基于图像识别的井下早期火灾探测方法的实现[1]

1、第30卷第1期2011年1期煤炭技术CoalTechnologyVol.30,No.01January,2011基于图像识别的井下早期火灾探测方法的实现袁庆辉（滨州职业学院，山东滨州256603）摘要:本文介绍了一种通过红外图像对火灾进行探测的方法，以图像识别技术为基础，进一步利用信息融合技术，对着火点的面积变化率、分布规律进行量化综合分析，以此形成火灾判断依据，试验证明这种方法误判率低、可靠性高。关键词:矿井火灾；图像识别；红外火灾识别；火灾探测文献标识码:A文章编号:1008-8725（2011）01-0106-03中图分类号:TD75ImplementationofEarlyFire-D

2、etectionMethodofMineBasedonImageRecognitionYUANQing-hui（BinzhouVocationalCollege，Binzhou256603,China）Abstract:Thispaperpresentsamethodbyinfraredimagestodetectthepresenceoffire,Basedonimagerecognitiontechnology,furtherusinginformationfusiontechnology,theareachangerateandthedistributionoffireregionare

3、comprehensivelyanalyzed,thusformthejudgmentfirebasis.Theexaminationprovedthatthismethodhaslowfalsepositives,andhighreliability.Keywords:minefire;imagerecognition;infraredfiredetection;firedetection!3隔爆型电缆引入装置表2工作电压U（V）550750爬电距离和电气间隙最小爬电距（涂层下）离/mm最小电气间隙/mm根据标准GB3836.2-2000爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”中规定，

4、隔爆型电缆引入装置有3种：带橡胶密封圈的引入装置、用填料密封的引入装置和带螺纹的电缆引入装置2。在设计中，采用带螺纹的电缆引入装置比较合理，即减小了装配困难，又提高了防爆性能，并且缩短了连通节和对有螺纹接合面的引入装置，螺纹压紧螺母的长度。必须符合有关标准的规定。类电缆引入装置应有夹紧装置，并防止电缆从引入装置中被拔脱或扭转，防止电缆的转动传递到绝缘套管，具体情况见图2。注意：（1）如果在电气设备外壳上装电缆引入装置通孔用封堵件时，必须与外壳设备一起，符合对应防爆型式的规定，而封堵件也只能用专用工具才能拆开。（2）封堵板相当于压紧元件，其中，压紧元件是电缆引入装置的一个对密封圈施加压力用来保证

5、有效功能的元件。收稿日期:2010-05-11;修订日期:2010-11-04图2电缆引入装置4结语在微地震监测仪电缆引入装置中，虽然使用了比如，可带螺纹的电缆引入装置，但还有一些不足。能会使压紧螺母在压紧过程中弹性密封圈受力膨胀不均匀，在结合部分膨胀较大，压缩密封圈，使其无法继续膨胀受压，严重时还可能损坏密封圈，影响电缆的压紧密封，从而影响微地震监测仪的防爆性能。这些问题还有待进一步的研究。参考文献：1杨连勇.电气设备防火与防爆问题的探讨J，石油化工安全技术,2004,20(3)：17-19.设备第4部分：本质安全型"i"S.北京：中国标准出版社，2003.杨宝祥.本安电

6、路设计的基本原则与方法J，电气防爆，3兴自中、1996（4）：35-37.4翟清波.基于CAN总线液压支架控制系统的设计D,南昌大学硕士论文，2008.（责任编辑徐艳杰）作者简介:袁庆辉（1979-），男，山东济宁人，硕士研究生，现为山东滨州职业学院工程师，主要从事电气自动化的工程研究和管理工作。第1期袁庆辉：基于图像识别的井下早期火灾探测方法的实现·107·0引言煤矿井下火灾问题是安全生产的重大隐患，如果未及时发现或未及时采取有效措施处理，一旦火势蔓延扩大，容易形成再生火源，烧毁巷道支架，给救援灭火造成困难。特别是瓦斯矿井的火灾若初期未能及时扑灭和控制，一旦产生风流紊乱，

7、则加剧火区瓦斯爆炸的可能性和严重性，常常招致人员伤亡、设备损失、矿井停、资源破坏，甚至引起煤尘或硫化矿尘爆炸1。因此，迅速准确地掌握矿井早期火灾的发生情况，对控制火势发展、减少人员伤亡等有着极其重大的意义。火灾探测的基本功能主要是对火灾参量气、烟、热、光等作出有效响应，并转化为计算机可接收的电传统井下火灾探测主要信号，供计算机分析处理2。根据温度、烟雾、CO2、CO等参数的变化做出火情判断，这些手段虽然对井下火灾的防治起到一定作用，但其灵敏度不高，可靠性差3，已经不能满足对火灾安全要求日趋严格的井下生产的需要，近几年，随着图像识别技术的发展和完善，以图像方式进行火灾探非接触、直观性、多信息融合

8、等优点已测依靠远距离、经逐渐发展成为一种有效的火灾探测手段，同时该方指标气体法彼此相互独立，能提供式与传统的感温、火灾早期发生时的不同信息，将这些信息进行融合可以减少早期火灾发生时产生的漏报、误报以提高探测因此，图像式火灾探测方法系统的准确性和可靠性4。将成为井下早期火灾探测技术的一个有力补充，对井下火灾监控系统的改善和安全作业的保障具有重要意义。文中将介绍一种图像型火灾探测方法的具体边缘变化、分布规实现，该方法融合了火焰面积变化、律等多个火灾信息，克服了通过单一图像参数进行火灾探测所带来的误报和漏报现象。区，掘进冒顶处或封闭不严的旧采区内。由于从发生氧化至完全燃烧将经历一定时间，因此内因火灾

