智慧型火災視覺偵測系統發展與趨勢

前言

原本被視為傳統產業的安全器材工業也因為電子資通訊相關技術發展，逐步實現「智慧型」防災，所謂的智慧型防災，便是以方便簡易、符合人性化的設施預防災害發生。隨著視覺監控及其軟硬體技術的快速發展，視覺型火災偵測系統是一種可將影像辨識方法內嵌於相關軟硬體平台，付諸實現來進行防火、防災的新型應用。

利用攝影機進行火災早期偵測與緊急通報

原理簡介

視覺型火災偵測原理如圖(一)所示，利用火災特徵辨識演算法即時分析CCTV攝影機視訊影像，偵測影像中是否有火焰或煙霧的存在，並發出警報給相關人員。特徵辨識演算法包含許多數學與統計模型，如GMM、K-means、FFT、WT等，再經測試修正模型提高火災實際狀況的偵測率。

圖一：視覺型火災偵測原理

系統特性

一般傳統或定址偵煙探測器或被動式傳統雷射偵煙探測器，比較容易受環境因素影響，例如空間風速、蒸氣潮溼、空氣中灰塵、受限於防護面積與高度等問題，而導致失效或誤報現象，如圖(二)所示為傳統型偵煙探測器於一般機械房警報動作流程及誤報之分析。而主動式抽氣雷射偵煙警報系統，可說是為了即早偵測爭取時效而開發出來的國外產品，在台灣被廣泛的應用在半導體廠房之無塵室。然而有其條件限制，例如空間風速、取樣管(孔)安裝之角度與位置、空氣中灰塵粒子等問題，而導致失效或誤報現象。

圖二：傳統型偵煙探測器動作流程及誤報分析

大約在10年前國外開發出”影像煙霧分析警報系統”，但是在國內因國家標準與消防法規的落後卻是乏人問津，使得這類先進產品未能被大量的推廣與應用。但是近年來”影像煙霧與火燄分析警報系統”又再度的在國際上被大家提起與討論，例如Video Image Detection Systems 已正式成為 NFPA 72 National Fire Alarm Codes 之標準。此類產品在國內的部份，由工研院開發的視覺型火災偵測系統即為一例。使得”視覺型火災偵測系統”再度成為目前消防市場上應用的焦點。

系統優勢

• 可同時偵測煙霧與火燄
• 解決室內挑高空間火災偵測的問題
• 解決戶外空間火災偵測的問題
• 即使在一般空間中，偵測速度仍較傳統偵測器快
• 以視覺方式確認警報，縮短救災時間與減輕監視人員應變壓力
• 不需大量佈點，可沿用原CCTV系統，節省成本

火災影像偵測系統運作原理，是將一般CCTV攝影機影像源接至分析主機中進行火焰與煙霧判斷，若符合條件則發出警報，包括畫面與聲音警示、多媒體簡訊發送、火警盤輸出、警報錄影存檔等。目前無論是國內外石化廠、發電廠、油庫、機房等，皆有許多火災影像偵測系統安裝成功案例，是火災偵測的極佳解決方案，可作為火災早期偵測系統，並與現有安裝偵測器一起建構出完整火災偵測網，圖(三)為火災影像偵測技術與火焰偵測器之優缺點比較。

圖三：火災影像偵測技術與火焰偵測器之優缺點比較

適用地點

高風險場所

有可燃性、易燃性物體儲存或高溫存在，例如化學房、氣體房、鍋爐與空調機房。

高價值場所

電腦機房、無塵室、博物館、倉庫與倉儲

室內高挑空間

高挑中庭、賣場、大型廠房、巨蛋、隧道

戶外空間

儲槽、森林、加油站、機場

火災影像偵測系統之架構如圖(四)所示，由攝影機影像輸入至分析主機中，進行火焰或煙霧之判斷偵測，若符合條件則發出警報，包括畫面與聲音警示、多媒體簡訊發送、火警盤輸出，以及火警警報錄影存檔等。使用者亦可從全天候錄影系統DVR中調出任何所需時段影片，進行事後災因調查分析。

圖四：火災影像偵測系統之系統架構

實測及應用實例

圖(五)~圖(八)為四種火災發生場景之系統實際結果，分別為室內火焰、室外火焰、室內煙霧以及室外煙霧，經由訊號處理分析後，可正確偵測到火災，其中火焰以紅色框框表示，煙霧以黃色框框表示其位置。特別是戶外火災偵測，是目前最佳解決方案。目前該系統已在國內外安裝超過60套以上，包括電廠、油庫、醫院、交響音樂廳、化工廠、機場機棚、無塵室、老人安養中心、戶外儲棉場等。

圖五

圖六

圖七

圖八

結論

若是在警報時能立即以視覺方式確認現場的火災內容、位置與型態，相信可爭取到三至五分鐘的救災應變時間，將有助於火災撲滅與及早應變。同時也在第一時間即可告知安管人員掌握火災實境，縮短火災確認、通聯等之救災時程，爭取應變疏散時間，明確之災情有助減緩公眾之驚慌有利於引導疏離，對於個人或企業之生命與財產的損失減少，助益非常大，同時也解決了以往探測器所不能解決的問題。