一种基于LVQ神经网络与图像处理的火焰识别算法

针对传统火灾探测技术存在的不稳定、误判率高等缺点,通过分析室内火灾图像与常见干扰光源图像的特点,提出一种基于人工神经网络的火焰图像检测技术。对火焰图像的基本特性进行分析,利用火焰图像序列的面积重叠率和中心相对移动率以及颜色等信息,结合实现学习向量量化(LVQ)神经网络融合技术,对视频序列图像中火焰的自动检测。仿真试验结果表明,基于LVQ神经网络的信息融合算法的网络收敛速度较快,有较高的火灾火焰识别准确率。     

一种改进的帧差法实现火焰目标分割

针对传统船舶火灾报警系统采用的传感器在远离火灾源时很难探测到初期火灾的特性,提出了利用摄像头模式识别的方法来探测火源的构想,将顶置鱼眼摄像头作为图像传感器,在一个较大的范围内探测初期火灾,提出了一种基于火焰闪点位置的交叉性与聚合性的帧差算法,实现火焰目标分割识别.该方法是在实时视频流中,对连续两帧图像进行帧差,根据闪点位置的交叉性排除运动物体的干扰,再根据闪点的聚合程度排除一部分游离的干扰闪点,最后得到疑似火焰区域.对疑似火焰区域二值化、抽取轮廓、再由种子点位置确定火焰外形.此法能够高效地从视频图像中分割出火焰,从而为火灾的初期预防报警提供高效识别手段.     

一种基于质心距脉动特征的火焰轮廓识别算法

火灾视觉特征的提取是火灾图像探测的关键问题。提出了一种描述火灾火焰轮廓脉动信息的火焰图像质心距脉动模型,即先用质心距来描述火焰的轮廓信息,再利用傅立叶描述子描述火焰轮廓变化的时空信息,采用距离来度量相邻两帧图像轮廓的变化幅度。实验结果表明,对于火灾火焰视频图像而言,其相邻两帧之间的脉动幅度、变化频率要明显高于受控燃烧、光源干扰等非火灾情况,可有效应用于火灾火焰的识别。研究表明,该方法能有效地探测火灾的发生,降低系统的误报率。     

基于多特征无量纲向量的图像型管廊火灾探测技术研究

针对管廊火灾检测中背景干扰与小目标检测困难的问题,提出采用无量纲特征参数描述图像型火焰动静态特征的火灾检测方法。利用背景差分法分割火焰目标区域,分析火焰发展特性,提取、计算角二阶矩变化率(A^*_ASM)、对比度变化率(C^*_CON)、自相关度变化率(C^*_COR)、面积变化率(S^*)等无量纲特征参数;拟合无量纲特征融合向量T^*并在SVM模型中检验其可靠性。研究结果表明：通过对不同可燃物在不同空间环境下的燃烧视频随机200帧序列进行检测,发现提出的无量纲特征参数具有“稳定”的变化范围,对火灾火焰与一般火焰的识别率最高可达97.5%,98.0%,受监测空间环境的影响较小。研究结果可为图像型火焰特征提取提供借鉴。     

基于扩展分形特征的图像型火灾检测

针对火灾检测中存在的不稳定及误判率高的问题,提出一种基于扩展分形特征的图像型火灾检测算法。首先在图像的HSI颜色空间进行火焰疑似区域的分割,然后采用文中提出的扩展分形特征计算方法计算图像扩展分形特征,利用该特征对目标事物对比度和大小尺寸敏感的特性,对火焰区域进行再次分割,得到最后的火焰区域。实验结果表明,该算法运行效率较高、误报率较低,适用于多种场合的火灾检测。     

一种基于视频图像相关性的火灾火焰识别方法

由于火焰燃烧时气体羽流的卷吸特性和空气流动的影响,燃烧的火焰表现出不停的振荡特性,基于这种振荡性提出利用图像的相关性来探测火灾的发生.火灾视觉特征的提取是视觉火灾探测的重要问题,首先确定运动区域,再利用火焰振荡特性提出了相关性算法,并分析了R、G、B 3种分量对相关性的影响.实验结果表明利用相关性来分析时,火焰的相关性系数图是剧烈振荡的,而非火焰的相关性系数图是相对比较平坦的,为可视化火灾探测系统提供了一种有效的判据;R、G、B对相关性的影响是一致的,在实际应用中只需利用其中的1个分量即可,可有效提高火灾探测系统的响应时间.     

