【正文】 “探測準(zhǔn)則”是指從對圖像從左到右、從上到下進行掃描，若發(fā)現(xiàn)是黑點則進一步判定是否為頂點。具體來說，首先根據(jù)“探測準(zhǔn)則”和“頂點判斷”條件搜索出火焰的尖角頂點。對火焰區(qū)域采用輪廓跟蹤法提取形態(tài)特征，同時對火焰尖角進行判斷和個數(shù)統(tǒng)計。計算圖像矩陣特性的目的是因為考慮到火焰的形狀不斷變化這一獨特的性質(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)該是無序的變換。這里僅對重心以下的目標(biāo)區(qū)域進行尖角識別判斷，當(dāng)監(jiān)測現(xiàn)場的地面過于光亮?xí)r還可以消除火焰鏡面成像部分的干擾。這就是火焰影像變化的規(guī)律。對方程(313)兩邊取對數(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)見公式(315) 公式(315)式中： 顯而易見：Y與T成直線關(guān)系。因此可以用分割方法來獲得火焰目標(biāo)，然后以掃描火災(zāi)窗口獲得的像素點數(shù)目的多少來描述火焰的影像面積大小。軟件主體是系統(tǒng)的核心，它對數(shù)字圖像首先進行圖像分割，再利用圖像特性對這些圖像進行火災(zāi)識別或分類檢測，以便準(zhǔn)確判斷。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。 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系統(tǒng)組成。設(shè)一副圖像的最佳閥值為，算法思想是首先按某種規(guī)則取得圖像的一個閥值，然后不斷的對進行修正，直到無限趨近于，算法具體步驟具體分為5步[39]：Step1：計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，計算兩者的平均灰度值；Step3：計算新閥值；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。要將圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，需設(shè)置一個閥值，這里我們應(yīng)用閥值迭代算法求解一個最佳閥值。實際操作中，應(yīng)大于2。在圖像處理過程中，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)域的過程?；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；相對穩(wěn)定性；紋理特性；蔓延增長的趨勢特性等，我們采用背景差分法將當(dāng)前圖像與參考圖像進行剪影操作，來判斷在監(jiān)控區(qū)域是否有火災(zāi)存在。 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)識別能更有效有序地進行。因此，在實際使用中，我們采用的濾波窗口大小。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。窗口正中間那個像素的值用窗口內(nèi)像素值的中間量代替。該方法是將一個點的特定長度或形狀的領(lǐng)域稱為窗口。中值濾波在去除噪聲的同時，不會影響到圖像邊緣問題，它是一種較好的非線性的濾波方法[35]。圖像的濾波常用的方法有線性濾波和中值濾波?；馂?zāi)圖像的濾波在實際工作中，我們所獲取的火災(zāi)數(shù)字圖像往往要受到拍攝、儀器以及周圍環(huán)境的影響，使得圖像失去本來面目或者存在各種各樣的噪聲。因此，在連續(xù)影像中長時間地表現(xiàn)為高亮度時，它是火災(zāi)存在的最原始、最直接的特征。所以說，火災(zāi)圖像的識別問題可以簡要表述為：在圖像預(yù)處理后，即可方便地計算出描述物體尺寸和形狀的一些特性，如物體的面積、周長、長度、寬度、矩形度、圓形度、不變矩、相似度和形狀描述等，進而進行圖像識別[30]。其核心問題是要利用火焰的圖像來探測火災(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)。圖37 火災(zāi)圖像探測系統(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。 基本原理基于圖像處理的火災(zāi)探測系統(tǒng)是一種以計算機為核心，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)自動報警系統(tǒng)，如圖37所示。這是因為：首先基于通信數(shù)據(jù)信息和氣體分析技術(shù)的火災(zāi)識別方法通常在較低情況下才能達到較好的效果，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；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)信息識別方法都能難以正常發(fā)揮效用，容易出現(xiàn)誤報現(xiàn)象；再次，火災(zāi)具有反應(yīng)時間短、火源點多、火源性質(zhì)復(fù)雜、煙氣控制困難等特點，這就要求火災(zāi)探測系統(tǒng)能夠盡早報警，降低誤報率，從而將火災(zāi)消滅于萌芽狀態(tài)。