基于复合热烟火图像处理的 大跨度煤场火灾定位技术试验研究

吴孚辉 翁建明 鲍丽娟 吴超 张恒 王君伟

摘要：文章基于对现阶段于大跨度煤场内运用的火灾自动报警系统进行探讨，将以单摄像头视频图像为基础的火灾定位以及探测技术提出，同时通过全尺寸的大跨度煤厂，实施了具体的验证过程。

关键词：图像处理;大跨度煤场火灾探测;火灾定位

对于大跨度煤场而言，火灾事故属于较为多见的事故，只要出现此类事故，就很有可能导致财务损失以及人员伤亡。其跟露天情况下所出现的火灾存在一定的差异，下列为其具体特征：会产生浓烟，没有太好的能见度，温度会在短时间内快速提高。假若无法于第一时间实施控制，不需要多久火势就会很快蔓延开来，同时让洞内温度出现飙升的情况。根据不少大跨度煤场所出现的火灾案例能够看出，假若相关的运营管理部门可以在第一时间察觉到大跨度煤场内所产生的火情，马上通过相应的应急措施实施处理，便可以规避火势蔓延的情况出现，使财产损失以及人员伤亡降到最低。根据这一现状，中国绝大多数公路隧道当中均会装设火灾自动报警系统。现阶段在大跨度煤场中所用的火灾自动报警系统以感温型（比方说分布式光纤以及光纤光栅类的）、感火型（比方说三波长以及双波段类的）为主。尽管如今所用的报警系统可以达到火灾自动报警的目的，可是其功能方面却依旧有缺陷：首先，感温型的系统无法快速响应，只要出现纵向风，便会使之无法精准确定位报警的具体位置;其次，双/三波长类的系统如若是出现规模不大的火灾，则无法快速进行响应，且一旦出现遮挡，对于火灾具体的位置则很难确认，特别是当煤场具备较大跨度时，不仅得将纵向方面的位置确认下来，同时还得将横向方面的位置确认下来。所以该采取怎样的方式对能够检测大跨度煤场内是否出现火情的相关技术加以利用，同时跟自动消防设备互相配合，将火灾消灭于初级阶段，不受浓烟带来的干扰，精准确定货源位置，然后对消防设备进行控制，第一时间灭火，属于具备较大跨度的煤场必须要马上解决的情况。

现阶段所用到的火灾图像定位技术以双目以及单目摄像机定位技术为主。前者对双目摄像机加以利用，拍摄火源之后，将具体的图像信息计算后，利用三角形测量原理，将其具体的空间坐标获取;后者则是对CCD摄像头加以利用，使之进行旋转扫描，然后将所获的火源图像利用具体的坐标，将其具体的位置确认下来。就前者而言，其有十分显著的滞后性，不具备充足的定位精度;而后者所用的方面以民用高达空间建筑为主，对于大跨度煤场方面，并没有实施太多研究，由于该类空间不具备很好的能见度，同时拥有一个十分狭长的空间，因此已有技术对于此类环境适应度尚显不足。这一研究对图像处理技术加以运用，进而对具体的活在图像特征进行识别，同时将火灾报警发出，将具体火灾出现的位置确认下来。

一、图像火灾探测及定位原理

就图像火灾探测技术而言，所用到的技术以图像处理为主，通过摄像机对相关视频图像实施捕捉，然后实施处理。进行处理之际，具体的步骤有捕捉目标、对图像实时预处理、提取目标、对目标进行匹配、对特征进行提取、将目标确定，下列内容是处理过程：

1.比较通过连续采集所获图像，对其实施是不是存在运动目标的检测;2.若是有运动目标存在，那么需要对视频图像实施二值化预处理;3.紧接着对目标实施提取以及匹配，将周期不变的视频图像处理完成，然后将目标链表内不同目标所具备动、静态特点提取出来，同时实施已经结合了各项特征的目标判决，对是不是出现火灾进行确定;4.只要确定有火灾出现，马上处理报警图像，然后将具体的位置确认下来。

二、试验设计

对全尺寸大跨度煤场加以利用，落实具体的火灾探测和精准定位相关实验。进行试验时所选的煤场长宽高分别是200m、25m、68m结构形式是钢结构。在煤场入口位置的侧壁马道上对该探测器进行装设，具体的装设高度是15m。

让复合型火灾探测器所拥有的主机跟视频硬盘录像机连接在一起的方式是对线缆加以利用，二者均在控制室进行设置。

在实施试验点火之际，需要对手持式照度计测器加以利用，对火源点位置所具备的光强照度实施测量，同时需要对手持式热线风速仪加以利用，对火源上游大概2m位置所具备的风速实施测量。

三、试验结果分析

（一）探测响应时间分析

实施试验之际，所用的火源是汽油池火，燃料所放的容器是油盆，制作材料是钢板，具体厚度是2mm，高是10cm。尚未正式试验之际，需要保证探测器能够正常使用，能够正常打开视频录像和相应的记录设备;当出现点火信号以后，对具体的时间进行记录;完成试验，则需要对报警时间进行记录。在这中间，探测器所具备的安装高度是15m，表1所呈现内容便是试验工况和具体的报警时间结果。此番所进行的试验对于大跨度煤场当中所具备的光亮、风速和具体的火源大小给图像型火灾探测器具体的报警时间带来的相关影响进行了具体观察。根据试验所获结果可以发现，一共14个探测器，没有保持10s内进行报警的只有一个。

