基于视频识别技术的机舱火警快速预警定位系统设计与实现

胡 存 王 恒 董庆丰

（中国卫星海上测控部，江苏 江阴 214431）

1 概述

目前，船舶对机舱火情的技术监控主要有两种，一是火灾报警系统，通过感温、感烟等探头，侦测到火情后发出报警。二是视频监控，由值班人员发现异常后，进行现场查证，采取措施。但事实上，两种技防手段都有不足，2019 年上半年，某船在执行任务过程中，主机突发故障，产生的烟气10 秒钟内就弥漫机舱，引起火灾系统大面积报警，监控视频前一片白雾。最终，耗费了较长时间，才确认火警由何处引起。显而易见，火警系统受火警探头的布置限制，探测火情的精度有限，在烟气蔓延后更是风声鹤唳，让人无所适从，而视频监控要想第一时间发现火情，则需要人员24 小时紧盯显示屏，对值班班组人员力量造成很大影响。理论上讲，通过二者的记录回调回放也能精准定位，但由于涉及权限、设备功能等限制，需要耗费一定时间，有可能丧失宝贵的初期火灾处理时机。

而将人工智能——视频识别技术引入视频监控系统后，能有效克服上述不足。通过人工智能监视机舱监控视频，一旦发现火情，能立即触发报警，同时自动循环回放前后10 秒视频，协助值班人员迅速判明起火位置、火势大小、可能的着火种类，从而迅速采取相应措施。

2 一般性机舱火灾发现及处理方式

现在大多数船舶在对机舱火情的技术监控手段主要有两种：一是火灾报警系统，通过感温、感烟等探头，侦测到火情后发出报警。二是视频监控，由值班人员发现异常后，进行现场查证，采取措施。但是在实际处置过程中，两者都存在一定的安全隐患。火灾报警系统受探头布置以及地理环境的限制，探测火情的精度有限。机舱从上至下是一个无间隔阻拦的开敞式空间，所以一旦火情发生，烟气蔓延迅速，加上系统本身的时延性，就会造成一整个区域的探头报警，甚至不仅仅局限于一层，此时火灾报警系统的显示就会多而杂乱，紧急情况下，多方面的因素综合下，无疑给火情的定位加大了难度。而视频监控用来探测火情，则需要人员在监控系统前24 小时紧盯屏幕，机舱很大，所以说同一时间还不能紧紧安排1 位人员进行监视，为确保人员可以全神贯注的紧盯视频监控，还需要采取轮班制，对人员数量要求无疑增大了很多，同时也是一种资源的浪费，测量船出海执行任务本身对人员安排就比较紧凑，专门空出岗位提供给观看监控人员，是很不合理的一件事情。

图1 火灾报警系统

图2 火警探头

图3 视频监控系统

3 机舱火警快速预警定位系统总体架构

机舱火警快速预警定位系统设计分为四部分，分别为：管理平台设计、烟雾与火焰识别的实现、预警信息的生成和预警数据存储。其中管理平台主要对不同账户赋予不同权限以及进行摄像头的管理，并可以调取存储的预警数据。管理平台通过调用摄像头的数据流，并经过算法分析后，判断是否发生烟雾、火焰现象，并及时进行报警，并将从海康威视的VDR 机柜中将报警前后一定时间内到视频提取，为后续查看事故现场信息提供数据。管理平台拓扑图如图4 所示。

图4 管理平台拓扑图

4 机舱火警快速预警定位系统软件设计与实现

4.1 管理平台设计与实现

机舱火警快速预警定位系统管理平台采用Vue element ui进行编写，基本框架不变的情况下，结合实际情况进行适当改写。Vue element ui 框架具有一下特性：

4.1.1 一致性，与现实生活一致：与现实生活的流程、逻辑保持一致，遵循用户习惯的语言和概念；反馈控制反馈：通过界面样式和交互动效让用户可以清晰的感知自己的操作；页面反馈：操作后，通过页面元素的变化清晰地展现当前状态。

4.1.2 效率，简化流程：设计简洁直观的操作流程；清晰明确：语言表达清晰且表意明确，让用户快速理解进而作出决策；帮助用户识别：界面简单直白，让用户快速识别而非回忆，减少用户记忆负担。

4.1.3 可控用户决策：根据场景可给予用户操作建议或安全提示，但不能代替用户进行决策；结果可控：用户可以自由的进行操作，包括撤销、回退和终止当前操作等。

图5 机舱火警快速预警定位系统管理平台部分代码

图6 代码参数定义

4.2 烟雾与火焰识别的实现

而对于视频数据流的分析则是采用Java 平台上的Spring Boot 开源应用框架，Spring Boot 框架相比较于其他Java 框架，简化了新Spring 应用的初始搭建以及开发过程，该框架使用了特定的方式来进行配置，从而使开发人员不再需要定义样板化的配置。

图7 烟火识别流程图

图8 烟火自动识别视频监控系统

4.3 预警信息的生成和预警数据存储

对于发生过的报警，管理平台会生成预警信息，并将实时火警信息截图自动弹出，伴有报警声与警告标示，管理平台还将自动从视频监控机柜中提取预警发生时前后一定时长的视频，以便后续查找观看。发生过的预警信息还将存储在数据库中，为后续总结经验，将强教育提供帮助。

图9 给桌面程序推送数据代码

结束语

目前，在将人工智能应用于视频监控的研究领域，国内是处于领先水平的，我国在预防和打击犯罪、公共交通安检和移动支付中应用已非常成熟。因此可进一步拓展至机舱火焰、烟雾识别，进一步提升机舱安全管理的可靠性、自动化，为机舱火警快速准确定位及火灾应急处置提供决策支持。

船舶作为“海上陆地”，船舶的安全就关系着全体船员的安全，而作为船舶“动力心脏”的机舱更是重中之重，迅捷、高效遏制机舱火势，可以在最大程度确保船舶的完好程度，保证船员与船舶的安全。