火眼金睛 眼疾手快
——記火眼視頻圖像火災(zāi)探測軟件開發(fā)與應(yīng)用

文·圖/本刊記者 譚鳳珍

2018年5月7日11∶08∶03紹在公安部天津消防研究所實驗區(qū)紹火警警鈴?fù)蝗粓缶?！隨之紹消防控制室里的電腦屏幕上彈出一張視頻監(jiān)控圖片紹并不斷跳彈閃爍備值班人員立即點開圖片查看紹醒目的紅色邊框標鎖定火苗紹圖片右下角顯示報警地點為為Cmera08備隨后紹值班人員提起滅火器到達監(jiān)控區(qū)域?qū)⒒饟錅鐐溥@是一次針對火眼圖像火災(zāi)探測報警軟件火警預(yù)報的現(xiàn)場模擬測試紹從工作人員點燃實驗?zāi)緱l到發(fā)出報警紹間隔僅9 s紹從起火到值班人員撲滅火源紹用時94 s備

火眼監(jiān)控顯示屏上出現(xiàn)跳彈的火警窗口

近年來，重特大火災(zāi)時有發(fā)生，其中大多數(shù)火災(zāi)事故在事發(fā)前都存在著潛在的火災(zāi)隱患，未能及時發(fā)現(xiàn)隱患，是導(dǎo)致事故發(fā)生的原因之一。當前,溫感探測和煙感探測是應(yīng)用最廣泛和最成熟的火災(zāi)探測技術(shù),但是這類傳統(tǒng)的探測器無法在起火初期進行火災(zāi)報警。

由國家消防工程技術(shù)研究中心、公安部天津消防研究所研究出的火眼視頻圖像火災(zāi)探測軟件（以下簡稱“火眼”），采用了2套獨立的國內(nèi)首創(chuàng)的圖像模式識別技術(shù)，能夠同時分別探測監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的火焰和煙霧，最快能夠在起火10 s之內(nèi)，發(fā)出火警信號,且有成本低、適用性強、誤報率低、火災(zāi)定位準確等特點。

獨創(chuàng)技術(shù) 用“眼”看火情

“火眼”是一款圖像火災(zāi)探測報警軟件，它利用已經(jīng)安裝的各種室內(nèi)監(jiān)控攝像頭的實時圖像，采用2套獨創(chuàng)的具有先進算法的計算機圖像模式識別技術(shù)，同時對火焰和煙霧圖像精準識別，當監(jiān)控的視頻圖像中出現(xiàn)火焰或煙霧時，計算機通過特征識別就能快速準確地判斷出火情，并發(fā)出報警信號，報警信號可通過網(wǎng)絡(luò)方式進行傳輸，適用于各種信息化管理平臺。

公安部天津消防研究所信息部主任李國生說：“這款系統(tǒng)自研發(fā)完成至今已經(jīng)歷時6年，經(jīng)過多次升級和改進，現(xiàn)已相當成熟。我們收集了各領(lǐng)域各場所的各種類型的火焰和煙霧形態(tài)，建立了一個幾萬例的火災(zāi)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合計算機視覺（Computer Vision）、圖像處理（Image Processing）、模式識別(Pattern Recognition)、機器學(xué)習(xí)(Machine Learning)等獨創(chuàng)出一套火焰和煙霧識別技術(shù)，利用已經(jīng)安裝的各種室內(nèi)監(jiān)控攝像頭的實時圖像，對火焰和煙霧圖像精準識別，使得基于圖像模式識別技術(shù)的火災(zāi)探測報警系統(tǒng)具有了實際應(yīng)用價值?！?/p>

“火眼”在原理上與傳統(tǒng)火災(zāi)探測方式完全不同?！盎鹧邸毕到y(tǒng)改變了傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)的探測方式，由間接地“聽”火災(zāi)報警聲音，改為直接地“看”火災(zāi)現(xiàn)場的實時圖像。李國生說：“簡單地說，‘火眼’的運作即安防系統(tǒng)中的攝像頭是‘眼睛’，‘火眼’軟件是‘大腦’，‘眼睛’把“看”見的畫面?zhèn)鬏斀o‘大腦’，‘大腦’通過分析，識別出火或者煙霧，發(fā)出報警的一個過程?！薄皞鹘y(tǒng)的感溫或感煙探測器,基于溫度高低和煙霧大小,也就是說,要在溫度或煙霧濃度達到一定數(shù)量值才能警報,而這時火情往往已經(jīng)形成一定規(guī)模，控制比較困難；而‘火眼’是利用視頻監(jiān)控，在火焰或煙霧出現(xiàn)的初期，就開始分析識別火焰和煙霧的狀態(tài)，并發(fā)出相應(yīng)的報警信號，識別和報警速度極快，比傳統(tǒng)火警預(yù)報速度至少提高了5倍?！?/p>

