李紅宇，劉冠華，王明直，樊武龍，侯欣雨

公安部物證鑒定中心，北京 100038

當(dāng)前火災(zāi)案事件調(diào)查多依賴現(xiàn)場(chǎng)勘查與痕跡物證提取分析，依據(jù)火災(zāi)痕跡物證形成機(jī)理與證明作用，反推起火部位、起火點(diǎn)、起火時(shí)間、起火原因、可燃物、火勢(shì)蔓延方向等，從而還原火災(zāi)發(fā)展歷程、分析重建火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，為案事件定性與偵破提供技術(shù)支撐。近年來(lái)，隨著監(jiān)控成像設(shè)備的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)勘查人員通常可獲取火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)附近的監(jiān)控視頻，在保障提取合法性、影像真實(shí)性的基礎(chǔ)上，監(jiān)控視頻特有的客觀性、直觀性、持續(xù)性、聯(lián)動(dòng)性，可幫助勘查人員對(duì)火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展過(guò)程有較清晰的認(rèn)識(shí)，視頻影像亦可作為影像資料證據(jù)用于案件的偵查與訴訟。學(xué)者們針對(duì)監(jiān)控視頻在火災(zāi)案事件調(diào)查中的應(yīng)用作了相關(guān)探究，但多停留在個(gè)案視頻分析應(yīng)用[1]、視頻提取方案及視頻應(yīng)用原則方面[2-3]的介紹。例如：王鑫等介紹了應(yīng)用視頻監(jiān)控對(duì)一起鴨棚火災(zāi)的調(diào)查過(guò)程，并分析了視頻監(jiān)控在火災(zāi)調(diào)查中的作用及使用注意事項(xiàng)[4]；王俊杰介紹了視頻監(jiān)控錄像的特點(diǎn)、在火災(zāi)調(diào)查中的應(yīng)用方法及原則等[5]。但對(duì)于如何深度挖掘視頻承載的火場(chǎng)歷程信息，得到可指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)及提供偵查線索方面的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

起火初期視頻承載大量關(guān)于起火部位、起火時(shí)間、起火原因、可燃物的隱藏信息，筆者力求深度挖掘起火初期視頻中關(guān)于火焰、煙氣、背景物品光亮等信息，總結(jié)各類火場(chǎng)視頻內(nèi)容解析關(guān)注要點(diǎn)，進(jìn)行火場(chǎng)視頻內(nèi)容深度解析，以作為現(xiàn)場(chǎng)勘查與案事件調(diào)查的重要輔助手段，為重點(diǎn)勘驗(yàn)部位確定、關(guān)鍵痕跡物證提取、起火信息判定等提供線索與支撐。

1 近距離火焰視頻內(nèi)容深度解析

通過(guò)分析起火初期火焰變化的近距離視頻，勘查人員可輕易獲取起火部位、起火時(shí)間等信息，但視頻中承載的起火物種類、是否使用助燃劑等關(guān)鍵信息還可進(jìn)一步深度挖掘。在天津港“8·12”特大火災(zāi)爆炸事故調(diào)查中，通過(guò)對(duì)起火初期近距離火焰視頻內(nèi)容的深度解析與偵查試驗(yàn)驗(yàn)證，判斷起火原因?yàn)楣腆w燃燒，扭轉(zhuǎn)了前期液體燃燒導(dǎo)致起火的調(diào)查方向，為現(xiàn)場(chǎng)處置與原因調(diào)查節(jié)約了寶貴時(shí)間及大量人力、物力、財(cái)力。因此，在進(jìn)行近距離火焰視頻內(nèi)容深度解析時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)分析火焰燃燒特征，力求對(duì)起火物種類進(jìn)行初判。

