基于視頻識(shí)別技術(shù)的機(jī)艙火警快速預(yù)警定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡 存 王 恒 董慶豐

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇 江陰 214431）

1 概述

目前，船舶對機(jī)艙火情的技術(shù)監(jiān)控主要有兩種，一是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，通過感溫、感煙等探頭，偵測到火情后發(fā)出報(bào)警。二是視頻監(jiān)控，由值班人員發(fā)現(xiàn)異常后，進(jìn)行現(xiàn)場查證，采取措施。但事實(shí)上，兩種技防手段都有不足，2019 年上半年，某船在執(zhí)行任務(wù)過程中，主機(jī)突發(fā)故障，產(chǎn)生的煙氣10 秒鐘內(nèi)就彌漫機(jī)艙，引起火災(zāi)系統(tǒng)大面積報(bào)警，監(jiān)控視頻前一片白霧。最終，耗費(fèi)了較長時(shí)間，才確認(rèn)火警由何處引起。顯而易見，火警系統(tǒng)受火警探頭的布置限制，探測火情的精度有限，在煙氣蔓延后更是風(fēng)聲鶴唳，讓人無所適從，而視頻監(jiān)控要想第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火情，則需要人員24 小時(shí)緊盯顯示屏，對值班班組人員力量造成很大影響。理論上講，通過二者的記錄回調(diào)回放也能精準(zhǔn)定位，但由于涉及權(quán)限、設(shè)備功能等限制，需要耗費(fèi)一定時(shí)間，有可能喪失寶貴的初期火災(zāi)處理時(shí)機(jī)。

而將人工智能——視頻識(shí)別技術(shù)引入視頻監(jiān)控系統(tǒng)后，能有效克服上述不足。通過人工智能監(jiān)視機(jī)艙監(jiān)控視頻，一旦發(fā)現(xiàn)火情，能立即觸發(fā)報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)循環(huán)回放前后10 秒視頻，協(xié)助值班人員迅速判明起火位置、火勢大小、可能的著火種類，從而迅速采取相應(yīng)措施。

2 一般性機(jī)艙火災(zāi)發(fā)現(xiàn)及處理方式

現(xiàn)在大多數(shù)船舶在對機(jī)艙火情的技術(shù)監(jiān)控手段主要有兩種：一是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，通過感溫、感煙等探頭，偵測到火情后發(fā)出報(bào)警。二是視頻監(jiān)控，由值班人員發(fā)現(xiàn)異常后，進(jìn)行現(xiàn)場查證，采取措施。但是在實(shí)際處置過程中，兩者都存在一定的安全隱患?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)受探頭布置以及地理環(huán)境的限制，探測火情的精度有限。機(jī)艙從上至下是一個(gè)無間隔阻攔的開敞式空間，所以一旦火情發(fā)生，煙氣蔓延迅速，加上系統(tǒng)本身的時(shí)延性，就會(huì)造成一整個(gè)區(qū)域的探頭報(bào)警，甚至不僅僅局限于一層，此時(shí)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的顯示就會(huì)多而雜亂，緊急情況下，多方面的因素綜合下，無疑給火情的定位加大了難度。而視頻監(jiān)控用來探測火情，則需要人員在監(jiān)控系統(tǒng)前24 小時(shí)緊盯屏幕，機(jī)艙很大，所以說同一時(shí)間還不能緊緊安排1 位人員進(jìn)行監(jiān)視，為確保人員可以全神貫注的緊盯視頻監(jiān)控，還需要采取輪班制，對人員數(shù)量要求無疑增大了很多，同時(shí)也是一種資源的浪費(fèi)，測量船出海執(zhí)行任務(wù)本身對人員安排就比較緊湊，專門空出崗位提供給觀看監(jiān)控人員，是很不合理的一件事情。

圖1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

圖2 火警探頭

圖3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

3 機(jī)艙火警快速預(yù)警定位系統(tǒng)總體架構(gòu)