綜上所述，上述提及到的串/并行脈沖檢測技術(shù)及數(shù)據(jù)挖掘的通信數(shù)據(jù)信息分析方法，較好地實現(xiàn)了火災(zāi)報警控制系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)信息的分析與識別功能，在現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析技術(shù)日趨完善的過程中，將會有更多的和更加方便靈活的方法應(yīng)用到火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中的火災(zāi)信息識別之中。②該醫(yī)院有各類工作人員3000余人，住院人數(shù)和門診人數(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大時，也會被火災(zāi)自動報警系統(tǒng)所接收為信號，出現(xiàn)誤報警。總之，由于通信數(shù)據(jù)信息檢測信息量大，故出現(xiàn)的誤報警的概率也比較大。其中包含了模糊識別、聚類分析、模板分類、專家系統(tǒng)等。 表31 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)打印表序號設(shè)計參數(shù)計算機接收數(shù)據(jù)錯誤數(shù)百公比間斷數(shù)合計最長連續(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)信息識別的局限性。 圖36 火災(zāi)自動報警打印窗口圖其打印單顯示出：詳細(xì)的起火地點和起火時間，以便采取有力的救援措施。圖35為該醫(yī)院與報警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)聯(lián)接圖。（2）計算機軟件系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)采集后，經(jīng)過處理，將起火的部位（方位）傳輸?shù)斤@示屏，顯示屏上起火方位燈亮。圖33，圖34分別為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)局部區(qū)位圖、局部顯示屏圖。 數(shù)據(jù)及實驗分析信息識別的數(shù)據(jù)來源為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的探測器，而探測器接收是通過安裝在火災(zāi)報警系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)各種類型的探頭信號而采集到的。在進行規(guī)則匹配時，只有上一層匹配符合后，才會進行下一層匹配，而不是對每一價目數(shù)據(jù)包使用所有規(guī)則逐條進行檢測。其中（火警、故障、屏蔽、監(jiān)管、聯(lián)動等）的數(shù)據(jù)包是我們關(guān)注的重點；其他系統(tǒng)/部件（如火災(zāi)探測報警系統(tǒng)、消防聯(lián)動控制系統(tǒng)、感煙探測器、手動報警按鈕等）也應(yīng)一一涉及。該模塊包括規(guī)則輸入語句的設(shè)計、規(guī)則的組織方式，進而組織和分析規(guī)則。因此，可以定義信號的斜率函數(shù)g(n) ＝d(n)δ[a(n)N] 公式(35) 公式(36) 公式（37） 令公式（37）中的 X0(t)=0, Xf(t)=1；將公式（36）中（x）換成x(t)，則 公式（38） 達到了引入斜率算法的目的。則公式（33）的k(n1,n2)值表征了信號x(n)在離散時間n1和n2段的斜率 公式(33)此外由于火災(zāi)的發(fā)生將導(dǎo)致某火災(zāi)信號產(chǎn)生連續(xù)一段時間的變化，這是火災(zāi)信號與瞬時干擾脈沖等信號的差異所在。先假設(shè)輸入信號為x(n)，相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值為RW，定義信號x(n)與其穩(wěn)定值之間的相對差值函數(shù)d(n)表示如下：d(n) ＝ 公式(31)在實際運用中，為了補償環(huán)境變化導(dǎo)致的信號穩(wěn)態(tài)值的變化，往往可對信號在較長時間上求其平均值作為穩(wěn)態(tài)值。然而這些信號在非火災(zāi)情況下也可能發(fā)生，有時其變化規(guī)律與火災(zāi)發(fā)生時出現(xiàn)的特征極其相似。 通信數(shù)據(jù)信息識別火災(zāi)自動報警探測器大都通過對火災(zāi)發(fā)生時產(chǎn)生的物理和化學(xué)變化特征進行火災(zāi)信號識別。經(jīng)上述8步計算后，得到16位表示數(shù)據(jù)0X61，0X73，0X64，0X66，即字符中“ASDF”。Step2： ilength（L串長度），滿足條件時則繼續(xù)第Step3，不行則跳至Step8；Step3 ：從L串中由左～右取出12位數(shù)據(jù)，放入S串內(nèi)；Step4： 比較S0、SS11的數(shù)值是否分別相等于0、1，如果分別相等則跳至Step5，否則跳至Step7；Step5：計算S2~S9中的“1”的個數(shù)，檢驗出如果是奇數(shù)，則判定S10是否等于0，相等則跳至Step6，不相等的話則跳至Step7；檢驗出如果是偶數(shù)，則判定S10是否等于1，相等則跳至Step6，不相等跳至Step7；Step6 ：取S6～S9作為8位數(shù)據(jù)的前（低）4位，S2～S5作為8位數(shù)據(jù)的后（高）4位，計算此8位數(shù)據(jù)實際值value，將該值進行數(shù)據(jù)存儲，且將變量DataNum（接收數(shù)據(jù)數(shù)量）+1，置i = i+11，返回Step2；Step7 ：從S串中第2位起查找字符“10”，若發(fā)現(xiàn)位置為j，則置i=i+j，將變量WrongBits（錯誤位置數(shù)量）+j，跳至Step2；若未能發(fā)現(xiàn)，則將變量WrongBits+11，置i=i+11，跳至Step2。