基于復(fù)合熱煙火圖像處理的 大跨度煤場火災(zāi)定位技術(shù)試驗研究

吳孚輝 翁建明 鮑麗娟 吳超 張恒 王君偉

摘要：文章基于對現(xiàn)階段于大跨度煤場內(nèi)運用的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)進行探討，將以單攝像頭視頻圖像為基礎(chǔ)的火災(zāi)定位以及探測技術(shù)提出，同時通過全尺寸的大跨度煤廠，實施了具體的驗證過程。

關(guān)鍵詞：圖像處理;大跨度煤場火災(zāi)探測;火災(zāi)定位

對于大跨度煤場而言，火災(zāi)事故屬于較為多見的事故，只要出現(xiàn)此類事故，就很有可能導(dǎo)致財務(wù)損失以及人員傷亡。其跟露天情況下所出現(xiàn)的火災(zāi)存在一定的差異，下列為其具體特征：會產(chǎn)生濃煙，沒有太好的能見度，溫度會在短時間內(nèi)快速提高。假若無法于第一時間實施控制，不需要多久火勢就會很快蔓延開來，同時讓洞內(nèi)溫度出現(xiàn)飆升的情況。根據(jù)不少大跨度煤場所出現(xiàn)的火災(zāi)案例能夠看出，假若相關(guān)的運營管理部門可以在第一時間察覺到大跨度煤場內(nèi)所產(chǎn)生的火情，馬上通過相應(yīng)的應(yīng)急措施實施處理，便可以規(guī)避火勢蔓延的情況出現(xiàn)，使財產(chǎn)損失以及人員傷亡降到最低。根據(jù)這一現(xiàn)狀，中國絕大多數(shù)公路隧道當中均會裝設(shè)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)?，F(xiàn)階段在大跨度煤場中所用的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)以感溫型（比方說分布式光纖以及光纖光柵類的）、感火型（比方說三波長以及雙波段類的）為主。盡管如今所用的報警系統(tǒng)可以達到火災(zāi)自動報警的目的，可是其功能方面卻依舊有缺陷：首先，感溫型的系統(tǒng)無法快速響應(yīng)，只要出現(xiàn)縱向風，便會使之無法精準確定位報警的具體位置;其次，雙/三波長類的系統(tǒng)如若是出現(xiàn)規(guī)模不大的火災(zāi)，則無法快速進行響應(yīng)，且一旦出現(xiàn)遮擋，對于火災(zāi)具體的位置則很難確認，特別是當煤場具備較大跨度時，不僅得將縱向方面的位置確認下來，同時還得將橫向方面的位置確認下來。所以該采取怎樣的方式對能夠檢測大跨度煤場內(nèi)是否出現(xiàn)火情的相關(guān)技術(shù)加以利用，同時跟自動消防設(shè)備互相配合，將火災(zāi)消滅于初級階段，不受濃煙帶來的干擾，精準確定貨源位置，然后對消防設(shè)備進行控制，第一時間滅火，屬于具備較大跨度的煤場必須要馬上解決的情況。

現(xiàn)階段所用到的火災(zāi)圖像定位技術(shù)以雙目以及單目攝像機定位技術(shù)為主。前者對雙目攝像機加以利用，拍攝火源之后，將具體的圖像信息計算后，利用三角形測量原理，將其具體的空間坐標獲取;后者則是對CCD攝像頭加以利用，使之進行旋轉(zhuǎn)掃描，然后將所獲的火源圖像利用具體的坐標，將其具體的位置確認下來。就前者而言，其有十分顯著的滯后性，不具備充足的定位精度;而后者所用的方面以民用高達空間建筑為主，對于大跨度煤場方面，并沒有實施太多研究，由于該類空間不具備很好的能見度，同時擁有一個十分狹長的空間，因此已有技術(shù)對于此類環(huán)境適應(yīng)度尚顯不足。這一研究對圖像處理技術(shù)加以運用，進而對具體的活在圖像特征進行識別，同時將火災(zāi)報警發(fā)出，將具體火災(zāi)出現(xiàn)的位置確認下來。