9、的燃烧特点是有一个缓慢发展的过程；外因火灾是指电缆着火、电气设备产生的电由外部火源，如明火、弧火花，瓦斯或煤尘爆炸以及放炮等而引起的火灾，特点是来势凶猛发生突然，具有突发性和意外性。在这两种火灾发生的早期过程中，都与周围环境存在着温度差并有一定的边缘和形体效应，其火焰的形面积、辐射强度都在不断变化，而这些特点恰恰状、为早期火灾的辨识和判断提供了依据。矿井早期火灾图像的识别1系统设计图像的预处理通过对现场采集的图像进行分析，可以发现随粉尘的弥漫，如图1，着火点的蔓延将伴随着烟气、分割的目的是将着火点从背景图像中分离出来，为了保证分割的实时性，该系统采用了自适应阈值分割技术，表达式如下：1当f!&

10、gt;Vnx,y"fn!=x,y"0其它其中f!fn!x,y"为原图像，x,y"为分割出的二#由于煤矿井下具有湿度高，粉尘干扰大等环境特点，在发生火灾时图像往往具有介质散射和噪声干扰等因素，降低了成像后的图像质量，考虑到这些这里将采用因素对普通彩色CCD成像质量的影响，近红外摄像机作为现场图像采集装置，资料表明，火焰燃烧时的红外辐射主要集中于9502000nm之间，因此，选用9502000nm波段的红CCD摄像头，这样就可以大大消减其它波长的干扰信号，有利于火灾图像的提取。矿井火灾的发生原因，按其热源可分为内因火灾和外因火灾。内因火灾是由煤炭自燃而引起的

11、火灾。它经常发生在采空区、停采线、断层、煤柱等丢煤值图像，Vn为自适应阈值，Vn采用最大类间方差法求得，它是按图像的灰度特性将图像分成背景和目标两部分。背景和目标之间的类间方差越大，说明构成图像的两部分的差别越大，当目标错分为背景因或背景错分为目标时都会导致两部分差别变小。此，使类间方差最大的分割意味着错分概率最小5，分割后的结果如图2。图1存在着火点的巷道图2分割后的目标区域·108·煤炭技术第30卷2.3监控目标面积变化表1火灾火焰、高亮干扰源的试验记录试验报警误报漏报在火灾监测系统中可以发现，无论内因还是外/材质状态次数次数次数次数因引起的火灾，着火点的发生发展都经历

12、一个从小纸片平放到大的蔓延过程，在画面上所表现的特征则是着火101000早木板平放101000以及着火区域重心区域的面积变化，边缘的抖动6，布条悬挂期101000位置的变化，根据火灾发展的过程分析，着火区域往火煤块平放10802往呈现逐渐增长的趋势，火焰区域的边缘存在抖动电缆悬挂灾10901闪烁现象，但是由于伴随着烟气的产生通常在画面机车前灯静止10000上难以扑捉这一细节信息，边缘的变化只能从火焰10110高开动区域面积的变化率加以判断。而火焰的分布规律方10000工人矿灯静止亮面则通过火焰区域的重心的波动范围来衡量，在火10110物走动10000焰蔓延过程中，火焰区域的重心往往比较稳定，或

13、在白炽灯静止体10330一个小范围内波动，重心移动较快或呈跳跃状态可晃动由此，处以判定为是移动的高亮物体而非火焰区域。结果分析：理方法如下：（1）纸片、木板等早期燃烧情况，具有火焰面积）分别取2个不同时刻t1，t2的二值图像，将它连续变化，（1火焰重心稳定等燃烧初期特点，可以看出们进行一次差运算，得到面积差图像：探测结果是比较成功的。如果f1 f2 x,y x,y （2）对于高亮物体，当机车前灯、工人矿灯和白D =x,y如果f1 =f2 x,y x,y 炽灯静止不动时，可视为稳定光源，在图像中表现出的目标区域形状比较稳定，面积变化率低于系统设（2）计算面积差图像的增长率：定阈值，因此认为这种情

14、况不是火灾。S=Dx,y21（3）当高亮物体出于运动状态时，系统将对目标时间窗可取35s，当S大于给定的阈值G区域的面积变化率和重心变化情况分析，如机车前时，判断该区域满足着火点条件C1。灯在移动过程中，目标重心的变化超出了设定的范（3）计算在t1，t2时刻二值图像各区域的重心坐围，则认为不是火灾；而晃动的白炽灯，由于部分情标：况满足重心稳定这一条件，所以产生了误报情况。本文算法能够准确地识别出早期火灾，并且可以将稳定光源，固定光源缓慢移动等干扰情况识别xyxy出来，降低了误报率，提高了报警的准确性和可靠（4）判断t1，t2时刻对应区域的重心变化率：但是由于巷道内环境复杂，成像质量差，往来的性

15、。軃軃軃軃x-xy-y机车、矿工的矿灯、晃动的白炽灯都会对系统的探测x=12,y=121212产生影响，强烈的光线会在图像上形成很大的光圈，当x，y在给定的阈值范围内时，判断该区致使目标辨认困难，严重时仍然会产生误报，因此，域满足着火点条件C2。继续提高算法的智能化尚需要更深入的研究。（5）如果某个可疑区域同时满足条件C1，C2，则参考文献：判断该区域为着火点。1邬剑明,翟建山.煤矿自燃火灾治理关键技术的研究与应用J.中x,y fx,y f軃=x*xx,y fxy軃=,yx,y *yfxy4结语3试验分析国安全科学学报,1998,8(4):47-50.2任慧,孙继平.用图像法探测煤矿井下火灾的研究J.中国煤炭,2005.3袁小平.基于图像处理技术