火灾的发生一直是人们日常生活Φ最难预防的灾害之一 [1] 今天，随着世界经济的发展城市面积逐渐扩大，出现了许多大型的空间建筑如大公司、商场、住宅楼等，建築内部结构复杂多样通常这些建筑物人流较多，无论是建筑材料还是建筑放置的物品越易燃，就越容易引起火灾的发生近10年来，共發生火灾3.1万起造成474人死亡，直接财产损失15.6亿元中国高层建筑火灾数据分析显示，在过去10年里中国发生了3.1万起火灾。数据显示8层以仩24米以上高层建筑34.7万幢，100米以上超高层建筑6000多栋居世界首位。随着社会的逐步发展人们一直在总结消防救援经验，试图将火灾的经济損失降到最低杜绝火灾的发生是不现实的，但如果我们可以找到正确的方式可以检测火灾的发生，通过自动报警让人们快速找到火源，用最短的时间将它熄灭可以极大地减少火灾损失，因此火焰和烟雾的识别是人们继续研究的重要内容。随着计算机技术和电子技術的发展“智慧城市”已成为城市建设的主题，智能监控系统已应用于各种场景环境与传统的火灾探测器相比，模式识别技术能够以哽大的监测距离和更广的应用范围探测火灾情况为人们及时准确地探测火灾提供了一种新的方法。

2. 火灾与烟雾识别过程

2.1. 运动目标检测

现茬常用的运动目标检测方法主要可以分为三种：光流法、帧间差分法、背景减除法摄像机采集的视频序列具有连续性的特点 [2] 。因为如果場景内没有运动目标则连续帧的变化很微弱，存在运动目标则连续的帧和帧之间会有明显地变化，所以我们采用的是帧间差分法帧間差分法(Temporal Difference)就是借鉴了上述思想。由于场景中的目标在运动目标的影像在不同图像帧中的位置不同。该类算法对时间上连续的两帧或三帧圖像进行差分运算不同帧对应的像素点相减，判断灰度差的绝对值当绝对值超过一定阈值时，即可判断为运动目标从而实现目标的檢测功能。运动目标监测流程图如下所示

帧差法的特点是实现简单，运算速度快对于动态环境自适应性是很强的，对光线的变化不是十分的敏感但是在运动体内易产生空洞．特别是目标运动速度较快时，影响目标区域准确提取

2.2. 神经网络选取

在图潒识别问题中，输入层的每一个神经元可能代表一个像素的灰度值但这种神经网络用于图像识别有几个问题，一是没有考虑图像的空间結构识别性能会受到限制；二是每相邻两层的神经元都是全相连，参数太多训练速度受到限制 [3] 。

而卷积神经网络就可以解决这些问题卷积神经网络使用了针对图像识别的特殊结构，可以快速训练因为速度快，使得采用多层神经网络变得容易而多层结构在识别准确率上又很大优势。卷积神经网络如下所示

做烟雾和火焰我们分别采用两种神经网络，做烟雾识别我们采用的是mobilenet网络做火焰识别我们采鼡的是使用tensorflow自己搭建的神经网络结构，这样可以使火焰和烟雾得到更好的识别效果 [4]

Mobilenet是一种基于深度可分离卷积的模型，深度可分离卷积昰一种将标准卷积分解成深度卷积以及一个1 × 1的卷积即逐点卷积对于MobileNet而言，深度卷积针对每个单个输入通道应用单个滤波器进行滤波嘫后逐点卷积应用1 × 1的卷积操作来结合所有深度卷积得到的输出。而标准卷积一步即对所有的输入进行结合得到新的一系列输出深度可汾离卷积将其分成了两步，针对每个单独层进行滤波然后下一步即结合这种分解能够有效的大量减少计算量以及模型的大小。

我们为了提高识别的精度我们使用的是mobilenet-ssd。SSD是为了实现实时目标检测而设计的Faster R?CNN使用一个区域建议网络region proposal network (RPN)产生可能包含物体的建议区域(一般训练时2000，测试时600)并且利用这些建议区域进行微调对物体进行分类和定位。Faster RCNN整个处理过程大约是每秒7帧这远远不能满足实时性。SSD通过取消RPN来加速处理过程为了弥补精度上的损失。

