视频监控技术在火灾报警领域的新突破

■ 王洋 李国生 郜昕

随着社会的不断进步，城市规模的扩大，人口密度的增加，消防安全变得越来越重要。近年来，我国发生了很多重大火灾，主要集中在人员密集场所、仓储物流及高大建筑物内，造成了极大的人员和经济损失，社会影响也越来越大。火灾发生主要原因之一就是现有的建筑消防设施设备不够完善，老化、维护更新不及时，针对这种情况，公安部天津消防研究所和国家消防工程技术研究中心组织有关专家共同研发了一款“火眼”视频图像火灾探测软件（以下简称“火眼”探测软件）。它利用各种建筑内已普遍安装的视频监控系统，通过高水平的计算机图像识别技术，识别监控区域内可能出现的火焰和烟雾。该系统既可在相应场所单独使用，也能在传统火灾报警系统发生损坏或维修时，作为其有效的补充手段。“火眼”探测软件具备探测速度快，火灾定位准确等多项特点，做到早发现早预警，与传统火灾报警系统同时使用，可以最大限度地减少火灾造成的损失。

软件原理

基于图像处理的火灾监控系统是一种以计算机为核心,结合光电成像技术和计算机图像处理技术的火灾自动监测处理系统。它通过对摄像机现场成像的实时动态分析，来确定火灾警情的状态，从而进行早期报警。

“火眼”探测软件总体基于图像智能识别技术及机器学习理论，在软件研制期间，国家消防工程技术研究中心通过对几千例标准火焰的实验，进行了多达几万次的燃烧试验，通过提取火焰、烟雾的图像学特征进行深入分析，并形成标准火焰图像数据库，使该软件能够识别各种火焰和烟雾。

图像智能识别理论已成为近年来图像研究领域的新热点。智能识别目前主要有以下几种方法：统计（或决策理论）法、结构（或句法）方法和神经网络法。本软件结合以上智能识别各分支的优点，利用先进的算法判决公式，得到最大概率结果，并与标准火焰图像特征库中的概率阈值相比较，得到一个最可靠、最准确的判决结果。

早期的火焰特征与熊熊燃烧起的火焰还是有较大区别的。我们经过大量的实验，观察了大量的早期燃烧样本，总结出了火焰在早期燃烧时的判别特征。将以上诸多特征作为多项输入，合理运用算法公式，通过深入分析，进而得到最可能被判决为火灾的图像。

软件技术特点

1、当被判决为火灾图像时，“火眼”探测软件采用两级报警方式，当监控摄像区域内出现火焰或烟雾时，软件通过智能分析可以提供多级报警机制。在观测到火点时，“火眼”软件在第一时间作出反应，提醒用户注意。当烟雾或火焰持续加强，探测软件通过分析进一步判断确认为火灾图像时，“火眼”则发出明确的火警信号，引发声光报警，使值机人员能够有充裕的时间准确判断火警情况后，再依据应急方案采取相应的消防措施。两级火灾报警方式可以防止其它干扰因素，保证了“火眼”软件报警的准确性。

2、软件单纯基于图像内容进行分析，无需借助其它传感设备，成本低，反应敏捷，更加直观，可作为火灾预警的主要补充手段，当其它火灾探测设备发生故障或维修时可作为替换探测设备。

3、可同时识别火焰和烟雾：“火眼”探测软件采用了两套独立的国内首创的图像模式识别技术，能够同时分别探测监控摄像区域内的火焰和烟雾，并发出相应的报警信号，无论是阴燃的烟雾还是明火的火焰，都能在火灾初期通过软件后台分析，做到迅速识别、快速报警。

“火眼”探测软件四大优势

1、适用性强：“火眼”视频图像火灾探测软件针对国内主流的各种品牌型号的监控摄像系统，开发了多种软件接口，既能应用于数字方式的监控摄像系统，也适用于模拟方式的监控摄像系统，加载方式简单，运行可靠，同时软件适用于多种型号的监控摄像系统，具有广泛的兼容性和适用性。

2、探测速度快：采用图像模式识别技术的“火眼”探测软件，正常情况下在视频火灾图像出现的五秒之内就能在图像上发现火焰或烟雾，发出预警信号和报警信号，而传统模式的点型感温或感烟探测器则需要探测器处的温度或烟浓度达到一定的数量值才能报警，相比之下“火眼”软件的探测速度更快，报警时间更早。该项测试数据已经通过国家相关质量认证部门和公安部沈阳消防研究所测试并取得了相关的试验检测报告。

3、抗干扰能力强：基于国际ISO标准开发的“火眼”探测软件，在实际应用过程中能够抵抗监控摄像区域内的强光、弱光、闪光等光源干扰，只有当火焰或烟雾出现时才发出报警信号，有效的识别其他干扰因素，因此软件具有很强的抗干扰能力。

