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[doc格式] 林火视频监控中烟识别方法概述

这个夏天有dian冷
2017-09-25 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《[doc格式] 林火视频监控中烟识别方法概述doc》,可适用于市场营销领域

doc格式林火视频监控中烟识别方法概述林火视频监控中烟识别方法概述第卷第期o年月四川I林业科技JournalofSichuanForestryScienceandTechnologyVo,NoFeb,林火视频监控中烟识别方法概述饶裕平,方陆明,柴红玲(浙江林学院环境科技学院,浙江临安浙江林学院信息工程学院,浙江临安)摘要:森林火灾是一种世界性的严重自然灾害,具有传播速度快,灭火和营救都比较困难等特点,利用视频图像的林火探测技术不受室外空间和恶劣环境的影响,适合于森林火灾的监测报警,是一种新型有效的火灾探测技术本文通过对火灾现场视频图像中烟识别方法的列举和讨论,简单介绍火灾烟和其它一些干扰现象的颜色,从而为进一步的研究提供理论依据关键词:森林防火林火监测烟特征提取纹理中图分类号:$文献标识码:A文章编号:()ASummaryoftheSmokeRecognitionMethodsofVisionMonitoringForestFiresRAOYupingFANGLumingCHAIHonging(SchoolofEnvironmentalSciencesandTechnology,ZhejiangFomstUniversity,Ijn’an,Zhejiang,ChinaSchoolofInformationTechnology,ZhejiangFomstUniversity,”n’all,Zhejiang,China)Abstract:TheforestfireiSakindofinternationalandheavynaturaldisasterItfeaturesfastspreadingandthedifficultyinextinguishingandrescuingAsanewstyleandeffectivemeasureforthedetectionofearlyfire,imagefiredetectiontechnologyisnotaffectedbyabigoutdoorspaceorabadenvironment,andthereforethistechnologyissuitedforinspectingtheforestfireThispaperdealswiththetherecognitionofsmokeinthevideoimagesofthefirescene,andbrieflydescribesthefirebreathingandotherinterferencecolors,aimingtoprovideatheoreticalbasisforfurtherstudyKeywords:Forestfireprevention,Forestfiremonitoring,Featureextractionofsmoke,Texture森林火灾是一种突发性强,危害性极大的自然灾害全世界每年发生森林火灾几十万次,受灾面积达几百万公顷,约占森林总面积的随着社会的发展,科学技术的进步,气象科学,遥感技术,电子计算机,激光,通讯和航空航天技术的蓬勃发展,化学和生物技术的不断革新,加上现代科学管理的渗透,为森林防火提供了先进的手段和技术条件,为有效地控制森林火灾的发生,把森林火灾的损失降低到最低限度提供了保证林火监测技术是做好防火工作的前提,世界各国非常重视林火监测技术的研究,经过科学家的不懈努力,林火监测技术日新月异林火监测技术的发展现状在国际上,林火监测技术得到工业发达国家的高度重视,在该项技术的开发和研