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防大氣污染城周山坡火焰識別監(jiān)報系統(tǒng)研究

文檔作者：吳陳薛曉偉文檔來源：江蘇科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月10日
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數(shù)字技術(shù) 與應(yīng)用 應(yīng)用研究371 引言目前火焰圖像的采集一般使用紅外火焰探測器和紅外熱成像儀[1-3]。紅外火焰探測器安裝方便,成本低廉,然而卻不能對火焰進行準確的定位。紅外探測器雖然能準確識別火焰區(qū)域,但其高昂的成本又限制了其在城市周邊的廣泛使用[4]。本系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)攝像機,圖像傳輸通過綜合布線網(wǎng)絡(luò)傳輸,可靠性好,同時也降低了費用,具有較高的性價比,為大規(guī)模監(jiān)報提供了可能。對于采集到的火焰圖像,國內(nèi)外的許多學(xué)者也提出了很多有意義的實用研究方法,例如基于離散余弦變化的紅外目標特征描述方法[5],Yamagishi等人使用的HSV顏色空間模型[6],吳龍標等人提出的通過尖角判斷識別火焰的方法[7]。本文在總結(jié)前人的研究成果上,使用OpenCV,通過對視頻圖像幀圖像的讀取、分析,將火焰從周圍環(huán)境中識別出來,從而達到監(jiān)報的目的。2 火焰識別方法2.1 系統(tǒng)基本設(shè)計思路主要含下列幾個步驟:①利用網(wǎng)絡(luò)攝像機收集視頻;②將收集到的視頻網(wǎng)絡(luò)傳送到后臺;③后臺分離視頻中每幀圖像并分析;④如果檢測到火焰,則發(fā)出預(yù)警,若沒有,則繼續(xù)進行監(jiān)測。2.2 火焰識別方法2.2.1 識別疑似火焰火焰色彩與其溫度具有相關(guān)關(guān)系,其由內(nèi)部到表面的色彩一次為暗紅色、紅色、橙色、黃色、藍白色和白色[8],這里使用RGB三顏色RGB通道進行分解,為了方便后期的處理,這里使用最容易分析、利用的紅色?；鹧娴纳侍卣髦饕幸韵聝蓷l:①顏色各分量的關(guān)系[9]:R>=G>=B。②火焰顏色分量的取值范圍[10]:255>R>117,255>G>88,255>B>44。識別時首先利用紅色通道對采集到的圖像進行二值化處理,當某一部分的閥值處于上述火焰分量取值范圍時,就將這一部分的閥值設(shè)置為1,反之,則將這一部分的閥值設(shè)置為0,這樣可以基本識別出類似火焰的圖像元素。具體效果圖在此省略。然而此種方法也存在缺陷,在區(qū)分高亮物體和靜態(tài)類似火焰物體時(紅色楓葉、晚霞),往往出現(xiàn)較大的誤識率。為此,需要進一步處理,提高識別準確率。2.2.2 火焰動態(tài)分析火焰燃燒是會產(chǎn)生抖動的,表面上看這種抖動似乎雜亂無章,然而通過一定的分析,可以發(fā)現(xiàn)每種燃燒的物體都有特定的抖動頻率[11]。于是,可以通過對各個幀圖像的對比來對火焰的抖動進行分析?；鹧骈W爍頻率的計算公式為:1 1| ( , ) ( , ) |inA Ai tf x y f x yft?? ???其中,i和i-1分別表示當前幀和之前幀,t表示從第一幀到第n幀的時間,f為火焰抖動頻率。這種方法能較好區(qū)分干擾源[12]。整個過程如圖1所示。3 實驗結(jié)果與分析收稿日期:2015-08-14項目基金:本文受國家自然科學(xué)基金(NFS 61100116) 和江蘇科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新計劃資助作者簡介:吳陳(1962 —),男,漢族,湖北天門人,博士,教授,研究方向:智能信息處理、模式識別;薛曉偉(1994 —),男,漢族,江蘇無錫人,本科生, 研究方向:圖像處理和程序設(shè)計。