中山市公安消防支队
摘要：为了减少火灾给人类带来的巨大损失，各国都非常重视早期火灾探测和自动灭火系统的研究。火灾探测和智能消防系统的研制，对火灾进行有效的实时监控，把火灾导致的损失减小到最小程度是火灾防治技术领域的重点研究内容，本文基于计算机视觉的智能消防系统进行了相关研究，仅供大家参考。
关键词：计算机视觉；智能消防系统；研究
引言：为了满足实际生活需求，火灾探测技术在新的传感器技术、更复杂的信号处理技术、对火灾机理的深入认识和对烟气运动的预知能力的推动下不断向更准确、更及时、更自动化的方向发展。自动消防系统是主动防火重要手段之一，它的控制对象为被警戒区域(如建筑、森林、船舶、石化工厂以及一些有特殊防火要求的场所)，利用各种火灾探测器实现对火灾的自动报警，然后控制联动的消防灭火设备实施灭火。自动消防系统主要包括探测、报警、控制、联动、灭火、减灾等功能。
1.系统工作原理
基于计算机视觉的智能消防系统分为火灾探测系统和自动灭火系统两部分。基于红外图像的火灾探测系统负责野外大空间火灾的早期探测，利用带有红外滤光片的摄像机采集到的红外图像判断火灾的有无，若确认有火灾发生，则将信号发送至消防水炮自动定位灭火系统，同时启动报警动作，通知上一级监控中心。在无人值守的情况下，自动灭火系统启动消防水炮灭火，利用彩色CCD摄像机采集可见光图像，跟踪射流终点，根据射流终点与火源点的相对位置实时调整消防水炮的喷射角度，将火灾准确扑灭。
1.1火灾探测系统工作原理
火灾探测系统工作原理如图1所示，在被监测野外大空间环境的瞭望装置上安装带有红外滤光片的CCD摄像机(带云台、可变焦)，对监控区域进行摄像并利用视频采集卡将信号传输至计算机。通过调整摄像头的焦距以及对云台进行水平角和俯仰角的控制，达到对野外大空间的整个区域进行监控的目的，从而能够在监视器上获得全方位监控区域的实时监控图像。对于范围特别大的空间，一套设备难以满足对整个区域无死角的监控，所以应该在不同位置安装多台监控摄像机同计算机组成监控系统，如果有必要，可以以每个区域的控制计算机为客户机同远处控制中心的服务器组成远程监控网络，这样可以对某一级行政区划内的多个监控区域进行统一监控、统一管理、统一调配，更能合理的利用灭火资源。
1.2自动灭火系统工作原理
自动灭火系统工作原理其实就是对于面积比较大的野外大空间，当一台消防炮不能覆盖整个区域时，可以将多台消防炮安装在不同位置，以完全覆盖整个监控区域为原则。发生火灾时，原则上以距离最近的消防炮进行灭火，当火势凶猛或者危险程度高时，可调用多台消防炮同时灭火。值得注意的是，消防水炮的安装位置不宜与监控摄像机重合。因为如果消防炮离摄像机过近，其工作时的水雾会影响拍摄的清晰度，严重的甚至会影响摄像机的正常工作。若将摄像机与消防炮安装在同一云台上，统一控制水平和俯仰角，则当出现大风天气时，消防炮喷射的射流会因为大风的影响偏离喷射方向很多，若射流偏出摄像机可监控的范围，则系统无法工作。因此，消防炮的安装位置应该尽量使其喷射方向与摄像机拍摄方向垂直。
消防水炮自动灭火主要包括图像获取、图像处理和消防炮控制三个过程。图像获取:在发生火灾时，利用双波段火灾探测系统中的带有红外滤光片的摄像机对火源点进行拍摄，利用彩色CCD摄像机对消防水炮喷射水流进行实时摄像，所得到的视频信号经视频采集卡传输至计算机，再经处理得到所需格式的图像序列。
图像处理:对上一步中获取图像序列的单幅图像进行处理，提取出完整的射流轨迹，通过对图像序列的关联性进行分析，找到射流终点，得到射流终点在图像中的坐标，然后将射流终点坐标发送给控制消防水炮的计算机。准确的识别消防水炮的射流轨迹、并通过合理的关联性规则找到射流终点是自动灭火系统的关键。
消防炮控制:根据上一步中射流终点坐标，将射流终点坐标和火源点坐标进行比较，据此调整消防水炮的水平角度和俯仰角度，使射流落点向火源点靠近。在此过程中，实时拍摄射流图像，实时判断射流终点位置，不断修正消防水炮喷射角度，当射流终点与火源点的误差达到一定范围内时，锁定此位置，让消防水炮在以此位置为中心的1.3基于计算机视觉的智能消防系统工作原理
本文将火灾探测系统和自动灭火系统结合起来，组成了基于计算机视觉的智能消防系统。系统配备的是双波段摄像头，带有红外滤光片的摄像头负责拍摄火灾图像，普通可见光摄像头负责拍摄射流图像。当系统启动后，进入火灾探测系统，带有红外滤光片的摄像头循环拍摄监控区域的红外图像，判断是否有火灾发生。若没有火灾发生，则继续循环拍摄监控区域的红外图像;若发生火灾，则锁定火灾位置，发出声光警报，通知上一级单位，同时启动自动灭火系统。启动消防炮，摄像头实时拍摄消防炮射流图像，利用本文提出的射流终点跟踪算法实时跟踪消防炮射流的终点，与火灾位置进行比较，根据火源点和射流终点的相对位置，不断调整消防炮水平角度和俯仰角度，当二者误差小于一定范围时锁定该位置，让消防炮在该位置附近不断移动，扩大灭火范围。此时带有红外滤光片的摄像头每隔一段时问拍摄一张监控区域的红外图像，判断火灾是否被扑灭，若没被扑灭则继续实施灭火，若火灾已经被扑灭，则关闭消防炮，停止自动消防系统的工作，系统重新进入火灾探测系统，不断探测是否有火灾发生。
2.火灾图像的处理及识别
图像是人类视觉的延仲，是一种包含强度、形体、位置等信息的信号。通过视觉，可以立即准确的发现并扑灭火灾，这是不争的事实。图像监测快速性的基础是视觉所接受的信息以光为传播媒介;而图像信息的丰富和直观，更为早期火灾的识别和扑救奠定了基础。图像虽然具有快速、丰富、直观的优点，但是同样也有其劣势。在采集过程中，图像质量会受到各种噪声的干扰而下降。为了提升图像质量，只关心感兴趣的部分，对于噪声，希望能够最大限度的去除。然而，在硬件一定的情况下，很难再通过硬件来提升图像的质量，唯一的途径是通过软件算法来去除图像中的噪声，并通过软件算法将感兴趣的部分和不感兴趣的部分区分开来。由于滤光片安装不便，可采用数码相机加装红外滤光片拍摄红外图像，实验时将图像采集和图像处理分开，将图像处理单独研究。对于红外图像的处理，主要分为滤波、二值化、边界提取、区域生长、区域标号和恢复再处理，通过处理过后的图像来判断是否有火灾发生。
3.总结语
随着工业企业尤其是石化企业的不断发展，对于火灾的早期预防和及时扑灭也提出了新的要求，野外大空间无人值守的智能消防系统一直是近年研究的重点。野外环境复杂，空间大，对于火灾探测方法，本文仅仅是初步探讨，还有许多技术方面的问题有待解决，日后还需进行完善整个图像型火灾探测系统。
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论文作者:万彬
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/24
标签：火灾论文; 射流论文; 图像论文; 水炮论文; 终点论文; 摄像机论文; 区域论文; 《基层建设》2016年35期论文;