究工作中一直处于领先地位他们将林火监测技术迅速推广并应用到各个工业领域,对森林和林区也运用了该技术在开展此领域工作较好的主要西方发达国家,例如:收稿日期:基金项目:浙江省科技厅重大项目”森林灾害远程视频预警监控关键技术研究与应用”(C)作者简介:饶裕平,男,重庆市人,硕士研究生,研究方向,林业信息技术方陆明,男,浙江建德人,教授,博士,从事资源与环境信息系统以及数据挖掘与建模研究四JII林业科技O卷美国早在O多年前就建立了综合的国家森林健康质量计划(FHH),法国研制出林火远距离监测系统,能够在雾天测出km以外一张燃烧的报纸和km以外的m火区较弱的火势此系统不仅能测出火灾,同时也可准确有效地测出热气球和易燃气体它可以通过遥控摄像机准确地测出火源和判断火势,并把精确的方位自动地送到小房操纵台,每套系统可监测km的范围,通过多套系统,可以交叉监测各个区域德国成功研制了森林自动监测系统,可自动识别烟火,并高质量地把信息通过无线电传送给监测中心除地面监测外,国外还成功地研制空中监测技术,如以色列用无人驾驶飞机进行监测,美国也研制成功机载监测器,法国和美国还用卫星监测林火我国的林火监测技术和国外比还存在差距世纪O年代林火监测技术才逐渐兴起年,我国开展了根据森林遥感TM图像进行资源分类方面的研究及森林资源管理的遥感技术应用研究,并且将”s”技术用于生态环境综合及林火监测等采用常规的了望塔,护林塔和飞机监测火情是我国最常规的火灾监测方法,但是受监测范围,时次有限和费用高昂的约束,尤其在人迹罕见的原始林区,它们的作用受到限制为此我国设立了国家林业局卫星林火监测中心,租用美国的两颗气象卫星它主要是从气象卫星收集的气象资料中提取有关林火方面的信息,经国家林业局卫星林火监测处接收后,对数据进行处理,制成可供森林防火部门使用的标明火场位置,火势强弱,火场面积及发展方向的计算机图形文件,并经卫星监测计算机网络传输到全国各级森林防火部门的林火监测网络终端机内,森防部门可以在计算机上了解到有关林火方面的各种信息在我国的东北,西南,西北林区县级以上的森防部门大多己设立卫星林火监测接收站或终端站,形成了以国家林业局卫星林火监测处为中心,遍布全国各林区的个卫星监测终端站的卫星林火监测网但是卫星对于林区同一点每天只能扫描次,l次,且每次时间一般不超过min,所以在白天的大部分时间里卫星不能对大部分林区热点进行监测火灾烟监测技术烟雾识别的火灾探测技术的关键是如何提取火灾烟雾和非火灾气溶胶的识别特征Loepf对火灾和非火灾气溶胶的光学特性进行了研究,通过测出不同散射角的偏振度,以此对种欧洲标准试验火和非火灾气溶胶进行识别Chen等人采用傅立叶红外光谱气体分析和人工神经网络方法,通过测出火灾燃烧产物中的各种气体的浓度(如一氧化碳,二氧化碳,氯化氢,甲烷,甲醇,甲醛等),并以此作为神经网络的输人,实现明火,阴燃火和环境干扰的分类识别赵建华,袁宏永等人通过对火灾烟雾粒子与入射光相作用的理论分析,深入研究了火灾烟雾粒子对不同波长人射光的衰减特性,烟雾粒子对入射光的衰减取决于入射光波长,烟雾粒子群的本质特性(粒径分布,平均粒径,折射率)和烟雾浓度,两个已知波长的消光系数比反映了火灾烟雾的本质特征,以其作为火灾烟雾的识别特征,避免了烟雾浓度的影响,通过简单的光学测量和计算,即可对火灾烟雾和非火灾气溶胶进行快速,准确的分类识别图像处理技术的视频烟雾探测(VideoSmokeDeteetion,abbrVSD)是火灾探测领域内一项新的技术目前的火灾探测技术已经掌握了丰富的烟特性,可全部纳人该系统中,并涵盖了每一种偶然性这种系统目前已初步应用在飞机库,码头,历史性建筑物,发电站等场所视频探测的优点在于图像信息的丰富和直观,为早期火灾的识别和判断奠定了必要基础,而其他任何火灾探测技术均不能提供如此丰富和直观的信息清晰的图像无疑会增加判别的可靠性,同时,对控制区域的实时监测,可在火灾发生的最初阶段作出迅速反应,并进行实时分析和后处理,如此可大大缩短预警时间,有利于实现火灾的早期预