防大氣污染城周山坡火焰識別監(jiān)報系統(tǒng)研究吳陳 薛曉偉(江蘇科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇鎮(zhèn)江 212003)摘要:近年來,中國大氣污染問題已經(jīng)成為了社會的一大焦點。目前,關(guān)于城市大氣污染來源還處于討論研究之中,其中,城市周圍山林地帶的焚燒成為一個不可忽視的因素。本文就城周山坡地帶火焰提出一種基于圖像處理的監(jiān)測辦法,以達到減少大氣污染的目的。通過使用OpenCV,本文實現(xiàn)了該系統(tǒng)功能。通過實驗,火焰能被識別和報警。關(guān)鍵詞:火焰識別 圖像處理 OpenCV中圖分類號:TP312 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2015)09-0037-01圖 1 采用的火煙識別過程 ······下轉(zhuǎn)第39頁數(shù)字技術(shù) 與應(yīng)用 應(yīng)用研究394 IMS接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計接入側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計包括:地市PE設(shè)備以下的所有交換機以及IMS終端設(shè)備的設(shè)計。IMS終端設(shè)備可分為SIP硬終端、AG及IAD設(shè)備,終端設(shè)備通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的接入網(wǎng)接入。IMS終端設(shè)備接入目前有如下三種方案:(1)采用獨立樓道交換機圖1所示,承載SIP硬終端、IAD等設(shè)備,AG直接接入新增匯聚交換機。該方案新增一臺POE交換機作為IMS業(yè)務(wù)樓道交換機,樓道交換機利用現(xiàn)有樓層間線纜資源雙上行,新增兩臺匯聚交換機,考慮網(wǎng)線傳輸距離短,優(yōu)先采用光纜資源。 AG設(shè)備一般部署在機房,接入新增匯聚交換機。新增的兩臺匯聚交換機作為地市 IMS CE設(shè)備,部署VRRP協(xié)議實現(xiàn)冗余備份保護?？h公司及其他機構(gòu)新增樓道交換機 首先通過現(xiàn)有光纜資源連至機房現(xiàn)有匯聚交換機,現(xiàn)有機房匯聚交換機再采用口字型 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上聯(lián)至兩臺新增匯聚交換機。采用獨立的樓道交換機承載IMS業(yè)務(wù),便于維護人員進行維護。新建大樓布放樓道至桌面線纜方便、成本低,優(yōu)先考慮新增POE樓道交換機獨立承載IMS業(yè)務(wù)。(2)共用樓道交換機圖2所示,承載SIP硬終端、IAD等設(shè)備,AG直接接入新增匯聚交換機。該方案,SIP硬終端直連現(xiàn)有樓道交換機,串聯(lián)在現(xiàn)有樓道交換機和PC間。AG設(shè)備一般部署在機房,直接接入新增匯聚交換機?，F(xiàn)有匯聚交換機采用口字型上聯(lián)兩臺新增匯聚交換機。新增的兩臺匯聚交換機作為地市IMS CE設(shè)備,部署VRRP協(xié)議實現(xiàn)冗余備份保護。樓道至桌面不需要布放線纜,SIP硬終端直接利用現(xiàn)有線纜和樓道交換機,串聯(lián)在 現(xiàn)有樓道交換機和PC間。該方案要求SIP硬終端必須具有兩個端口,一個端口連至PC,稱為LAN口;另一個端口上連現(xiàn)有樓道交換機,稱為上聯(lián)口。SIP硬終端為本身的IMS業(yè)務(wù)打上IMS VLAN,對下聯(lián)PC業(yè)務(wù)僅透傳。樓道交換機與SIP硬終端相連的端口需配置為Trunk或Hybrid,配置缺省VLAN為不帶標簽的PC業(yè)務(wù)打上標簽,同時透傳IMS VLAN。樓道交換機根據(jù)不同的VLAN,將IMS業(yè)務(wù)傳送至新增匯聚交換機(作地市IMS CE,專門承載IMS業(yè)務(wù)),從而達到接入側(cè)與信息業(yè)務(wù)分離的目的。