авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Методологические основы совершенствования автоматизированных систем противопожарной защиты предприятий нефтеперерабатывающего комплекса с применением видеоте

-- [ Страница 3 ] --

«+» оказывает искажающее влияние; «-» не оказывает искажающее влияние.

Как видно из табл. 1 ни один из способов обнаружения пожара не может обеспечить абсолютную достоверность обнаружения пожара и исключить ложное срабатывание. Ввиду этого, как было отмечено в главе 1, основное время, от момента срабатывания пожарной сигнализации до момента запуска системы пожаротушения уходит на личное подтверждение факта возникновения пожара обслуживающим персоналом путем визуального осмотра объекта, что является недопустимым при пожарах на резервуарных парках хранения нефтепродуктов и других объектах нефтепереработки так как приводит к увеличению общей инерционности системы.

По результатам исследований разработано и запатентовано устройство обнаружения пожара с визуальным подтверждением факта срабатывания (рис. 6) [10].

 Устройство обнаружения пожара с-6

Рис. 6. Устройство обнаружения пожара с визуальным подтверждением факта срабатывания: телекамера - 1, пожарный извещатель 2, видеопроцессор 3, интерфейс 4, мультиплексор 5, блок управления 6, передатчик сигналов 7, блок питания 8, двухпроводная сигнальная линия 9.

Технический результат помимо обнаружения пожара выражается в дополнительном выполнении следующих функций: формирование цифрового фотоснимка с помощью телекамеры при срабатывании пожарного извещателя, передача извещения о пожаре, а также цифрового фотоснимка по двухпроводной сигнальной линии. Данное устройство позволяет постепенно переводить существующие системы пожарной сигнализации на новый тип пожарных извещателей, используя существующие шлейфы и сигнальные линии.

В главе 3 «Разработка методов и технических средств обнаружения пожара на основе видеотехнологий» проведен комплексный анализ существующих методов и способов их реализации при построении технических средств пожарной сигнализации, предложена функциональная схема системы пожарного телевидения, приводятся результаты исследований по разработке видеодетектора пожара, разработан способ и устройство для обнаружения пожара на основе методов видеодетекции.

В области патентования технических средств обнаружения пожара лидируют устройства, реагирующие на появление дыма и повышение температуры среды в защищаемом помещении либо на открытой технологической установке [33]. Сравнительно новым направлением патентования являются устройства обнаружения пожара с использованием видеотехнологий. Ключевой особенностью создания данных систем обнаружения пожара является процесс алгоритмической обработки видеосигнала определенным способом.

Как показали проведенные исследования [17], основными проблемами, которые долгое время не позволяли создать видеодетекор пожара, явились: высокая стоимость оборудования, недостаточно глубокие теоретические и экспериментальные наработки в данной области, а также определенные ограничения в нормативно-правовой базе по пожарной безопасности.

Для создания эффективного видеодетектора пожара и на его основе пожарного видеоизвещателя были поставлены и решены ряд вопросов: исследование основныех параметров, подлежащие регистрации с помощью телекамеры, определение требований к аппаратуре регистрации (телекамере-датчику), оценка адекватности влияния различных факторов на вырабатываемые телекамерой-датчиком сигналов. На основании полученных результатов разработаны теоретические основы построения видеодетектора пожара, создана алгоритмическая модель обработки сигнала, определена структура и принцип работы системы обнаружения пожара с использованием видеотехнологий.

Структурная схема системы пожарного телевидения может быть представлена в следующем виде (Рис.7).

 Структурная схема системы-7

Рис. 7. Структурная схема системы пожарного телевидения: ТВК – телевизионная камера

Одним из основных узлов рассматриваемых цифровых систем замкнутого телевидения являются различного рода видеодетекторы. Видеодетекторы, анализируя сигнал, полученный с телекамер по специальным алгоритмам, служат для привлечения внимания оператора, идентификации объектов и ситуаций в автоматическом режиме - путем сложной математической обработки видеосигнала с помощью программно-аппаратных средств и обеспечивают выдачу управляющих сигналов на другие устройства.

На настоящее время существует несколько общепризнанных типов видеодетекторов [2], которые применяются в основном в системах охранного телевидения:

  • детектор оставленных предметов - оповещает об оставленных предметах, анализ производится по разнице между интегральными кадрами с разными параметрами интегрирования, применяется на вокзалах, в аэропортах, в местах массового скопления людей с целью предотвращения террористических актов;
  • детектор направления движения - оповещает о наличии движения и его направлении, детекция производится по градиенту межкадровой разницы во времени;
  • детектор лиц - оповещает о появлении в кадре лица, в основу работы положен алгоритм каскадного распознавания образов;
  • детектор фокусировки - оповещает о потере фокусировки телекамеры в результате манипуляций с объективом или потерей чувствительности матрицы, анализируется наличие контуров в высокочастотной составляющей кадра.