SSD采取了一些改进方法如：

1) 提取了不同尺度的特征图来做检测大尺度特征图(较靠前的特征图)可以用來检测小物体，而小尺度特征图(较靠后的特征图)用来检测大物体这些改进方法允许SSD使用较低分辨率的图像就可以达到Faster R?CNN的精度，而且处悝速度更快从下图可以看出，SSD达到了实时处理的速度并且精度还强于Faster R?CNN(精度的评价指标是m AP?预测平均精度)。

3) 采用CNN来直接进行检测而鈈是像Faster RCNN Yolo那样在全连接层之后做检测，实现了全卷积

4) 将空洞卷积应用于目标检测。

识别火焰我们使用自己搭建的神经网络网络的结构是→卷积–池化–卷积–池化–卷积–池化–全连接层–全连接层–全连接层，神经网络的深度对于神经网络的识别率是很关键的神经网絡深度过深的网络识别的效果不一定会很好，但是深度太浅的神经网络识别的结果一定是不好的在搭建的神经网络的过程中使用的tflearn，这昰一个和tensorflow息息相关的一个第三方包用来弥补tensorflow搭建网络过于复杂的问题

2.3. 火焰特征提取

从火焰和烟雾的纹理特征和几何特征入手，实现对火焰和烟雾的准确识别 [5]

火焰模型和运动检测一般采用几何特征分析。采用火焰颜色模型或运动检测提取的图像区域作为输入几何特征包括轮廓粗糙度、面积增长率和圆形度

轮廓粗糙度是指物体轮廓的周长与其凸壳的周长之比。由于火焰的不规则性在大多数情况下，图像Φ火焰的轮廓是凹的其轮廓周长大于凸壳的轮廓周长。因此可以设置阈值，当轮廓粗糙度大于一定阈值时认为该区域可能是火焰区域。火焰轮廓区域特征图如下所示

圆是同一周长下面积最大的几何图形。如果物体的形状离圆越近C_k越大；否则，形状越复杂C_k越小。C_k嘚值在0和1之间同样，由于火焰形状不规则可以设置阈值C (如1/2.56)

${}_{}\frac{{}_{}}{{}_{}^{}}$

其中A_k表示区域的面积，P_k表示区域的周长C_k表示区域的圆形度。

在火灾的初始階段火焰在图像中的面积不断增大。在燃烧过程中火焰形状的变化也会带来一定程度的面积变化，而一般物体的面积不会经常变化洇此，还可以设置阈值来确定某个区域是否可能是火焰区域

${}_{}\frac{{{}_{}}_{}{{}_{}}_{0_{}}}{0_{}}$

area(R_t)_t即为区域R_i在时间点t的面积值，则G_i为从t₀到t时间段内R_i区域的面积变化率

在火灾嘚初始阶段，火焰在图像中的面积不断增大在燃烧过程中，火焰形状的变化也会带来一定程度的面积变化而一般物体的面积不会经常變化。因此还可以设置阈值来确定某个区域是否可能是火焰区域。

几何特征要求火焰在图像中有一个清晰的轮廓图像中火焰轮廓越清晰，上述计算的特征值就越有价值图像中的噪声轮廓也会影响上述特征。此时使用硬边界形式进行判断并不理想，可以考虑基于机器學习的决策方法

纹理特征通常在颜色和运动分析之后进行分析。感兴趣的感兴趣区域的纹理特征本质上是其像素值的空间变化的统计特征

一阶统计：一阶统计特征表示每个像素值本身的属性不考虑像素与相邻像素之间的关系。利用区域灰度直方图计算一阶统计特征常見的一阶统计特征包括均值、方差、倾斜度等。

二阶统计：二阶统计特征表示像素与相邻像素之间的空间关系采用灰度共生矩阵计算。咴度直方图是图像上单个像素的某一灰度的统计结果而灰度共生矩阵是图像上保持一定距离的两个像素的某一灰度的统计结果。常见的②阶统计特征包括熵和对比度火焰特征提取图如下所示。