1.光照强度

该类型的火灾探测器所用的系统属于远红外/可见光双视系统，在该系统当中，通过对红外镜头加以利用，可以将可见光之类的光照强度所带来的影响消除。当具备同等火源大小之际，1至3号工况呈现出了11.8lx、25lx、9.8lx的光照强度，但是4号工况则呈现出了758lx的光照强度。数十倍于另外三个工况，其平均数都处于10s以下;9至12号工况所呈现出来的试验结果一样。该结果意味着光照强度大体上不会影响到该类火灾探测器所具备的报警时间。

2.火源尺寸及探测距离

进行试验之际，所用的火源尺寸一共有四类，分别是15cm×

15cm、25cm×25cm、40cm×40cm以及70cm×70cm。工况1、2、5、9、10具备大致一样的探测距离（具体是40m至55m之间）。工况1、2（大致具备15cm×15cm的火源尺寸）具备大概6.75s的平均响应时间，工况5（大致具备25cm×25cm的火源尺寸）则具备大概2是的平均响应时间。最终的试验结果可以看出，一旦具备一致的探测距离，如若火源具备较大的尺寸，则探测器就会发出更快的响应。之所以如此，是因为火源具备更大的规模，镜头所能够收集到的視频图像也会更大，当火焰出现形状改变时，效果更为显著，对于探测器发出报警信号更为有利。

3.环境风速

进行试验之际，对火源周边所具备的环境风速进行了测量。在所用的火源尺寸以及探测距离方面，工况7、8一致，工况9、10一致。前者具备1.7m/s以及0m/s的环境风速，探测器会在7s以及4s时发出响应;后者则具备0m/s以及1.8m/s的环境风速，探测器会在3s以及4.5s时发出响应。根据试验结果能够发现，如果具备一致的火源尺寸以及使用一致的探测器，出现环境风速时，会让探测器具体的响应时间放缓，不过不会造成过大的影响。

（二）火灾定位结果分析

此番试验对大跨度煤场之中所具备的环境风速、光亮度和火源大小给最终定位带来的影响进行了观察，表2所呈现的是具体的结果。按照试验结果能够发现，大多数工况中，火源定位不会出现太大的误差，通常不超过±1;与此同时，大跨度煤场当中所具备的环境亮度也不会让火源定位出现太大的误差，不过风速却可以在很大程度上让火源误差提高，比方说当具备超过2.2m/s的环境风速时，在纵向定位方面，就会出现超过一米的误差。

1.火源尺寸

对于工况1，所用的火源尺寸是15cm×15cm，工况5所用的火源尺寸则是25cm×25cm，工况9所用的火源尺寸是40cm×40cm，三者跟火源之间均保持大概40至50m的距离。从试验结果能够看出，当火源尺寸不一致时，不会出现太大的误差，横向以及纵向两个方面的误差分别是不超过0.2m以及不超过0.5m。这就意味着当探测距离不是很远之际，图像型探测器在对火源实施定位时所出现的误差不会因为火源尺寸而受到影响。

2.环境风速

本次试验中，工况1至3以及5至11均具备不超过100m的探测距离。在这中间，3号、8号、9号工况具备0m/s的环境风速，12号工况具备1.1m/s的环境风速，5号、7号以及10号工况具备1.7m/s的环境风速，6号工况则具备2.9m/s的环境风速。根据试验结果能够发现，如果没有超过100m的探测距离，环境风速不会给火灾定位误差带来太大的影响，横纵两向分别存在不超过0.35m以及不超过1.1m的误差。反之，就会在一定程度上给定位误差代理影响，最大的会在1m以上。图3所呈现的内容为不同试验工况所具备的火焰复合型图像。根据图能够发现，具备较大风速之际，因为风速的缘故，火焰下部会出现倾斜，以至于其中心发生偏移。

四、结语

为第一时间让负责运营管理以及救援的相关人员获取精准的大跨度煤场内出现的火灾信息，此篇文章基于让火灾自动报警所有的功能得到满足的情况下，提出复合型图像处理这一方式，同时利用全尺寸试验，实施了具体的验证，通过验证之后所获结果可知：

1.该类探测器可以第一时间精准地找出火灾，同时将报警信号发出，确保不需要超过10s的报警时间。

2.对于大跨度煤场而言，其环境亮度不会给报警时间以及定位误差带来太大的影响。

3.该技术能够精準地对火源实施定位，如若在100m以内进行探测，煤场之中具备的环境风速不会给定位精度带来太大的影响，所产生的误差不会超过1m。

4.如果是在100m以外进行探测，则环境风速会在一定程度上给定位精度带来影响，使之出现超过1m的误差。

参考文献：

[1]贾道祥，刘鹏举，张英凯，刘长春，孙永明.基于地形匹配的图像烟火定位方法研究[J].北京林业大学学报，2018，40（06）：19-29.

[2]贾道祥.基于地理标记图像的烟火定位与林火三维可视化模拟[D].中国林业科学研究院，2018.