报和控制火灾的物理特征早期火灾中存在种典型的热物理现象:阴燃,火羽流和烟气阴燃是一种只在气固界面处的燃烧反应,而没有气相火焰的燃烧现象,阴燃的温度较低,燃烧速度慢,但不易发现,因而危险陛很大作为自我维持而无明火燃烧,阴燃的典型温度范围为K一K火羽流是由于火灾火焰上方由浮力驱动的热气流持续上升进入新鲜空气所占区域,与火焰一起形成的其中,热解的典型温度在K,K,气相火焰为K一K(对早期火灾探测有意期饶裕平’,等:杯火视频监控中烟识别方法概述义的火羽流温度应低于K),因此,典型的火羽流温度范围为:K,K烟气是燃烧产物中的微小颗粒的集合就早期火灾而言,烟气是最为突出的现象,它是燃烧产物中微小颗粒的集合由于烟气在流动过程中与周围环境的热交换,其温度逐渐下降随着对火灾燃烧过程和燃烧机理研究的不断深人,已经可以从一个新的角度考察火灾现象和火灾过程,将基于点式感温,感烟,感光和线型感温,感烟的火灾探测模式发展成基于实时影像的火灾探测模式,将摄影测量,图像处理,计算机多媒体等新兴技术应用于火灾探测技术中烟图像的火灾监测技术火灾烟气的研究属于早期火灾探测的基础理论,建立早期火灾烟气的研究将推动火灾监测技术的进一步应用和发展烟气是火灾的前兆和伴随产物火灾作为无组织的燃烧过程,主要特点是不完全燃烧,其外在表现为大量烟气的产生,火灾初期这一现象尤为明显和突出其次烟气不仅具有丰富的运动形态和尺寸的变化,而且具有闪烁,相位起伏及漂移与扩散等光学特征此外,烟气还具有独特的光谱吸收,散射和反射特性图像式火灾探测系统目前使用的火灾判据均将火焰作为对象,而这些判据本身并未脱离基本的几何模式和速率模式,从已经使用和提出的图像型火灾识别模式来看,尚缺少对火灾烟气特征的全面发掘尽管火灾是一种非定常现象,其类型,时机,场合有所不同,导致烟气状态及烟气中的气体成分,颗粒分布也有所差别,但早期火灾现象有很多共性根据目前烟火识别算法的特点,对同一视域的连续多帧图像的比较来辨别火情的发生相对比较容易,但是对单独的一帧图像做出合理并正确的判断相对较难通过对烟的多种因素的分析,并针对森林火灾与烟雾,云等干扰因素在光谱特征,空间几何特征上的差异,综合运用图像处理方法能够对单帧的判别正确率达到以上,Internet可以登录视频服务中心实时监视各监控点森林火灾情况,由智能图像处理,林火识别报警软件进行烟火自动识别,同时接收云台的状态信息,根据获得的摄像机位置及其它相关信息计算火警目标位置,当监测到火灾并由操作员进一步确认后,指挥中心向消防中心发出报警信息,并进行相应地扑救指挥工作智能烟火识别报警模块在系统中起着重要的作用烟火图像识别模块是林火识别报警系统实现火灾探测的关键,根据烟的行为特征,如:颜色,颜色分布,形状,轮廓,纹理等,利用森林背景图像与火灾,烟雾图像在光谱特征,空间几何特征上的差异,运用图像处理方法和复杂的识别算法,对林区图像进行分析,判断林区图像上是否有疑似火点森林火灾图像的获取,预处理当前室内火灾报警技术已经比较成熟通过对光,烟,湿度等参考量加以判断,然后直接实施灭火措施,进行断电,喷水等并报警由于室内范围小,受外界影响小,在火灾判别上可以依靠单一的探测方式,也可以多种探测方式同时使用,提高火灾判别的准确性,减少误报而对于森林火灾监测工作来说,可以使用的探测方式较少,所以利用图像进行森林火灾监测是一个明智的选择由于图像包含的数据量很大,所以必须对图像进行分割精确的分割处理是提高整个探测系统准确性,健壮性的前提条件,但同时由于各种环境下光照亮度的变化以及经常存在的干扰光源的影响,实现精确分割的难度较大首先,对图像进行预处理,一般性的消除图像中的噪声点接下来对图像进行分割处理,把图像空间分成一些有意义的区域,为下一步的图像识别打下坚实的基础火灾图像的获取在森林防火的重点区域,首先要有规划地设置地面了望台了望台顶部安装CCD摄像机,摄像机由计算机控制,按照一定规律运动,可实现h不问断扫描,对周围观测区域进行全天候,全方位,多角度的监控,所摄取的影像由视频采集卡输人计算