Проведенный методологический анализ показал, что условно все известные методы обнаружения пожара с применением телекамер можно разбить на три группы [3]. К первой группе можно отнести методы с применением опорных изображений, которые были получены до наступления тревожной ситуации при нормальных условиях для различных вариантов освещенности (день, вечер, осадки и др.).

Ко второй группе относятся методы, в которых используется определенный банк данных типовых блоков видеоизображения различных тревожных ситуаций - форма и тип пламени, интенсивность задымления и т.д., а также различных возмущающих факторов, таких как – солнечная засветка, фары движущихся автомобилей, различного рода блики и др., которые при необходимости сравниваются с отдельными частями реального изображения.

К третьей группе можно отнести методы, в которых анализируется статическая и динамическая составляющие отдельных элементов изображения по яркостной и цветовой составляющей.

Для правильного функционирования видеодетекторов необходимо, чтобы учитывались, либо исключались из алгоритма детекции искажающие факторы. Эти факторы используются при создании уличных видеодетекторов, которые определяют постоянные изменения освещенности, тени, блики, осадки, туман, движение животных, время суток.

Принципы, заложенные в алгоритмы работы уличных видеодетекторов, были использованы в данной работе для создания видеодетектора пожара [4]. Проведенные исследования показали, что основными факторами пожара, которые могут регистрироваться с помощью пожарных видеодетекторов, являются следующие [26]:

1. Открытое пламя – существенно отличается по интенсивности и частоте электромагнитного излучения от фоновой засветки. В ряде случаев пламя имеет флуктуацию в определенном частотном диапазоне. Следовательно, оно может быть обнаружено телекамерой по специальному алгоритму обработки сигнала. Преимуществом данного способа, несомненно, будет являться возможность контроля больших открытых пространств, технологических установок. Кроме этого, с применением подобных видеодетекторов пожара можно будет в автоматическом режиме фиксировать точное место очага возгорания для подачи огнетушащих веществ. Искажающими факторами будут являться: возмущения, связанные с солнечной засветкой, переменой времени суток, осадками, перемещениями в кадре людей и птиц. Учитывая имеющиеся алгоритмы, используемые в системах охранного телевидения, данные возмущения существенных проблем не вызывают.

2. Столб дыма на открытом воздухе – может быть распознан системой видеодетекции на окружающем фоне по резкому изменению контрастности изображения на большой площади кадра. Столб дыма имеет характерные турбулентные движения частиц под влиянием конвективного переноса а атмосфере. Искажающим фактором будет являться различная освещенность, зависящая от времени суток, однако эта проблема может быть решена применением опорных световых сигналов, либо применением инфракрасных прожекторов.

3. Дым в помещении или ограниченном пространстве – при пожаре: как правило, наблюдается постепенное задымление в верхней части помещения, т.е. постепенное ухудшение контрастности изображения, что может быть зарегистрировано обычной телекамерой, применением специального алгоритма, анализирующего плавное снижение контрастности. Основным искажающим фактором будет являться недостаточная контрастность в помещении в темное время суток. Данная проблема может быть решена также применением опорных сигналов, либо инфракрасных прожекторов.

4. Пожар на технологических установках промышленных предприятий, в которых обращаются легковоспламеняющиеся жидкости, как правило, сопровождается взрывом, обрушением и деформацией строительных и технологических конструкций, изменением геометрических параметров в кадре изображения, которые могут быть легко различимы применением достаточно простых программируемых видеодетекторов.

Проведенные исследования показали, что наиболее перспективными способами видеодетекции являются следующие: идентификация открытого пламени, идентификация столба дыма, нарушение геометрических характеристик защищаемого объекта. С учетом данных положений разработана алгоритмическая структура обработки видеосигнала (рис. 8).

Для проверки данной теории и создания пожарного видеоизвещателя была проведена оценка достоверности срабатывания каждого из трех видеодетекторов, входящих в данную схему по аналогии с известным комбинированным пожарным извещателем. Методика оценки достоверности приведена ниже [5, 31].

 Структурная схема алгоритмической-8

Рис. 8. Структурная схема алгоритмической обработки видеосигнала

Принималось, что время между началом пожара и временем его обнаружения каждым из видеодетекторов распределены по показательному закону с интенсивностью и соответственно. В диссертации показано, что в этом случае априорная вероятность возникновения пожара может быть оценена по формуле

. (2)

Введем двоичную переменную =1, если факт возгорания имел место в действительности и =0 в противном случае. Пусть пожарный извещатель имеет n каналов обнаружения пожара. Вероятность обнаружения пожара каждым каналом не зависит от того, какие каналы пожар обнаружили, а какие – нет. Рассмотрим вектор , где Yi = 1, если i-й канал срабатывает (выдает на ПКП сигнал о возгорании) и Yi = 0 - в противном случае.