談起“火眼”的取名，李國生說：“‘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’,還能‘作出判斷’，直接監(jiān)視到火災(zāi)中心的起火點。傳統(tǒng)的報警系統(tǒng)只能發(fā)出簡單警報,而‘火眼’則可提供可視化報警圖片,包括失火的時間、點位、布置以及周邊是否有人員被困和其他易燃易爆品的存在情況等,便于相關(guān)人員采取最方便、快捷、高效的手段及時撲救?！薄啊鹧邸到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化傳輸功能，可以和傳統(tǒng)119電話報警系統(tǒng)相結(jié)合，在119報警的同時將火災(zāi)現(xiàn)場的準確信息傳送給消防指揮員，使消防指揮員在出發(fā)前就能準確地掌握火場信息?！?/p>

“火眼”是可視化的火災(zāi)報警系統(tǒng)。當出現(xiàn)火情時，傳統(tǒng)的火災(zāi)報警系統(tǒng)報警后，消防員如果不到現(xiàn)場就無法了解真實情況，無法確認是否為火情。而“火眼”軟件是在視頻圖像上發(fā)出的報警，消防值班人員可以根據(jù)圖像很方便地確認火警或誤報。李國生說：“一旦‘火眼’監(jiān)控區(qū)域有火焰或者煙霧出現(xiàn)，在監(jiān)控室的顯示屏上就會連續(xù)跳彈出帶有火苗或者煙霧影像的窗口，同時響起警報，安保人員只要點開圖像查看就知道是否為真實火情。”

圖像識別 多項優(yōu)勢

抗干擾能力強

“‘火眼’軟件是基于國際ISO標準開發(fā)的，在實際應(yīng)用過程中能夠抵抗監(jiān)控環(huán)境中的強光、弱光、閃光等各種光源干擾，排除在不同環(huán)境下的人為和場景干擾，具有強大的抗干擾能力?！崩顕f：“一般情況下，所有的火災(zāi)報警系統(tǒng)都存在一定的誤報率，‘火眼’也有可能出現(xiàn)誤報的情況，但誤報率很低。如果出現(xiàn)誤報，安保人員可在可視化的圖像上清晰地看見現(xiàn)場情況，如果不是真實火情，點擊刪除，取消警報即可，整個過程在5 s之內(nèi)可以解決。如果安保人員誤刪真實火警，‘火眼’報警窗口會持續(xù)彈跳現(xiàn)場圖片，并持續(xù)響警報，直到火情消失?！?/p>

記者隨“火眼”項目負責(zé)人張園園來到天津鋼鐵集團中厚板廠，看見生產(chǎn)車間有正在輸送的紅色還未冷卻的鋼板，還有其他紅色的光源等，但“火眼”系統(tǒng)并沒有自認為是火情進行報警。張園園介紹說：“我們在安裝‘火眼’系統(tǒng)時，已經(jīng)采集了相應(yīng)的環(huán)境干擾因素，進行了系統(tǒng)調(diào)試，一般情況下，‘火眼’不會亂報警?！?/p>

探測速度快

采用先進圖像模式識別技術(shù)的“火眼”軟件，最快可在視頻火災(zāi)圖像出現(xiàn)的10 s之內(nèi)，就能在圖像上發(fā)現(xiàn)火焰或煙霧，同時發(fā)出火災(zāi)報警信號。在公安部天津消防研究所實驗室（以下簡稱“實驗室”），實驗員將1個由25根20 cm×1 cm×1 cm木條搭成的方形木垛，用10 mL可燃液體均勻灑在木垛上,點燃木垛，根據(jù)記者現(xiàn)場記錄，點燃木垛后8 s,火災(zāi)報警器就已經(jīng)響起。實驗員在吊架上掛90根長度為300 mm，直徑為4 mm的純棉棉繩用打火機點燃，吹滅明火，現(xiàn)場出現(xiàn)清淡煙霧，12 s后，火災(zāi)報警器響起警報。在警報響起的同時，實驗室視頻控制室的計算機顯示屏上不斷跳彈帶有火苗（煙霧）的圖像框，記者從中能清楚地看清圖像是火苗還是煙霧，以及此監(jiān)控區(qū)的其他物品情況。當記者刪除跳彈出來的畫面時，圖像框又持續(xù)跳彈，直到火焰被撲滅后才停止。

保留起火證據(jù)

“火眼”具有實時存儲火災(zāi)報警圖片、回放起火時段視頻的功能。記者打開“火眼”系統(tǒng)硬盤，出現(xiàn)火情的圖像按時間順序保存，圖像上顯示有具體的時間和精確的地點，圖像查看方便，可復(fù)制，可轉(zhuǎn)移?！爱敵霈F(xiàn)火災(zāi)報警后，每張報警圖片、報警信息全部有效存儲,上傳到一個日志文件夾,這些數(shù)據(jù)信息將存入‘火眼’的‘大腦’,它隨時自己‘學(xué)習(xí)’,便于下一次判斷更加迅速和準確?！崩顕f：“如果安裝了‘火眼’系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)了火災(zāi)，當消防人員到達現(xiàn)場后，可根據(jù)最初的火災(zāi)圖片，判斷起火點和起火原因，即使火場煙霧彌漫，消防人員仍能通過火警信息存儲功能，準確地找到起火部位，采取有效措施撲滅火災(zāi)?！?/p>

