【正文】 數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)分析信息識(shí)別的數(shù)據(jù)來(lái)源為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的探測(cè)器，而探測(cè)器接收是通過(guò)安裝在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)各種類(lèi)型的探頭信號(hào)而采集到的。目前探測(cè)器的種類(lèi)有感煙、感溫、感光（分為光焰、光電、紅外光焰、紫外光焰、圖像光焰）、氣體探測(cè)器。圖33，圖34分別為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)局部區(qū)位圖、局部顯示屏圖。 圖33 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)局部區(qū)位圖 圖34 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警局部顯示屏圖通信數(shù)據(jù)信息識(shí)別的大致步驟為：（1）由設(shè)置在附屬醫(yī)院各個(gè)部位的火災(zāi)報(bào)警感應(yīng)探頭通過(guò)線制向計(jì)算機(jī)平臺(tái)輸送火警信號(hào)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件系統(tǒng)進(jìn)行通信數(shù)據(jù)處理。（2）計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)采集后，經(jīng)過(guò)處理，將起火的部位（方位）傳輸?shù)斤@示屏，顯示屏上起火方位燈亮。同時(shí)還和城市“19”火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連，“119”火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也同樣收到了火警信號(hào)，并視情予以處理。圖35為該醫(yī)院與報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)聯(lián)接圖。 圖35 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與城市“119”消防網(wǎng)絡(luò)圖（3）計(jì)算機(jī)根據(jù)起火部位（或方位）打印系統(tǒng)打印報(bào)警單，圖36為打印窗口圖。 圖36 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警打印窗口圖其打印單顯示出：詳細(xì)的起火地點(diǎn)和起火時(shí)間，以便采取有力的救援措施。表3—1為監(jiān)測(cè)接收某型號(hào)火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)。 表31 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)打印表序號(hào)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤數(shù)百公比間斷數(shù)合計(jì)最長(zhǎng)連續(xù)數(shù)間隔數(shù)得分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)排序17，N，1820602300327，N，26705301737，N，3450606411347，N，4250100282657，N，5385424301167，N，6450110371978，N，1110111100388，N，2250111282598，N，3311121002108，N，4201112826波特率為24008，N，5（4）通信數(shù)據(jù)信息識(shí)別的局限性。目前通用的通信數(shù)據(jù)信息識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)方法為有線性與無(wú)線性估計(jì)。其中包含了模糊識(shí)別、聚類(lèi)分析、模板分類(lèi)、專(zhuān)家系統(tǒng)等。例如，當(dāng)火災(zāi)信息通過(guò)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)錄入時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行識(shí)別判斷，還可以通過(guò)信息定位進(jìn)行信息識(shí)別，必要時(shí)還可以識(shí)別人為地錄入和城市遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)發(fā)來(lái)的信息識(shí)別?？傊?，由于通信數(shù)據(jù)信息檢測(cè)信息量大，故出現(xiàn)的誤報(bào)警的概率也比較大。如該醫(yī)院就有兩種情況出現(xiàn)誤報(bào)警：①由于該醫(yī)院設(shè)有紅外線放射科，每天受理放射檢查的病號(hào)比較多，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間稍長(zhǎng)，紅外線放出來(lái)的信號(hào)也會(huì)被火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警接收產(chǎn)生故障報(bào)警信號(hào)，出現(xiàn)誤報(bào)。