智能識別在隧道火警上的應(yīng)用

文/劉劍慧

眾所周知，中國隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通公路的鋪設(shè)也越來越廣泛和密集，由于中國多山川內(nèi)河的特點，部分高速公路和火車干路勢必會架設(shè)一部分貫山隧道或者水底隧道。由于隧道內(nèi)車流量日益增加，隧道內(nèi)的能見度比室外要差，因此，隧道內(nèi)的火災(zāi)時有發(fā)生，并且在發(fā)生后的報警也會時延較長。我國有多位專家進(jìn)行了相關(guān)的研究，如夏潤雨[1]根據(jù)告訴公路隧道火災(zāi)事故特性，規(guī)劃了高速公路隧道智能應(yīng)急消防系統(tǒng)，設(shè)計隧道消防軌道車，對火勢較小的車輛進(jìn)行滅火；李夢[2]通過隧道火災(zāi)模擬實驗平臺，對不同滅火位置進(jìn)行了細(xì)水霧滅火模擬實驗，研究不同風(fēng)速對隧道火災(zāi)的溫度、氣體濃度和熱輻射等的影響。

本文根據(jù)作者對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的研究，基于視頻監(jiān)控為主要手段，附加人工智能識別后臺及報警傳輸，擬建立一套全自動的火災(zāi)報警監(jiān)控系統(tǒng)，保證隧道的運營安全。

1 隧道火災(zāi)的基本特征

隧道火災(zāi)具有一般火災(zāi)的特性，即隨機性和突發(fā)性，而且隧道火災(zāi)一般由車輛導(dǎo)致，較少發(fā)生環(huán)境火災(zāi)，所以火災(zāi)的誘因更是無跡可尋。通過對于之前火災(zāi)的發(fā)生記錄可以觀測到以下一些規(guī)律：

1.1 時間分布

隧道火災(zāi)和其他火災(zāi)具有一些共性，容易發(fā)生在6-8月和12-2月，也就是天氣干燥的季節(jié)。另外，車流量較高的日子容易發(fā)生事故引起火災(zāi)，因此國定假日，寒暑假期間是火災(zāi)易發(fā)時間段。

1.2 地點分布

雖然隧道內(nèi)燈光條件已經(jīng)很充足了，但是隧道的出入口是一段能見度較低的地段，因此容易產(chǎn)生火災(zāi)事故。

1.3 火災(zāi)起因

一般由汽車追尾、汽車自燃、貨車裝載易燃物品一因氣候原因引起燃燒等原因?qū)е隆?/p>

2 行業(yè)內(nèi)系統(tǒng)的一般做法。

可以看到，火災(zāi)報警是一個很常見的課題，目前業(yè)內(nèi)最常用的解決方案，也是一般用于大型室內(nèi)商場等地方使用的，無外乎有兩種方法。

2.1 煙霧探測報警

煙霧探測器也被稱為感煙式火災(zāi)探測器、煙感探測器、感煙探測器、煙感探頭和煙感傳感器，主要應(yīng)用于消防系統(tǒng)，在安防系統(tǒng)建設(shè)中也有應(yīng)用。煙霧探測器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運用到各種消防報警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報警器。煙霧探測器的優(yōu)點是設(shè)備小巧，安裝方便，一個設(shè)備可以監(jiān)測20-30平方米的空間。且設(shè)備的靈敏度高，但是功耗小，可用于長期監(jiān)測。目前此類設(shè)備已經(jīng)有有線和無線傳輸兩種方式，可將監(jiān)測信號通過協(xié)議方式傳至后臺監(jiān)控系統(tǒng)。但是煙霧探測器也有比較致命的缺點，那就是容易誤報。一些吸煙或者焚香等煙霧，粉塵濃度較高的情況也會觸發(fā)火警警報。另外，由于本文討論的是隧道內(nèi)的火警情況，隧道頂端離地面距離較遠(yuǎn)，且如果監(jiān)控整條隧道，需要密布大量的探測器，而且需要煙霧濃度達(dá)到一定程度才會觸發(fā)，因此此方案不適用于隧道內(nèi)的火警警報。