氣體、液體、固體三類物質(zhì)燃燒特征不同，可作為起火物種類初判的依據(jù)。(1)氣體燃燒特征。氣體燃燒是反應(yīng)最劇烈、速度最快的燃燒，具有很強(qiáng)的擴(kuò)散性?？扇?xì)怏w與空氣混合越充分，擴(kuò)散性越強(qiáng)，危害范圍越大。若可燃?xì)怏w與空氣混合比例處于爆炸比例范圍內(nèi)，可直接發(fā)展為氣體爆炸，破壞力極強(qiáng)。(2)液體燃燒特征。可燃液體燃燒不是液體本身燃燒，而是液體受熱形成蒸氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)的蒸發(fā)燃燒，閃燃、沸溢、噴濺是液體燃燒的主要特征[6]。閃燃指可燃液體揮發(fā)出的蒸氣與空氣混合達(dá)到一定濃度時(shí)，遇到引火源或達(dá)到閃點(diǎn)發(fā)生的一閃即滅的燃燒，燃燒產(chǎn)物瞬間膨脹又明顯回縮是其主要表現(xiàn)形式。圖1所示為典型閃燃現(xiàn)象，它是發(fā)生液體燃燒的先兆表現(xiàn)。當(dāng)可燃液體黏度較大或含有水分(乳化水、水墊)時(shí)，由于燃燒放熱造成液面以下部分液體或水分達(dá)到沸點(diǎn)，沸騰液體或水蒸氣不易由下而上穿過(guò)液面，則產(chǎn)生沸溢或噴濺現(xiàn)象。液態(tài)烴類燃燒常伴有閃燃現(xiàn)象，醚類燃燒常伴有明顯沸騰狀，重質(zhì)石油產(chǎn)品發(fā)生燃燒則常伴有沸溢與噴濺現(xiàn)象[7]。(3)固體燃燒特征。固體燃燒是火災(zāi)最主要的燃燒形式，可分為蒸發(fā)燃燒、表面燃燒、分解燃燒、熏煙燃燒(陰燃)、動(dòng)力燃燒(爆炸)等多種形式[7]，其燃燒特征與可燃物性質(zhì)密切相關(guān)。有些固體可燃物的燃燒同時(shí)包含兩種或兩種以上形式，如在適當(dāng)?shù)耐饨鐥l件下，木材、紡織品、紙張等燃燒存在表面燃燒、分解燃燒、熏煙燃燒等不同形式。

圖1 某縱火案件中火焰閃燃現(xiàn)象

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)勘查人員獲取到火災(zāi)初期近距離火焰視頻時(shí)，可依據(jù)氣體、液體、固體可燃物燃燒特征，觀察燃燒劇烈程度、燃燒速度等對(duì)可燃物種類進(jìn)行初判。如觀察到火焰迅速蔓延或快速布滿整個(gè)空間，則重點(diǎn)勘查是否為可燃?xì)怏w燃燒并尋找氣體泄漏源；當(dāng)觀察到閃燃、沸溢、噴濺中任一燃燒現(xiàn)象，應(yīng)著重發(fā)現(xiàn)、提取液體可燃物或考慮現(xiàn)場(chǎng)存在液體助燃劑；固體燃燒特征復(fù)雜，可采用排除氣體、液體可燃物燃燒的方法或開(kāi)展偵查試驗(yàn)進(jìn)行確定。對(duì)可燃物種類的初判可為現(xiàn)場(chǎng)勘查重點(diǎn)提供方向，為偵查提供線索，為案事件調(diào)查節(jié)約寶貴時(shí)間。

2 遠(yuǎn)距離火焰視頻內(nèi)容深度解析

對(duì)于可能記錄了起火初期火焰變化的遠(yuǎn)距離視頻，如何排除其他光源的干擾，對(duì)火焰進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別是此類視頻深度解析的重點(diǎn)。在燃燒過(guò)程中，火焰的顏色、形狀等都在不斷變化，可利用視頻幀及幀間的關(guān)聯(lián)性，提取火焰的顏色特征、形態(tài)特征與運(yùn)動(dòng)特征，并依此對(duì)火焰進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。

2.1 依據(jù)顏色特征識(shí)別火焰

火焰由焰心、內(nèi)焰、外焰組成，溫度由內(nèi)向外依次增高。焰心由未燃燒的可燃?xì)怏w組成，無(wú)光亮反應(yīng)，呈黑色；內(nèi)焰由未完全燃燒的氣體組成，為火焰最明亮的部分；外焰是氣體完全燃燒的部分，幾乎無(wú)光，但有較強(qiáng)的熱輻射?；鹧嬲w一般呈紅色調(diào)，隨溫度升高，內(nèi)焰呈現(xiàn)亮白色或淡藍(lán)色，由內(nèi)向外依次變黃、變橙、變紅[8]，常見(jiàn)火焰顏色及形態(tài)如圖2所示。

