I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.  1 3 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 2 4 ,   p p .   9 9 1 ~ 1 0 0 3   I SS N:  2252 - 8 8 1 4 ,  DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /ijaas . v 1 3 . i 4 . pp 991 - 1 0 0 3           991       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a a s . ia esco r e. co m   Rea l - time   sm o ke   a nd   fire   dete ction   using   you   o nly   lo o k   o nce   v8 - ba sed   a dv a nced   c o mputer   v isio n   a nd   deep   lea rning       Sh a k ila   Ra hm a n 1 ,   Sy ed   M uh a m m a d   H a s na t   J a m ee 1 ,   J a k a ria   K ha n   Ra f i 1 ,   J a f rin   Su lt a na   J uthi 1 ,     Sa j ib   Abdu l   Aziz 1 ,   J ia   Uddi n 2   1 D e p a r t me n t   of   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   of   S c i e n c e   a n d   Te c h n o l o g y ,   A meri c a n   I n t e r n a t i o n a l   U n i v e r si t y - B a n g l a d e sh ,   D h a k a ,   B a n g l a d e s h   2 D e p a r t me n t   o f   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   B i g   D a t a ,   C o l l e g e   o f   E n d i c o t t ,   W o o s o n g   U n i v e r si t y ,   D a e j e o n ,   R e p u b l i c   of   K o r e a       Art icle   I nfo     AB S T RAC T   A r ticle   his to r y:   R ec eiv ed   Feb   2 6 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Au g   2 9 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Sep   4 ,   2 0 2 4       F ire   a n d   sm o k e   p o se   se v e re   t h r e a ts,   c a u sin g   d a m a g e   to   p r o p e rt y   a n d   t h e   e n v iro n m e n t   a n d   e n d a n g e ri n g   l iv e s.   Trad it io n a l   f ire   d e tec ti o n   m e th o d s   stru g g le   with   a c c u ra c y   a n d   sp e e d ,   h in d e rin g   re a l - ti m e   d e tec ti o n .   Th u s,   th i s   stu d y   in tro d u c e s   an   imp ro v e d   fi re   a n d   sm o k e   d e tec ti o n   a p p ro a c h   u ti li z in g   th e   y o u   o n l y   l o o k   o n c e   ( YO LO ) v8 - b a se d   d e e p   lea rn i n g   m o d e l.   Th is   w o rk   a ims   to   e n h a n c e   a c c u ra c y   a n d   sp e e d ,   wh ich   a re   c ru c ial   fo r   e a rly   fire   d e tec ti o n .   T h e   m e th o d o l o g y   i n v o lv e s   p re p r o c e ss in g   a   larg e   d a tas e t   c o n tain i n g   5 , 7 0 0   ima g e s   d e p ictin g   fire   a n d   sm o k e   sc e n a rio s.   YO LOv 8   h a s   b e e n   train e d   a n d   v a li d a ted ,   o u t p e rfo rm in g   s o m e   b a se li n e   m o d e ls -   YO LOv 7 ,   YO LOv 5 ,   Re sN e t - 32,   a n d   M o b il e Ne t - v2   in   t h e   p re c isio n ,   re c a ll ,   a n d   mean   a v e ra g e   p re c isio n   (m AP)   m e tri c s.   Th e   p ro p o se d   m e th o d   a c h iev e s   6 8 . 3 %   p re c isio n ,   5 4 . 6 %   re c a ll ,   6 0 . 7 %   F1   sc o re ,   a n d   5 7 . 3 %   m AP.   I n teg ra ti n g   YO LOv 8   in   fire   a n d   sm o k e   d e t e c ti o n   sy ste m s   can   sig n ifi c a n tl y   imp ro v e   re sp o n se   ti m e s,   e n h a n c e   th e   a b il it y   to   m it ig a te   f ire   o u tb re a k s,   a n d   p o ten ti a ll y   sa v e   li v e s   a n d   p ro p e rty .   Th is   re se a rc h   a d v a n c e s   fire   d e tec ti o n   sy s tem s   a n d   e sta b li sh e s   a   p re c e d e n t   fo r   a p p l y in g   d e e p   lea rn i n g   tec h n iq u e s   to   c rit ica l   sa fe ty   a p p li c a ti o n s,   p u s h in g   t h e   b o u n d a ries   of   in n o v a ti o n   in   p u b l ic   sa fe ty .     K ey w o r d s :   C o m p u ter   v is io n   Fire   d etec tio n   I m ag e   p r o ce s s in g   Ob ject   d etec tio n   m o d el   Sm o k e   d etec tio n   Yo u   o n ly   lo o k   o n ce   v8   T h is   is   an   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r   th e   CC   BY - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   J ia   Ud d in   Dep ar tm en t o f   Ar tific ial  I n tellig en ce   an d   B ig   Data ,   C o lleg e  o f   E n d ic o tt,  W o o s o n g   U n iv er s ity   Dae jeo n   3 4 6 0 6 ,   R ep u b lic   of   Ko r ea   E m ail:   jia. u d d in @ wsu . ac . k r       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e   m ain   s moke   d etec tio n   p l ay s   a   v ital   r o le   in   m itig atin g   t h e   r is k s   ass o ciate d   with   f ir es,   in d u s tr ial   ac cid en ts ,   an d   n atu r al   d is aster s .   T r ad itio n al   m eth o d s ,   wh ic h   p r ed o m in an tly   u tili ze   h ea t   or   o p tical   s en s o r s ,   o f ten   s u f f er   f r o m   d ela y ed   r esp o n s es   an d   lim itatio n s   in   ac c u r ac y ,   p ar ticu lar l y   in   ch allen g in g   e n v ir o n m en ts   wh er e   f ac to r s   s u ch   as   s team   or   air b o r n e   p ar ticles   can   lea d   to   f alse   alar m s   or   m is s ed   d etec ti o n s .   T h e   ad v e n t   of   co m p u ter   v is io n   a n d   m ac h in e   lear n in g   ( ML )   tech n o lo g ies   h as   p av ed   th e   way   f o r   m o r e   s o p h is ticated   s m o k e   d etec tio n   s y s tem s .   Am o n g   th ese,   you   o n ly   lo o k   o n ce   ( YOL O) V8   [ 1 ]   m o d el   s tan d s   o u t   as   a   s tate - of - th e - ar t   s o lu tio n   f o r   r ea l - tim e   d etec tio n .   T h is   m o d el,   p ar t   of   th e   Y OL O   s er ies,   o p er ates   on   a   s in g le - s tag e   d etec tio n   p r in cip le,   o f f er i n g   s u b s tan tial   im p r o v em en ts   in   s p ee d   a n d   ac cu r ac y   o v e r   its   p r e d ec ess o r s   an d   two - s tag e   co u n ter p a r ts   lik e   f aster   r eg io n - b ased   co n v o lu tio n al   n eu r al   n etwo r k   ( R - C NN )   [ 2 ] ,   [ 3 ] ,   Ma s k   R - C NN   [ 4 ] ,   an d   o th er   s eg m e n tatio n - b ased   tech n iq u es   [ 5 ] – [ 7 ] .   