2.2 熱傳感監(jiān)控

熱傳感探測的使用也比較廣泛。一般此類方法將設(shè)備安裝在空間頂部，根據(jù)火源的溫度高低來判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。與煙霧濃度探測器一樣，此類設(shè)備也可以通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口將火災(zāi)信息傳遞到后臺監(jiān)控系統(tǒng)。相較于煙霧濃度監(jiān)控，此類設(shè)備的監(jiān)控信息更加準(zhǔn)確，不容易受到其他干擾。但是此方案也有一定缺陷，隧道內(nèi)的溫度上升也有小概率會觸發(fā)誤報警，同時，隧道內(nèi)經(jīng)常發(fā)生車輛自燃等火災(zāi)，而火災(zāi)發(fā)生后，車輛很可能還在高速移動中，因此，很可能溫度傳遞還沒達(dá)到監(jiān)控判斷要求，車輛已經(jīng)從監(jiān)控點“一閃而過”，因此此類方案適用于隧道內(nèi)的定點火災(zāi)報警，對于運動中的車輛無法準(zhǔn)確定位。

綜上所述，隧道火災(zāi)報警通過煙霧和溫度等火災(zāi)的“表面現(xiàn)象”來監(jiān)控雖然可以起到一定效果，但是不是解決問題的最終方案，因此，作者提出了視頻結(jié)合人工智能監(jiān)控的方案。

3 視頻火災(zāi)分析

由于隧道內(nèi)車輛是在行駛，因此需要利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將行駛的車輛通過的視頻畫面按幀數(shù)截取后進(jìn)行定位分析，利用人工智能的手段，準(zhǔn)確定位火災(zāi)發(fā)生的位置，火情等。

3.1 火焰識別

采用基于高斯濾波的火焰視頻圖像特征提取算法。算法首先對提取出來的多幀視頻圖像用高斯函數(shù)模板濾波進(jìn)行火焰圖像分割，然后分別計算分割區(qū)域的面積變化率，閃爍頻率及面積變化趨勢特征參數(shù)等，最后結(jié)合火焰面積的小波分析特征曲線對提取的各項特征進(jìn)行綜合分析，從而實現(xiàn)火災(zāi)的探測和判別。

3.2 煙霧識別

采用基于光流法的視頻火災(zāi)煙霧圖像識別方法，通過計算機對由監(jiān)控攝像機得到的視頻圖像提取煙霧運動區(qū)域角點的光流，通過計算前景圖像中所有角點光流速度大小組成數(shù)組的平均值和方差及光流速度方向組成數(shù)組的平均值和方差，根據(jù)設(shè)定閾值判斷是否為火災(zāi)。

3.3 火災(zāi)監(jiān)控識別的技術(shù)特征：

（1）同時偵測煙霧和火焰；

（2）自帶紅外背景光源，能夠在全黑條件下探測煙霧；

（3）能輸出火災(zāi)報警信息、火災(zāi)概率信息、火災(zāi)位置信息等；

（4）具有被遮擋、被偏轉(zhuǎn)、被污染故障偵測功能，故障響應(yīng)時間不超過2min；

（5）能在75%污染遮擋減光率條件下可靠探測火焰；

（6）最高靈敏度不低于0.1m2 汽油火（或正庚烷火）探測范圍100m

根據(jù)以上視頻火災(zāi)分析識別的原理，可以看出，相較于傳統(tǒng)識別的煙霧探測器和熱傳感識別，視頻火災(zāi)識別有他獨有的優(yōu)勢：

（1）視頻火災(zāi)探測比傳統(tǒng)火災(zāi)探測的響應(yīng)速度更快，判斷更準(zhǔn)確，不容易收到外界的干擾而產(chǎn)生誤報警。

（2）視頻火災(zāi)探測使用一般的視頻設(shè)備即可，設(shè)備要求低，能耗不高，傳輸速度快，監(jiān)測火災(zāi)的時效性大大增強。

（3）視頻火災(zāi)除了能定位火災(zāi)發(fā)生的位置，火情的大小之外，還可以提供火災(zāi)現(xiàn)場畫面，以便于監(jiān)控人員迅速做出響應(yīng)的等級。

（4）設(shè)備受環(huán)境影響的因素較低，無需頻繁維護(hù)。

（5）誤報警的可能性大大降低。

4 結(jié)束語

隨著我國智能科技的不斷進(jìn)步，隧道火災(zāi)警報的要求也不斷提高，因此對于這一領(lǐng)域的研究還有許多工作要做，如何提高報警的及時性，如果最大可能的避免誤報警等等還有待于思考和研究。