基于视频分析的烟火自动检测预警系统                    二〇一七年三月  目录 一、视频分析烟火检测预警系统概述..................................................................... 3二、应用场合........................................................................................................ 3三、火焰检测........................................................................................................ 5四、烟雾检测........................................................................................................ 7五、系统拓扑图.................................................................................................... 9六、管理客户端.................................................................................................... 9七、设备介绍...................................................................................................... 10            一、视频分析烟火检测预警系统概述基于视频分析的室内、室外烟火自动检测预警系统的目的是能够实现无人值守的不间断工作，自动发现监控区域内的异常烟雾和火灾苗头，以最快、最佳的方式进行告警和协助消防人员处理火灾危机，并最大限度的降低误报和漏报现象；同时还可查看现场实时图像，根据直观的画面直接指挥调度救火。 该系统利用计算机视觉、人工智能以及闭路电视监控技术，通过视频图像来检测烟火。系统自动分析、识别视频图像内的火焰、烟雾，产生告警信息，在数秒内完成火灾探测及报警，大大缩短了火灾告警时间。该系统具有非接触式探测的特点，不受空间高度、热障、易爆/有毒等环境条件的限制，使得该系统为室内大空间、室外以及传统探测手段失效的特殊场所火灾探测提供了一种有效的解决途径。二、应用场合视频分析烟火检测预警系统在国外得到了非常广泛的应用，由于其技术特点，它非常适合于传统烟感无法应用的室内、室外空旷场合，具体来说，可以分为以下几种：                                                                                   森林防火、煤矿、化工、石油加工厂、水利及核电站        对森林火灾、发电站的火灾，早期的烟火检测预警可以有效减免财产损失或者停机损失。视频分析烟火检测预警系统被成功应用于森林、涡轮机房、电池间、倾料间、压缩间等防火。大型客轮、轮渡       轮船内的应用包括发动机舱、推进舱、涡轮舱、泵房以及其他设备间等。视频分析烟火检测预警系统已经被西方国家海军成功应用到各种舰船，避免重大损失。仓库、大型存储、集散中心        这些场合的规模都很大，而且很空旷，同时单位面积上囤积货物比例很高，采用分析视频烟火检测预警系统可以在火灾发生的倪端即可产生报警，避免大的损失。 商场      商场一旦发生火灾，由于其所存物品的易燃性会使得火势快速蔓延，造成更大的损失。视频分析烟火监测预警系统被安装于空旷大厅上空不放过视野内任何可疑现象。飞机机库飞机机库的价格与它所保护的物品（飞机）的价格相比不值一提。机库火灾不仅造成上千万元的损失而且会进一步影响其相关联的服务。视频分析烟火检测预警系统能够在昂贵的轻水泡沫被释放前及时检测到烟火的存在并及时扑灭。体育场馆大型体育场馆的空间都非常大，等到传统烟火检测装置检测到烟火的时候情况都已十分严重。如何能够在火灾前期有效地发出报警是管理人员急待解决的问题。采用视频分析烟火检测预警系统可以时刻监视空旷空间烟火情况，及时反映给相关管理人员。隧道、地铁隧道及地铁都是半封闭的环境，一旦火灾发生，人员疏散是与时间的较量。