No tab ly ,   YOL Ov 8 ' s   d ee p   ar ch itect u r e   en s u r es   r o b u s t   p er f o r m an ce   ac r o s s   d iv e r s e   c o n d itio n s ,   i n clu d in g   poor   lig h tin g   an d   co m p lex   b ac k g r o u n d s .   T h e   e v o lu tio n   of   YOL O   m o d els   f r o m   v er s io n s   4   th r o u g h   7   h as   b ee n   m a r k ed   by   s ig n if ica n t   en h a n ce m en ts   in   d etec tio n   ca p ab ilit ies,   p r o ce s s in g   s p ee d ,   an d   u s er   ac ce s s ib ilit y .   Star ti n g   with   YOL Ov 4   [ 8 ] ,   w h ich   was   n o tab le   f o r   its   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   1 3 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 2 4 :   991 - 1 0 0 3   992   ab ilit y   to   id en tify   a   wid e   ar r ay   of   o b jects   ac r o s s   a   v ast   d ataset,   each   s u b s eq u en t   v er s io n   h as   in tr o d u ce d   im p r o v em e n ts   in   s p ee d ,   ac cu r ac y ,   a n d   f u n ctio n ality ,   cu lm i n atin g   in   YOL Ov 7 ' s   u n p ar all eled   ef f icien cy   [ 9 ]   an d   YOL Ov 8 ' s   ad v an ce d   f ea t u r es   [ 1 0 ] ,   lik e   m u lti - o b ject   tr ac k in g   an d   o p tim ized   p er f o r m a n ce   f o r   c h allen g in g   d etec tio n s .   R esear ch   lite r atu r e   u n d er s co r es   th e   ef f ec tiv en ess   of   YOL O   m o d els   in   s m o k e   d etec tio n .   Fo r   in s tan ce ,   s tu d ies   [ 1 1 ]   a n d   [ 1 2 ]   de m o n s tr ate   th e   ap p licatio n   of   YOL Ov 5   an d   YOL Ov 6 ,   r esp ec tiv ely ,   in   d etec tin g   s m o k e   with   h i g h   a cc u r ac y ,   lev e r ag in g   tem p o r al   in f o r m atio n ,   an d   en h a n cin g   s p atial   f ea tu r es   to   m in im ize   f alse   p o s itiv es.     T h is   wo r k   p r esen ts   a   co m p r e h en s iv e   ev alu atio n   of   a   s m o k e   d etec tio n   s y s tem   b ased   on   th e   YOL O v 8   m o d el.   By   tr ain in g   th e   m o d el   on   a   cu s to m   d ataset   co m p r is in g   s m o k e   a n d   n o n - s m o k e   im ag es,   an d   em p l o y in g   m etr ics   s u ch   as   p r ec is io n ,   r ec all,   an d   ac cu r ac y ,   th e   s tu d y   ai m s   to   o f f er   an   ad v an ce d   s o lu tio n   f o r   f ir e   s af ety .   T h e   s y s tem ' s   f lex ib ilit y   an d   ef f icien cy   m ak e   it   a p p licab le   in   r ea l - wo r ld   s ce n a r io s ,   in clu d in g   f ir e   d etec tio n ,   in d u s tr ial   s af ety ,   en v ir o n m en tal   m o n ito r in g ,   an d   p o ten tial ly   r ev o lu tio n izin g   th e   d ev el o p m en t   of   s m o k e   d etec tio n   tech n o lo g ies.   T h e   p r o p o s ed   f r am ewo r k   is   u n q u esti o n ab ly   f lex ib le   an d   can   be   u tili ze d   in   tr u e   cir cu m s tan ce s ,   s u ch   as   f ir e   d etec tio n   s y s tem s ,   in d u s tr ial   s af ety   s y s tem s ,   an d   en v ir o n m en tal   m o n ito r in g   s y s tem s .   Ad d itio n ally ,   it   en a b les   th e   in v en tio n   of   s er v ices   an d   p r o d u cts   s u ch   as   s m o k e   alar m s   an d   s m o k e   d etec tio n   ca m er as.   YOL O v 8   is   a   p o wer f u l   s m o k e   d ete ctio n   m o d el   th at   is   well - s u i ted   f o r   r ea l - wo r ld   ap p licatio n s .   It   is   f ast,   ac cu r ate,   ef f icien t,   an d   v e r s atile.   YOL O v 8   is   f ast   en o u g h   to   be   u s ed   f o r   r ea l - tim e   s m o k e   d etec tio n ;   it   can   d etec t   s m o k e   in   v id e o s   an d   im a g es   as   th ey   ar e   b ein g   ca p tu r e d .   T h is   is   im p o r tan t   f o r   ap p licatio n s   s u ch   as   s m o k e   d etec tio n   s y s tem s   in   b u ild in g s   an d   f o r ests .   YOL O v 8   is   als o   ac cu r ate,   ev e n   in   ch allen g in g   lig h tin g   c o n d itio n s   an d   co m p lex   b ac k g r o u n d s ,   in clu d in g   d ar k   r o o m s ,   f o g g y   f o r ests ,   an d   b u s y   s tr ee ts .   YOL O v 8   is   ef f icien t   a n d   r e q u ir es   r elativ ely   f ew   r eso u r ce s   to   r u n ,   w h ich   m a k es   it   s u itab le   f o r   u s e   on   a   v ar iety   of   d e v ices,   in clu d in g   s m ar tp h o n es,   em b e d d ed   s y s tem s ,   an d   s er v er s .   YOL OV v 8   is   v er s atile   an d   can   be   u s ed   to   d etec t   a   wid e   v ar iet y   of   s m o k e   ty p es   an d   s izes,   s u ch   as   f ir e   d etec tio n   s y s tem s ,   in d u s tr ial   s af ety   s y s tem s ,   an d   en v ir o n m en tal   m o n ito r in g   s y s tem s .   T h e   p r o p o s ed   YOL O v 8 - b ased   s m o k e   d etec tio n   tech n o lo g y   h as   th e   p o ten tial   to   s ig n if ica n t ly   im p r o v e   b o t h   en v i r o n m e n ta l   an d   p u b lic   s af ety .   T h e   m ain   co n tr ib u tio n   of   th e   p r o p o s ed   wo r k   is ,  i)   First,   a   la r g e   d ataset   co n tain in g   5 , 700   i m ag es   h as   b ee n   b u ilt.   T h e n   th e   co llecte d   im ag e   d ata   is   p r e - p r o ce s s ed   u s in g   v ar io u s   im ag e   p r o ce s s in g   to o ls   s u ch   as   au g m en tatio n ,   r esizin g ,   an n o t atin g ,   or   lab elin g ;  ii)  Af ter   t h at,   th e   p r e - p r o ce s s ed   d ata   is   p r o ce s s ed   wh ich   p r ep ar es   t h e   d ata   f o r   tr ai n in g .   