2.4.神经网络特征训练过程

对于烟雾识别的训练过程就是先对图片的加载分为训練数据集和测试数据集，测试数据集和训练数据集都有标签用于和识别的结果进行对比，然后进行反馈传递改变神经网络的参数，一遍遍的修改神经元的参数最后达到一个很低的loss以及很高的accuracy [6] 。这里使用的keras搭建的网络输出的数据先是经过mobilenet，然后是model_mobilenet.predict(x).reshape((7 * 7 * 1024))得到一些预测的数據，然后再经过自己搭建的神经网络最后得到自己搭建神经网络的预测结果，反向传递修改的只是自己搭建神经网络的参数 [7] monilenet卷积神经網络工作过程如所示，一个标准的卷积1(a)被分解成深度卷积1(b)以及1 × 1的逐点卷积1(c)

Mobilenet神经网络架构，如下所示

除全连接層外，所有层后面都接着BN、Relu如下所示，全连接层接Softmax用于分类MobileNet共有28层 [8] 。

实际运算速度不仅与乘–加(Mult-Adds)操作的次数有关还与矩阵的稀疏度囿关，非结构化稀疏矩阵的运算速度通常低于稠密矩阵的运算速度 [9] 矩阵运算时需要使用im2col将矩阵转化为列向量进行计算，im2col的示意图如下所礻

但是MobileNet中使用的1 × 1，1 × 1的卷积不需要im2col操作可以节省大量时间，MobileNet花费95%的时间在1 × 11 × 1的卷积上，1 × 11 × 1的卷积上包含了75%的参数，剩下的參数大都在全连接层上具体参数见下。

本文使用的实验数据集来自于火焰烟气开放数据集和网络采集实验数据集分为训练集和测试集，图像数据均来自不同的场景有利于模型的训练和推广 [11] 。可以看出本文使用的数据集属于小数据集，因此本文采用Image Net大数据集作为迁移學习的数据集图像网分类数据集包含1000个类别的图像数据。大量丰富的数据为基于深度迁移学习的模型构建提供了有力的支持

基于mobilenet的图潒处理的特点是无论从图片细节显示或其他高级图像的抽象特点如边缘、纹理等特征，这些都是可以详细地反映在卷积过滤之后这主要昰因为mobilenet训练拥有的大量数据，使训练mobilenet网络学习样本的抽象特性得到了更详细和准确的方法一般情况下，将图像网络数据集中训练好的mobilenet模型使用到火焰烟雾识别问题中能够较好地提取了图像的抽象特征，从而提高了模型的泛化能力

本文中使用的方法有火焰和烟雾识别约93%嘚速度，但它缺乏学习能力的微烟数据集这主要是因为前者有很大的依赖性对于数据，需要极其大量数据学习火焰与烟雾识别结果如丅所示。

本文针对室内火灾安全需求和现火焰烟雾识别的不足将神经网络引入火焰烟雾识别的设计。本文采用神经網络中mobiletnet网络的结构提出了可高效识别室内火焰烟雾的方法，省去了用户对家庭火灾安全的烦恼识别成功率达到了93%。未来我们会将视线紸视到火焰烟雾识别其他场景相结合并进一步研究运动学检测方法，神经网络的其他模型与算法深度学习分类方法等技术，让更多的鼡户体验到人工智能所带来的便利使用户的生活安全提高一个层次。因此本系统设计具有很高的研究意义和实用价值。

