基于深度學(xué)習(xí)的火災(zāi)煙霧監(jiān)控系統(tǒng)

鄭偉 鄭詩印 李森林

摘 要：因?yàn)闊熿F比火焰更早出現(xiàn)，因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)煙霧極為關(guān)鍵，其對(duì)火災(zāi)蔓延具有良好的控制作用，設(shè)計(jì)完善的火災(zāi)煙霧監(jiān)控系統(tǒng)是21世紀(jì)的一種必然趨勢(shì)。本文圍繞火災(zāi)煙霧監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容展開研究，以期為該領(lǐng)域提供一定參考。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);火災(zāi)煙霧;監(jiān)控系統(tǒng)

1傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)方式

從傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)方式的角度分析，其主要涵蓋了兩方面的內(nèi)容，其一是感溫探測(cè);其二是感煙探測(cè)[1]。感溫火災(zāi)的原理并不復(fù)雜，操作過程也十分簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的適用性，但是如果溫度與溫度傳感器產(chǎn)生聯(lián)系時(shí)，表明火災(zāi)已發(fā)展至第三階段，無論是人員，還是財(cái)務(wù)，均受到嚴(yán)重的不利影響，因此，感溫火災(zāi)探測(cè)器無法實(shí)現(xiàn)早期探測(cè)的目標(biāo)。在火勢(shì)較小時(shí)，感煙火災(zāi)探測(cè)器能夠探測(cè)到煙霧，但如果某環(huán)境的空間較大，那么感煙火災(zāi)探測(cè)器想要發(fā)出警報(bào)必須以足夠的煙霧濃度為前提條件，否則，將無法發(fā)出警報(bào)[2]。

2火災(zāi)煙霧監(jiān)控系統(tǒng)需求分析

在主頁面中，監(jiān)視人員可以清晰看到每個(gè)區(qū)域的監(jiān)控畫面，調(diào)出想要查看的往期錄像，實(shí)時(shí)查詢?nèi)罩拘畔ⅲ槍?duì)故障設(shè)備信息進(jìn)行多角度、多方位的分析，將其統(tǒng)計(jì)完整 [3]。（1）監(jiān)視人員：監(jiān)視人員登錄：在登錄系統(tǒng)中輸入正確的賬號(hào)密碼即可登錄成功。實(shí)時(shí)監(jiān)控查看：在查看監(jiān)控的過程中并不局限，可以了解到各個(gè)區(qū)域的畫面，在查看頁面的階段里有兩種選擇方法，即特定區(qū)域和電視墻投影。往期錄像管理：針對(duì)往期視頻進(jìn)行查看的過程中，可通過地點(diǎn)與時(shí)間來完成。警告日志管理：將相應(yīng)的警告信息體現(xiàn)在日志之后，監(jiān)視人員能夠及時(shí)了解到哪個(gè)地點(diǎn)出現(xiàn)了異常情況。（2）管理員：實(shí)時(shí)監(jiān)控查看：與監(jiān)視人員功能并沒有明顯的差異性。往期錄像管理：管理員不僅具有查看視頻的權(quán)限，同時(shí)還具有整理視頻的權(quán)利。用戶權(quán)限管理：針對(duì)用戶賬戶進(jìn)行刪除與建立，分配用戶權(quán)限。設(shè)備故障管理：將設(shè)備日志管理作為主要的應(yīng)用手段，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)到監(jiān)視人員匯報(bào)的設(shè)備信息存在的不足之處，從而開展處理工作[4]。警告日志管理：將全部監(jiān)視人員的警告日志進(jìn)行歸納整理。操作日志：將各個(gè)管理人員操作的實(shí)際情況進(jìn)行完整記錄。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

本系統(tǒng)主要由五個(gè)模塊構(gòu)成，包括視頻圖像采集模塊、圖像預(yù)處理模塊、煙霧目標(biāo)檢測(cè)模塊、視頻顯示模塊以及檢測(cè)結(jié)果儲(chǔ)存模塊等，系統(tǒng)總體流程圖如圖1所示。