非固定模式串W格式為10XXXXXXXXY1，其中X和Y的取值在 0～1進行界定。如試驗收到的一組量化串可為101000011001011001110010001001100110011011。波特率的辨識方式波特率的辨識分析即為串/并行脈沖檢測識別，步驟如下：Step1：實時采樣發(fā)送數(shù)據(jù)端口發(fā)出的高低電平，記錄電平變化時間長度T；Step2：按B（波特率）=1/T（時間長度）計算每次變化的比特位數(shù)B；Step3：根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸中起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位及停止位的特定變化規(guī)律，取Bx中最小值B；Step4：將與波特率對照表進行對比，得到監(jiān)測接口波特率值。串行通信的前提是參數(shù)的設(shè)置，即波特率、數(shù)據(jù)位、奇數(shù)校驗位、停止位的一致，它是保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確接收的必要條件，也是通信雙方之間的一套共同的譯碼方式[29]。其涉及的領(lǐng)域非常廣泛，如信號濾波、信號中的干擾或噪聲的抑制、信號平滑、信號銳化、信號增強、信號的數(shù)學(xué)化、信號的恢復(fù)和重建、信號的編碼和譯碼、信號的調(diào)制和解調(diào)、信號的加密和解密、信號的辨識或目標(biāo)識別等等。同時考慮到數(shù)字圖像技術(shù)的成熟性和優(yōu)越性，本文重點研究基于數(shù)字圖像識別技術(shù)火災(zāi)識別。當(dāng)前用于火災(zāi)信息識別的方法有很多種，這里主要研究包括通信數(shù)據(jù)信息識別、基于數(shù)字圖像技術(shù)的識別等方法。上述火災(zāi)信號的特點是我們在火災(zāi)信息識別時必須考慮的重要因素。通過對不同尺寸、不同結(jié)構(gòu)的房間采用不同種材料進行各種火災(zāi)試驗，結(jié)果表明：火災(zāi)初期（陰燃）煙信號的頻率集中在0~15Hz，溫度的頻率在0~55Hz，而在出現(xiàn)明火之后，火焰的頻率為812Hz。頻譜特征火災(zāi)信號具有一定的頻譜特征。 趨勢特征實踐表明：非火災(zāi)時探測器輸出的信號具有明顯的穩(wěn)態(tài)值，而火災(zāi)發(fā)生時其輸出信號則有比較明顯的、持續(xù)時間較長的正向或負(fù)向變化趨勢特征。此外，x(t)并不僅僅只是隨火災(zāi)特征而變化，還與周圍的氣候、溫度、灰塵及其本身電子線路引起的電子噪聲和人為的其他活動都有可能引起輸出信號x(t)的變化?；馂?zāi)發(fā)生的隨機性，表現(xiàn)形式為慢速陰燃、固體燃料明火燃燒以及快速發(fā)展的液體油池火等等。根據(jù)火災(zāi)動力學(xué)理論和長期的觀測與分析實踐，早期的火災(zāi)信號主要有如下幾個特征。 圖32為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。從目前系統(tǒng)運行的狀況來看，火災(zāi)報警的準(zhǔn)確率在98﹪以上，誤報率能控制在1﹪左右。(10) 該系統(tǒng)能與長沙市119火災(zāi)報警系統(tǒng)消防網(wǎng)絡(luò)相連。(8) 可通過RS232與CRT彩色顯示系統(tǒng)或與樓宇智能系統(tǒng)相連接，并可與普通辦公串口打印機相連。系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性高，能適應(yīng)超大規(guī)模系統(tǒng)的需要；(4) 大屏幕液晶中文顯示清晰、生動，并可根據(jù)現(xiàn)場溫度對液晶輝度進行調(diào)節(jié)，具有良好的人機界面，通用性、可編程性強，豐富的操作提示，便于操作和維護；(5) 采用了薄膜面板工藝、機電一體化設(shè)計，使得外形美觀、結(jié)構(gòu)緊湊；(6) 設(shè)計符合GB47171993《火災(zāi)報警控制器通用技術(shù)條件》和GB168061997《消防聯(lián)動控制設(shè)備通用技術(shù)條件》等各項標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)的主要功能簡要描述如下：(1) 每臺控制器均可作為主機或從機應(yīng)用在CAN總線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)最大容量為32512點；現(xiàn)實際設(shè)有探測點5000個，覆蓋了醫(yī)院所有區(qū)域。基本概況見圖31。筆者因工作關(guān)系，參與檢測、維修火災(zāi)自動報警的機會比較多，很清楚火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點。進入21世紀(jì)以來，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于人們的日常生活和國家經(jīng)濟建設(shè)的各項領(lǐng)域。信號是信息的載體，在通過傳感器、中間變