王　丹

(中海网络科技股份有限公司，上海 200135)

基于视频处理的隧道火灾报警系统

王丹

(中海网络科技股份有限公司，上海 200135)

摘要:为解决传统火灾探测报警系统延迟、误报、反应迟钝等问题，结合计算机技术和数字图像处理技术，提出基于视频处理的火灾检测系统。介绍了该系统的工作原理，并与传统火灾报警系统进行对比分析。结果表明：基于视频的火灾报警系统具有智能化程度高、应用和探测范围广、获取信息的成本及误报率低、响应灵敏度高、抗干扰和适应性强等优点。该火灾探测技术的研究具有积极的现实意义和广阔的应用前景。

关键词:视频图像；火灾报警；技术对比

1基于视频处理的火灾报警系统的研究意义及创新

近年来，随着我国经济高速发展，高速公路上的车辆越来越多，如何保证车辆在高速公路上特别是隧道中行驶的安全是目前迫切需要解决的问题。隧道空间通常较为密闭，车辆往往带有大量汽油，一旦在隧道内发生火灾，会给消防工作带来相当大的难度，经济损失在所难免，严重时还会造成人员伤亡。

准确地探测到火灾并在火灾发生的早期及时报警是保卫隧道安全的积极手段。目前高速公路隧道中火灾的探测一般是通过探测火灾发生时生成的烟、温和光等物理参量来实现的。这些物理量通过信号处理、比较、判断后传至火灾报警主机，并由其发出火灾报警信号。经过多年的应用，典型的感烟、感温火灾探测报警系统逐渐暴露出了无法迅速采集火灾发出的烟温变化信息或采集的信息具有延迟性等缺陷，这难以满足对隧道火灾发生的早期进行探测和预报的需求。为解决传统火灾报警系统在使用中暴露出的问题，迫切需要研究和生产一种适应性强、报警迅速、延迟性小的新型火灾探测报警系统。

与传统的火灾报警系统相比，彩色图像火灾报警系统的创新在于不仅可以有效地发现火焰，而且可以对火灾进行早期探测，从而达到预防火灾的目的，其是利用火灾的颜色、运动和几何学等3个特性来准确判断的。基于视频图像的火灾报警系统可以在森林、隧道、大礼堂等广阔开放的空间使用。

2当前国内外实施情况

随着对火灾进行感温、感烟、感光的技术不断发展，火灾探测技术日益成熟。目前火灾探测技术市场中出现了很多分支，火焰和烟气是其中两个最大的分支。

美国佛罗里达大学的西蒙·弗教授早在1996年就开始尝试在飞机货仓中应用火灾视频图像的亮度信息进行火灾探测。1997年，中国科技大学火灾科学国家重点实验室也进行了此类研究，研究利用彩色影像的二基色差分进行火灾探测与定位，并在“火盗力克”计算机图像监控报警系统中加以应用。

3基于视频处理的火灾报警系统原理

图1　基于视频处理的火灾报警系统原理图

基于视频处理的火灾报警系统的原理见图1，通过处理高清摄像机采集到的火灾图像得到相关数据，并对其进行分析，从而得知火灾发生的时间和地点；若系统探测到隧道内发生了火灾，则会立即对系统前端传来的火灾图像信息进行分析和判断，然后将分析结果上传至监控中心，并发出报警警报。从探测到隧道内发生火灾的时刻起，火灾报警控制终端会触发系统启动高清摄像机录像功能，用以记录火灾现场；此时视频监测系统立即将监控中心电视墙画面切换到火灾现场，使监控员尽快发现火灾并作出应急预案。

普通彩色摄像机，是整个火灾报警系统的图像传感器，负责采集隧道内的火灾现场图像，并将图像帧传输给火灾报警系统探测器，再由模式识别系统对其进行识别。由云台控制器控制的摄像机镜头能够对图像进行跟踪，并通过自动对焦来获得清晰的图像和视频。云台和镜头最佳路径的选取是通过控制控制器并结合获取最佳图像的需要进行的。为更加精确地判断火灾是否发生，系统将驱动云台控制器的电机，实现云台的巡航，图像收集由镜头的清晰对焦成像来完成，从而保证摄像机获取清晰的视频图像[1]。

