火眼金睛 眼疾手快——记火眼视频图像火灾探测软件开发与应用

文·图/本刊记者 谭凤珍

2018年5月7日11∶08∶03绍在公安部天津消防研究所实验区绍火警警铃突然报警！随之绍消防控制室里的电脑屏幕上弹出一张视频监控图片绍并不断跳弹闪烁备值班人员立即点开图片查看绍醒目的红色边框标锁定火苗绍图片右下角显示报警地点为为Cmera08备随后绍值班人员提起灭火器到达监控区域将火扑灭备这是一次针对火眼图像火灾探测报警软件火警预报的现场模拟测试绍从工作人员点燃实验木条到发出报警绍间隔仅9 s绍从起火到值班人员扑灭火源绍用时94 s备

火眼监控显示屏上出现跳弹的火警窗口

近年来，重特大火灾时有发生，其中大多数火灾事故在事发前都存在着潜在的火灾隐患，未能及时发现隐患，是导致事故发生的原因之一。当前,温感探测和烟感探测是应用最广泛和最成熟的火灾探测技术,但是这类传统的探测器无法在起火初期进行火灾报警。

由国家消防工程技术研究中心、公安部天津消防研究所研究出的火眼视频图像火灾探测软件（以下简称“火眼”），采用了2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区域内的火焰和烟雾，最快能够在起火10 s之内，发出火警信号,且有成本低、适用性强、误报率低、火灾定位准确等特点。

独创技术 用“眼”看火情

“火眼”是一款图像火灾探测报警软件，它利用已经安装的各种室内监控摄像头的实时图像，采用2套独创的具有先进算法的计算机图像模式识别技术，同时对火焰和烟雾图像精准识别，当监控的视频图像中出现火焰或烟雾时，计算机通过特征识别就能快速准确地判断出火情，并发出报警信号，报警信号可通过网络方式进行传输，适用于各种信息化管理平台。

公安部天津消防研究所信息部主任李国生说：“这款系统自研发完成至今已经历时6年，经过多次升级和改进，现已相当成熟。我们收集了各领域各场所的各种类型的火焰和烟雾形态，建立了一个几万例的火灾数据库，结合计算机视觉（Computer Vision）、图像处理（Image Processing）、模式识别(Pattern Recognition)、机器学习(Machine Learning)等独创出一套火焰和烟雾识别技术，利用已经安装的各种室内监控摄像头的实时图像，对火焰和烟雾图像精准识别，使得基于图像模式识别技术的火灾探测报警系统具有了实际应用价值。”

“火眼”在原理上与传统火灾探测方式完全不同。“火眼”系统改变了传统火灾报警系统的探测方式，由间接地“听”火灾报警声音，改为直接地“看”火灾现场的实时图像。李国生说：“简单地说，‘火眼’的运作即安防系统中的摄像头是‘眼睛’，‘火眼’软件是‘大脑’，‘眼睛’把“看”见的画面传输给‘大脑’，‘大脑’通过分析，识别出火或者烟雾，发出报警的一个过程。”“传统的感温或感烟探测器,基于温度高低和烟雾大小,也就是说,要在温度或烟雾浓度达到一定数量值才能警报,而这时火情往往已经形成一定规模，控制比较困难；而‘火眼’是利用视频监控，在火焰或烟雾出现的初期，就开始分析识别火焰和烟雾的状态，并发出相应的报警信号，识别和报警速度极快，比传统火警预报速度至少提高了5倍。”

谈起“火眼”的取名，李国生说：“‘火眼’就是火眼金睛的‘火眼’，眼疾手快的‘火眼’。它除了能‘用眼睛看’,还能‘作出判断’，直接监视到火灾中心的起火点。传统的报警系统只能发出简单警报,而‘火眼’则可提供可视化报警图片,包括失火的时间、点位、布置以及周边是否有人员被困和其他易燃易爆品的存在情况等,便于相关人员采取最方便、快捷、高效的手段及时扑救。”“‘火眼’系统的网络化传输功能，可以和传统119电话报警系统相结合，在119报警的同时将火灾现场的准确信息传送给消防指挥员，使消防指挥员在出发前就能准确地掌握火场信息。”

“火眼”是可视化的火灾报警系统。当出现火情时，传统的火灾报警系统报警后，消防员如果不到现场就无法了解真实情况，无法确认是否为火情。而“火眼”软件是在视频图像上发出的报警，消防值班人员可以根据图像很方便地确认火警或误报。李国生说：“一旦‘火眼’监控区域有火焰或者烟雾出现，在监控室的显示屏上就会连续跳弹出带有火苗或者烟雾影像的窗口，同时响起警报，安保人员只要点开图像查看就知道是否为真实火情。”

图像识别 多项优势

抗干扰能力强

“‘火眼’软件是基于国际ISO标准开发的，在实际应用过程中能够抵抗监控环境中的强光、弱光、闪光等各种光源干扰，排除在不同环境下的人为和场景干扰，具有强大的抗干扰能力。”李国生说：“一般情况下，所有的火灾报警系统都存在一定的误报率，‘火眼’也有可能出现误报的情况，但误报率很低。如果出现误报，安保人员可在可视化的图像上清晰地看见现场情况，如果不是真实火情，点击删除，取消警报即可，整个过程在5 s之内可以解决。如果安保人员误删真实火警，‘火眼’报警窗口会持续弹跳现场图片，并持续响警报，直到火情消失。”

