可根據(jù)最初的火災(zāi)圖片，判斷起火點(diǎn)和起火原因，即使火場(chǎng)煙霧彌漫，消防人員仍能通過火警信息存儲(chǔ)功能，準(zhǔn)確地找到起火部位，采取有效措施撲滅火災(zāi)。”

李國(guó)生向記者播放了一段“火眼”監(jiān)控下出現(xiàn)火災(zāi)的實(shí)例視頻，視頻顯示,2014年7月6日9時(shí)許，在天津市北辰韓家墅批發(fā)市場(chǎng)，一個(gè)雜亂堆放塑料物品的房間內(nèi)，2個(gè)身高不足1.2 m的孩子在玩“你點(diǎn)火我撲滅”的游戲，12 min 35 s時(shí)，孩子們點(diǎn)燃塑料物品后離開，14 min 9 s時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)小火苗，14 min 42 s 時(shí)，“火眼”火警警報(bào)響起，同時(shí)視頻中的火焰鎖定圖片彈出，用時(shí)33 s。從起火到安全員趕到現(xiàn)場(chǎng)撲滅火源，整個(gè)過程不超過5 min，在堆放大量可燃物的房子里，燃燒面積只擴(kuò)大到一個(gè)小飯桌面積大，就被撲滅了。李國(guó)生說：“那里人員和雜物非常密集,一旦形成火災(zāi)，撲救非常困難,火情多蔓延1 s,都可能帶來極大的傷亡和損失。”

設(shè)備兼容性強(qiáng)

“火眼”軟件針對(duì)目前市場(chǎng)上普遍使用的各種型號(hào)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，開發(fā)了對(duì)應(yīng)的多種軟件接口。既有應(yīng)用于數(shù)字模式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，也有適用于模擬方式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。加載方式簡(jiǎn)單，操作方便，具有廣泛的適用性和兼容性。記者在實(shí)驗(yàn)室見到用于實(shí)驗(yàn)的幾百個(gè)攝像頭，這些攝像頭包括?？怠⒋笕A、宇視、科達(dá)、天地偉業(yè)、華為等，還有其他叫不上名的攝像頭?！盎鹧邸笔袌?chǎng)總監(jiān)張叢說：“所有的模擬攝像機(jī)及支持ONVIF協(xié)議的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，都在我們的研究范圍之內(nèi)，目前市場(chǎng)上普遍使用的各種型號(hào)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，均可通過多種軟件接口與‘火眼’實(shí)現(xiàn)互聯(lián)?！?/p>

安裝便捷

“火眼”系統(tǒng)主要由安裝“火眼”視頻圖像火災(zāi)探測(cè)軟件的服務(wù)器和普通視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成。在公共普通視頻監(jiān)控平臺(tái)的服務(wù)器后面加裝“火眼”服務(wù)器。也就是由“火眼”軟件、“火眼”定制服務(wù)器、視頻編碼設(shè)備（原監(jiān)控系統(tǒng)的硬盤錄像機(jī)等）、攝像頭、報(bào)警器組成。將安裝了“火眼”軟件的服務(wù)器與普通視頻監(jiān)控系統(tǒng)用網(wǎng)線連接，打開軟件，創(chuàng)建用戶名和密碼，進(jìn)行相關(guān)設(shè)置后，“火眼”的安裝就完成了。張叢指著1個(gè)40 cm×60 cm×10 cm的黑色服務(wù)器說：“‘火眼’的安裝沒有復(fù)雜的技術(shù)含量和繁瑣的設(shè)備，我們的核心是軟件，加上我們定制的這個(gè)服務(wù)器，連接上原監(jiān)控系統(tǒng)的視頻編碼設(shè)備就行了。”

成本較低

李國(guó)生說：“市場(chǎng)上現(xiàn)有的一些視頻圖像報(bào)警系統(tǒng)需要精密的光學(xué)設(shè)備作為支撐，安裝成本較大。‘火眼’是在現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝軟件，對(duì)視頻監(jiān)控器的要求也相當(dāng)普通，不需要昂貴的設(shè)備，后期維護(hù)和升級(jí)也較簡(jiǎn)單?！痹谔旖蜾撹F集團(tuán)中厚板廠，張叢為“火眼”軟件進(jìn)行了免費(fèi)升級(jí)，只見他插入U(xiǎn)盤，復(fù)制好一個(gè)文件夾，再打開“火眼”軟件進(jìn)行調(diào)試，升級(jí)就完成了，整個(gè)過程不超過3 min。

目前，在北京、上海、天津等多處企業(yè)和公共場(chǎng)所已安裝了“火眼”系統(tǒng)?！盎鹧邸碧貏e適用于高大空間的大型場(chǎng)館及人員密集場(chǎng)所。如文博、城市軌道交通、煙草倉(cāng)庫(kù)、公路隧道、倉(cāng)儲(chǔ)物流、電力系統(tǒng)、通信行業(yè)、金融機(jī)構(gòu)、鋼鐵冶金企業(yè)、石油化工企業(yè)、鐵路系統(tǒng)、民用機(jī)場(chǎng)、文化教育、醫(yī)療衛(wèi)生、城鎮(zhèn)燃?xì)?、水處理行業(yè)、大中型礦山、城市地下綜合管廊、大型綜合批發(fā)市場(chǎng)等。李國(guó)生說：“‘火眼’是火災(zāi)報(bào)警輔助系統(tǒng)，我們不是要占領(lǐng)市場(chǎng)，不是要替代傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，我們是輔助，是要與傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)共同保護(hù)更多的人身財(cái)產(chǎn)安全，盡早盡快地發(fā)現(xiàn)火情，盡可能地減少損失！”