②該醫(yī)院有各類(lèi)工作人員3000余人，住院人數(shù)和門(mén)診人數(shù)也保持在30004000人左右，醫(yī)院后勤配備的生活鍋爐每天二次排放蒸汽濃度過(guò)大時(shí)，也會(huì)被火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)所接收為信號(hào)，出現(xiàn)誤報(bào)警。這兩者都是在今后報(bào)警系統(tǒng)信息識(shí)別技術(shù)中需要解決的難題。綜上所述，上述提及到的串/并行脈沖檢測(cè)技術(shù)及數(shù)據(jù)挖掘的通信數(shù)據(jù)信息分析方法，較好地實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)信息的分析與識(shí)別功能，在現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析技術(shù)日趨完善的過(guò)程中，將會(huì)有更多的和更加方便靈活的方法應(yīng)用到火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的火災(zāi)信息識(shí)別之中。 圖像型火災(zāi)識(shí)別技術(shù)在圖像智能建筑的大空間中，尤其是存在遮擋和周?chē)h(huán)境干擾時(shí)，實(shí)踐證明前面所介紹的火災(zāi)信息識(shí)別技術(shù)都難以達(dá)到較好的識(shí)別效果，存在著靈敏度和可靠性之間的矛盾。這是因?yàn)椋菏紫然谕ㄐ艛?shù)據(jù)信息和氣體分析技術(shù)的火災(zāi)識(shí)別方法通常在較低情況下才能達(dá)到較好的效果，而在某些智能建筑中，火災(zāi)燃燒的產(chǎn)物受高度面積影響，只有當(dāng)火災(zāi)發(fā)展到一定的程度才能被檢測(cè)；其次，在環(huán)境比較惡劣，比如灰塵、電磁干擾、水蒸氣、空調(diào)等影響下，上述的火災(zāi)信息識(shí)別方法都能難以正常發(fā)揮效用，容易出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象；再次，火災(zāi)具有反應(yīng)時(shí)間短、火源點(diǎn)多、火源性質(zhì)復(fù)雜、煙氣控制困難等特點(diǎn)，這就要求火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)能夠盡早報(bào)警，降低誤報(bào)率，從而將火災(zāi)消滅于萌芽狀態(tài)。利用圖像型火災(zāi)探測(cè)技術(shù)對(duì)早期火災(zāi)進(jìn)行識(shí)別，可以較好地區(qū)別其它干擾現(xiàn)象，準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。 基本原理基于圖像處理的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)是一種以計(jì)算機(jī)為核心，結(jié)合光電技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)而研制的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，如圖37所示。它利用攝像頭對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)攝取的視頻信號(hào)由圖像采集卡捕捉為數(shù)字圖像并輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)根據(jù)圖像特征進(jìn)行分析和處理，從而達(dá)到探測(cè)火災(zāi)的目的。圖37 火災(zāi)圖像探測(cè)系統(tǒng)原理圖在圖37中，火災(zāi)圖像信息通常為火焰的圖像特征，它包含了火的面積、邊緣、距特性、紅外輻射以及其他一些明顯的特征。在圖像型火災(zāi)識(shí)別技術(shù)中，數(shù)字圖像處理部分是火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的核心，直接影響到報(bào)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確率。其核心問(wèn)題是要利用火焰的圖像來(lái)探測(cè)火災(zāi)的存在，而利用火焰的圖像必然要使用數(shù)字圖像處理技術(shù)。利用數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)圖像識(shí)別的步驟為：① 對(duì)火災(zāi)圖像預(yù)處理，包括圖像增強(qiáng)、濾波、灰度化以及分割等操作[34]；② 利用圖像特性對(duì)這些物體加以識(shí)別或分類(lèi)檢測(cè)出圖像中的物體；③ 圖像分割處理是將圖像中的目標(biāo)與背景進(jìn)行分離，以找出圖像中需要進(jìn)行處理的部分；④ 在提取了圖像中的目標(biāo)之后，要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分析，以判斷該目標(biāo)是早期火災(zāi)現(xiàn)象還是其它的干擾現(xiàn)象，這就是數(shù)字圖像處理中的圖像識(shí)別問(wèn)題。