機(jī)艙火警快速預(yù)警定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為四部分，分別為：管理平臺(tái)設(shè)計(jì)、煙霧與火焰識(shí)別的實(shí)現(xiàn)、預(yù)警信息的生成和預(yù)警數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。其中管理平臺(tái)主要對不同賬戶賦予不同權(quán)限以及進(jìn)行攝像頭的管理，并可以調(diào)取存儲(chǔ)的預(yù)警數(shù)據(jù)。管理平臺(tái)通過調(diào)用攝像頭的數(shù)據(jù)流，并經(jīng)過算法分析后，判斷是否發(fā)生煙霧、火焰現(xiàn)象，并及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，并將從?？低暤腣DR 機(jī)柜中將報(bào)警前后一定時(shí)間內(nèi)到視頻提取，為后續(xù)查看事故現(xiàn)場信息提供數(shù)據(jù)。管理平臺(tái)拓?fù)鋱D如圖4 所示。

圖4 管理平臺(tái)拓?fù)鋱D

4 機(jī)艙火警快速預(yù)警定位系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

機(jī)艙火警快速預(yù)警定位系統(tǒng)管理平臺(tái)采用Vue element ui進(jìn)行編寫，基本框架不變的情況下，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)改寫。Vue element ui 框架具有一下特性：

4.1.1 一致性，與現(xiàn)實(shí)生活一致：與現(xiàn)實(shí)生活的流程、邏輯保持一致，遵循用戶習(xí)慣的語言和概念；反饋控制反饋：通過界面樣式和交互動(dòng)效讓用戶可以清晰的感知自己的操作；頁面反饋：操作后，通過頁面元素的變化清晰地展現(xiàn)當(dāng)前狀態(tài)。

4.1.2 效率，簡化流程：設(shè)計(jì)簡潔直觀的操作流程；清晰明確：語言表達(dá)清晰且表意明確，讓用戶快速理解進(jìn)而作出決策；幫助用戶識(shí)別：界面簡單直白，讓用戶快速識(shí)別而非回憶，減少用戶記憶負(fù)擔(dān)。

4.1.3 可控用戶決策：根據(jù)場景可給予用戶操作建議或安全提示，但不能代替用戶進(jìn)行決策；結(jié)果可控：用戶可以自由的進(jìn)行操作，包括撤銷、回退和終止當(dāng)前操作等。

圖5 機(jī)艙火警快速預(yù)警定位系統(tǒng)管理平臺(tái)部分代碼

圖6 代碼參數(shù)定義

4.2 煙霧與火焰識(shí)別的實(shí)現(xiàn)

而對于視頻數(shù)據(jù)流的分析則是采用Java 平臺(tái)上的Spring Boot 開源應(yīng)用框架，Spring Boot 框架相比較于其他Java 框架，簡化了新Spring 應(yīng)用的初始搭建以及開發(fā)過程，該框架使用了特定的方式來進(jìn)行配置，從而使開發(fā)人員不再需要定義樣板化的配置。

圖7 煙火識(shí)別流程圖

圖8 煙火自動(dòng)識(shí)別視頻監(jiān)控系統(tǒng)

4.3 預(yù)警信息的生成和預(yù)警數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

對于發(fā)生過的報(bào)警，管理平臺(tái)會(huì)生成預(yù)警信息，并將實(shí)時(shí)火警信息截圖自動(dòng)彈出，伴有報(bào)警聲與警告標(biāo)示，管理平臺(tái)還將自動(dòng)從視頻監(jiān)控機(jī)柜中提取預(yù)警發(fā)生時(shí)前后一定時(shí)長的視頻，以便后續(xù)查找觀看。發(fā)生過的預(yù)警信息還將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，將強(qiáng)教育提供幫助。

圖9 給桌面程序推送數(shù)據(jù)代碼

結(jié)束語

目前，在將人工智能應(yīng)用于視頻監(jiān)控的研究領(lǐng)域，國內(nèi)是處于領(lǐng)先水平的，我國在預(yù)防和打擊犯罪、公共交通安檢和移動(dòng)支付中應(yīng)用已非常成熟。因此可進(jìn)一步拓展至機(jī)艙火焰、煙霧識(shí)別，進(jìn)一步提升機(jī)艙安全管理的可靠性、自動(dòng)化，為機(jī)艙火警快速準(zhǔn)確定位及火災(zāi)應(yīng)急處置提供決策支持。

船舶作為“海上陸地”，船舶的安全就關(guān)系著全體船員的安全，而作為船舶“動(dòng)力心臟”的機(jī)艙更是重中之重，迅捷、高效遏制機(jī)艙火勢，可以在最大程度確保船舶的完好程度，保證船員與船舶的安全。