T h en   th e   p r o ce s s ed   d ata   is   t r ain ed   u s in g   th e   YOL Ov 8 - b ased   m o d el ;  an d   iii)   Fin ally ,   th e   r esu lts   of   th e   p r o p o s ed   YOL Ov 8 - b ased   m o d el   p er f o r m an ce   ar e   c o m p ar e d   with   o th er   b aselin e   m o d els,   s u ch   as   YOL Ov 7 ,   YOL Ov 5 ,   Mo b ile N et v 2 ,   a n d   R es N et3 2 ,   wh er e   YOL Ov 8   o u t p er f o r m s   th em   in   all   ca s es.       2.   L I T E R AT U RE   R E VI E W   Sm o k e   an d   f ir e   d etec tio n   u s in g   YOL Ov 8   r e v iews   a   d i v er s e   r an g e   of   s tu d ies   s h o w ca s in g   th e   ev o lv in g   ca p a b ilit ies   an d   ap p licatio n s   of   th e   YOL O   alg o r ith m   in   s m o k e   an d   f ir e   d et ec tio n .   T h e   s tu d ies   h ig h lig h t   s ig n if ican t   ad v an c em en ts   in   s p ee d ,   an d   ef f ici en cy   ac r o s s   v ar io u s   co n te x ts ,   in clu d in g   u r b an   en v ir o n m en ts ,   m ar i n e   e n g in e   r o o m s ,   an d   f o r est   ar ea s .   Key   c o n tr ib u tio n s   in v o lv e   th e   in te g r atio n   of   lig h tweig h t   m o d els   lik e   L ig h t - YOL Ov 5 ,   ac co m p lis h in g   an   ad ju s tm en t   b etwe en   ex ac t n ess   an d   co m p u tatio n al   ef f ec tiv en ess   f o r   r ea l - tim e   ap p licatio n s .   T h e   liter atu r e   in d ic ates   a   tr en d   to war d   more   s o p h is ticated ,   ef f icien t,   an d   v er s atile   YOL O - b ased   s m o k e   a n d   f ir e   d etec tio n   s y s tem s ,   with   p o ten tial   ap p licatio n s   in   em er g in g   tech n o lo g ies   lik e   th e  in ter n et   o f   th in g s   ( I o T )   an d   clo u d   c o m p u tin g   f o r   en h an ce d   em er g en cy   m an a g em en t   s y s tem s .     W h ile   ad v an ce m en ts   in   YOL O - b ased   s m o k e   d etec tio n   alg o r ith m s   h av e   s h o wn   s ig n if ican t   p r o g r ess ,   k ey   ar ea s   lik e   ad a p tab ilit y   to   d iv er s e   an d   c h allen g in g   en v i r o n m en ts ,   co m p u tatio n al   e f f ici en cy   f o r   r eso u r ce - co n s tr ain ed   s ettin g s ,   an d   s p ec if icity   to   v ar y in g   ty p es   of   s m o k e   an d   f ir e   s ce n ar io s   n ee d   f u r th er   r esear ch   an d   d ev elo p m e n t.   T h is   o n g o i n g   r e f in em en t   an d   test in g   ar e   cr u ci al   f o r   th e   p r ac tical   an d   wid esp r ea d   ap p licatio n   of   th ese   tech n o lo g ies   in   r ea l - wo r ld   s ce n ar io s .   YOL O - F   [ 1 3 ]   s h o ws   h ig h   ac cu r ac y   u s in g   YOL Ov 3   an d   YOL Ov 4   f o r   f lam e   d etec tio n .   A   n o tab l e   s h o r tco m in g   is   th e   lac k   of   test in g   in   d iv er s e   f ir e   s ce n ar i o s ,   p ar ticu lar ly   in   en v ir o n m en ts   with   v a r y in g   lig h t   an d   s m o k e   in ten s ities .   T h is   r aises   q u esti o n s   ab o u t   its   a d ap tab ilit y   to   r ea l - wo r ld ,   d iv er s e   f ir e   s itu atio n s .   In   r esear c h   [ 1 4 ] ,   a  m u lti - task   l ea r n in g - b ased   f o r est  f ir e   d etec tio n   m o d el  ( MTL - FF DE T )   in tr o d u ce s   a   m u lti - ta s k   ap p r o ac h ,   im p r o v in g   ac cu r ac y   an d   r ed u cin g   f alse   d etec ti o n s .   Desp ite   th ese   ad v an ce m e n ts ,   th e   m o d el' s   c o m p lex ity   m ig h t   h in d er   its   d ep lo y m en t   in   r eso u r ce - co n s tr ain ed   e n v ir o n m en ts ,   an d   its   p e r f o r m an ce   in   d etec tin g   v e r y   s m all   or   d is tan t   f ir e   s o u r ce s   h as   not   b ee n   th o r o u g h ly   e v alu ated .   In   r esear ch   [ 1 5 ] ,   co m m o n   wee d   an d   cr o p   d ataset   ( CWC ) - YOL Ov 5 s   u s ed   f o r   m a r in e   en g in e   r o o m   s m o k e   d etec tio n   d em o n s tr ate   g o o d   p r ec is io n   an d   r ec all   r ates.   Ho wev er ,   th e   m o d el' s   p er f o r m an ce   in   en v ir o n m en t s   with   v ar y in g   s m o k e   d e n s ities   an d   ty p es,   as   well   as   its   ef f ec tiv en ess   in   d etec tin g   s m o k e   at   th e   ea r ly   s tag es   of   f ir e,   ar e   ar ea s   th at   n ee d   f u r th er   ex p lo r atio n .   I m p r o v ed   YO L Ov 7   [ 1 6 ]   is   ap p lied   f o r   co al   m in e   d etec tio n   th at   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l  Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       R ea l - time  s mo ke   a n d   fir e  d ete ctio n   u s in g   yo u   o n ly  lo o k  o n ce   v8 - b a s ed   a d va n ce d   …  ( S h a kila   R a h ma n )   993   s h o ws   ef f ec tiv en ess   in   ch allen g in g   e n v ir o n m en ts .   I ts   ap p li ca tio n ,   h o wev e r ,   is   lim ited   to   s p ec if ic   s ce n ar io s   ( co al   m in es),   an d   its   ad ap tab i lity   to   o th er   s m o k e   d etec tio n   co n tex ts   lik e   f o r est   f ir es   or   u r b an   s ettin g s   is   n o t   ad d r ess ed .   In   r esear ch   [ 1 7 ] ,   a  s m ar t  f ir e  d etec tio n   s y s tem   ( SF DS )   b ased   on   YOL Ov 8   is   ap p lied   f o r   s m ar t   cities   th at   in teg r ate   with   I o T   an d   clo u d   c o m p u tin g ,   o f f e r in g   h ig h   p r ec is io n .   Th e   p o ten ti al   lim itatio n   is   th e   d ep en d e n ce   on   r o b u s t   n etwo r k   in f r astru ctu r e   f o r   r ea l - tim e   d ata   p r o ce s s in g ,   wh ich   c o u ld   be   a   ch allen g e   in   less   d ev elo p e d   ar ea s .   In   r esear ch   [ 1 8 ] ,   E n h an ce d   YOL Ov 7   u n m an n ed   ae r ial  v eh icles  ( UA V ) - b ased   f o r est   f ir e   s m o k e   d etec tio n   f o cu s es   on   a er ial   im ag er y .   