由上圖可見，其一是視頻圖像采集模塊：從本地存儲(chǔ)讀入視頻文件或從攝像頭讀入視頻信息。其二是圖像預(yù)處理模塊：將視頻文件轉(zhuǎn)化成圖像序并處理至固定大小，并對(duì)圖像噪聲進(jìn)行處理。其三是煙霧目標(biāo)檢測(cè)模塊：通過本文提出的深度煙霧檢測(cè)模型對(duì)圖像進(jìn)行煙霧檢測(cè)，判讀是否存在煙霧區(qū)域。其四是視頻顯示模塊：將檢測(cè)的結(jié)果標(biāo)記并框定在圖像中，并實(shí)施反饋到系統(tǒng)上。其五是檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)模塊：將檢測(cè)出的圖像信息保存，同時(shí)保存檢出信息的幀號(hào)和對(duì)應(yīng)時(shí)間。

4模塊設(shè)計(jì)

4.1視頻圖像采集模塊

系統(tǒng)應(yīng)可從本地存儲(chǔ)中提取視頻信息也可從監(jiān)控?cái)z像頭中獲取視頻信息，成功讀入后系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，讀入失敗要返回讀取失敗的狀態(tài)碼。

4.2圖像預(yù)處理模塊

將視頻信息進(jìn)行調(diào)整，并處理為圖像信息，同時(shí)根據(jù)圖像處理后的需求，進(jìn)一步清除圖像在產(chǎn)生過程中受到的噪聲干擾。

4.3煙霧目標(biāo)檢測(cè)模塊

系統(tǒng)通過本文提出的煙霧檢測(cè)模型對(duì)經(jīng)過預(yù)處理的圖像進(jìn)行檢測(cè)，圖像首先經(jīng)過改進(jìn)后的VGG16模型提取煙霧特征圖作為條件GAN的約束條件，然后將圖像和煙霧特征圖輸入條件GAN的生成器中產(chǎn)生煙霧密度圖，通過OpenCV處理可得到此密度圖是否存在煙霧，以及存在煙霧的位置。

4.4視頻顯示模塊

對(duì)煙霧檢測(cè)模塊產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行處理，圖像中有煙霧的區(qū)域通過紅框標(biāo)記。在系統(tǒng)運(yùn)行的硬件條件得到滿足的情況下，本系統(tǒng)可達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果。

4.5檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)模塊

將系統(tǒng)檢測(cè)出的煙霧預(yù)警信息儲(chǔ)存下來，通過時(shí)間和攝像頭編號(hào)（或視頻文件編號(hào)）分類保存。方便監(jiān)視人員整理與查看。

4.6數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

智能監(jiān)控系統(tǒng)包含五種實(shí)體，分別為監(jiān)視人員、管理員、警告信息、視頻信息、設(shè)備信息。監(jiān)視人員可以查看警告信息和處理警告信息，但是不能對(duì)其進(jìn)行修改，同時(shí)負(fù)責(zé)記錄設(shè)備情況，監(jiān)視人員可以查詢視頻信息，但不能修改視頻信息。管理員同樣可以查詢和處理警告信息，并且需要反饋設(shè)備信息。從圖中可以看出該系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型擁有比較多的實(shí)體對(duì)象，其中管理員和監(jiān)視人員實(shí)體較為重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]祁永來，魏子欽，陳曉云.基于GSM的倉庫環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2020（19）：168-169.

[2]張本法，李華榮.基于西門子PLC的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2019，30（24）：311-312.

[3]白玉峰，孫偉鵬，林楚偉，江永，吳水雄，周哲峰.基于視頻監(jiān)控平臺(tái)的圖像火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的研究[J].電力安全技術(shù)，2019，21（06）：34-37.

[4]楊元浩，王康，官曉鵬.一種基于LoRa技術(shù)的聯(lián)網(wǎng)型獨(dú)立式煙霧報(bào)警器[J].今日消防，2019，4（02）：10-11.

（大創(chuàng)項(xiàng)目“基于深度學(xué)習(xí)的智能應(yīng)急火災(zāi)煙霧監(jiān)控系統(tǒng)”階段成果之一，項(xiàng)目編號(hào)202010481057X）

作者簡(jiǎn)介：

鄭偉（1981.12-），副教授，南陽師范學(xué)院。研究領(lǐng)域：嵌入式系統(tǒng)、人工智能。

鄭詩印（1999.06-），本科，南陽師范學(xué)院

李森林（1999.03-），本科，南陽師范學(xué)院