4基于视频处理的火灾报警系统的优点

与传统的火灾探测器相比，基于视频处理的火灾探测系统具有很多优点[2]。

1) 受环境影响较小。系统是通过光学镜头与外界发生接触来获取探测信号、通过电荷耦合器(Charge Coupled Device，CCD)摄像机来摄取视频图像的，而视频中获取的图像又是通过计算机来处理的，这就使得视频图像监测技术能够免受被探测物的高度、空间大小和空间气流的影响。在隧道中，为光学镜头配备防护罩可以有效消除湿气和粉尘的影响，使之能够在较恶劣的环境中正常工作。

2) 早期报警。系统是通过处理实时的图像来判断火灾是否发生的。当隧道发生火灾时，不管是早期产生的浓浓的烟雾还是直接燃烧所产生的火焰，都能被镜头捕捉。系统通过实时分析和处理这些捕捉到的图像，实现在火灾发生的早期进行报警。

3) 自动化程度高。在该系统中，人的视觉被摄像设备所代替，人的识别分析能力被检测算法所代替。当隧道中有火灾发生时，自动报警取代了人为的通知，从而实现了自动化程度较高的无人值守监控场景。

4) 报警的准确性高。系统通过分析研究火灾现场的图像信息(火焰颜色、频率、形态等)，运用对火灾进行识别的算法，根据计算结果对火灾进行系统地判断。避免了传统火灾探测器(温、光、烟)判断依据单一的缺陷，有效地提高了火灾报警系统的可靠性和准确性。

5) 提供直观的火灾图像信息。系统不仅能够完整地展现和记录火灾发生的过程，而且能够提供较为丰富和直观的火灾信息。

基于视频处理的火灾报警系统具有智能化和灵敏度高、获取信息的成本和误报率低、应用和探测范围广、抗干扰性和适应性较强等优点，对该系统进行广泛应用有着非常积极的现实意义。

5基于视频处理的火灾报警系统与传统火灾报警系统技术对比

目前高速公路隧道中应用最广泛的传统火灾报警系统是基于光纤光栅的火灾报警系统。下面从工作原理、关键技术指标、硬件设计指标、光学性能和实现方式等方面，对基于视频处理的火灾报警系统与光纤光栅型火灾报警系统进行对比分析。

5.1工作原理对比

两种报警系统工作原理对比见表1。

表1　基于视频处理的火灾报警系统与光纤光栅型火灾报警系统工作原理对比表

5.2关键技术指标对比

基于视频处理的火灾报警系统的探测距离，主要由探测器镜头的焦距数来决定。对隧道应用而言，符合产品国家标准的探测器，焦距越长，探测距离越远;而光纤光栅火灾报警系统是通过自身材料的热胀冷缩和热光效应来判断火灾与否发生的，需在整个隧道铺设光纤光栅。两种火灾报警系统的关键技术指标对比见表2。

表2　基于视频处理的火灾报警系统与光纤光栅型火灾报警系统关键技术指标对比表

5.3处理器设计对比

基于视频处理的火灾报警系统硬件都是基于嵌入式设计的，采用TI公司的数字处理(Digital Signal Process，DSP)芯片；而光纤光栅型火灾报警系统则是采用火灾探测信号处理器来完成信号的处理的。两种火灾报警系统的处理器设计对比见表3。

表3　基于视频处理的火灾报警系统与光纤光栅型火灾报警系统处理器设计对比表

5.4光学性能对比

目前大多数基于视频处理的火灾报警系统在设计中均采用双光路多频谱探测模式;而光纤光栅型火灾报警系统则利用光纤纤芯物质的光敏特性。两种火灾报警系统的光学性能对比见表4。

5.5系统实现方式对比

两种报警系统的实现方式对比见表5。

表4　基于视频处理的火灾报警系统与光纤光栅型火灾报警系统光学性能对比表

表5　基于视频处理的火灾报警系统与光纤光栅型火灾报警系统实现方式对比表

基于视频处理的火灾报警系统无论在工作原理还是技术指标方面，都优于光纤光栅型火灾报警系统，更能满足市场和用户的需求。

6基于视频处理的火灾报警系统的应用及前景

2014年末，四川省高速集团对绵广高速公路分石瓮子和水岭隧道进行了改造，其中火灾报警系统采用基于视频处理的火灾报警系统。这是该类型火灾报警系统首次在四川高速公路上应用。