T h e   m o d el' s   d ep en d en c y   on   th e   q u ality   of   U AV   im ag er y   an d   its   p er f o r m an ce   in   d if f er e n t   wea th er   co n d itio n s   ar e   p o ten tial   lim itatio n s .     In   r esear c h   [ 1 9 ] ,   YOL Ov 8 -   m u ltin atio n al   co r p o r atio n s   ( MN C )   is   u s ed   f o r   s m o k in g   b e h av io r   d etec tio n   an d   d em o n s tr ates   im p r o v e d   ac cu r ac y .   T h e   alg o r ith m ' s   s p ec if ic   f o cu s   on   s m o k in g   b eh av io r   lim its   its   b r o ad e r   ap p licab ilit y   to   g en er al   f ir e   or   s m o k e   d etec tio n   s ce n ar io s .   C NN - b ased   s m o k e   d etec tio n   s y s tem   [ 2 0 ]   in co r p o r ates   atten tio n   m ec h an is m s   an d   im p r o v ed   u p s am p lin g .   T h e   s y s tem ’ s   p er f o r m an ce   in   d etec tin g   s m o k e   f r o m   d if f er en t   s o u r ce s   an d   in   v ar io u s   lig h tin g   c o n d itio n s   is   not   f u lly   ex p lo r e d .   In   r esear ch   [ 2 1 ] ,   a   ch ar ac ter is tics - b ased   f ir e   d etec tio n   s y s tem   ca lled   Y OL O - v4   an d   ViB e   is   in tr o d u ce d   f o r   f i r e   d etec tio n   u n d er   elec tr ic   f ield s   th at   d em o n s tr ates   h ig h   ac cu r ac y .   Ho w ev er ,   th e   alg o r ith m ’ s   p er f o r m an ce   in   v ar ied   en v ir o n m en tal   co n d itio n s   b ey o n d   elec tr ic   f ield s   an d   its   s ca l ab ilit y   to   d if f er en t   f ir e   d etec ti o n   s ce n ar io s   r em ain   u n test ed .   In   r esear ch   [ 2 2 ] ,   YO L Ov 4   co m b in e d   with   Mo b ileNetV3   is   ap p lied   f o r   f ir e   d etec tio n   wh ich   r ed u ce s   th e   co m p u tatio n al   b u r d en .   T h e   s h o r tco m in g   lies   in   th e   alg o r ith m ' s   p er f o r m an ce   on   less   p o wer f u l   h a r d war e   an d   its   ad a p tab ilit y   to   lar g er ,   more   c o m p lex   s ce n es.   In   r ese ar ch   [ 1 2 ] ,   YOL Ov 6 - b ased   f ir e   d etec tio n   in   s m ar t   cities   d em o n s tr ates   YOL Ov 6 ’ s   ef f icien cy ,   but   th e   s tu d y   lack s   ex ten s iv e   ev al u atio n   in   d if f e r en t   u r b an   s ettin g s ,   esp ec ially   in   en v ir o n m en ts   with   d iv er s e   lig h tin g   an d   o cc lu s io n   ch allen g es.   In   r ese ar ch er s   [ 2 3 ] – [ 2 5 ] ,   im p r o v e d   YOL Ov 5   is   p r o p o s ed   by   tar g etin g   b etter   ac cu r a cy   f o r   s m all   tar g ets.   A   p o ten tial   lim itatio n   is   its   p er f o r m an ce   in   d etec tin g   f ir es   in   d iv er s e   ag r icu ltu r al   e n v ir o n m e n ts   an d   v ar y in g   wea th er   co n d itio n s .   In   r esear ch   [ 2 6 ] ,   a   f o r est   f ir e   class if icatio n   an d   d etec tio n   m o d el   ( FC DM )   is   p r o p o s ed   th at   im p r o v es   th e   d etec tio n   of   v ar io u s   f o r est   f ir e   ty p es   b u t   m ay   f ac e   ch allen g es   in   d if f er en tiatin g   f ir es   in   d e n s e   f o r est   ar ea s   an d   u n d er   v ar y in g   en v ir o n m e n tal   co n d it io n s .   In   r esear c h   [ 2 7 ] ,   th e y   c o m p ar e   YOL O   m o d els   f o r   s m o k e   d etec tio n ,   b u t   th er e   is   a   lack   of   in - d ep th   an aly s is   of   each   m o d el' s   p er f o r m an ce   in   r ap id l y   ch an g in g   en v ir o n m e n tal   co n d itio n s .   R eST iNet   [ 2 8 ]   s h o wca s es   th e   ap p licatio n   of   T i n y - YOL O - b ased   C NN   ar ch itectu r e.   T h e   m o d el' s   ap p licab ilit y   to   f ir e   or   s m o k e   d etec tio n   s ce n ar io s   is   not   d is cu s s ed ,   wh ich   lim its   its   r elev a n ce   to   th is   s p ec if ic   r ev iew.     T he   r ev iew   i d en tifie s   co m m o n   s h o r tco m in g s   ac r o s s   th ese   s tu d ies.   On e   s ig n if ican t   ch alle n g e   is   th e   ad ap tab ilit y   of   th ese   alg o r ith m s   to   d iv er s e   an d   d y n am ically   ch an g in g   en v ir o n m e n ts ,   s u ch   as   v ar y in g   wea th e r   co n d itio n s   an d   lan d s ca p es.   A d d itio n ally ,   th e   co m p u tatio n al   ef f icien cy   of   more   co m p lex   m o d els   in   r eso u r ce - co n s tr ain ed   s ettin g s   r em ain s   a   co n ce r n .   T h er e   i s   also   a   n ee d   f o r   f u r th e r   r esear ch   to   i m p r o v e   th e   m o d els'   ef f ec tiv en ess   in   d etec tin g   d i f f er en t   t y p es   an d   s tag es   of   f ir es   an d   s m o k e,   esp ec ially   in   ea r ly   d etec tio n   s ce n ar io s .   Ov er all,   th e   liter atu r e   in d icat es   a   s tr o n g   tr en d   to war d s   m o r e   s o p h is ticated ,   ef f icien t,   an d   v er s atile   YOL O - b ased   s m o k e   an d   f ir e   d etec tio n   s y s tem s .   T h ese  s y s t em s   s h o w  p r o m is e  in   n o t  o n l y   en h an ci n g   cu r r en t  f ir e  d etec tio n   ca p ab ilit ies .  T h ey   ar e   also   in teg r atin g   with   em er g in g   tech n o lo g ies  s u c h   as  I o T   an d   clo u d   co m p u tin g   f o r   s m ar ter ,   m o r e  r esp o n s iv e  e m er g e n cy   m a n ag e m en t sy s tem s .         3.   RE S E ARCH   M E T H O DO L O G Y   In   th is   s ec tio n ,   p r o ce d u r es   f o r   ca r r y in g   out   th e   s tu d y   ar e   co v er ed .   A   f r a m ewo r k   f o r   th e   d et ec tio n   an d   lo ca lizatio n   of   s m o k e   an d   f ir e   zo n es   was  d ev elo p ed   u s in g   th e  YOL Ov 8   m o d e l.   