董國棟 付強(qiáng) 趙鑫蕊 武傳勝 趙紅余

【摘要】通過分析視頻圖像來檢測火災(zāi)的煙和火焰，首先對視頻圖像進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測，然后提取火災(zāi)煙和火的重要特征信息，通過多特征融合分析，判斷是否存在火災(zāi)。本文是采用了一種分布式火災(zāi)監(jiān)控和無線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將火災(zāi)火焰監(jiān)測、報(bào)警傳輸和滅火機(jī)器人設(shè)備融為一體，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)跟蹤煙火和滅火，為目前火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣提供參考。

【關(guān)鍵詞】運(yùn)動(dòng)檢測；煙火識別；無線報(bào)警；特征融合

1 引言

近年來，大量的高層家庭住宅、地下建筑和石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時(shí)不能快速高校地滅火。比如高層住宅區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防人員不可能在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)，在地下建筑中，由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴(kuò)散，消防人員不容易判定火源位置，同時(shí)在石化企業(yè)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員容易發(fā)生中毒[2]。因此火災(zāi)給社會造成了大量生命和財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失，若能在火災(zāi)發(fā)生初期就進(jìn)行識別報(bào)警，則可以減少各種損失，同時(shí)能讓一臺滅火機(jī)器人及時(shí)定位和滅火，將有重要的社會意義。

2 視頻煙火探測系統(tǒng)

基于圖像處理的火災(zāi)探測系統(tǒng)是一種以計(jì)算機(jī)為核心，結(jié)合光電技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)而研制的煙火自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

利用攝像頭對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)視，對攝取的視頻信號由圖像采集卡捕捉為圖像并輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)圖像特征進(jìn)行處理和分析，然后產(chǎn)生報(bào)警信息并傳播到相關(guān)責(zé)任人，同時(shí)將位置信息傳到對應(yīng)的機(jī)器人，滅火機(jī)器人啟動(dòng)云臺搜索，發(fā)現(xiàn)火源后進(jìn)行滅火?？梢詫⑾到y(tǒng)分成煙火檢測模塊、報(bào)警模塊、滅火機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模塊和分布式部署，下面幾節(jié)將進(jìn)行詳細(xì)論述。

3 煙火檢測模塊

在室內(nèi)的眾多火災(zāi)中，通常煙和火是同時(shí)具備的，尤其是在封閉的環(huán)境下，煙的傳播更廣泛，同時(shí)傳播的速度比火要快。因此筆者不采用閆厚等人提出的判斷流程[1]，本文采用先判斷是否有流動(dòng)煙霧，然后判斷火災(zāi)火焰的方法檢測火災(zāi)。

為了后期部署和實(shí)施方便，本系統(tǒng)采用Visual C++平臺編寫算法，開始從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中獲取BMP圖像信息，然后進(jìn)行煙火識別，最后給出是否報(bào)警的結(jié)論。

為了檢驗(yàn)此算法，本文實(shí)驗(yàn)中采集和處理圖像分別為以下三種情況，第一：當(dāng)只有煙霧產(chǎn)生時(shí)，分別分析煙霧的初始形成階段、積累擴(kuò)散階段和逐步散去階段。第二：當(dāng)只有火災(zāi)火焰產(chǎn)生時(shí)，分別分析著火階段、擴(kuò)散燃燒階段和火焰逐漸熄滅階段。第三：當(dāng)火災(zāi)火焰和煙霧同時(shí)存在和發(fā)生時(shí)，分析整個(gè)流程的圖像序列。通過分析這三種情況，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)煙火信息，并產(chǎn)生報(bào)警信號。

4 報(bào)警模塊

報(bào)警模塊主要負(fù)責(zé)報(bào)警信息的采集和傳送，報(bào)警模塊分為聲音報(bào)警、短信報(bào)警和Web報(bào)警。

4.1 聲音報(bào)警

當(dāng)滅火機(jī)器人通過Timer定時(shí)訪問遠(yuǎn)端報(bào)警數(shù)據(jù)庫，檢測到室內(nèi)空間的任一CCD攝像頭的報(bào)警DB發(fā)生變化，則室內(nèi)空間有火災(zāi)報(bào)警信息，機(jī)器人第一時(shí)間產(chǎn)生聲音報(bào)警。警示周圍的人員有火災(zāi)險(xiǎn)情，提示請盡快撤離，同時(shí)機(jī)器人開始搜索滅火。