Прибор по наблюдаемым компонентам Y1, Y2,…,Yn должен сделать заключение о том, чему равна ненаблюдаемая компонента . Одна из наиболее очевидных стратегий заключается в том, чтобы считать =1, если сработал хоть один канал. Другая стратегия: считать, =1, если сработало не менее двух каналов и т.д. Для выбора лучшей стратегии из возможных можно использовать следующий подход.

Пусть нам известны: - вероятность правильного срабатывания i-го канала и - вероятность ложного срабатывания i-го канала. Будем считать, что если отрезок времени между срабатыванием каналов не больше, чем , то каналы сработали одновременно. Тогда, если на отрезке времени сработало несколько каналов, то вероятность того, что пожар на самом деле имеет место, находится по формуле Байеса

. (3)

Теперь мы можем по формуле (3) вычислить вероятность того, что параметр действительно равен единице (возгорание на самом деле имеет место) для различных вариантов вектора Y. Анализируя эти вероятности можно выбрать лучшую стратегию из возможных. Для того, чтобы пояснить как это делается, рассмотрим следующий пример.

Учитывая, что предлагаемое устройство имеет три канала обнаружения пожара, вероятности правильного срабатывания и вероятности ложной тревоги для каждого из каналов будут представлять следующие значения (табл. 2).

Для стратегии, при которой срабатывает хотя бы один канал из трех вероятность пропуска сигнала практически равна нулю (0,001). Однако для него высока вероятность ложной тревоги (0,686).

Таблица 2. Вероятности истинного и ложного срабатывания для трехканальной системы

№ канала 1 2 3
сi 0,8 0,9 0,95
фi 0,01 0,02 0,04

Примем, что интенсивности и равны соответственно 0,01 и 0,2. По формуле (2) вычислим априорную вероятность возникновения пожара. Получим . Используя этот результат, по формуле (3) вычислим вероятность того, что возгорание на самом деле имеет место для всех возможных вариантов срабатывания каналов. Результаты вычислений представлены в табл. 3.

Таблица 3. Расчетные характеристики устройства при трехканальной схеме

№ канала Варианты срабатывания каналов
1 0 0 0 1 0 1 1 1
2 0 0 1 0 1 0 1 1
3 0 1 0 0 1 1 0 1
Ф 0,93139 0,03880 0,01901 0,009408 0,000792 0,00039 0,00019 0,00001
c 0,001 0,019 0,00911 0,00414 0,17104 0,07605 0,03610 0,68413
-1 931,392 2,04252 2,11202 2,35243 0,00463 0,00515 0,00533 1,17E-05
P(=1/Y) 5,36802E-05 0,02389 0,02312 0,02081 0,91522 0,90649 0,90361 0,99977
P(=0/Y) 0,99994632 0,97610 0,97687 0,97918 0,08477 0,09351 0,09639 0,00023

В строках Ф и c (табл. 3) указаны вероятности ложной тревоги и вероятности правильного обнаружения для соответствующих вариантов значений вектора Y. Рассмотрим три стратегии, при которых принимается равной единице (пожар на самом деле имеет место): сработал хоть один канал, сработало не менее двух каналов, сработали все три канала. Вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги для первого варианта рассчитываются как суммы вероятностей, находящихся в последних семи столбцах таблицы, для второго варианта – как суммы вероятностей, находящихся в последних четырех столбцах, а для третьего варианта они равны вероятностям, находящимся в последнем столбце таблицы. Результаты этих вычислений приведены в табл. 4.

Проанализируем содержание последних двух таблиц. Анализ таблицы 3 показывает, что лучше выбрать стратегию при которой принимается равной единице только если сработали все три канала. В этом случае вероятность того, что пожар на самом деле имеет место, практически равна единице (0,99977). Однако анализ таблицы 4 показывает, что в этом случае вероятность правильного обнаружения равна всего 0,684. Это значит, что высока вероятность пропуска сигнала - вероятность того, что пожар на самом деле имеет место, а мы будем считать, что его нет.

Таблица 4. Вероятность обнаружения пожара при трехканальной схеме

Вероятность Стратегия присвоения значения равного единице
Хотя бы один из трех Не менее двух Все три
Вероятность правильного обнаружения 0,999 0,967 0,684
Вероятность ложной тревоги 0,686 0,001 0,00001


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.