T h e   ar ch itectu r e   au to m atica lly   ex tr ac te d   m a n y   s m o k e   an d   f ir e   asp ec ts   f r o m   an   in p u t   im a g e   in   o r d er   to   id e n tify   a n d   p r ec is ely   lo ca lize   th e   p o ten tial   lo ca tio n .     Fig u r e   1   p r esen ts   a   p r o ce s s   f lo wch ar t   f o r   all   m eth o d s   u s ed   to   d etec t   s m o k e,   f ir e,   an d   b o th   s m o k e   an d   f ir e,   wh ich   aid s   in   a   d ee p e r   u n d er s tan d i n g   of   th e   p ap e r ' s   co n ce p t.   First   of   all,   co llect   d ata   f r o m   d if f er en t   s o u r ce s ,   wh ich   is   p r esen ted   in   d e tail   in   s u b s ec tio n   3 . 1 .   T h en   th e   co llected   d ata   is   p r e - p r o ce s s ed   wh ich   is   ex p lain ed   in   s u b s ec tio n   3 . 2   with   p r o p er   d iag r am s   an d   ex p lan atio n s .   Af ter   th at,   th e   p r e - p r o ce s s ed   d ata   is   p r o ce s s ed   an d   d iv id ed   in t o   two   p h ases .   In   p h ase   1,   th e   tr ain i n g   p ar t   is   d escr ib ed .   Her e,   a   l ab el   m ap   is   cr ea ted   an d   th e   YOL Ov 8   m o d el   is   co n f ig u r e d .   T h en   th e   d ata   is   tr ai n ed   with   th e   p r o p o s ed   YOL O v 8   m o d el.   Fin ally ,   th e   d esire d   tr ain in g   g r a p h s   f r o m   th e   tr ain in g   p r o ce s s   ar e   ex tr ac ted .   In   p h ase   2,   th e   test in g   p ar t   is   ex p lain ed .   Af ter   co m p letin g   th e   tr ain in g   p r o ce s s ,   th e   d ata   s et   is   s et   f o r   test in g .   In   th is   ca s e,   f ir s t,   th e   p ar am eter s   ar e   ad ju s ted   an d   f ee d   d ata   f o r   ac c u r ate   p r ed ictio n s .   T h en ,   we   m u s t   go   th r o u g h   s o m e   s tep s   ( f i r e   p r o p o s ed   r etu r n   o n   in v estme n t  ( R o I )   p o llin g   a n d   s o f tm a x ) .   Af ter   th at,   we   g e t   o u tp u t   with   a   b o u n d in g   box   wh ile   ev alu atin g   th e   test   d ata.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   1 3 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 2 4 :   991 - 1 0 0 3   994       Fig u r e   1 .   W o r k f lo w   ar ch itectu r e   d iag r am   f o r   th e   wh o le   d etec tio n   p r o ce s s       3 . 1 .     I ma g e   a cquis it io n   I n f o r m atio n   co llectio n   is   a   v ital   s tep   th at   in clu d es   g ath er in g   d ata   f r o m   d if f er i n g ,   s u b s tan tial   s o u r ce s .   W ith in   th e   s ettin g   of   th is   s it u atio n ,   in   th is   p o n d er ,   th e   in f o r m atio n   is   f ir s t   co llected   f r o m   d iv er s e   o n lin e   s o u r ce s ,   wh ich   ar e   as   if   th e y   wer e   p ictu r es.   T h ese   o n lin e   s o u r ce s   can   be   web s ites ,   s o cial   m ed ia   p latf o r m s ,   o n lin e   d atab ases ,   or   a n y   o t h er   s ig n if ican t   o n lin e   s to r e.   To   s u p p lem en t   th e   d ataset,   o th er   p h o to s   f r o m   th e   web   ar e   also   co llected   in   t h is   d ataset.   On ce   th e   v ital   in f o r m atio n   an d   p ictu r es   ar e   co llected   f r o m   o n lin e   s o u r ce s ,   a   cu s to m   d ataset   is   f o r m ed .   T h i s   co m p ilatio n   c o m p r is es   d iv er s e   im ag es   s h o wca s in g   d a y   a n d   n ig h t   f ir es,   ae r ial   v iews,   f ix ed   s h o t   f ir es,   m o u n tain ,   s u r f ac e,   tr u n k ,   an d   ca n o p y   f ir es,   as   well   as   n atu r al   f o r est   im ag es   with   d is tu r b an ce s .   T ab le   1   s h o ws   th e   m ea s u r em en ts   of   th e   p ict u r e   d ataset,   wh er e   we   h av e   ca teg o r ized   p ictu r e   d atasets   in to   th r ee   s o r ts   ( f ir e   p ic,   s m o k e   p ic,   a n d   b o th   f ir e   an d   s m o k e)   f o r   th e   p r o p o s ed   f r a m ewo r k .         T ab le   1.   Data s et   s tatis tic s   C a t e g o r y   Tr a i n     Te st   V a l i d a t i o n   To t a l   F i r e   2 , 3 7 9   6 7 0   3 5 0   3 , 3 9 9   S mo k e   6 6 5   1 9 0   95   9 5 0   F i r e   a n d   S m o k e   9 4 6   2 7 0   1 3 5   1 , 3 5 1   To t a l   3 , 9 9 0   1 , 1 3 0   5 8 0   5 , 7 0 0       A   d ataset   s er v es   as   one   of   th e   m o s t   p r o f itab le   f o r   p r ep ar i n g   m ac h i n e   lear n in g   m o d els,   c o n d u ctin g   in v esti g atio n s ,   or   p e r f o r m in g   ex am in atio n s .   T h e   c u s to m   d at aset   is   cu r ated   b ased   on   th e   n e ce s s itie s   an d   tar g ets   of   th e   ex te n t,   g u ar an teein g   th at   it   in clu d es   a   d if f e r en t   r un   of   s ig n if ican t   in f o r m atio n   to   s u p p o r t   th e   p lan n i n g   o b jectiv es.   Fig u r e   2   ap p ea r s   in   a   f ew   s am p le   p ictu r e   d atasets .   In   T ab le   1,   it   is   ev id en t   th at   th e   to tal   n u m b er   of   f ir e - r elate d   im ag es   is   3 , 399.   T h ese   im ag es   ar e   p ar titi o n ed   f o r   d if f er e n t   p u r p o s es,   with   70%   allo ca ted   f o r   tr ain in g ,   10%   f o r   v alid atio n ,   an d   th e   r em ain in g   2 0 %   d esig n ated   f o r   test in g .   Similar ly ,   we   u s ed   an   eq u al   p er ce n tag e   of   im ag es   f o r   b o t h   s m o k e   an d   f ir e .   T h e   n u m b e r   of   p ictu r es   is   950   an d   1 , 3 5 1 ,   r esp ec tiv ely .   T h is   d is tr ib u tio n   en s u r es   a   co m p r e h en s iv e   an d   b alan ce d   d ataset   f o r   th e   d ev elo p m en t   an d   ev alu atio n   of   m o d els   r elate d   to   f ir e   d etec tio n   or   an a ly s is .