视频分析烟火检测预警系统可以在空旷无人区域及时发现发生的火灾情况，争取到更多的宝贵时间。 目前国内对上述场合的火灾监控还没有十分有效的方法，基本上还是采用传统的烟雾颗粒感应或者红外线、激光技术。传统烟雾颗粒感应系统需要烟雾颗粒进入传感器才能引起报警，红外及激光技术也需要烟雾遮挡才能引发报警。这些前提要求场合是相对封闭的空间。而室外场合像炼油厂、仓库等因为设备设施分散，空气流动大，传统烟火设备根本起不到作用，现在往往采用人员值守看管，造成管理成本上升。视频分析烟火自动检测预警系统正是弥补传统火灾报警设备的不足，完全适应于室外场合，而且可以远程提供实时视频，使得集中管理变为可能，具有非常广阔的市场空间。三、火焰检测火焰有着与众不同的特征，他的颜色、温度、形状以及跳动的形式都可以作为识别的依据。下面，我们将从火焰的静态特征和动态特征两方面入手进行火焰识别。3.1静态特征（颜色与形状）首先，火焰有着与众不同的颜色特征。描述其颜色的模型有很多，图7就是其中一种，它可以由RGB空间经过简单比较计算得到。图7 火焰颜色分布图由上图，任何RGB图像中只要满足R>=G且G>B的颜色都可以看作是火焰。图8中显示了由该模型对各种火焰的检测结果。虽然这种模型的误报会很多，但可以作为最初始的筛选手段排除掉最不可能是火焰的物体。图8 火焰图片（上行）及相应颜色检测结果（下行）火焰的外形也是用来识别的重要特征。一种模型是采用嵌套式轮廓模型。它默认火焰存在一个或几个燃烧点，火焰从这些燃烧点一层层的向外扩散。越到外层的地方其形状的可边度越大，而且是连续的。图9展示了一个燃烧点的火焰模型，它由三层火焰轮廓组成，对于其右侧图10中的火焰经过该模型捕捉得到图11结果。图9 火焰模型图10 火焰图片图11 符合模型的火焰3.2动态特征（频率）火焰是跳跃着的，或者说是移动变化着的。初看起来没有什么规律，其实，经研究发现，火焰的外焰部分的运动存在一定频率。从图12中红色标出的火焰外焰部分来看，这些像素点在经历着有火焰和无火焰两种状态的切换，这个切换的频率经过计算是10HZ。这样，我们通过捕捉这个10赫兹的特征可以进一步确认是否有火焰的存在。图12 火焰外焰部分图13 外焰运动存在一定频率除此之外，火焰的运动是有能量变化的。燃烧的物理变化和化学变化造成了火焰能量的不均衡分布。这点可以作为区分火焰与其他颜色相似运动物体的特征。图14中红色衣服上被黑色边框划出的区域能量变化在其右侧显示，可见衣服的能量分布是均匀的（显示为均一灰色，没有亮暗变化）。与之对比，火焰的能量变化就显得非常不均匀，在能量分布图上看得到明显的亮暗变化。图14 与火焰颜色接近图案的能量分布图15火焰的能量分布四、烟雾检测烟雾的特征和火焰有着明显的不同，无论是静态的还是动态的。这样使得我们可以将其与火焰识别分开处理。4.1静态特征（外形与对比度） 烟雾在颜色上没有像火焰样存在明显的分布，而且颜色与烟雾的浓度有直接关系。淡淡的烟是半透明的，可以看到其后面的物体，而浓烟是灰黑的，完全挡住了后面的事物。这样，单独考虑烟雾的颜色便无法描述它的特征。然而，无论烟雾浓淡，它都会使后面的事物变得模糊，甚至被完全遮挡。我们可以通过像素的对比度变化判断烟雾的有无。图16显示了通过对比度变化检测烟雾的结果。                                                                    图16 烟雾（上行）及通过对比度变化检测结果（下行） 4.2动态特征（扩散）烟雾的动态特征是烟雾区别于其他事物的重要特征。它具备以下特点：首先，烟雾以扩散的形式变化，可以假想存在一个或几个烟雾发生点，烟雾围绕这些点扩散开去（如图17和图18所示）；其次，与火焰类似，烟雾的边界变化也存在一个3Hz的频率；再有，烟雾的轮廓是清晰画面与被烟雾模糊画面的交界；最后，烟雾的运动是连续而且是非刚性的。这些特点决定了烟雾与行人，汽车等等前景运动物体有本质的不同。图17 烟雾及其轮廓图18 扩散的烟雾及其轮廓五、系统拓扑图 六、管理客户端七、设备介绍7.1智能视频烟火分析服务器外形尺寸： 482.5mm*216mm*50mm7.2 功能视频：支持4/6/8路实时流同时进行检测支持OSD图像覆盖叠加支持最大图像分辨率：1080P（1920*1080）帧率：全实时（PAL25帧/秒、NTSC30帧/秒）网络接口：局域网端口：10/100BASE-T以太网口，RJ45接口电源：AC 220V输入功耗：最大功耗75W工作环境：工作湿度：小于85%RH工作温度：-20°C～50°C功能：完成视频火焰检测相应时间小于5s。适应于室内火灾及室外火灾（各种气、固、液体等）的检测。最小火焰检测象素大小≥50。能够产生声光报警并输出报警信号，同时弹出现场视频。可以外接其他设备实现联动报警。