4.2 短信報(bào)警

短信報(bào)警模塊是室內(nèi)的一個(gè)Android[8]的手機(jī)服務(wù)器通過Servlet實(shí)時(shí)訪問報(bào)警DB，當(dāng)檢測到該區(qū)域內(nèi)有火災(zāi)報(bào)警信息，則手機(jī)服務(wù)器自動(dòng)將報(bào)警信息和位置發(fā)送到指定的負(fù)責(zé)人，通知負(fù)責(zé)人采取措施進(jìn)行滅火。

4.3 B/S遠(yuǎn)程Web顯示

遠(yuǎn)程Web報(bào)警即在任何可以訪問互聯(lián)網(wǎng)的地方都可以訪問到各個(gè)室內(nèi)傳過來的報(bào)警數(shù)據(jù)，報(bào)警分為三個(gè)等級，實(shí)時(shí)刷新報(bào)警數(shù)據(jù)，當(dāng)達(dá)到最高3級時(shí)，跳出報(bào)警窗口和圖片，同時(shí)傳送遠(yuǎn)端視頻信息。報(bào)警信息包括：攝像機(jī)詳細(xì)地址、攝像機(jī)標(biāo)號、報(bào)警時(shí)間、報(bào)警級別、報(bào)警圖和報(bào)警視頻。

5 機(jī)器人搜索和滅火模塊

移動(dòng)機(jī)器人滅火系統(tǒng)可以分三個(gè)過程來考慮，首先是火焰目標(biāo)的定位和識別，其次是移動(dòng)機(jī)器人對火焰目標(biāo)的跟蹤，最后是開啟滅火器滅火。所以本文中移動(dòng)機(jī)器人主要由三大模塊構(gòu)成：視覺處理模塊、火焰目標(biāo)跟蹤和滅火控制組成。

視覺處理模塊完成火災(zāi)火焰目標(biāo)的定位和識別，包括云臺攝像機(jī)和ZC0301P攝像機(jī)的圖像采集以及移動(dòng)機(jī)器人對采集圖像的分析的過程。

在移動(dòng)機(jī)器人跟蹤過程中，視覺模塊通過對圖像的預(yù)處理、特征提取，最終完成火災(zāi)識別，在這個(gè)過程中是通過彩色圖像區(qū)域分隔法完成；火焰跟蹤決策模塊根據(jù)視覺模塊得到的環(huán)境信息控制云臺電機(jī)運(yùn)作，跟蹤火焰目標(biāo)，使火焰目標(biāo)重心圖像坐標(biāo)始終處于視頻圖像中心，并實(shí)時(shí)獲取云臺電機(jī)的轉(zhuǎn)過角度，以此分析移動(dòng)機(jī)器人自身所處的環(huán)境和位置；滅火控制模塊主要通過對火焰的確認(rèn)和滅火組成，機(jī)器人確認(rèn)到合適的位置，通常在0.2-0.5米的位置，然后開始滅火，反復(fù)確認(rèn)是否還存在火焰，直到滅火成功完成，然后發(fā)送滅火完成指令給服務(wù)器控制端，最后機(jī)器人回到原位。

6 分布式火災(zāi)檢測部署

本文采用物聯(lián)網(wǎng)的分布式系統(tǒng)架構(gòu)來部署設(shè)備和系統(tǒng)，系統(tǒng)部署分為感知終端、數(shù)據(jù)采集分析和終端應(yīng)用平臺三個(gè)部分。

第一層除了感知層的攝像頭還有時(shí)刻待命的滅火機(jī)器人，第二層為各個(gè)場所采集設(shè)備、數(shù)據(jù)庫和Android手機(jī)服務(wù)器。第三層為統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心和控制終端。

7 結(jié)論

本文在物聯(lián)網(wǎng)的框架下，設(shè)計(jì)了一種分布式的室內(nèi)煙火檢測系統(tǒng)，將火災(zāi)檢測、報(bào)警以及機(jī)器人滅火融為一體，同時(shí)對可能發(fā)生火災(zāi)的煙和火進(jìn)行分別檢測。通過實(shí)驗(yàn)表明，這種檢測方法可以進(jìn)一步的提高室內(nèi)環(huán)境下火災(zāi)檢測的準(zhǔn)確性。因本文的滅火機(jī)器人是建立在DM-B2x0/450 型號的機(jī)器人基礎(chǔ)上，滅火效果還有待進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆厚、倪金生 基于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的森林火災(zāi)煙火自動(dòng)識別技術(shù)探討[J].森林防火，2007（2）.

[2]遲權(quán)德、沈建華等 職能偵查滅火機(jī)器人的研究與開發(fā)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2011（11）

[3]葛勇.基于視頻的火災(zāi)檢測方法研究及實(shí)現(xiàn)[D].2009（4）