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l  Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       R ea l - time  s mo ke   a n d   fir e  d ete ctio n   u s in g   yo u   o n ly  lo o k  o n ce   v8 - b a s ed   a d va n ce d   …  ( S h a kila   R a h ma n )   995       Fig u r e   2 .   Sam p les   of   r aw   im a g e   d ata       3 . 2 .     Da t a   pre - pro ce s s ing   3 . 2 . 1 .   Aug m ent a t io n   Data   au g m en tatio n   is   a   co m m o n ly   em p lo y ed   tech n iq u e   aim ed   at   en h an cin g   d ataset   d iv er s ity   an d   v ar iab ilit y ,   u ltima tely   en h an cin g   th e   ex ec u tio n   an d   f lex ib ilit y   of   ML   m o d els.   We   h av e   c o llected   o u r   in f o r m atio n   f r o m   d i f f er en t   s o u r ce s   with   d is tin ctiv e   s izes   an d   r eso lu tio n s .   T h at' s   wh y   we   ap p ly   i n f o r m atio n   en lar g em en t   m eth o d s   in   a   f ew   p ictu r es   to   m ak e   th e   in f o r m atio n   s et   more   r ea s o n ab le.   We   h av e   co n n ec ted   d is tin ctiv e   in f o r m atio n   en lar g em en t   p r o ce d u r es   f o r   th e   p ictu r es,   as   tak en   af ter .   In   ca s e   1,   we   ap p lied   cr o p   an d   r o tatio n al   au g m en tatio n   tech n iq u es.   Sin ce   we   h av e   co llecte d   our   d ata   s et   f r o m   d if f er en t   s o u r ce s ,   we   h av e   to   cr o p   s o m e   d ata   an d   s o m eti m es   ap p ly   r o tatio n   to   o u r   d ata   to   lab el   th e   s h ap es.   T h i s   m eth o d   in v o lv es   au g m en tin g   s p ec if ic   im ag es   by   r an d o m ly   ap p ly i n g   r o tatio n s   with in   a   r an g e   of   - 20   to   +2 0   d eg r ee s .   T h is   au g m en tatio n   tech n iq u e   aim s   to   m im ic   r ea l - wo r ld   s ce n ar io s   wh er e   o b jects   can   ap p ea r   in   v ar io u s   o r ien tatio n s ,   th er eb y   m ak i n g   th e   d ataset   more   r ep r esen tativ e.   E x p o s in g   th e   m o d el   to   r o tated   im ag es   d u r in g   tr ain in g   im p r o v es   its   ca p ac ity   to   m em o r ize   an d   g en er alize ,   s u p p o r ti n g   s u p er io r   ex ec u tio n   wh en   e x p er ien cin g   p iv o te d   p ictu r es   am id   d ed u ctio n   or   t esti n g   s tag es.   In   ca s e   2,   th er e   wer e   s o m e   im ag es   in   o u r   d ata   s et   th at   lack e d   b r ig h tn ess ,   wh ich   is   wh y   we   h ad   to   m ak e   a   b r ig h tn ess   ad ju s tm en t.   We   u s ed   s o m e   r an d o m   b r ig h tn ess   ad ju s tm en ts   in   th e   d ata   a u g m en tatio n   s tep .   T h e   p er ce n ta g e   of   th e   a d ju s tm en t   was   b etwe en   +2 0   to   - 2 0 .   T h is   m eth o d   p r o v e d   in s tr u m en tal   in   im p r o v in g   th e   v is ib ilit y   an d   d ef in itio n   of   d im l y   lit   im ag es,   r en d er in g   th em   more   c o n d u civ e   f o r   an aly s is   a n d   f ac ilit atin g   th eir   s u itab ilit y   f o r   m o d el   tr ain in g   p u r p o s es.   In   ca s e   3,   we   u s ed   th e   f lip   tech n iq u e.   Her e,   we   s elec ted   s o m e   r an d o m   d ata   an d   th en   ju s t   f lip p ed   it   in   a   d if f er en t   p o s itio n .   We   u s ed   th is   tech n iq u e   to   en h a n ce   our   d ata   s et.     3 . 2 . 2 .   I m a g e   re s izing   T h e   p r o ce s s   of   r esizin g   an   im ag e   in v o lv es   s tan d ar d izin g   th e   d im en s io n s   of   all   im ag es   with in   a   d ataset,   en s u r in g   u n if o r m ity   in   th eir   s h ap es.   In   th is   co n tex t,   th e   en tire   cu s to m   d ataset,   co m p r is in g   v ar io u s   im ag es,   u n d er wen t   r esizin g   p r o ce d u r es   to   ac h iev e   d im e n s io n s   of   6 4 0 × 6 4 0   p ix els.   R esized   im ag es   ar e   s h o w n   in   Fig u r e   3.   T h en ,   th e   r esized   d ata   is   a  s et   of   an n o tatio n s .             Fig u r e   3 .   Sam p les   of   r esized   i m ag e   d ata       3 . 2 . 3 .   I m a g e   la belin g   or   a nn o t a t ing   First,   r o b o f l o w   lab elin g   s o f tw ar e   was   u s ed   to   c h o o s e   th e   n e ce s s ar y   s ca led   im ag e.   Fo llo win g   th at,   th e   s m o k e   or   f ir e   r eg io n   of   th e   p i ctu r e   d ata   was   h ig h lig h ted   an d   lab eled   as   ‘ s m o k e ’   an d   ‘ f ir e ’   u s in g   th e   o p tio n s   en titl ed   ‘ b o u n d in g   b o x   to o l ’   an d   ‘ p o ly g o n   to o l ’ .   T h e   a n n o tatio n   g ets   s av ed   au to m atica lly ,   an d   th e r e   is   an   ex p o r t   o p tio n   th at   c r ea tes   th e   T XT   f ile,   wh ich   p r o v id es   in f o r m atio n   in - d ep th   on   th e   s elec ted   s m o k e   an d   f ir e   r eg io n .   Fig u r e   4   s h o ws  a  f l o wch ar t   f o r   lab elin g   th e   r esized   im ag e   d ata   an d   d ata   p r e - p r o ce s s in g   s tep s .     Fig u r e   4 ( a)   s h o ws   th e   f lo wch a r t   f o r   lab elin g   th e   im a g es .   T h e   ag g r e g ate   of   th e   in f o r m atio n   p r e - p r o ce s s in g   s tep s   is   clea r ly   d elin ea ted   in   Fig u r e   4 ( b )   an d   lab eled   p o r tio n s   of   s am p le   d at a   ar e   s h o wn   in   Fig u r e   5.   Up o n   co n clu d in g   th ese   s tep s ,   th e   p r ep ar ed   in f o r m atio n   ex p er ien ce d   d iv is io n ,   ap p o r tio n in g   70%   f o r   p r e p ar atio n ,   2 0 %   f o r   test in g ,   an d   1 0 %   f o r   v a lid atio n   p u r p o s es   to   en co u r a g e   d em o n s tr atio n   p r ep ar atio n .   