李國生向記者播放了一段“火眼”監(jiān)控下出現(xiàn)火災(zāi)的實例視頻，視頻顯示,2014年7月6日9時許，在天津市北辰韓家墅批發(fā)市場，一個雜亂堆放塑料物品的房間內(nèi)，2個身高不足1.2 m的孩子在玩“你點火我撲滅”的游戲，12 min 35 s時，孩子們點燃塑料物品后離開，14 min 9 s時，現(xiàn)場出現(xiàn)小火苗，14 min 42 s 時，“火眼”火警警報響起，同時視頻中的火焰鎖定圖片彈出，用時33 s。從起火到安全員趕到現(xiàn)場撲滅火源，整個過程不超過5 min，在堆放大量可燃物的房子里，燃燒面積只擴大到一個小飯桌面積大，就被撲滅了。李國生說：“那里人員和雜物非常密集,一旦形成火災(zāi)，撲救非常困難,火情多蔓延1 s,都可能帶來極大的傷亡和損失?！?/p>

設(shè)備兼容性強

“火眼”軟件針對目前市場上普遍使用的各種型號的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，開發(fā)了對應(yīng)的多種軟件接口。既有應(yīng)用于數(shù)字模式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，也有適用于模擬方式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。加載方式簡單，操作方便，具有廣泛的適用性和兼容性。記者在實驗室見到用于實驗的幾百個攝像頭，這些攝像頭包括?？怠⒋笕A、宇視、科達、天地偉業(yè)、華為等，還有其他叫不上名的攝像頭?！盎鹧邸笔袌隹偙O(jiān)張叢說：“所有的模擬攝像機及支持ONVIF協(xié)議的數(shù)字攝像機，都在我們的研究范圍之內(nèi)，目前市場上普遍使用的各種型號的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，均可通過多種軟件接口與‘火眼’實現(xiàn)互聯(lián)。”

安裝便捷

“火眼”系統(tǒng)主要由安裝“火眼”視頻圖像火災(zāi)探測軟件的服務(wù)器和普通視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成。在公共普通視頻監(jiān)控平臺的服務(wù)器后面加裝“火眼”服務(wù)器。也就是由“火眼”軟件、“火眼”定制服務(wù)器、視頻編碼設(shè)備（原監(jiān)控系統(tǒng)的硬盤錄像機等）、攝像頭、報警器組成。將安裝了“火眼”軟件的服務(wù)器與普通視頻監(jiān)控系統(tǒng)用網(wǎng)線連接，打開軟件，創(chuàng)建用戶名和密碼，進行相關(guān)設(shè)置后，“火眼”的安裝就完成了。張叢指著1個40 cm×60 cm×10 cm的黑色服務(wù)器說：“‘火眼’的安裝沒有復(fù)雜的技術(shù)含量和繁瑣的設(shè)備，我們的核心是軟件，加上我們定制的這個服務(wù)器，連接上原監(jiān)控系統(tǒng)的視頻編碼設(shè)備就行了?！?/p>

成本較低

李國生說：“市場上現(xiàn)有的一些視頻圖像報警系統(tǒng)需要精密的光學(xué)設(shè)備作為支撐，安裝成本較大?！鹧邸窃诂F(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝軟件，對視頻監(jiān)控器的要求也相當普通，不需要昂貴的設(shè)備，后期維護和升級也較簡單?！痹谔旖蜾撹F集團中厚板廠，張叢為“火眼”軟件進行了免費升級，只見他插入U盤，復(fù)制好一個文件夾，再打開“火眼”軟件進行調(diào)試，升級就完成了，整個過程不超過3 min。

目前，在北京、上海、天津等多處企業(yè)和公共場所已安裝了“火眼”系統(tǒng)?！盎鹧邸碧貏e適用于高大空間的大型場館及人員密集場所。如文博、城市軌道交通、煙草倉庫、公路隧道、倉儲物流、電力系統(tǒng)、通信行業(yè)、金融機構(gòu)、鋼鐵冶金企業(yè)、石油化工企業(yè)、鐵路系統(tǒng)、民用機場、文化教育、醫(yī)療衛(wèi)生、城鎮(zhèn)燃氣、水處理行業(yè)、大中型礦山、城市地下綜合管廊、大型綜合批發(fā)市場等。李國生說：“‘火眼’是火災(zāi)報警輔助系統(tǒng)，我們不是要占領(lǐng)市場，不是要替代傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)，我們是輔助，是要與傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)共同保護更多的人身財產(chǎn)安全，盡早盡快地發(fā)現(xiàn)火情，盡可能地減少損失！”