机进行实时处理,通过火焰图像的识别算法判断当前图像内是否有火灾,一旦发现火灾则立即发出警报火灾图像的预处理图像预处理通常包括增强,滤波,细化等几个方面J对受到噪声污染的图像的复原可以采用线性滤波方法来处理,有许多情况下是很有效的但是多数线性滤波具有低通特性,在去除噪声的同时也使图像的边缘变得模糊了中值滤波方法在某些条件下可以做到既去除噪声又保护图像边缘的较满四川林业科技O卷意的效果中值滤波的基本原理是把数字图像中一个像素点的灰度值用该点的一个小邻域中各点值的中值代替,让与周围象素灰度值的差比较大的象素改取与周围象素值接近的值,从而可以消除孤立的噪声点由于它不是简单的取均值,所以产生的模糊比较少火灾的图像特征提取视频的火灾监测方法立足于火灾图像的基本特性的提取,也就是如何选取既容易提取又能为识别火灾提供尽可能高的模式鉴别能力,同时还要尽量少的特征维数的特征向量,它应该是最佳的样本特征属性的度量火灾过程是一个典型不稳定过程由于可燃物,几何条件,环境和气候的影响,烟的识别过程更为复杂同时,火灾现场存在各种干扰因素,如阳光,照明灯,云雾等特征的提取和选择对识别系统至关重要,它基本上决定了识别系统的可靠性,决定了火灾探测的快速,准确火灾图像烟的特征分析颜色是视觉系统对可见光的感知结果,可见光是波长在脚一nm之间的电磁波,可见光中不同的频谱分布刺激人眼产生的感觉火灾通常产生烟和火焰而火焰的色彩特征比较明显,随着火焰由焰心到火焰外表面温度的升高,其颜色依次为暗红色,红色,橙色,黄色,蓝白色和白色,所以火焰的颜色特征是对火焰进行识别的一个有效判据烟的色彩特征不是很明显,根据燃烧材料的不同有白烟,黑烟和黄烟等几种但在火灾发生的特定环境中,颜色作为判别烟的首要特征,为有效利用其他特征识别火灾奠定了基础烟纹理特征色彩特征不可能准确地识别出烟因为许多物体与烟具有相近的色彩值他们之问差异就是颜色值的空间分布与组合不同,也就是具有不同的纹理烟动态特征早期火灾的烟形体变化反映了火灾在空间分布的变化在早期火灾阶段,烟的形状变化,空间取向变化,烟的抖动以及烟的分合等,具有自己独特的变化规律在图像处理中形体变化特性是通过计算烟的空间分布特性,即像素点之间的位置关系来实现的为了提高系统的运算速度,增强对火灾的反应能力,在计算目标的形体变化之前,要将目标图像二值化考虑到火灾烟特有的形状不规则变化的特殊性质,同时能够区分开其它的干扰现象,本文采用了计算相邻帧变化相似度的办法来标识火灾火烟的形体变化特征,包括烟的中心相对移动速率,烟的面积相对变化速率和烟的外沿飘动轨迹’烟形状特征对人的视觉系统而言,物体的形状是一个赖以分辨和识别的重要特征用计算机图像处理和分析系统对目标提取形状特征的过程就称为形状和结构分析形状和结构分析的结果有两种形式,一种是数字特征,主要包括几何特征(如面积,周长,距离,凸性),统计特性(投影等)和拓扑性质(如连通性,欧拉数等)另一种是由字符串和图等所表示的句法语言,这种句法语言既可刻画某一目标不同部分间的相互关系,又可描述不同目标间的关系,从而可对含有复杂目标的景物图像进行描绘,为识别打下基础对目标进行形状和结构分析既可以基于区域本身也可以基于区域的边界有时区域的骨架也包含了有用的结构信息,所以也可以基于区域的骨架对于区域内部或边界来说,由于这里只关心它们的形状特征,其灰度信息往往可以忽略,只要能将它与其它目标或背景区分开来即可小结以上个判剧能够充分反应烟的纹理特征,对于与烟颜色相近的干扰现象可以有效排除在形状方面提出了图像的矩特性描述和形状相似度判剧,由于烟的形状十分特别,一般干扰物体的形状很难与烟相近,所以从形状上也可以排除干扰现象而识别出烟通过这些判据,除了能够准确地识别火灾烟外,还可以对其它的干扰现象加以一定程度的区别实际上,采用这些判据,已经能够构造一个常规的火灾探测系统了结论伴随着国民经济的发展,森林的火灾安全问题受到越来越多的关注森林火灾的探测技术还处于发展期,许多国内外的学者都进行了广泛的研究,但它的理论基础和现实技术仍然