T h e n   th e   p r e - p r o ce s s ed   d ata   is   s et   f o r   d ata   p r o ce s s in g   s tep s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   1 3 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 2 4 :   991 - 1 0 0 3   996     ( a)       ( b )     Fig u r e   4 .   Flo wch ar t   f o r   ( a)   lab elin g   th e  r esized   im ag e   d ata   a n d   ( b )   d ata  p r e - p r o ce s s in g   s tep s           Fig u r e   5 .   Sam p les   of   lab eled   i m ag e   d ata       3 . 3 .     Da t a   pro ce s s ing   In   th is   d ata   p r o ce s s in g   co n tex t,   o n ly   o n e   s tep   is   co n s id er ed   f o r   g e n er atin g   a   T XT   f ile.   C o n s id er in g   th at,   a   f ile   of   p lain   tex t   was   cr ea ted   f o r   ex p o r tin g   d ata   ea s ily   an d   im p o r tin g   in   a   s tr u ctu r ed   m an n er .   T h e n   th e   p r o ce s s ed   d ata   is   s et   f o r   m o d e l   tr ain in g   s tep s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l  Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       R ea l - time  s mo ke   a n d   fir e  d ete ctio n   u s in g   yo u   o n ly  lo o k  o n ce   v8 - b a s ed   a d va n ce d   …  ( S h a kila   R a h ma n )   997   4.   RE SU L T S   AND   D I SCU SS I O N   Nu m er o u s   p iv o tal   tr ain in g   c o n f ig u r atio n s   a n d   h y p e r p ar a m eter s   ar e   i n tr icate ly   wo v e n   in to   th e   p r o ce s s   of   tr ain in g   th e   YO L Ov 8 - b ased   m o d el   f o r   d ete ctin g   f ir e   an d   s m o k e.   T h is   s ec tio n   p r o v i d es   a   co m p r eh e n s iv e   o v er v iew,   d elv in g   in to   th e   h y p er p ar a m eter s   m eticu lo u s ly   u tili ze d   th r o u g h o u t   th e   tr ain in g   r eg im en .   Du r in g   t h e   tr ain in g   p h ase,   an   ep o ch   c o u n t   of   1 0 0   is   s et,   lev er ag in g   th e   s to ch asti c   g r ad ien t   d escen t   ( SGD)   o p tim izer   an d   th e   co m m o n   o b jects  in   co n tex t   ( C OC O )   p r e - tr ai n ed   m o d el.   To   c u r t ail   o v er f itti n g   an d   s tr ea m lin e   th e   tr ain in g   tr ajec to r y ,   an   ea r ly   s to p p in g   m ec h an is m   is   in teg r ated   in to   th e   m o d el.   T h is   in ter v e n tio n   h alts   th e   tr ain in g   p r em at u r ely   wh en   im p r o v em en t  is   ab s en t   o v er   th e   last   50   e p o ch s ,   ef f e ctiv ely   p r ev en ti n g   u n n ec ess ar y   c o m p u tatio n   c y cl es.   E m p lo y i n g   an   ea r ly   s to p p i n g   tec h n iq u e   with   a   p atien ce   v alu e   of   50   im p lies   th at   if   no   d is ce r n ib le   en h an ce m en t   o cc u r s   f o r   50   co n s e cu tiv e   ep o ch s ,   th e   tr ain in g   p r o ce s s   will   ce ase   au to m atica lly .   It   i s   wo r th   n o tin g   th at   f u tu r e   ex p e r im en ts   co u ld   e x p lo r e   f in e - t u n in g   th e   p atien ce   v alu e   to   ac h iev e   ev en   g r ea ter   o p tim izat io n .   Mo r eo v er ,   m eticu lo u s   atten tio n   is   p aid   to   o th er   p iv o tal   p ar am eter s .   Par am eter s   s u ch   as   b atch   s ize,   lear n in g   r ate,   a n d   weig h t   d ec a y   v alu es   ar e   ca lib r ated   at   1 6 ,   0 . 0 1 ,   an d   0 . 0 0 1 ,   r esp ec tiv ely ,   in   a   c o n ce r te d   ef f o r t   to   am p lify   m o d el   o p tim izatio n .   T h ese   n u a n ce d   a d ju s tm en t s   f o r tify   th e   m o d el' s   ab ilit y   to   d is ce r n   f ir e   a n d   s m o k e   in s tan ce s   with   h eig h ten ed   ac cu r ac y   an d   r o b u s tn ess ,   war r an tin g   a   th o r o u g h   ex p lo r atio n   of   p o ten tial   r ef in em en ts   in   f o r th co m in g   e x p er im en ts .     4. 1 .     M o del   ev a lua t i o n   T h e   ev alu atio n   m etr ics   em p lo y ed   in   th is   p ap er   to   ass ess   th e   m o d el' s   p er f o r m an ce   in clu d ed   p r ec is io n   ( P),   r ec all   ( R ) ,   av er ag e   p r ec is io n   ( AP) ,   m ea n   av er a g e   p r ec i s io n   ( m AP) ,   F1   s co r e,   p ar am eter s ,   f lo atin g   p o in t   o p er atio n s   ( FLOPs),   an d   f r a m es   p er   s ec o n d   ( FP S).   AP   r ep r esen ts   th e   ar ea   u n d er   th e   p r ec is io n - r ec all   ( PR )   cu r v e,   wh ile   m AP   s ig n if ies   th e   av er ag e   AP   ac r o s s   d if f er e n t   ca teg o r ies.   T h e   f o r m u las   u s e d   f o r   t h ese   m etr ics   ar e   o u tlin ed   as   ( 1 ) - ( 3 ) .       Pre cisi o n   =     +    ( 1 )     R ec all   =     +    ( 2 )     m AP   =     ∑ ∫ ( )    −   ( 3 )     T r u e   p o s itiv e   ( T P)   s ig n if ies   ac cu r ate   class if icatio n   of   a   s am p le   as   p o s itiv e,   wh ile   f alse   p o s itiv e   ( FP )   d en o tes   in c o r r ec t   class if icatio n   of   a   s am p le   as   p o s itiv e.   Fals e   n eg ativ e   ( FN)   s ig n if ies   th e   m is class if icatio n   of   a   s am p le   as   n eg ativ e.   ' n '   r e p r esen ts   th e   co u n t   of   ca teg o r ies.   FLOPs   ar e   a   m ea s u r e   of   co m p u tatio n al   co m p lex ity ,   in d icatin g   th e   n u m b er   of   co m p u tatio n s   p er f o r m ed   by   a   m o d el.   FPS   s tan d s   f o r   f r am es   p er   s ec o n d ,   r ep r esen tin g   th e   r ate   at   wh ich   f r am es   ar e   tr an s m itted .   T h e   YOL Ov 8   m o d el   was   ev a lu ated   f o r   f ir e   a n d   s m o k e   d et ec tio n   with in   a   d ata   co llectio n   s y s tem .   T h e   ev alu atio n   was   co n d u cte d   u s in g   Py th o n   on   a   p latf o r m   eq u ip p e d   with   C UDA   1 2 . 0   an d   NVI DI A - SMI   5 2 5 . 