所以說(shuō)，火災(zāi)圖像的識(shí)別問(wèn)題可以簡(jiǎn)要表述為：在圖像預(yù)處理后，即可方便地計(jì)算出描述物體尺寸和形狀的一些特性，如物體的面積、周長(zhǎng)、長(zhǎng)度、寬度、矩形度、圓形度、不變矩、相似度和形狀描述等，進(jìn)而進(jìn)行圖像識(shí)別[30]。 火災(zāi)圖像的預(yù)處理 我們知道火災(zāi)在燃燒過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量煙霧、火焰和高溫和各種氣體等。因此，在連續(xù)影像中長(zhǎng)時(shí)間地表現(xiàn)為高亮度時(shí)，它是火災(zāi)存在的最原始、最直接的特征。我們根據(jù)火災(zāi)特定的環(huán)境，取RGB三基色，再根據(jù)閾值大小得到火災(zāi)活動(dòng)的不同區(qū)域，從而排除非火災(zāi)因素，做出是火災(zāi)和非火災(zāi)的準(zhǔn)確判斷。火災(zāi)圖像的濾波在實(shí)際工作中，我們所獲取的火災(zāi)數(shù)字圖像往往要受到拍攝、儀器以及周?chē)h(huán)境的影響，使得圖像失去本來(lái)面目或者存在各種各樣的噪聲。為消除噪聲，校正失真，不讓干擾信息影響到后續(xù)圖像的識(shí)別，需要對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理，使之恢復(fù)圖像的本來(lái)面貌，把圖像變成人眼容易觀察、機(jī)器容易識(shí)別的圖像。圖像的濾波常用的方法有線性濾波和中值濾波。其中，線性濾波具有低通性，在去除噪聲的同時(shí)，也可能將圖像的邊緣搞模糊化了。中值濾波在去除噪聲的同時(shí)，不會(huì)影響到圖像邊緣問(wèn)題，它是一種較好的非線性的濾波方法[35]。其基本原理：是對(duì)數(shù)字圖像中的某一點(diǎn)像素，用該點(diǎn)周?chē)^(qū)域中的其他各點(diǎn)的灰度值的中值來(lái)代替該點(diǎn)灰度值。該方法是將一個(gè)點(diǎn)的特定長(zhǎng)度或形狀的領(lǐng)域稱(chēng)為窗口。在一維的情形下，中值濾波器是一個(gè)含有奇數(shù)像素的滑動(dòng)窗口。窗口正中間那個(gè)像素的值用窗口內(nèi)像素值的中間量代替。我們?cè)O(shè)輸入數(shù)據(jù)序列為，I為自然數(shù)集合或子集，窗口長(zhǎng)度為n，則濾波器輸出為： 公式（39）其中Med表示取的中值。將中值濾波應(yīng)用到二維上，設(shè)表示數(shù)字圖像各像素點(diǎn)的灰度值，為濾波窗口，我們可得二維中值濾波公式： 公式（310）濾波窗口有線形、方形、十字形、圓形和菱形等許多種，不同濾波窗口的濾波效果也不盡相同。二維中值濾波要比一維中值濾波效果好，能有效抑制噪聲的同時(shí)，不會(huì)干擾到圖像的邊緣信息。因此，在實(shí)際使用中，我們采用的濾波窗口大小。能夠保持圖像邊緣細(xì)節(jié)。 火災(zāi)圖像的分割火災(zāi)圖像分割的目的是抑制火焰顏色的干擾，使得火災(zāi)識(shí)別能更有效有序地進(jìn)行。其方法就是將圖像中具有一定涵義的不同區(qū)域進(jìn)行分割，使得這些區(qū)域不自相交，所得到的區(qū)域都具有相同的特性[36]?；馂?zāi)燃燒在連續(xù)影像中具有 自然特性有：燃燒的色譜特性；相對(duì)穩(wěn)定性；紋理特性；蔓延增長(zhǎng)的趨勢(shì)特性等，我們采用背景差分法將當(dāng)前圖像與參考圖像進(jìn)行剪影操作，來(lái)判斷在監(jiān)控區(qū)域是否有火災(zāi)存在。火焰圖像的處理就是用當(dāng)前圖像減去參考圖像而得到目標(biāo)圖像中不需要的圖像部分，而只保留所關(guān)心的圖像。在圖像處理過(guò)程中，圖像分割可以定義為將數(shù)字圖像分割成不相交（不重疊）區(qū)域的過(guò)程。設(shè)數(shù)字化圖像序列，為圖像區(qū)域的表示，為當(dāng)前圖像，為總圖像數(shù)。實(shí)際操作中，應(yīng)大于2。將現(xiàn)有當(dāng)前圖像與參考圖像進(jìn)行比較，計(jì)算二者差的圖像的公式為【37，38】： 公式（311）為一個(gè)差值圖像序列，表示與參考圖像的差別。要將圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，需設(shè)置一個(gè)閥值，這里我們應(yīng)用閥值迭代算法求解一個(gè)最佳閥值。閥值迭代算法跟數(shù)學(xué)上的逐漸逼近和迭代類(lèi)似。設(shè)一副圖像的最佳閥值為，算法思想是首先按某種規(guī)則取得圖像的一個(gè)閥值，然后不斷的對(duì)進(jìn)行修正，直到無(wú)限趨近于，算法具體步驟具體分為5步[39]：Step1：計(jì)算圖像的最大灰度值和最小灰度值，；Step2：根據(jù)閥值將圖像分割為前景和背景，計(jì)算兩者的平均灰度值；Step3：計(jì)算新閥值；Step4：若，則，轉(zhuǎn)Step2，否則為預(yù)先假定的最佳閾值，轉(zhuǎn)Step5；Step5：算法結(jié)束。設(shè)原圖像為，則閥值分割后的圖像為： 公式（312）這樣：g(x，y)=1時(shí)，則有火災(zāi)發(fā)生；g(x，y)=0時(shí)則無(wú)火災(zāi)發(fā)生。 火災(zāi)圖像的特征提取火災(zāi)圖像的特征提取分為硬件和軟件兩個(gè)系統(tǒng)組成。