2015年1月工程完工验收时，完成了隧道内点火试验(见图2)。以视频图像火灾探测100 m的距离为试验距离，以汽油为燃烧物，燃烧面积为0.2 m×0.2 m。系统预期最远探测范围为150 m，点火时分别做了100 m、120 m及150 m的探测距离试验(见表6)。

表6　基于视频处理的火灾报警系统点火试验结果统计表

由点火试验的数据结果可知，基于视频处理的火灾报警系统，有效果报警距离为150 m，响应时间快、误报率低，能够满足当前火灾报警的需求。

图2　基于视频处理的火灾报警系统点火试验现场及报警图像

2012年四川广陕高速公路交工验收时，对明月峡隧道进行了光栅火灾报警系统的点火试验，试验数据见表7。

表7　光栅火灾报警系统点火试验结果统计表

通过对两种火灾报警系统的试验结果进行对比可知，基于视频处理的火灾报警系统在响应时间上远优于传统的光栅火灾报警系统，实现了火灾早期报警的功能，对提前预防和控制火灾有着积极的作用。

基于视频处理的火灾报警系统，不仅能够用在半封闭的隧道中，而且可以应用于森林、大礼堂等空旷的场所。通过对两种火灾报警系统进行试验得知，基于视频处理的火灾报警系统，在火灾响应时间和报警点的准确度上，优于传统的火灾报警系统。

7结语

火灾是是最经常、最普通地威协公共安全和社会发展的主要灾害之一。越早控制火灾的发展，越能有效减少其给人们生命财产带来的损失。基于视频处理的隧道火灾报警系统，能够很好地解决火灾早期警报的难题，及时、准确地提供火灾发生的时间、地点等信息，可为应急与救援争取宝贵时间。

参考文献：

[1]胡文. 图像型火灾报警系统的研究[D].武汉理工大学，2010.

[2]林宏. 火灾预警的机器视觉方法研究[D].昆明理工大学，2007.

收稿日期：2015-05-04

作者简介：王丹(1986—)，男，四川广汉人,硕士,助理工程师,主要从事智能交通工程研发工作。

文章编号：1674-5949(2015)03-078-05

中图分类号：TP277;U453

文献标志码：B

Video Based Tunnel Fire Alarm System

WangDan

(China Shipping Network Technology Co ., Ltd，Shanghai 200135, China)

Abstract:The video based tunnel fire alarm system incorporates the achievements in digital image processing and computer technology to solve the problems in common fire alarm systems, such as false alarm, response lag and alarm delay. The working principle of the system is explained and the performances of the system are compared with those of common systems. The developed system features high level of intelligence, low false alarm rate, high sensitivity, strong interference immunity and good flexibility.

Key words:video image; fire alarm; technology comparison

港口部分收费取消

交通运输部、国家发改委日前印发了《关于调整港口船舶使费和港口设施保安费有关问题的通知》(以下简称《通知》)，要求规范船舶使费收费项目，港口经营人和引航机构提供船舶进出港服务，可收取引航(移泊)费、拖船费、停泊费、围油栏费、驳船取送费、特殊平舱费以及垃圾处理、供水、供油、供电服务收费等费用，除此之外不得收取其他任何费用。取消现行收取的靠垫费，以及引航费中的引航员滞留费和引航计划变更费，将系解缆费和开关舱费并入停泊费收取。

根据《通知》要求，我国将改进船舶使费计费办法。如航行国际航线船舶引航费起码计费吨由500净吨提高到2 000净吨，40 001~80 000净吨部分和超过80 000净吨部分收费标准(引航距离在10 n mile以内)分别降低到每净吨0.45元、0.425元。节假日和夜间对航行国际航线船舶进行引航和拖船作业的，引航费和拖船费加收的比例降为45%。《通知》还强调，港口经营人和引航机构要严格执行国家规定的价格政策。

此外，交通运输部等部门还要求降低港口设施保安费收费标准。如对外贸进出口20 ft和40 ft重箱的港口设施保安费收费标准分别降低到每箱10元、15元，其他货物收费标准降低到每吨0.25元。