建筑火灾顶棚射流的数值模拟及火焰扩展长度处理方法

探讨了建筑火灾数值模拟中常用的火焰区域获取方法及其优缺点。通过火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator, FDS)对建筑火灾中的顶棚射流现象进行了模拟计算，其中考虑了不同火源热释放速率与不同火源距顶棚高度等条件的影响。分别采用连续图像法和温度阈值法获取了数值模拟中顶棚射流火焰扩展长度的数据，并与文献中基于试验建立的火焰扩展长度预测模进行了对比。结果表明：通过温度阈值法获取的火焰扩展长度数据受阈值取值的影响较大。通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据可以较好地反映出火焰扩展在不同火源热释放速率及不同火源距顶棚高度等条件下的动态变化情况，与前人建立的火焰扩展长度预测模型之间的吻合较好，表明通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据较为准确。建筑火灾数值模拟中的火焰扩展长度可通过基于单位体积热释放速率的连续火焰图像获取。研究结论可为建筑火灾数值模拟中火焰燃烧区域的确定提供参考。     

基于自动种子区域生长的火焰分割算法

在存在壁面反射的低照度火灾环境中,传统的火焰分割算法如颜色分割、运动检测等,在进行火焰分割时造成过分割现象,分割的效果不理想,影响后续的火灾正确识别。针对上述问题,提出了一种基于自动种子区域生长(Automatic Seeded Region Growing,ASRG)的火焰分割算法。首先将从火灾视频中获取的火灾图像从RGB颜色空间转换到YCbCr颜色空间,在Y通道中采用较大自适应阈值背景减法将火灾图像二值化,分别将可疑火焰像素点的横坐标和纵坐标按大小进行排序,取排序后的中间值作为种子点,再由原RGB火灾图像转换而成的灰度图像中,以该种子点进行区域生长,最后将区域生长后的火焰分割图像与采用较小自适应阈值背景减法得到的火焰分割图像进行交集处理,得到最终的火焰分割图像。实验表明ASRG算法在存在壁面反射的低照度火灾环境中,火焰分割效果好,有效解决了该环境下的火焰过分割问题,同时在其他火灾环境中也有较好的火焰分割效果。     

室内火灾喷出和旋转火焰的实验和数值模拟

喷出火焰和旋转火焰是室内火灾火焰的两种常见存在形式。利用小规模室内火灾试验装置和FDS软件,对室内火灾喷出火焰和旋转火焰进行了实验模拟和数值模拟;根据模拟结果,提出了小规模室内火灾条件下喷出火焰根部温度估算公式,分析了室内火灾火焰旋转的机理及其引起热烟气层温度、地板辐射热通量等参数升高的原因。     

面向视频火灾火焰识别的轻量化卷积神经网络模型

深度学习在基于视频的火灾火焰识别技术中得到了广泛应用。为解决当前常用的卷积神经网络模型由于层数和训练参数过多，导致存储和速度问题突出，很大程度上限制了其在一些硬件平台上使用的问题，基于轻量级卷积神经网络模型SqueezeNet,通过适当修改模型结构，构建了一种适用于火灾火焰识别的新网络模型。将获取的各类火灾火焰图像数据，采用数据增强的方法来增加数据量，制作火灾火焰图像数据集，形成学习样本，并使用运动探测算法提取图像的火焰区域进行模型训练和识别前预处理。试验结果表明：该模型所需存储空间仅为0.28 MB,为VGG16的1/200;火灾火焰识别预测准确率达98%,比SqueezeNet提高了近4个百分点，且具有良好的抗干扰能力，有效缓解了当前卷积神经网络中存在的存储和速度问题。     

CO2和ABC干粉灭火剂扑灭火旋风火焰实验对比分析

为了分析2种灭火剂扑灭火旋风效果,采用实验室自制装置生成稳定的火旋风火焰,喷射CO₂或ABC干粉灭火剂,获取火焰温度场及光电信号数据。研究结果表明:在CO₂灭火剂或ABC干粉灭火剂作用下火旋风火焰温度场呈“下凹”型指数衰减;受灭火剂喷射位置影响,火焰根部、中部及顶端不同区域的灭火剂影响系数不同;基于火焰降温速率和光信号变化,相较于CO₂灭火剂,对火焰起抑制作用的ABC干粉灭火剂降温效率更高、扑灭效果更好。     

聚合物燃烧火焰辐射及其温度的估算

受限空间中，通风对于燃烧状况和火焰辐射特性有重要影响。本文根据火焰中炭颗粒的生成及其受通风的影响，提出了关于聚合物燃烧火焰辐射和平均辐射温度的估算方法。计算了几种典型聚合物的火焰辐射及其平均辐射温度，并讨论了通风、燃料组成、炭颗粒和燃烧尺度的影响，旨在加深认识通风条件对于火焰温度及其有关辐射特性的影响，为受限空间中燃烧过程的分析提供依据。     

监控完全遮挡场景下火焰特征分析方法*

为解决监控完全遮挡场景下火灾原因认定面临的问题,探究火焰的视频特征分析方法。利用油盘火、垃圾桶火焰和短路火花3种实体火焰模拟室内火灾,布置普通彩色CCD监控摄像头使之被完全遮挡,收集火灾视频进行预处理,利用视频分析技术提取、对比、分析油盘火焰、垃圾桶火焰和短路火花的HSV颜色、火焰面积增长、质心变化、Harris角点变化、火焰频闪等特征,并总结对应特征变化规律。结果表明:在监控完全遮挡场景下,提出的火焰视频特征分析方法可以较为精确地定量表征火焰动静态特征,为火灾调查工作的顺利开展提供有力的工具。     