硬件主要由圖像采集系統(tǒng)、數(shù)字計(jì)算機(jī)以及控制處理三個(gè)部分組成。圖像采集系統(tǒng)是數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中重要部分，由成像系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)和量化器三部分組成。實(shí)現(xiàn)圖像的獲取和圖像的數(shù)字化任務(wù)，為數(shù)字圖像處理作好準(zhǔn)備。軟件主體是系統(tǒng)的核心，它對(duì)數(shù)字圖像首先進(jìn)行圖像分割，再利用圖像特性對(duì)這些圖像進(jìn)行火災(zāi)識(shí)別或分類(lèi)檢測(cè)，以便準(zhǔn)確判斷?；鹧嬗跋衩娣e的變化規(guī)律我們使用CCD來(lái)攝取火災(zāi)的火焰影像，其影像灰度值將固定在特定的“閾值”取值范圍內(nèi)。因此可以用分割方法來(lái)獲得火焰目標(biāo)，然后以掃描火災(zāi)窗口獲得的像素點(diǎn)數(shù)目的多少來(lái)描述火焰的影像面積大小。我們可以用幾何函數(shù)來(lái)描述火災(zāi)早期火焰的形成過(guò)程，其方程見(jiàn)公式(313)： 公式(313)式中：　y為火焰影像面積； t為測(cè)量時(shí)間；t0為火焰影像增長(zhǎng)的起始時(shí)刻； a、n為與可燃物特性參數(shù)。對(duì)方程(313)兩邊取對(duì)數(shù)，公式(313)變成： 公式(314)令，將公式變形，再分析其線性度，即擬合成直線的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)公式(315) 公式(315)式中： 顯而易見(jiàn)：Y與T成直線關(guān)系。因此，用幾何函數(shù)來(lái)描述火焰影像面積的增長(zhǎng)規(guī)律是合理的。這就是火焰影像變化的規(guī)律?；鹧娴倪吘壸兓治鲈趯?shí)際操作中，由于火苗發(fā)生竄動(dòng)，火焰的尖角信息多體現(xiàn)在火焰圖像的上半部分，因此我們用矩陣法先計(jì)算區(qū)域目標(biāo)的重心。這里僅對(duì)重心以下的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行尖角識(shí)別判斷，當(dāng)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的地面過(guò)于光亮?xí)r還可以消除火焰鏡面成像部分的干擾。矩是一種基于區(qū)域內(nèi)部的數(shù)字特征，對(duì)于給定的二值圖像，0表示背景，1表示目標(biāo)，那么它的矩陣表示如下： 公式（316）那么，代表目標(biāo)區(qū)域面積，和方向的一階矩可簡(jiǎn)化為和方向上的目標(biāo)點(diǎn)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)，目標(biāo)區(qū)域的重心坐標(biāo)則可根據(jù)如下表達(dá)式計(jì)算: 公式(317)得到目標(biāo)區(qū)域的質(zhì)心后再和方向的一階矩（M10/M01），對(duì)于二值圖像來(lái)說(shuō)，可以將其簡(jiǎn)化為和方向上目標(biāo)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。計(jì)算圖像矩陣特性的目的是因?yàn)榭紤]到火焰的形狀不斷變化這一獨(dú)特的性質(zhì)，反應(yīng)在圖像的數(shù)字特征上，即表現(xiàn)為其一階矩也應(yīng)該是無(wú)序的變換。與此相對(duì)應(yīng)，如果M10/M01同時(shí)有規(guī)律地變化（如同時(shí)增大），則證明有高亮度的物體攝像機(jī)方向移動(dòng)，這樣可以排除干擾。對(duì)火焰區(qū)域采用輪廓跟蹤法提取形態(tài)特征，同時(shí)對(duì)火焰尖角進(jìn)行判斷和個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)。輪廓跟蹤的總體方法是[42]：首先根據(jù)“探測(cè)準(zhǔn)則”[43]搜索出輪廓線像素；其次使用一定的“跟蹤準(zhǔn)則”對(duì)第一步中像素的特征找出輪廓線上的其他像素。具體來(lái)說(shuō)，首先根據(jù)“探測(cè)準(zhǔn)則”和“頂點(diǎn)判斷”條件搜索出火焰的尖角頂點(diǎn)。再?gòu)脑擁旤c(diǎn)的左右邊界像素用一定的“跟蹤準(zhǔn)則”從左下和右下兩個(gè)方法進(jìn)行跟蹤, 找到下一行的邊緣目標(biāo)點(diǎn)[44]。“探測(cè)準(zhǔn)則”是指從對(duì)圖像從左到右、從上到下進(jìn)行掃描，若發(fā)現(xiàn)是黑點(diǎn)則進(jìn)一步判定是否為頂點(diǎn)。因邊界是連續(xù)的，所以每一個(gè)邊界點(diǎn)都可以用前一個(gè)邊界點(diǎn)對(duì)當(dāng)前邊界點(diǎn)所形成的角度來(lái)表示，于是定義如下“跟蹤準(zhǔn)則”操作步驟：Step1：從一個(gè)邊界點(diǎn)開(kāi)始，并規(guī)定初始的搜索方向?yàn)檠刈螅ㄓ遥┓?；Step2：判斷Step1的邊界點(diǎn)的左（右）方的點(diǎn)是否為黑點(diǎn)，若是則為邊界點(diǎn)，轉(zhuǎn)Step3，否則