前    言首先感谢贵单位给了我们这样一个机会，能够向贵单位推荐我们的 智能AI行为监控系统 新概念。在本设计方案中，我们将采用AI人工智能监控技术，为贵单位打造一套先进、高效、智能、实用、可靠的智能AI行为监控系统。我公司推出的智能AI行为监控系统，是全国首家落地的能识别出人的各种异常动作行为并预警的智能监控系统，它采用AI视觉神经网络的分析算法，根据人体骨架结构，以关节为运动节点，利用高清网络摄像机抓拍勾勒出人体骨架图形，通过后台大数据分析计算，从而判断出人的运动轨迹，结合系统设定的参数值，识别出人的动作行为，并通过后台预警，从而达到主动防御和提前预判的目的。通过使用我们的智能AI行为监控系统，能主动识别场景内各种求救事件、打架事件、摔倒事件、闯入事件、攀爬事件，一旦被监控摄像机扑捉到类似行为，立即预警给监控中心，监控中心可以快速做出反应，及时防范，阻止事态恶化。我们还可以根据用户实际需求，由用户自定义各种符合管理要求的行为动作，从而实现各种异常行为动作的识别和预警。如果用我们的智能AI行为监控系统代替传统监控系统的话，智能AI行为监控系统不仅仅只是起到监控的作用。它前端布局的每一支摄像机，都相当于我们人的眼睛，不折不扣的把它所看到的各种异常行为上报给管理者。它强大的后台分析和计算能力，代替了依靠人力去发现问题的囧局。它还可以通过手机APP把各种突发事件的现场照片上报给更高层的管理者，监督基层管理人员是否及时处理和解决场地内发生的问题。它还可以对抓拍到的各种数据进行统计，管理者可以参照这些数据发现各种管理漏洞。监控行业，未来的世界是属于智能的，而行为分析的智能监控，必定是市场的主流，它不仅仅只是一套监控系统，还还是我们的好帮手。相信我们，智能AI行为监控的魅力，远远大于您的想象！！！第一章：项目简介一、系统概念AI智能行为监控系统，是深圳太古计算机系统公司于2018年5月份经过测试后成功落地，7月份才正式推向市场的一款智能监控，它也是全国第一款落地的以识别到人的异常动作行为后预警的智能监控系统。从常规来讲，它是一套数字网络高清的监控系统。从架构分析，它是一套AI架构为主导的视频监控。从功能分析，它可以通过视频分析出人的各种动作行为。从使用来说，它可以提前预警，主动防御，及时发现问题。到底什么是AI智能行为监控系统？当监控场景下，摄像机拍摄到有人求救、或者有人打架、或者有人摔倒、或者有人非法闯入、或者有人爬越围墙或窗户、有人意欲聚众闹事等行为，监控系统能立即分析这些异常动作行为，立即预警给监控中心，自动调集出该区域的视频画面，让值班人员及时通过视频发现这些问题，及时处理。同时，它还能通过云端把事发现场的预警图片发送给装有手机预警APP的管理者，给管理者也同步预警，及时做好防患措施。那么，我们可以识别出什么动作呢？我们对动作识别的定义，分为两种情况：常规动作和自定义动作。1）常规动作：是我们系统内已经有的动作数据，这些动作可以通用于所有行业，主要包括求救动作、打架动作、倒地动作、攀爬动作、闯入动作、聚众行为动作。这六个动作代表着安防、治安、突发事件这三种情况。动作一：求救动作当人们外出遇到困难或者看到困难，对着摄像机举起双手挥一挥手，即表示求救，这种动作应用在公共场所，可以当成公益来发展。动作二：打架动作当场景下有人打架，被摄像机捕捉到的情况下，会立即在监控中心的预警屏幕上显示该画面，如果属于朋友之间的打闹，随着打架动作的停止，屏幕上的画面也会消失。而如果是恶性事件的打架，整个打架过程会一直显示在监控中心的预警屏幕上，那么，咋们的值班人员自然可以判断出是真打架还是假打架，可以作出相应的预防措施。动作三：闯入动作非上班时间段、或非营业时间段、或者特殊时间段，或者重要的库房、设备房等，一旦有人闯入特定区域，该闯入的现场视频会一直预警在监控中心的预警屏幕上，值班人员可以通过视频判断闯入的人是否是公司员工，可以及时做出应对措施。动作四：倒地动作当场景下拍摄到有人不小心摔倒在地上，这个摔倒的现场视频会一直显示在监控中心的预警屏幕上，如果是小朋友的不小心摔倒、或者大人的不小心摔倒，问题不大，当他们起身后，预警画面会立即消失。而当老人摔倒、或者有人突然身体不舒服摔倒在地上了，或者有人喝醉了酒倒在地上起不来了，那么，监控中心看到现场视频，根据情况的严重性，提供相应的帮助，这何尝不是一件美事。