高原乙醇油池火燃烧特性实验研究*

为研究低压条件下油品燃烧特性,以乙醇油池火为研究对象,搭建高原油池火实验平台,研究不同油盘直径下乙醇油池火燃烧规律,分析燃烧速率、火焰高度和火焰脉动等参数随时间的变化规律。研究结果表明:低压条件下的乙醇油池火,燃烧速率小于同等尺度常压条件下的油池火燃烧速率;乙醇油池火的燃烧速率随油盘直径增加变化不明显;火焰高度随油池直径增加呈现显著上升趋势,并拟合推导出适用于低压乙醇池火的火焰高度公式;火焰脉动频率随油池直径增大而减小,并给出火焰脉动与油池直径的经验公式。研究结果可丰富低压乙醇燃烧的油池火实验数据,为低压乙醇油池火的风险评估提供参考。     

多火源火旋风相互作用的实验研究

为研究多火源条件下火旋风的相互作用,利用四面边墙夹缝式实验装置对3种不同直径油盘形成的火旋风进行实验研究。由电子天平记录的燃料质量随时间变化曲线,得到准稳态阶段火旋风的质量燃烧速率;利用摄像机记录的火焰连续图像,获得火焰高度;基于实验现象及实验数据对质量燃烧速率、火焰高度和火焰形态的分析,提出多火源火旋风质量燃烧速率和火焰高度的半经验线性关系式。研究表明:大直径油盘形成的火旋风比小直径油盘更容易受到拖拽力和涡量的作用影响。     

内拱顶储罐内初始火灾自动灭火系统性能试验研究

为及时有效地抑制石油储罐内发生火灾后的初始火焰,防止火势蔓延后造成更为严重的连锁爆炸事故,研发1种由火灾快速探测系统和快速喷粉系统组成的快速灭火系统,并通过进行性能试验对此系统在石油储罐内的灭火效果进行验证。结果表明:火焰探测系统在探测器距火焰5 m范围内检验并输出报警信号的时间小于50 ms;快速喷粉装置在装粉量为5 kg时,可在310 ms内完成阀门开启至喷粉结束的整个过程。灭火系统可快速检测到火焰并使灭火剂快速有效地达到灭火点,避免火灾发生,具有一定工程应用价值。     

火焰脉动在火灾领域相关研究进展

为研究火焰脉动在火灾领域相关研究进展,总结了不同燃料类型的火焰脉动形成机理,较为详细地介绍了火焰脉动现象研究中常用的脉动频率测量方法,列举了LDV、TDLAS、自由基团高频采集等新方法;介绍了池火脉动、射流/羽流气体火脉动在不同燃烧器尺寸,不同外部环境和不同燃料比等影响因素方面的研究内容与进展;对常见的3种不同的火焰脉动模型进行描述和归类;对火焰脉动的规律、机理等在火灾领域的早期识别和检测中的作用、特殊条件对于火焰脉动频率的影响和更加精细的火焰脉动模型的研究等方向提出展望。     

基于三维图像分析的浮力扩散火焰几何与辐射特性研究

火焰几何特性和辐射特性是刻画火灾规模及其危害的重要参量。利用三维火焰重构技术,获取了丙烷浮力扩散火焰的火焰高度、表面积、体积和火焰面元视角系数的变化规律。结果表明,三维重构的火焰能够表征真实火焰形态的动态变化。平均火焰表面积和体积均可较好地拟合为热释放速率的幂函数,火焰表面积热释放速率随火焰热释放速率的增加趋于常数。平均火焰高度、表面积和体积与火焰外部平均辐射热流之间具有较好的幂函数关系,且拟合指数随着与火源距离的增大而减小。此外,将点源、圆柱辐射模型和火焰面元积分方法得到的辐射计算值与辐射测量值进行比较,发现火焰面元积分方法能够更好地预测火焰外围的瞬时和平均辐射热流分布。     

Impact of wind on in-situ burning behavior of spilled oil on open water

Spilled oil may cause serious environmental pollution and ecological destruction. Thus, an efficient oil spill response is essential to reduce and minimize the impacts seen from an oil spill. In-situ burning (ISB) has been proven to be one of the most convenient and efficient treatment methods for oil spills on sea. When in-situ burning operation is carried out on sea, the wind is usually available. Spilled oil pool fire flame will be blown to tilt with an angle from the vertical direction and the flame length will be stretched. This effect of flame on downstream will be significantly enhanced. It may even cause the burning of spilled oil out of control or hazard the operators near site. Therefore, it is meaningful to study the burning behavior of oil pool fire on open water under wind.A small-scale oil pool fire on open water experiment system was designed, which could simulate the boundary conditions of sea surface ISB. A series of experiments were carried out to study the effects of oil pool diameter, oil layer thickness and wind speed on fire flame length and flame tilt angle. Flame characteristics and temperature of burning system were recorded. This study observes burning behavior to evolve from short pool fire to long declining phase which transient through boilover stage. Dimensionless flame length in pool fire stage increases with wind speed. As expected the flame tilt is strongly influenced by wind speed, tilt angle increase with wind speed. The observed experimental behavior is captured as improvement in the flame length and flame tilt angle models.This study helped better understanding fire behavior in evolving environmental conditions, and the most importantly developed model would help guide better assessment of fire mitigation strategies.