不够完善在这一情期饶裕平,等:林火视频监控中烟识别方法概述况下,将数字图像处理技术的应用到火灾报警上是一种新的有效的火灾探测手段,必将具有广阔的应用前景和使用价值参考文献:孙风玲论国有林区天然林保护工程的实施J吉林林学院,,():周立森林灾害动态监测防治与预测模型研究J林业科技,,()阂吴,薛乐川,叶仰林IBMPC机控制的CCD摄像系统J复旦大学,,()覃先林,易浩若,纪平AVHRR小火点自动识别方法的研究J遥感技术与应用,,()谢贵顺微机实时监控技术在供电系统中的应用J电气自动化,()任海,任河国外林火监测新技术J内蒙占林业,,()PelzDRNationalforestinventories:pastdevelopmentandfumreprospectsJapSocofForPlan,,():,E张永生遥感图像信息系统M科学出版社,:莫伟华,马轮基何立基于GIS的广西卫星遥感林火监测系统介绍j广西气象,,()吴延熊区域森林资源预警系统概念框架的粗略构建J浙江林学院,,()李弼程,彭天强,彭波智能图像处理技术M北京:电子工业出版社,报,,():,肖胜森林资源管理的遥感技术应用研究J福建林业科技,,()LoepfeM,RyserP,TompkincandWieserDFireSafetyJ:袁宏永赵建华苏国锋图像型大空间建筑早期火灾智能探测报警技术J消防技术与产品信息,,():,I赵建华袁宏永范维澄陈涛用消光系数比表征火灾烟雾的分类特征J物理,,():,刘力辉冉海潮孙丽华烟气湍流效应对火灾图像探测的影响J火灾科学,,():徐爱俊,李清泉,方陆明,等基于GIS的森林火灾预报预测模型的研究与探讨J浙江林学院,,():,RafaelCGonzalezRichardEWoodsDigit~ImageprocessingBering:PublishingHouseofElectronicsindustry,:赵荣椿数字图像处理导论M西安:西北工业大学出版社,:,O罗云林,朱瑞平,王着华基于数字图像处理的火警检测系统研究J辽宁工程技术大学,,():(上接第页)栽植方法结论将合格的竹种(保留两个节以上,竹种头部不要破伤,根系发达,竹种过长,应用刀砍掉多余部份)斜放于打好的穴中,竹种的梢部顺山向,砍口朝上,竹头的芽苞和竹节上的芽苞向上,分层回土踩紧,使竹种充分与土壤接触,是否踩紧可用手轻搬试一试,水源方便的地方须浇足定根水,栽植的竹种的梢部少量高于穴外土面,高出的部份也用土覆盖,厚度为cm,cm,Id,d内应全部栽完出圃的竹种,如果土层薄,穴的深度不够,可采用从周围借土的方法覆土幼林抚育管理紫色砂土土层疏松,为了使抚育作业不伤竹种根系,第一次抚育时间选择在栽植当年月下旬至月上旬,用刀抚,主要清理杂草及藤蔓,第二次抚育选择在月上中旬,进行锄抚第二年,第三年采取松土抚育,结合抚育时开沟施肥,沟深cm一cm,可用竹类专用肥,复合肥或农家肥,将肥料均匀撒在沟槽内,用土覆盖肥料,防止养分挥发浪费栽植后第一年,如遇长时间干旱及时采用灌溉措施紫色砂土栽植撑绿竹的实用技术:时间应选择在雨水节后d至月底前最为适宜海拔高度选择在m以下的造林地穴向顺山,砍口朝上,利于雨水的汇积栽植密度:合理密植,株,行距mxm或mxm打穴形状为”猪槽型”,规格为(,)cm×()cm×(O,O)elTI栽植方法:竹种顺山向,芽苞朝上,踩实,竹种用土全覆盖,有水源方便的地方浇足定根水抚育管理:栽植后的第一年第一次抚育采用刀抚,以后的抚育采用锄抚从第二年锄抚,可以同时开沟施肥,通过以上实用技术可以大大提高栽植成活率参考文献:杨冬生,郭享孝,等四川主要竹种造林技术M四川科学技术出版社,刘兴祥,等土壤肥料基础知识M四川省科学技术出版社,宜宾市人民政府关于加快建设川南竹产业经济带的实施意见R宜府发(oo号,珙县人民政府关于加速建设珙县产业发展的实施意见R珙府发~oo号,

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