记者随“火眼”项目负责人张园园来到天津钢铁集团中厚板厂，看见生产车间有正在输送的红色还未冷却的钢板，还有其他红色的光源等，但“火眼”系统并没有自认为是火情进行报警。张园园介绍说：“我们在安装‘火眼’系统时，已经采集了相应的环境干扰因素，进行了系统调试，一般情况下，‘火眼’不会乱报警。”

探测速度快

采用先进图像模式识别技术的“火眼”软件，最快可在视频火灾图像出现的10 s之内，就能在图像上发现火焰或烟雾，同时发出火灾报警信号。在公安部天津消防研究所实验室（以下简称“实验室”），实验员将1个由25根20 cm×1 cm×1 cm木条搭成的方形木垛，用10 mL可燃液体均匀洒在木垛上,点燃木垛，根据记者现场记录，点燃木垛后8 s,火灾报警器就已经响起。实验员在吊架上挂90根长度为300 mm，直径为4 mm的纯棉棉绳用打火机点燃，吹灭明火，现场出现清淡烟雾，12 s后，火灾报警器响起警报。在警报响起的同时，实验室视频控制室的计算机显示屏上不断跳弹带有火苗（烟雾）的图像框，记者从中能清楚地看清图像是火苗还是烟雾，以及此监控区的其他物品情况。当记者删除跳弹出来的画面时，图像框又持续跳弹，直到火焰被扑灭后才停止。

保留起火证据

“火眼”具有实时存储火灾报警图片、回放起火时段视频的功能。记者打开“火眼”系统硬盘，出现火情的图像按时间顺序保存，图像上显示有具体的时间和精确的地点，图像查看方便，可复制，可转移。“当出现火灾报警后，每张报警图片、报警信息全部有效存储,上传到一个日志文件夹,这些数据信息将存入‘火眼’的‘大脑’,它随时自己‘学习’,便于下一次判断更加迅速和准确。”李国生说：“如果安装了‘火眼’系统，一旦出现了火灾，当消防人员到达现场后，可根据最初的火灾图片，判断起火点和起火原因，即使火场烟雾弥漫，消防人员仍能通过火警信息存储功能，准确地找到起火部位，采取有效措施扑灭火灾。”

李国生向记者播放了一段“火眼”监控下出现火灾的实例视频，视频显示,2014年7月6日9时许，在天津市北辰韩家墅批发市场，一个杂乱堆放塑料物品的房间内，2个身高不足1.2 m的孩子在玩“你点火我扑灭”的游戏，12 min 35 s时，孩子们点燃塑料物品后离开，14 min 9 s时，现场出现小火苗，14 min 42 s 时，“火眼”火警警报响起，同时视频中的火焰锁定图片弹出，用时33 s。从起火到安全员赶到现场扑灭火源，整个过程不超过5 min，在堆放大量可燃物的房子里，燃烧面积只扩大到一个小饭桌面积大，就被扑灭了。李国生说：“那里人员和杂物非常密集,一旦形成火灾，扑救非常困难,火情多蔓延1 s,都可能带来极大的伤亡和损失。”

设备兼容性强

“火眼”软件针对目前市场上普遍使用的各种型号的视频监控系统，开发了对应的多种软件接口。既有应用于数字模式的视频监控系统，也有适用于模拟方式的视频监控系统。加载方式简单，操作方便，具有广泛的适用性和兼容性。记者在实验室见到用于实验的几百个摄像头，这些摄像头包括海康、大华、宇视、科达、天地伟业、华为等，还有其他叫不上名的摄像头。“火眼”市场总监张丛说：“所有的模拟摄像机及支持ONVIF协议的数字摄像机，都在我们的研究范围之内，目前市场上普遍使用的各种型号的视频监控系统，均可通过多种软件接口与‘火眼’实现互联。”

安装便捷

“火眼”系统主要由安装“火眼”视频图像火灾探测软件的服务器和普通视频监控系统组成。在公共普通视频监控平台的服务器后面加装“火眼”服务器。也就是由“火眼”软件、“火眼”定制服务器、视频编码设备（原监控系统的硬盘录像机等）、摄像头、报警器组成。将安装了“火眼”软件的服务器与普通视频监控系统用网线连接，打开软件，创建用户名和密码，进行相关设置后，“火眼”的安装就完成了。张丛指着1个40 cm×60 cm×10 cm的黑色服务器说：“‘火眼’的安装没有复杂的技术含量和繁琐的设备，我们的核心是软件，加上我们定制的这个服务器，连接上原监控系统的视频编码设备就行了。”

成本较低

李国生说：“市场上现有的一些视频图像报警系统需要精密的光学设备作为支撑，安装成本较大。‘火眼’是在现有的视频监控系统的基础上加装软件，对视频监控器的要求也相当普通，不需要昂贵的设备，后期维护和升级也较简单。”在天津钢铁集团中厚板厂，张丛为“火眼”软件进行了免费升级，只见他插入U盘，复制好一个文件夹，再打开“火眼”软件进行调试，升级就完成了，整个过程不超过3 min。

目前，在北京、上海、天津等多处企业和公共场所已安装了“火眼”系统。“火眼”特别适用于高大空间的大型场馆及人员密集场所。如文博、城市轨道交通、烟草仓库、公路隧道、仓储物流、电力系统、通信行业、金融机构、钢铁冶金企业、石油化工企业、铁路系统、民用机场、文化教育、医疗卫生、城镇燃气、水处理行业、大中型矿山、城市地下综合管廊、大型综合批发市场等。李国生说：“‘火眼’是火灾报警辅助系统，我们不是要占领市场，不是要替代传统火灾报警系统，我们是辅助，是要与传统的安防系统共同保护更多的人身财产安全，尽早尽快地发现火情，尽可能地减少损失！”