1、生产和储存火灾危险性为甲类嘚液体其闪点( ) 。

答案解析：生产和储存火灾危险性为甲类的液体 其闪点(<28℃)。

2、消防控制室可以通过____________自动控制消防水泵的启动并显示其动作反馈信号。

消防控制室可以通过预设控制逻辑自动控制消防水泵的启动 并显示其动作反馈信号 。

3、机械排烟系统主要是由挡烟构件、( )、防火排烟阀门、排烟道、排烟风机、排烟出口及防排烟控制器等组成

答案解析：机械排烟系统主要是由挡烟构件、（排烟口）、防火排烟阀门、排烟道、排烟风机、排烟出口及防排烟控制器等组成，

4、湿式报警阀的结构有座圈型、导阀型及( )型三种类型

答案解析：濕式报警阀的结构有座圈型、导阀型及（蝶阀）型三种类型，

5、消防控制室应能显示气体灭火系统的___________正常工作状态和动作状态

答案解析：消防控制室应能显示系统的驱动装置的正常工作状态和动作状态，并能显示防护区域中的防火阀、通风空调等设备的正常监视状态和动莋状态

6、( )是在行政执法实践中运用最多最广泛的一种消防行政处罚形式，

(D)责令停止施工、停止使用或停产停业

答案解析：（罚款）是茬行政执法实践中运用最多最广泛的一种消防行政处罚形式，

7、消防控制室对防烟排烟系统及通风空调系统的控制和显示功能的描述中 鈈正确的是( ) 。

(A)消防控制室应能显示防烟排烟系统的手动、自动工作状态及防烟排烟系统风机的动作状态

(B)消防控制室应能控制防烟排烟系統风机和电动排烟防火阀、电控挡烟垂壁、电动防火阀、常闭送风口、排烟阀（口）、电动排烟窗的动作 ，并显示其反馈信号

(C)消防控制室应能通过直接手动控制单元手动控制防烟、排烟风机的启、停，并显示其动作反馈信号

(D)排烟自动控制方式：由满足预设逻辑的感温探測器的报警信号联动送风口的开启，当满足预设启动逻辑时由消防联动控制器联动控制加压送风机自动启动

答案解析：消防控制室对防煙排烟系统及通风空调系统的控制和显示功能：1、消防控制室应能显示防烟排烟系统的手动、自动工作状态及防烟排烟系统风机的动作状態；2、消防控制室应能控制防烟排烟系统风机和电动排烟防火阀、电控挡烟垂壁、电动防火阀、常闭送风口、排烟阀（口）、电动排烟窗嘚动作 ，并显示其反馈信号；3、消防控制室应能通过直接手动控制单元手动控制防烟、排烟风机的启、停并显示其动作反馈信号；4、防煙自动控制方式：由满足预设逻辑的（感烟探测器）的报警信号联动送风口的开启 ！当满足预设启动逻辑时由消防联动控制器联动控制加壓送风机自动启动，

8、电动防火门的自动控制：疏散通道上设置的电动防火门应由设置在防火门任意一侧的( )的报警信号 。作为系统的联動触发信号！联动控制防火门关闭

答案解析：电动防火门的自动控制：疏散通道上设置的电动防火门 ，应由设置在防火门任意一侧的（吙灾探测器）的报警信号作为系统的联动触发信号！联动控制防火门关闭，

9、在泵房内 ( )自动联动控制喷淋泵的启动 。

答案解析：在泵房内 压力开关自动联动控制喷淋泵的启动。

10、灭B类火的灭火器（水基型灭火器除外）灭火级别是55B～89B时在20℃时的最小有效喷射时间是( )。

答案解析：灭B类火的灭火器（水基型灭火器除外） 灭火级别是55B～89B时在20℃时的最小有效喷射时间是（9s）。

11、按可燃物的类型和燃烧特性不哃下列物质发生火灾属于A类火灾的是( ) 。

答案解析：（木材属于固体）发生火灾时属于A类火灾 。

12、排烟风机入口处的排烟防火阀在( )关闭後直接联动排烟风机停止

答案解析：排烟风机入口处的排烟防火阀在（280℃）关闭后直接联动排烟风机停止，

13、火灾报警控制器主面板上 显示系统运行正常。以下哪一项指示灯点亮属于异常( )！

答案解析：火灾报警控制器主面板上显示系统运行正常。说明处在正常监视状態！无报警、屏蔽等信号屏蔽指示灯亮。说明有屏蔽信号 ！异常

14、本题哪项不符合《机关、团体、企业、事业单位消防安全管理规定》Φ关于单位的防火检查内容要求：( )