动作五：攀爬动作当围墙的监控系统拍摄到有人攀爬围墙、当公共区域的监控拍摄到有小孩攀爬楼梯护手或者电梯护手、当建筑外墙隐蔽通道监控拍摄到有人攀爬水管、当户外电力或电信基站拍摄到有人攀爬高塔等情况，监控中心的预警屏幕能立即弹出攀爬现场的视频，监控中心根据不同的情况及时做出应对措施，可以预防各种盗窃事件、意外伤害事件等情况。动作六：聚众行为动作当监控拍摄到场景下有多人围观聚众的情况时，该现场视频也立即会显示在监控中心的预警屏幕上，值班人员可以关注这一聚众行为，也可以派出巡逻人员上前查看聚众行为，以防意外事件的发生或为突发的事件提供处理方案。2）自定义动作自定义动作，才是我们AI智能行为监控系统的核心竞争优势，由于我们是一套AI架构的系统，我们的系统可以学习各种行为动作，可以根据不同的行业，不同的应用场景，不同的动作需求，来让系统学习后达到可识别的目的。我们可学习的动作只要满足两个基本条件，就可以学习成功并识别出来。第一个条件：这个动作能被摄像机拍摄到，也就是说注意场景的摄像机安装位置。第二个条件：这个动作不是隐蔽的，至少，我们人眼可以看出来这个动作是异于常规的，设备才可以分析出来，系统才能识别出来。二、系统优势AI智能行为监控系统，因为它既是一套传统的数字高清网络视频监控系统，又是一套人工智能的动作识别监控系统，因此，它具备传统监控的所有优点，也具备智能监控的独特性。（1）价格优势我们的口号是：用常规监控的价格，做智能监控的效果。智能AI行为监控系统的价格定位，基本上还是和传统的数字高清网络视频监控系统的造价差不多。相对于小型项目来说，小型项目因为只需要摄像机和NVR录像机。而AI智能行为监控系统必须要有摄像机、NVR录像机、行为预警服务器三个部件，多出的行为预警服务器就是多出的成本。因此，对于小型项目来说，除非是非常特殊的要求，一定要用到行为识别的话，否则，不建议推荐使用。相对于大型项目来说，大型项目除了需要摄像机、NVR录像机以外，还需要监控中心的相关控制设备诸如高清解码器、综合平台、网络键盘、流媒体服务器等设备。而在AI智能行为监控系统中，还是只需要摄像机、NVR录像机、行为预警服务器，它的架构并不需要高清解码器、综合平台、网络键盘、流媒体服务器等这类型的设备，这些设备的成本远远高于行为预警服务器的成本，因此，越大的项目，成本反而越划算。（2）功能优势AI智能行为监控的核心优势是：主动防御、提前预警。总所周知，传统的监控系统，如果没有监控中心专人值班，基本上等于摆设，只能起到一定的威慑作用和事后视频取证的作用。而如果有专人值班的情况，往往又是项目比较大，监控画面比较多，必须设专门的监控中心，那么，值班人员面对几十上百个甚至几百个监控画面，他们也想看完所有的监控画面，但是有心无力，根本不可能关注到所有画面，等于还是起不到值班的作用。而AI智能行为监控系统，它是通过系统检测所有前端画面，把业主需要管理的各种异常动作行为先设置好，然后，一旦被监控系统拍摄到这些异常情况，系统会立即把事发现场的视频调到预警屏幕上，这也是为什么可以不用高清解码器、综合平台、网络键盘、流媒体服务器这些设备的原因，又可以及时的发现问题，及时处理。（3）它可以做到无人值守AI智能行为监控系统的预警方式有两种，第一种预警方式为监控中心预警屏幕自动弹出事发现场的视频，让值班人员及时发现问题，也就是说，平时只需要关注预警屏幕即可达到实时监控的目的。第二种预警方式为手机APP预警，系统会把发生异常情况的现场视频截图发送到手机预警APP上，让管理者或者让无人值班的监控场景也能立即发现问题，提前预警。如果没人值班，它的优势相当明显，它可以做到无人值守。而如果有人值班，它也给监控中心的值班人员降低了工作难度，只需要面对一个预警屏幕即可完成值班监控的目的。（4）它可以兼容旧系统改造AI智能行为监控系统，它是一套全数字架构的视频监控系统，它和传统的数字高清网络视频监控系统并无区别，因此，如果是旧系统改造，只要旧系统使用的是数字高清的监控系统，无论是什么品牌，理论上来说，是可以全部兼容的，即使协议不能兼容，以现在的技术，也可以对接好协议解决兼容的问题。（5）它还可以降低人工成本为什么要安装监控系统？咋们安装监控系统的目的，就是希望通过监控系统，起到监督、防盗和威慑的作用。AI智能行为监控系统，它安装在前端的每一个监控点，都相当于我们人的眼睛，它会不折不扣的把它所看到的情况，及时的汇报给监控中心或者管理者。如果增加监控点位的布局，无死角监控的话，理论上来讲，巡逻的保安可以大幅度减少，从而达到降低人工的目的。监控中心的值班保安，由于不用再面对上百个或者几百个监控画面而发愁了，工作强度降低了，AI智能行为监控系统还可以和消防系统联动，也就是说，一个监控和消防在一起的监控中心，完全不用考虑替换代班人员，也可以适当减少值班人员的数量。