基于視頻識別技術的機艙火警快速預警定位系統設計與實現

胡 存 王 恒 董慶豐

（中國衛星海上測控部，江蘇 江陰 214431）

1 概述

目前，船舶對機艙火情的技術監控主要有兩種，一是火災報警系統，通過感溫、感煙等探頭，偵測到火情后發出報警。二是視頻監控，由值班人員發現異常后，進行現場查證，采取措施。但事實上，兩種技防手段都有不足，2019 年上半年，某船在執行任務過程中，主機突發故障，產生的煙氣10 秒鐘內就彌漫機艙，引起火災系統大面積報警，監控視頻前一片白霧。最終，耗費了較長時間，才確認火警由何處引起。顯而易見，火警系統受火警探頭的布置限制，探測火情的精度有限，在煙氣蔓延后更是風聲鶴唳，讓人無所適從，而視頻監控要想第一時間發現火情，則需要人員24 小時緊盯顯示屏，對值班班組人員力量造成很大影響。理論上講，通過二者的記錄回調回放也能精準定位，但由于涉及權限、設備功能等限制，需要耗費一定時間，有可能喪失寶貴的初期火災處理時機。

而將人工智能——視頻識別技術引入視頻監控系統后，能有效克服上述不足。通過人工智能監視機艙監控視頻，一旦發現火情，能立即觸發報警，同時自動循環回放前后10 秒視頻，協助值班人員迅速判明起火位置、火勢大小、可能的著火種類，從而迅速采取相應措施。

2 一般性機艙火災發現及處理方式

現在大多數船舶在對機艙火情的技術監控手段主要有兩種：一是火災報警系統，通過感溫、感煙等探頭，偵測到火情后發出報警。二是視頻監控，由值班人員發現異常后，進行現場查證，采取措施。但是在實際處置過程中，兩者都存在一定的安全隱患。火災報警系統受探頭布置以及地理環境的限制，探測火情的精度有限。機艙從上至下是一個無間隔阻攔的開敞式空間，所以一旦火情發生，煙氣蔓延迅速，加上系統本身的時延性，就會造成一整個區域的探頭報警，甚至不僅僅局限于一層，此時火災報警系統的顯示就會多而雜亂，緊急情況下，多方面的因素綜合下，無疑給火情的定位加大了難度。而視頻監控用來探測火情，則需要人員在監控系統前24 小時緊盯屏幕，機艙很大，所以說同一時間還不能緊緊安排1 位人員進行監視，為確保人員可以全神貫注的緊盯視頻監控，還需要采取輪班制，對人員數量要求無疑增大了很多，同時也是一種資源的浪費，測量船出海執行任務本身對人員安排就比較緊湊，專門空出崗位提供給觀看監控人員，是很不合理的一件事情。

圖1 火災報警系統

圖2 火警探頭

圖3 視頻監控系統

3 機艙火警快速預警定位系統總體架構

機艙火警快速預警定位系統設計分為四部分，分別為：管理平臺設計、煙霧與火焰識別的實現、預警信息的生成和預警數據存儲。其中管理平臺主要對不同賬戶賦予不同權限以及進行攝像頭的管理，并可以調取存儲的預警數據。管理平臺通過調用攝像頭的數據流，并經過算法分析后，判斷是否發生煙霧、火焰現象，并及時進行報警，并將從海康威視的VDR 機柜中將報警前后一定時間內到視頻提取，為后續查看事故現場信息提供數據。管理平臺拓撲圖如圖4 所示。

圖4 管理平臺拓撲圖

4 機艙火警快速預警定位系統軟件設計與實現

4.1 管理平臺設計與實現

機艙火警快速預警定位系統管理平臺采用Vue element ui進行編寫，基本框架不變的情況下，結合實際情況進行適當改寫。Vue element ui 框架具有一下特性：

4.1.1 一致性，與現實生活一致：與現實生活的流程、邏輯保持一致，遵循用戶習慣的語言和概念；反饋控制反饋：通過界面樣式和交互動效讓用戶可以清晰的感知自己的操作；頁面反饋：操作后，通過頁面元素的變化清晰地展現當前狀態。

4.1.2 效率，簡化流程：設計簡潔直觀的操作流程；清晰明確：語言表達清晰且表意明確，讓用戶快速理解進而作出決策；幫助用戶識別：界面簡單直白，讓用戶快速識別而非回憶，減少用戶記憶負擔。

4.1.3 可控用戶決策：根據場景可給予用戶操作建議或安全提示，但不能代替用戶進行決策；結果可控：用戶可以自由的進行操作，包括撤銷、回退和終止當前操作等。

圖5 機艙火警快速預警定位系統管理平臺部分代碼

圖6 代碼參數定義

4.2 煙霧與火焰識別的實現

而對于視頻數據流的分析則是采用Java 平臺上的Spring Boot 開源應用框架，Spring Boot 框架相比較于其他Java 框架，簡化了新Spring 應用的初始搭建以及開發過程，該框架使用了特定的方式來進行配置，從而使開發人員不再需要定義樣板化的配置。

圖7 煙火識別流程圖

圖8 煙火自動識別視頻監控系統

4.3 預警信息的生成和預警數據存儲

對于發生過的報警，管理平臺會生成預警信息，并將實時火警信息截圖自動彈出，伴有報警聲與警告標示，管理平臺還將自動從視頻監控機柜中提取預警發生時前后一定時長的視頻，以便后續查找觀看。發生過的預警信息還將存儲在數據庫中，為后續總結經驗，將強教育提供幫助。

圖9 給桌面程序推送數據代碼

結束語

目前，在將人工智能應用于視頻監控的研究領域，國內是處于領先水平的，我國在預防和打擊犯罪、公共交通安檢和移動支付中應用已非常成熟。因此可進一步拓展至機艙火焰、煙霧識別，進一步提升機艙安全管理的可靠性、自動化，為機艙火警快速準確定位及火災應急處置提供決策支持。

船舶作為“海上陸地”，船舶的安全就關系著全體船員的安全，而作為船舶“動力心臟”的機艙更是重中之重，迅捷、高效遏制機艙火勢，可以在最大程度確保船舶的完好程度，保證船員與船舶的安全。