一、圖像火災(zāi)探測及定位原理

就圖像火災(zāi)探測技術(shù)而言，所用到的技術(shù)以圖像處理為主，通過攝像機對相關(guān)視頻圖像實施捕捉，然后實施處理。進行處理之際，具體的步驟有捕捉目標、對圖像實時預(yù)處理、提取目標、對目標進行匹配、對特征進行提取、將目標確定，下列內(nèi)容是處理過程：

1.比較通過連續(xù)采集所獲圖像，對其實施是不是存在運動目標的檢測;2.若是有運動目標存在，那么需要對視頻圖像實施二值化預(yù)處理;3.緊接著對目標實施提取以及匹配，將周期不變的視頻圖像處理完成，然后將目標鏈表內(nèi)不同目標所具備動、靜態(tài)特點提取出來，同時實施已經(jīng)結(jié)合了各項特征的目標判決，對是不是出現(xiàn)火災(zāi)進行確定;4.只要確定有火災(zāi)出現(xiàn)，馬上處理報警圖像，然后將具體的位置確認下來。

二、試驗設(shè)計

對全尺寸大跨度煤場加以利用，落實具體的火災(zāi)探測和精準定位相關(guān)實驗。進行試驗時所選的煤場長寬高分別是200m、25m、68m結(jié)構(gòu)形式是鋼結(jié)構(gòu)。在煤場入口位置的側(cè)壁馬道上對該探測器進行裝設(shè)，具體的裝設(shè)高度是15m。

讓復(fù)合型火災(zāi)探測器所擁有的主機跟視頻硬盤錄像機連接在一起的方式是對線纜加以利用，二者均在控制室進行設(shè)置。

在實施試驗點火之際，需要對手持式照度計測器加以利用，對火源點位置所具備的光強照度實施測量，同時需要對手持式熱線風速儀加以利用，對火源上游大概2m位置所具備的風速實施測量。

三、試驗結(jié)果分析

（一）探測響應(yīng)時間分析

實施試驗之際，所用的火源是汽油池火，燃料所放的容器是油盆，制作材料是鋼板，具體厚度是2mm，高是10cm。尚未正式試驗之際，需要保證探測器能夠正常使用，能夠正常打開視頻錄像和相應(yīng)的記錄設(shè)備;當出現(xiàn)點火信號以后，對具體的時間進行記錄;完成試驗，則需要對報警時間進行記錄。在這中間，探測器所具備的安裝高度是15m，表1所呈現(xiàn)內(nèi)容便是試驗工況和具體的報警時間結(jié)果。此番所進行的試驗對于大跨度煤場當中所具備的光亮、風速和具體的火源大小給圖像型火災(zāi)探測器具體的報警時間帶來的相關(guān)影響進行了具體觀察。根據(jù)試驗所獲結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，一共14個探測器，沒有保持10s內(nèi)進行報警的只有一個。

1.光照強度

該類型的火災(zāi)探測器所用的系統(tǒng)屬于遠紅外/可見光雙視系統(tǒng)，在該系統(tǒng)當中，通過對紅外鏡頭加以利用，可以將可見光之類的光照強度所帶來的影響消除。當具備同等火源大小之際，1至3號工況呈現(xiàn)出了11.8lx、25lx、9.8lx的光照強度，但是4號工況則呈現(xiàn)出了758lx的光照強度。數(shù)十倍于另外三個工況，其平均數(shù)都處于10s以下;9至12號工況所呈現(xiàn)出來的試驗結(jié)果一樣。該結(jié)果意味著光照強度大體上不會影響到該類火災(zāi)探測器所具備的報警時間。

2.火源尺寸及探測距離

進行試驗之際，所用的火源尺寸一共有四類，分別是15cm×

15cm、25cm×25cm、40cm×40cm以及70cm×70cm。工況1、2、5、9、10具備大致一樣的探測距離（具體是40m至55m之間）。工況1、2（大致具備15cm×15cm的火源尺寸）具備大概6.75s的平均響應(yīng)時間，工況5（大致具備25cm×25cm的火源尺寸）則具備大概2是的平均響應(yīng)時間。最終的試驗結(jié)果可以看出，一旦具備一致的探測距離，如若火源具備較大的尺寸，則探測器就會發(fā)出更快的響應(yīng)。之所以如此，是因為火源具備更大的規(guī)模，鏡頭所能夠收集到的視頻圖像也會更大，當火焰出現(xiàn)形狀改變時，效果更為顯著，對于探測器發(fā)出報警信號更為有利。