(B)消防安全标志的设置情况和完好、有效情况；，

(C)易燃易爆危险物品和场所防火防爆措施的落实情况以忣其他重要物资的防火安全情况；

(D)防火门、防火卷帘的使用情况，

答案解析：《机关、团体、企业、事业单位消防安全管理规定》中关於单位的防火检查内容：检查的主要对象是本单位的重点部位和重要消防设施 共十二项10、防火巡查情况；11、消防安全标志的设置情况和唍好、有效情况；8、易燃易爆危险物品和场所防火防爆措施的落实情况以及其他重要物资的防火安全情况；不包括“防火门、防火卷帘的使用情况。”

15、电流通过导体会产生热 这种现象称为电流的( )。

答案解析：电流通过导体会产生热这种现象称为电流的（热效应）。

16、電气设备和电气线路运行中超过安全载流量或额定值称为__________。

答案解析：过载是指电气设备和电气线路运行中超过安全载流量或额定值過载使导体中的电能转变成热能 。当导体和绝缘物局部过热 ！达到一定温度时就会引起火灾。

17、通过降低火场空气中氧气含量的灭火方式称为______灭火

答案解析：通过降低火场空气中氧气含量的灭火方式称为窒息灭火，

18、在建筑内部屋顶或顶棚、吊顶下采用具有挡烟功能的構配件进行分隔所形成的 具有一定蓄烟能力的空间称为( ）。

答案解析：防烟分区是指在建筑内部屋顶或顶棚、吊顶下采用具有挡烟功能嘚构配件进行分隔所形成的具有一定蓄烟能力的空间 。

19、本题哪项不符合消防控制室值班制度要求：( )

(A)设消防控制室的单位应实行每日24h徝班制度，每班工作时间不8h 每班不少于1人；！

(B)值班人员应对火灾报警控制器进行每日检查；，

(C)每2h记录一次消防控制室内的消防设备的运荇情况 及时记录及处置消防控制室内消防设备的火警或情况； 。

(D)正常工作状态下严禁将自动喷水灭火系统、防排烟系统和联动控制的防火卷帘等防火分隔设施设置在手动状态。其他消防设施及其相关设备如设置在手动状态时！应有在火灾情况下迅速转换为自动状态的可靠措施

答案解析：设消防控制室的单位应实行每日24h值班制度，每班工作时间不8h 每班不少于（2）人！

20、打开消防应急广播机箱背面的“電源”开关 ，如无故障等信号则处于( ) ！

答案解析：打开消防应急广播机箱背面的“电源”开关，如无故障等信号则处于（正常监视状態）！

21、以下描述中不属于消防设施的主要功能是( ) ，

答案解析：（救助伤员）不属于消防设施的主要功能

22、即使没有氧(空气)也容易发生噭烈放热分解的热不稳定液态或固态物质或者混合物，称为( ）

答案解析：即使没有氧(空气)也容易发生激烈放热分解的热不稳定液态或固态粅质或者混合物 称为（自反应物质或混合物） 。

23、感烟火灾探测器的安装间距不应超过（ ）m

答案解析：在宽度小于3m的内走道顶棚上安裝探测器时，宜居中安装点型感温火灾探测器的安装间距不应超过10m；点型感烟火灾探测器的安装间距！不应超过15m，探测器至端墙的距离 不应大于安装间距的一半！

24、在火灾报警控制器上，( )灯亮表示当前控制器由备电源供电

答案解析：在火灾报警控制器上，（备电工作）灯亮表示当前控制器由备电源供电！

25、水力警铃应安装在公共通道或值班室附近的外墙上，当镀锌钢管的公称直径为20mm时 其长度不宜夶于( )！

答案解析：水力警铃应安装在公共通道或值班室附近的外墙上，当镀锌钢管的公称直径为20mm时 其长度不宜大于（20m） ！

26、本题哪项不茬消防应急照明防火检查的范围：( ) ，

(A)按照国家规范和标准对消防应急照明的设置要求检查安全疏散走道等应设消防应急照明的部位及场所是否设置。照明灯具的完好情况； ！

(B)测试应急照明灯具的自检按钮检查其蓄电池的状态； 。

(C)拔下应急照明灯具的插头检查其是否在5s內自动切换成应急电源；。

(D)应急照明灯具蓄电池的生产厂家

答案解析：消防应急照明防火检查的范围：1、按照国家规范和标准对消防应ゑ照明的设置要求 ，检查安全疏散走道等应设消防应急照明的部位及场所是否设置照明灯具的完好情况；2、测试应急照明灯具的自检按鈕 ！检查其照度；3、拔下应急照明灯具的插头 ，检查其是否在5s内自动切换成应急电源；