圖2 常見(jiàn)火焰顏色及形態(tài)特征

在利用視頻影像中火焰顏色特征對(duì)火焰進(jìn)行識(shí)別時(shí)，可在RGB、HSV和YcbCr任一色彩空間上提取疑似火焰的像素點(diǎn)，并采集相同環(huán)境條件下真實(shí)火焰像素點(diǎn)，通過(guò)比對(duì)真實(shí)火焰與視頻內(nèi)提取的火焰像素點(diǎn)或開(kāi)展偵查試驗(yàn)對(duì)火焰進(jìn)行識(shí)別。需注意R、G、B相關(guān)性較強(qiáng)，像素點(diǎn)提取易受環(huán)境光及攝影設(shè)備本身影響。視頻中火焰的顏色特征提取方法較簡(jiǎn)單，但不同材料燃燒火焰的顏色差異性較大，需在觀察分析大量試驗(yàn)樣本的基礎(chǔ)上使用該方法，一般作為火焰識(shí)別的輔助分析手段。

2.2 依據(jù)形態(tài)、運(yùn)動(dòng)特征識(shí)別火焰

從視覺(jué)角度看，火焰具有極不規(guī)則的形狀、一定的閃爍頻率與尖角特征?；鹧嫘螤铍S環(huán)境條件、可燃物性質(zhì)、燃燒程度變化而不同，表現(xiàn)出宏觀穩(wěn)定、微觀波動(dòng)的特征，即火焰中心短時(shí)間內(nèi)處于較穩(wěn)定的狀態(tài)與位置，火焰外圍產(chǎn)生非剛性跳動(dòng)并具有一定的頻率，即閃爍頻率，一般范圍為8～10 Hz[8]。燃燒產(chǎn)生的氣體溫度高、密度低，與周圍空氣的密度差會(huì)產(chǎn)生浮力，使火焰整體向上并在尾端呈現(xiàn)尖角，如圖2所示。

與火焰不同，環(huán)境中的光源，如電燈、車燈等一般形狀規(guī)則，具有宏觀穩(wěn)定、微觀亦穩(wěn)定的形態(tài)特征，不會(huì)產(chǎn)生邊緣跳動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)觀察到一定時(shí)間內(nèi)光源形狀不規(guī)則、邊緣跳動(dòng)明顯時(shí)，可初步判定此光源為火焰，進(jìn)而根據(jù)其出現(xiàn)時(shí)間、火焰大小、燃燒現(xiàn)象等分析火源性質(zhì)。當(dāng)視頻內(nèi)需觀察的對(duì)象距離較遠(yuǎn)時(shí)，可能無(wú)法準(zhǔn)確捕捉火焰整體形狀，但因其具有的尖角特征區(qū)別于常見(jiàn)光源一般具有的圓角、鈍角或直角特征，可以此作為識(shí)別火焰的有效判據(jù)。在進(jìn)行尖角特征解析時(shí)，需對(duì)視頻圖像進(jìn)行降噪處理以凸顯觀察目標(biāo)本體特征，判斷其是否具有尖角特征，尖角為火焰尖角還是由噪聲或毛刺引起的尖角，從而判斷光源是否為火焰。

3 煙氣視頻內(nèi)容深度解析

一般火災(zāi)初期會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，當(dāng)火場(chǎng)周圍監(jiān)控不能直接拍到火焰時(shí)，煙氣是判斷起火部位的重要依據(jù)，甚至一定程度上可反映火勢(shì)情況。以燃燒生成的熱量作為驅(qū)動(dòng)力，煙氣同時(shí)具有上浮和熱脹雙重流動(dòng)特征。燃燒越劇烈，分子運(yùn)動(dòng)速度越快，煙氣密度越小，其與周圍常溫空氣密度差加大，產(chǎn)生的浮力隨之增大，自下而上流動(dòng)速度加快，這在橫向氣流較弱的情況下最為明顯?；馂?zāi)煙氣一般流動(dòng)速度見(jiàn)表1[9]。由表1可知，在不受外界環(huán)境條件影響時(shí)，煙氣垂直流動(dòng)速度遠(yuǎn)大于水平流動(dòng)速度。