4、火灾定位准确：软件拥有能够回放报警时段现场状况的记忆功能，即使火场烟雾弥漫，消防人员仍能通过“火眼”的回放功能，准确判断起火点和起火原因，采取有效措施扑灭火灾，有利于事故后的总结和改进。

“火眼”探测软件的市场应用

室内大空间

传统的点型感温火灾探测器的探测高度一般不超过8米，点型感烟探测器的探测高度一般不超过12米。在高度超过12米的室内高大空间，只能安装红外或紫外对射火焰探测器，但系统的长期维护比较困难，例如钢结构大空间红外会受其钢结构变化、沉降等原因无法精确对射造成持续性误报等。相比传统的火灾报警系统，“火眼”软件更适合安装在室内高大空间，在局部区域内替代火灾报警系统或作为火灾报警系统的有效补充手段使用。

特殊室内场所

安装室内灭火系统的重要场所，灭火系统的启动可能会对保护区域内的重要设备造成损坏，造成比较大的经济损失，例如信息管理室、交换机房、精密仪器室等。如果同时在监控摄像系统中安装“火眼”软件，就能在火灾报警时，由消防值班人员在视频图像上确认火警后再决定是否启动灭火系统，这样既不延误报警，又能有效避免灭火系统的误动作带来的经济损失。

局部火灾报警应用

在已经使用火灾报警系统的建筑中，传统的火灾报警系统经过长期运行后，经常会有报警设备损坏需要维修，在维修期间，可以使用“火眼”软件临时在局部场所替代火灾报警系统监控火警的发生。

大型厂房

国内石油、石化、钢铁、冶金、电力等行业内经常建有大型的设备或生产厂房，有些厂房空间高大、环境恶劣，传统的火灾探测设备往往无法有效地长期运行，但这类场所普遍安装了监控摄像系统，在摄像系统上安装“火眼”软件将是一个非常有效的火灾报警手段。

大型仓库

在各种大型仓库中，由于货物或货架堆积较高，传统的感温、感烟探测器探测火灾的时间较长，发生火灾后损失较大。拥有探测火焰和烟雾功能的“火眼”软件，则能够在最短时间内监控火灾的发生，减少经济损失。

特种仓库

对于腐蚀性比较强的烟草仓库、有特殊要求的特种物质储备仓库等不适合安装传统火灾报警系统的场所，在其监控摄像系统中安装“火眼”软件，可以有效的替代传统的火灾报警系统使用。

地铁隧道

目前国内的地铁隧道通常使用线型感温电缆或光栅光纤感温探测火灾。但上述探测方式成本较高，一旦损坏不易维护。在地铁隧道中采用“火眼”视频图像火灾探测软件，不仅成本低廉、探测方便，而且报警时间早，定位准确，“火眼”软件是这类场所火灾报警方式的最佳选择。

博物馆、档案馆、图书馆

国家或省市、地区的大型博物馆、档案馆、图书馆等场所，如果安装了水喷淋或气体等自动灭火系统，灭火系统启动后会对上述场所保存的物品造成比较大的损害；同时上述场所一旦发生火灾时要求早报警，快灭火，以减少火灾损失。在这些场所的监控摄像系统中安装“火眼”软件，和传统的火灾报警系统一起使用，就能比较好的解决上述问题。

重要文物保护场所

一旦国家或省市的重要文物保护场所发生火灾，会造成难以估量的损失，因此早期预报火警、准确定位起火点、快速扑灭火灾是所有文物保护场所在火灾发生时的最佳选择，在这些场所的监控摄像系统中使用“火眼”软件恰好能够满足这种要求。

“火眼”探测软件的市场前景

在城市监控摄像系统快速发展的今天，适用于主流监控摄像系统的“火眼”探测软件技术先进，优势明显，既可在特殊场所单独使用；也能在传统火灾报警系统发生损坏或维修时，作为其有效的补充手段；“火眼”软件同时还具有探测速度快，火灾定位准确的特点，与传统火灾报警系统同时使用时，可以最大限度地减少火灾造成的损失。

“火眼”软件已经获得了国家发明专利，其相关技术已受到国家专利法保护，同时基于监控视频图像的火焰和烟雾图像识别检测技术填补了国内相关领域的空白。

“火眼”探测软件能够充分利用各种场所的安全监控摄像系统和工业摄像系统，以较低的成本实现了监控摄像系统的火灾报警功能，结合了“火眼”软件的监控摄像系统具有成本低、报警早、定位准确、使用方便的特点，在国内消防领域具有非常广阔的应用前景。