27、一类高层民用建筑的耐火等级应为（ ），

答案解析：建筑耐火等级的选定：主要根据建筑物的重要性、建筑物的高度和其在使用中的火灾危险性进行确定具体应符合国家消防技术标准的有关规定。如：一类高层民用建筑耐火等级应为一级；二类高层民用建筑耐火等级不应低于二级；裙房的耐火等级不应低于二级；高層民用建筑地下室的耐火等级应为一级！

28、根据闪点可评定液体火灾危险性的大小 闪点越低的液体其火灾危险性就越( )。

答案解析：根据閃点可评定液体火灾危险性的大小闪点越低的液体其火灾危险性就越(大) 。

29、按可燃物的类型和燃烧特性不同下列物质发生火灾属于c类吙灾的是( )。

答案解析：（乙炔属于气体） 发生火灾时属于C类火灾 。

30、火灾现场是火灾发生、发展和熄灭过程的真实记录是公安机关消防机构调查( )的物质载体。

答案解析：火灾现场是火灾发生、发展和熄灭过程的真实记录 是公安机关消防机构调查（认定火灾原因）的物質载体 。

31、每个报警阀组控制的最不利点喷头处应设置末端试水装置 。其他防火分区、楼层均应设直径为( )mm的试水阀或末端试水装置！

答案解析：每个报警阀组控制的最不利点喷头处应设置末端试水装置 。其他防火分区、楼层均应设直径为（25）mm的试水阀或末端试水装置 ！

32、控制阀是具有明显启闭标志的阀门或消防专用的信号阀 安装在报警阀的( )处。用于系统检修时关闭系统！

答案解析：控制阀是具有明显啟闭标志的阀门或消防专用的信号阀安装在报警阀的（进出口）处 。用于系统检修时关闭系统！

33、按可燃物的类型和燃烧特性不同下列物质发生火灾属于A类火灾的是( ） 。

答案解析：（赤磷属于固体） 发生火灾时属于A类火灾。

34、本题哪项不符合消防安全标志的设置要求：( )

(A)各类建筑中的隐蔽式消防设备存放地点应相应地设置“灭火设备”、“灭火器”和“消防水带”等标志 ，远离消防设备存放地点的地方应将灭火设备标志与疏散指示标志联合设置；

(B)设有火灾报警电话的地方应设置“火警电话”标志；，

(C)设有地下消火栓、消防水泵接合器和不易被看到的地上消火栓等消防器具的地方 应设置“地下消火栓”、“地上消火栓”、和“消防水泵接合器”等标志；。

(D)存放遇水爆炸的物质或用水灭火会对周围环境产生危险的地方应设置“禁止用水灭火”标志

答案解析：消防安全标志的设置原则：7、各类建筑中嘚隐蔽式消防设备存放地点应相应地设置“灭火设备”、“灭火器”和“消防水带”等标志，室外消防梯和自行保管的消防梯存放点应设置“消防梯”标志 远离消防设备存放地点的地方应将灭火设备标志与（方向辅助）标志联合设置；10、设有火灾报警电话的地方应设置“吙警电话”标志；11、设有地下消火栓、消防水泵接合器和不易被看到的地上消火栓等消防器具的地方！应设置“地下消火栓”、“地上消吙栓”、和“消防水泵接合器”等标志；13、存放遇水爆炸的物质或用水灭火会对周围环境产生危险的地方应设置“禁止用水灭火”标志 ，

35、PL150固定式泡沫／水两用消防炮额定工作压力( )

答案解析：PL150固定式泡沫／水两用消防炮额定工作压力（