表1 火災(zāi)煙氣一般流動(dòng)速度

煙氣在上升飄散過(guò)程中，形狀不斷發(fā)生變化，其輪廓和邊界逐漸模糊，體積不斷擴(kuò)大，但煙氣發(fā)生源的位置，即火源位置短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定不變，可根據(jù)視頻影像中煙氣流動(dòng)方向和速度，對(duì)起火部位與火勢(shì)情況進(jìn)行初判。本文默認(rèn)視頻監(jiān)控在較高位置，根據(jù)煙氣上升飄散規(guī)律，當(dāng)煙氣由視頻畫(huà)面下方進(jìn)入時(shí)，主要表現(xiàn)為煙氣的垂直流動(dòng)，表明起火部位與監(jiān)控?cái)z像頭的水平距離較近，且位于煙氣水平流動(dòng)方向的反方向；當(dāng)煙氣由視頻畫(huà)面左側(cè)或右側(cè)進(jìn)入時(shí)，主要表現(xiàn)為煙氣水平方向的流動(dòng)，表明起火部位處于煙氣進(jìn)入視頻畫(huà)面的一側(cè)，且與攝像頭的水平距離較遠(yuǎn)；當(dāng)煙氣由視頻畫(huà)面上方進(jìn)入時(shí)，表明監(jiān)控位置附近有墻面或物品遮擋，起火部位距離較遠(yuǎn)，煙氣高位流動(dòng)遇到障礙后向下翻卷進(jìn)入視頻畫(huà)面。

有條件時(shí)可對(duì)煙氣流動(dòng)速度進(jìn)行估算，并依據(jù)煙氣流動(dòng)速度與起火時(shí)間階段的映射關(guān)系，對(duì)火災(zāi)階段與火勢(shì)大小進(jìn)行初判。選取視頻畫(huà)面中無(wú)移動(dòng)、有標(biāo)志性的建筑點(diǎn)位或物品進(jìn)行定位與測(cè)量，并對(duì)視頻圖像進(jìn)行校正與比例換算。在視頻影像中選取幾?？勺粉欉\(yùn)動(dòng)軌跡的煙塵粒子，定位其某段時(shí)間內(nèi)水平或垂直運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)與末點(diǎn)在視頻影像中的點(diǎn)坐標(biāo)、距離、角度等信息，并通過(guò)時(shí)間戳計(jì)算運(yùn)動(dòng)時(shí)間，對(duì)煙氣水平或垂直流動(dòng)速度進(jìn)行估算，依據(jù)表1推斷火勢(shì)大小及燃燒階段。需注意的是，擴(kuò)散開(kāi)的煙氣具有薄紗效應(yīng)，會(huì)使背景的高頻細(xì)節(jié)信息產(chǎn)生衰減[10]。另外，視頻影像中的煙氣顏色不僅與煙氣組成相關(guān)，煙氣濃度及背景光照對(duì)其影響也較大，因此魯棒性較差，不推薦通過(guò)深度解析煙氣顏色來(lái)獲取火場(chǎng)信息。