該方案,當SIP終端發(fā)生故障時,其下聯(lián)PC所有信息業(yè)務(wù)都將受影響?？梢酝ㄟ^將樓道交換機直連SIP終端的網(wǎng)線調(diào)整至PC處,快速恢復(fù)下聯(lián)PC的信息業(yè)務(wù)。(3)利用信息內(nèi)網(wǎng)承載SIP硬終端、IAD等設(shè)備,接入側(cè)直接采用信息VPN,在SBC側(cè)完成信息VPN與IMS VPN信息交互,實現(xiàn)IMS業(yè)務(wù)的承載。該方案,SIP終端直接接入現(xiàn)有樓道交換機,采用信息VPN承載,通過SBC實現(xiàn)信息VPN與IMS VPN的互通。接入側(cè)不再為IMS業(yè)務(wù)設(shè)定VPN,同時不再為IMS業(yè)務(wù)增加任何交換機設(shè)備,投資最省。信息VPN與IMS VPN路由完全隔離,相互不影響。使用SBC設(shè)備作為接入側(cè)設(shè)備的代理設(shè)備,實現(xiàn)接入側(cè)設(shè)備的安全接入。5 結(jié)語本文通過對現(xiàn)有電力系統(tǒng)行政交換網(wǎng)接入層現(xiàn)狀進行分析,提出IMS行政交換建設(shè)網(wǎng)建設(shè)原則,同時對IMS接入層應(yīng)用場景進行歸納總結(jié),提出IMS應(yīng)用層建設(shè)的三種方案并進行分析比較,為電力系統(tǒng)IMS接入網(wǎng)建設(shè)提供參考。參考文獻[1]李華.IMS 與軟交換關(guān)系探討[J].郵電設(shè)計技術(shù),2008(2):16-17.[2]MIIKKA P. The IMS: IP multimedia concepts and services [M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.[3]畢厚杰.IMS 與下一代網(wǎng)絡(luò)[M].北京:人民郵電出版社,2006.實驗環(huán)境:計算機、網(wǎng)絡(luò)攝像機、蠟燭、打火機、白熾燈,利用Visual Studio 2012作為分析工具,算法使用(Open Source Computer Vision,OpenCV)和C++語言編程實現(xiàn)。測試環(huán)境為室內(nèi)。首先對網(wǎng)絡(luò)攝像機采集的視頻進行幀圖像分離,對分離出的圖像進行閥值分析。對于符合要求的圖片進行火焰抖動分析。為檢測算法的可用性,此處使用網(wǎng)絡(luò)視頻進行測試,測試結(jié)果圖在此省略?；鹧婺鼙怀晒Φ刈R別出來。4 結(jié)語本文重點對火焰識別方法進行了探討。根據(jù)RGB分析、閥值處理、火焰抖動頻率分析來將火焰從背景中準確的識別出來?；贠penCV和C++的使用,使得分析效率得到提高,分析難度也大為降低。下一步可以將火焰能力增長趨勢考慮進來,以判斷火焰處于何種狀態(tài),達到更好、更早的對城周山坡火焰進行監(jiān)報的目的。參考文獻[l]盧瑞祥,牟軒,紀震.火災(zāi)的圖像識別方法與應(yīng)用[J].計算機應(yīng)用研究,1998,l5(1):106.1O8.[2]盧瑞祥,牟軒,紀震.一種基于紅外圖像識別的自動消防監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,1998,24(2):7-8.[3]李樹濤,唐艷,王耀南.基于色彩通道融合的火焰圖像分割[J].湖南大學(xué)學(xué)報,2001,14(4):67-71.[4]薛博.一種基于網(wǎng)絡(luò)攝像機的火焰識別方法[J].電子科技大學(xué)學(xué)報,200(03).[5]馮春環(huán),涂建平,郭健.基于離散余弦變換的紅外目標識別算法[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2005, 7(6):1363-1365,1369.[6]Yamagishi H, Yamaguchi J. 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