3.環(huán)境風速

進行試驗之際，對火源周邊所具備的環(huán)境風速進行了測量。在所用的火源尺寸以及探測距離方面，工況7、8一致，工況9、10一致。前者具備1.7m/s以及0m/s的環(huán)境風速，探測器會在7s以及4s時發(fā)出響應(yīng);后者則具備0m/s以及1.8m/s的環(huán)境風速，探測器會在3s以及4.5s時發(fā)出響應(yīng)。根據(jù)試驗結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，如果具備一致的火源尺寸以及使用一致的探測器，出現(xiàn)環(huán)境風速時，會讓探測器具體的響應(yīng)時間放緩，不過不會造成過大的影響。

（二）火災(zāi)定位結(jié)果分析

此番試驗對大跨度煤場之中所具備的環(huán)境風速、光亮度和火源大小給最終定位帶來的影響進行了觀察，表2所呈現(xiàn)的是具體的結(jié)果。按照試驗結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)工況中，火源定位不會出現(xiàn)太大的誤差，通常不超過±1;與此同時，大跨度煤場當中所具備的環(huán)境亮度也不會讓火源定位出現(xiàn)太大的誤差，不過風速卻可以在很大程度上讓火源誤差提高，比方說當具備超過2.2m/s的環(huán)境風速時，在縱向定位方面，就會出現(xiàn)超過一米的誤差。

1.火源尺寸

對于工況1，所用的火源尺寸是15cm×15cm，工況5所用的火源尺寸則是25cm×25cm，工況9所用的火源尺寸是40cm×40cm，三者跟火源之間均保持大概40至50m的距離。從試驗結(jié)果能夠看出，當火源尺寸不一致時，不會出現(xiàn)太大的誤差，橫向以及縱向兩個方面的誤差分別是不超過0.2m以及不超過0.5m。這就意味著當探測距離不是很遠之際，圖像型探測器在對火源實施定位時所出現(xiàn)的誤差不會因為火源尺寸而受到影響。

2.環(huán)境風速

本次試驗中，工況1至3以及5至11均具備不超過100m的探測距離。在這中間，3號、8號、9號工況具備0m/s的環(huán)境風速，12號工況具備1.1m/s的環(huán)境風速，5號、7號以及10號工況具備1.7m/s的環(huán)境風速，6號工況則具備2.9m/s的環(huán)境風速。根據(jù)試驗結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，如果沒有超過100m的探測距離，環(huán)境風速不會給火災(zāi)定位誤差帶來太大的影響，橫縱兩向分別存在不超過0.35m以及不超過1.1m的誤差。反之，就會在一定程度上給定位誤差代理影響，最大的會在1m以上。圖3所呈現(xiàn)的內(nèi)容為不同試驗工況所具備的火焰復(fù)合型圖像。根據(jù)圖能夠發(fā)現(xiàn)，具備較大風速之際，因為風速的緣故，火焰下部會出現(xiàn)傾斜，以至于其中心發(fā)生偏移。

四、結(jié)語

為第一時間讓負責運營管理以及救援的相關(guān)人員獲取精準的大跨度煤場內(nèi)出現(xiàn)的火災(zāi)信息，此篇文章基于讓火災(zāi)自動報警所有的功能得到滿足的情況下，提出復(fù)合型圖像處理這一方式，同時利用全尺寸試驗，實施了具體的驗證，通過驗證之后所獲結(jié)果可知：

1.該類探測器可以第一時間精準地找出火災(zāi)，同時將報警信號發(fā)出，確保不需要超過10s的報警時間。

2.對于大跨度煤場而言，其環(huán)境亮度不會給報警時間以及定位誤差帶來太大的影響。

3.該技術(shù)能夠精準地對火源實施定位，如若在100m以內(nèi)進行探測，煤場之中具備的環(huán)境風速不會給定位精度帶來太大的影響，所產(chǎn)生的誤差不會超過1m。

4.如果是在100m以外進行探測，則環(huán)境風速會在一定程度上給定位精度帶來影響，使之出現(xiàn)超過1m的誤差。

參考文獻：

[1]賈道祥，劉鵬舉，張英凱，劉長春，孫永明.基于地形匹配的圖像煙火定位方法研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018，40（06）：19-29.

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