4 背景物品視頻內(nèi)容深度解析

當(dāng)監(jiān)控視頻無(wú)法直接獲取火源及煙氣變化信息時(shí)，火場(chǎng)內(nèi)背景物品表面存在的反射光亮可一定程度反映起火時(shí)間及起火部位等火場(chǎng)關(guān)鍵信息。2018年7月15日，河南省某五金雜貨商店發(fā)生火災(zāi)，通過(guò)深度解析室內(nèi)監(jiān)控視頻可發(fā)現(xiàn)，視頻時(shí)間3時(shí)26分57秒時(shí)貨架上某線圈塑料包裝及金屬梯上部出現(xiàn)橙紅色光亮變化，表明此時(shí)該房間出現(xiàn)火光，該房間起火時(shí)間為視頻時(shí)間3時(shí)26分57秒左右。在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，背景物品具有的光滑平面或曲面對(duì)火光進(jìn)行反射，可在一定程度上反映起火部位。如圖3貨架中線纜的塑料包裝，出現(xiàn)光亮變化的位置靠近監(jiān)控方向，因此起火部位位于監(jiān)控方向一側(cè)。粗糙材質(zhì)或有遮擋的背景物品因漫反射現(xiàn)象明顯，一般僅能反映火源的出現(xiàn)、存在、滅失等過(guò)程現(xiàn)象，難以用于分析起火部位。因此，在利用背景物品光亮變化幫助分析起火時(shí)間與部位時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注具有光滑表面的物品，并逐幀分析其光亮變化，獲取發(fā)生光亮變化的時(shí)間與位置，以分析推斷起火準(zhǔn)確時(shí)間和起火部位。

當(dāng)火場(chǎng)環(huán)境昏暗，難以發(fā)現(xiàn)背景物品明顯的光亮變化時(shí)，可通過(guò)觀察環(huán)境整體光亮反應(yīng)判斷是否有火源存在。因火焰具有的閃爍與跳動(dòng)性，環(huán)境光亮?xí)霈F(xiàn)類似的頻閃或明暗交替現(xiàn)象，頻率與火焰閃爍頻率正相關(guān)。當(dāng)觀察到環(huán)境光亮有此現(xiàn)象時(shí)，可初步判斷附近有火焰出現(xiàn)，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查進(jìn)一步確定起火部位等。

圖3 某火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)背景物品光亮變化

5 結(jié)論

本文提出深度挖掘火場(chǎng)起火初期視頻中關(guān)于火焰、煙氣、背景物品光亮等的解析要點(diǎn)或分析方法，以得出可支撐確定起火部位、起火時(shí)間、起火原因、可燃物的隱藏信息，為現(xiàn)場(chǎng)勘查與案事件調(diào)查提供幫助，主要結(jié)論如下：(1)對(duì)近距離火焰視頻內(nèi)容進(jìn)行深度解析，可根據(jù)氣體、液體、固體三類物質(zhì)燃燒特征的不同，通過(guò)分析火焰燃燒特征判斷可燃物種類、有無(wú)助燃劑及火災(zāi)性質(zhì)等，為案事件定性及現(xiàn)場(chǎng)勘查重點(diǎn)提供方向。(2)對(duì)遠(yuǎn)距離火焰視頻內(nèi)容進(jìn)行深度解析，可根據(jù)火焰的顏色特征、形態(tài)特征(不規(guī)則形狀、尖角特征)與運(yùn)動(dòng)特征(閃爍)等，排除常見(jiàn)光源的干擾，以準(zhǔn)確識(shí)別火焰，為還原火焰出現(xiàn)、存在等現(xiàn)象提供支撐。(3)對(duì)煙氣視頻內(nèi)容進(jìn)行深度解析，可根據(jù)煙氣流動(dòng)方向?qū)ζ鸹鸩课贿M(jìn)行初判，通過(guò)測(cè)定視頻內(nèi)某些煙塵粒子的速度初步判定起火階段或條件，幫助整體把握火場(chǎng)情況。(4)對(duì)背景物品視頻內(nèi)容進(jìn)行深度解析，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注具有光滑表面的平面或曲面背景物品，分析其出現(xiàn)光亮變化的時(shí)間與位置，為判定起火時(shí)間與起火部位提供幫助。

需注意的是，本文提出的深度解析火場(chǎng)視頻內(nèi)容的要點(diǎn)與方法，在實(shí)際使用時(shí)應(yīng)根據(jù)案事件具體情況進(jìn)行選擇。由此解析出的各類信息，不作為判定起火部位、起火時(shí)間、起火原因、可燃物等的唯一證據(jù)，應(yīng)作為現(xiàn)場(chǎng)勘查與案事件分析的輔助手段，為其提供線索、指明方向或佐證分析，從而為案事件的分析與調(diào)查提供支撐。