基于视频联动的火情动态追踪方法及系统与流程

本技术涉及视频处理，具体涉及基于视频联动的火情动态追踪方法及系统。

背景技术：

1、随着视频处理技术和人工智能算法的快速发展，基于视频的火灾检测技术已成为消防安全领域的研究热点；基于单路摄像机视频流是当前主流技术方案，通过分析单帧图像或连续帧序列中火焰特征，对画面内的候选区域进行检测与识别，该技术方案已在各类建筑消防监测场景中得到广泛应用。

2、为克服单路摄像机视野受限的问题，部分现有技术采用多台摄像机覆盖同一监测区域的部署方式，通过多路视频流的独立分析实现更大范围的火情监测；在建筑消防设计领域，根据防火规范将建筑空间划分为多个消防分区，基于分区拓扑结构的火势蔓延分析方法已用于评估建筑火灾风险和制定消防预案。

3、但是单路摄像机成像极易受光影变化、物体反光、烟尘干扰与红色杂物等因素影响，生成二维伪火情区域，仅依靠平面像素无法有效区分真实燃烧物体与平面干扰源，导致误报警率较高；部分虽尝试利用多台摄像机进行火源空间定位，但普遍采用等权投影方式，默认所有机位的观测数据可信度一致，实际上，不同定位点摄像机受观测距离、空间视角、遮挡程度和成像画质的影响，其成像数据对真实火源空间的表征精度存在显著差异。

4、现有默认火源向所有连通路径均匀蔓延，未考虑真实火源的三维空间形态、火情前沿朝向与连通通道的物理空间位置关系，无法适配不同火情强度、不同火源形态的差异化蔓延特征；火势沿建筑空间快速蔓延过程中，远端区域对应的摄像机无法提前进入工作状态，极易出现火情前沿扩散至新区域后无有效监测机位接续追踪的问题；同时全域摄像机长期高负载运行存在算力冗余浪费。

5、针对上述现有技术的不足，本技术需要解决的技术问题为如何通过视频联动实现火情演进的动态追踪，降低误判率、提升定位精度和蔓延预测准确性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供基于视频联动的火情动态追踪方法及系统，将火情检测验证、火源三维定位、蔓延路径预测和动态追踪有机串联，形成完整的数据闭环。

2、为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：本技术提供基于视频联动的火情动态追踪方法，对探测区域内摄像机进行联合标定，建立图像与区域空间的映射关系，构建以消防分区为节点、火势蔓延属性为边权重的消防拓扑图；

3、并行提取每路摄像机视频流的火情特征，检出候选区域后根据映射关系调度覆盖候选区域的其余摄像机执行协同验证，验证通过后判定为火情区域；

4、选取覆盖火情区域的多路摄像机作为定位点，将火情区域轮廓转换为投影射线簇并求解空间交集，生成火源空间边界与火源空间参数；

5、将火源空间边界匹配至消防拓扑图节点，以火源空间参数为初始激励，结合火势蔓延属性预测蔓延路径与每个节点的预计引燃时间；

6、按预计引燃时间预激活沿途摄像机，以火情前沿质心为锚点完成相邻摄像机的追踪接力切换，根据火源空间参数的时序变化特征判定火情演进阶段，动态调整追踪策略。

7、进一步地，构建所述消防拓扑图包括：

8、以探测区域内的消防分区为节点，根据所述映射关系确定覆盖不同节点的摄像机及其有效视野范围，作为节点的监测参数；

9、对存在连通路径的相邻节点建立边，基于连通路径的阻力参数计算边权重得到火势蔓延属性，构成消防拓扑图；

10、基于映射关系计算覆盖相邻节点内摄像机的视野衔接参数，并存入边属性。

11、进一步地，判定所述火情区域包括：

12、并行提取每路摄像机视频流的火情特征，检出候选区域后，将候选区域的轮廓像素经所述映射关系反投影至探测区域的空间坐标，生成候选空间范围；

13、筛选视野覆盖所述候选空间范围、且与候选区域的摄像机存在视角差异的其余摄像机作为定位点，下发协同验证指令；

14、当定位点检出对应候选区域后，经所述映射关系生成对应候选空间范围，计算所有候选空间范围的空间重叠占比；

15、当所述空间重叠占比大于占比阈值时，视为验证通过并判定为火情区域。

16、进一步地，筛选所述验证节点时，选取与初始检出摄像机的视角夹角大于预设角度阈值的摄像机；

17、所述空间重叠占比为所有候选空间范围的共同交集体积，与初始生成的候选空间范围体积的比值。

18、进一步地，所述生成火源空间边界与火源空间参数包括：

19、为每个定位点配置视角可信度权重，将每个定位点对应火情区域的轮廓像素经所述映射关系转换为投影射线簇；

20、结合每个定位点的视角可信度权重，求解所有投影射线簇的加权空间交集，基于所述加权空间交集生成火源空间边界，并提取对应的几何参数与强度参数作为火源空间参数输出。

21、进一步地，所述求解所有投影射线簇的加权空间交集包括：

22、以火情区域对应的候选空间范围作为求解约束域，在所述求解约束域内进行体素剖分；

23、统计每个体素被投影射线穿过的加权累计值，聚合加权累计值大于累计阈值的连续体素，得到所述加权空间交集。

24、进一步地，所述预测蔓延路径与每个节点的预计引燃时间包括：

25、将火源空间边界匹配至消防拓扑图的对应节点，以火源空间参数为初始激励，并结合火源空间边界与当前节点的边对应连通路径之间的空间相对关系，确定边对应的初始激励强度；

26、结合边的火势蔓延属性与对应的初始激励强度，计算火势沿边的蔓延速率；

27、沿消防拓扑图的拓扑结构递推得到每个节点的预计引燃时间，并反向回溯生成蔓延路径。

28、进一步地，所述空间相对关系包括火源空间边界与连通路径开口的空间距离以及火情前沿朝向与连通路径延伸方向的夹角；

29、对于存在多条连通路径可达的节点，取所有连通路径对应引燃时间的最小值作为对应节点的预计引燃时间；

30、生成多条蔓延路径后，结合边存储的视野衔接参数，筛选监测覆盖完整度最高的路径作为蔓延路径输出。

31、进一步地，所述动态调整追踪策略包括：

32、按照每个节点的预计引燃时间预激活蔓延路径沿途对应的摄像机，以实时更新的火情前沿质心为锚点，完成相邻摄像机之间的火情追踪接力切换；

33、持续获取火源空间参数并提取时序变化特征，基于时序变化特征判定火情演进阶段，根据不同火情演进阶段动态调整追踪策略。

34、本发明还提供了一种基于视频联动的火情动态追踪系统，包括：标定模块、核验模块、定位模块、推演模块和追踪模块；

35、标定模块，用于对探测区域内摄像机进行联合标定，建立图像与区域空间的映射关系，构建以消防分区为节点、火势蔓延属性为边权重的消防拓扑图；

36、核验模块，用于并行提取每路摄像机视频流的火情特征，检出候选区域后根据映射关系调度覆盖候选区域的其余摄像机执行协同验证，验证通过后判定为火情区域；

37、定位模块，用于选取覆盖火情区域的多路摄像机作为定位点，将火情区域轮廓转换为投影射线簇并求解空间交集，生成火源空间边界与火源空间参数；

38、推演模块，用于将火源空间边界匹配至消防拓扑图节点，以火源空间参数为初始激励，结合火势蔓延属性预测蔓延路径与每个节点的预计引燃时间；

39、追踪模块，用于按预计引燃时间预激活沿途摄像机，以火情前沿质心为锚点完成相邻摄像机的追踪接力切换，根据火源空间参数的时序变化特征判定火情演进阶段，动态调整追踪策略。

40、与现有技术相比，本技术所达到的有益效果：

41、通过多摄像机并行提取火情特征并根据空间映射关系调度覆盖候选区域的其余摄像机执行协同验证，有效排除光影干扰、物体反光与烟尘影响等二维成像因素造成的误检，显著降低误报警概率，实现自动化无人工干预的火情真伪核验；通过将火情区域轮廓转换为投影射线簇并求解空间交集，利用多视角摄像机的观测数据在三维空间中重建火源边界，生成精确的火源空间边界与火源空间参数，为后续蔓延预测和阶段判定提供高精度的多维数据基础。

42、以消防拓扑图为网络结构，将火源空间边界匹配至拓扑节点，以火源空间参数为初始激励，结合火势蔓延属性进行蔓延路径与引燃时间预测，将实测火源空间形态融入拓扑推演过程，使蔓延预测更贴合真实火情的物理扩散规律；按照预计引燃时间预激活沿途摄像机，使蔓延路径上各区域的监测设备在火势实际抵达前完成就绪待命，消除跨分区追踪的设备启动滞后误差，实现监测资源的时序化精准配置。

43、以实时更新的火情前沿质心为锚点完成相邻摄像机之间的追踪接力切换，使切换判定基准与火情动态演化状态实时同步，保障全时段火情前沿监测的连续性；根据火源空间参数的时序变化特征判定火情演进阶段，根据不同阶段动态调整追踪策略，在保障追踪可靠性的同时优化全域监测设备的算力资源分配。