8 5 . 1 2 ,   em p lo y in g   a   GT X   1650   GPU   with   4   GB   of   VR AM   an d   12   GB   of   R AM .   T h e   m o d el   co m p r is es   225   lay er s   an d   1 1 1 3 8 3 0 9   p ar am eter s ,   s h o wca s in g   ef f icien t   co m p u tatio n   with   a   GFLO P   v alu e   of   2 8 . 7 .   Var io u s   m etr ics   wer e   em p lo y e d   to   g a u g e   th e   m o d el' s   ef f icac y   in   d etec tin g   f ir e   an d   s m o k e.       4. 2 .     Ana ly s is   of   re s ults   Fig u r e  6   s h o ws   th e   YOL Ov 8 - b ased   r ec all  c o n f id e n ce   c u r v e   an d   tr ai n in g   g r a p h   with   8 5   ep o ch s .   T h e   YOL Ov 8 - b ased   r ec all   co n f id e n ce   cu r v e   is   s h o wn   in   Fig u r e   6 ( a)   f o r   in d iv i d u al   f ir e   an d   s m o k e   class es,   wh er e   all   class   v alu es   ar e   ar o u n d   0 . 8 3   at   0 . 0 .   T h en ,   th e   Y OL Ov 8 - b ased   tr ai n in g   g r ap h s   with     85   ep o ch s   ar e   d e p icted   in   Fig u r e   6 ( b ) ,   s h o win g   th at   th e   b e s t   r esu lts   ar e   o b tain ed   at   tr ain in g   s tep   80   f o r   th e   p r o p o s ed   s ch em e.   T h u s ,   th e   d ec is io n   to   tr ain   f o r   100   ep o ch s   is   b ased   on   th e   o b s er v ed   p er f o r m an ce .   T h e   ea r l y   s to p p in g   m ec h a n is m   was   not   ac tiv ated   b ec au s e   th er e   was   not   m u ch   d if f e r en ce   b etwe en   t h e   m ax im u m   ep o ch   an d   th e   b est   r esu lt   s tep s .   Fu r th er ,   th e   p r o p o s ed   YOL Ov 8   ex h ib its   a   r ec all   of   5 4 . 6 %,   a   p r ec is io n   v alu e   of   6 8 . 3 %,   a n d   a   m AP   of   5 7 . 3 %   wh en   tr ai n ed   with   85   ep o c h s .   Fo r   all   class es,   th e   r ec all   c o n f id en ce   th r esh o ld   v alu e   is   0 . 8 3   at   0 . 0 0 0 .   T h e   g r a p h ,   r ec all   v s .   c o n f id e n ce   cu r v e   m er g ed   s m o o th ly .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   1 3 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 2 4 :   991 - 1 0 0 3   998     ( a)       ( b )     Fig u r e  6 .   YOL Ov 8 - b ased   ( a )   r ec all  co n f id en ce   cu r v e   an d   ( b )   tr ain in g   g r ap h   with   8 5   e p o ch s       4 . 2 . 1 .   Co nfusi o n   m a t rix   A   co n f u s io n   m atr ix   is   a   f u n d am en tal   to o l   in   m ac h in e   lear n in g   f o r   ev alu atin g   th e   p er f o r m an ce   of   a   class if icatio n   alg o r ith m   wh ich   is   p ar ticu lar ly   u s ef u l   in   u n d er s tan d in g   th e   s tr en g th s   an d   wea k n ess es   of   a   m o d el,   ai d in g   in   th e   ass ess m en t   of   p r ec is io n ,   r ec all,   a n d   o v er all   ac c u r ac y .   T h e   co n f u s io n   m at r ix   f r o m     Fig u r e   6 ( a )   r e v ea ls   in s ig h tf u l   in f o r m atio n   a b o u t   th e   m o d el's   p er f o r m a n ce .   It   d ef i n es   th r ee   class es:   f ir e,   s m o k e,   an d   b ac k g r o u n d .   TP   i n d icate s   co r r ec tly   id en tifie d   i n s tan ce s ,   wh ile   FP   r ep r esen t s   m is class if icatio n s .   Fo r   f ir e,   th e   m o d el   c o r r ec tly   id en tifie s   70%   ( T P)   as   f ir e   but   co n f u s es   30%   ( FN)   wit h   th e   b ac k g r o u n d .   Similar ly ,   s m o k e   d etec tio n   a ch iev es   56%   ( T P)   ac cu r ac y ,   but   m is class if ies   43%   ( FN)   as   b ac k g r o u n d .   It   is   im p o r tan t   to   n o te   th at   th e   v al u es   with in   th e   m atr ix   r an g e   f r o m   0 . 0 1   to   0 . 7 0 ,   o f f er in g   f u r th er   in s ig h ts   in to   s p ec if ic   co n f id en ce   lev els   f o r   each   class if icatio n .   T h is   an a ly s is   h ig h lig h ts   ar ea s   f o r   im p r o v em en t,   s u ch   as   p o ten tially   r ed u cin g   f alse   n eg ativ es   to   en h an ce   o v er all   d etec tio n   ac cu r ac y .     An aly zin g   th e   tr ain in g   c u r v e   in   Fig u r e   6 ( b ) ,   we   can   s ee   th at   th e   b etter   r esu lt   is   ac h ie v ed   on   82   iter atio n s   an d   co n tin u es   up   to   85.   T h e   ev alu atio n   of   th e   p r o p o s ed   f ir e - r elate d   p h en o m en a   d etec tio n   in s tan ce s ,   em p lo y in g   th e   YOL Ov 8   m o d el,   ex ten d s   to   a   co m p ar ativ e   an aly s is   with   o th er   estab lis h e d   o b ject   d etec tio n   m o d els   s u ch   as   YOL Ov 7   [ 9 ] ,   YOL Ov 5   [ 2 5 ] ,   Mo b ilen et - v2   [ 2 9 ] ,   a n d   R esNet - 32   [ 3 0 ] .   T h e   p e r f o r m a n ce   m etr ics   ar e   m eticu lo u s ly   ass ess ed   ac r o s s   all   cla s s es   with   v ar y in g   iter atio n   s tep s ,   as   d etai led   in   T ab le   2.   T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l  Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       R ea l - time  s mo ke   a n d   fir e  d ete ctio n   u s in g   yo u   o n ly  lo o k  o n ce   v8 - b a s ed   a d va n ce d   …  ( S h a kila   R a h ma n )   999   m AP@ 0 . 5   is   tr ac k ed   d u r in g   t h e   tr ain in g   p h ase,   in d icatin g   t h e   m o d el' s   ab ilit y   to   lear n   on   th e   v alid atio n   s et,   with   a   h ig h er   v alu e   d e n o tin g   s u p er io r   lear n in g .     Ad d itio n ally ,   th e   F1 s co r e ,   ca lcu lated   th r o u g h   a   p r ec is e   f o r m u la,   r ev e als   th at   th e   YOL Ov 8 - b ased   m o d el   c o n s is ten tly   o u tp e r f o r m s   o th er s ,   b o asti n g   an   F1 s co r e   an d   m AP@ 0 . 5   v alu es   of   60   a n d   5 7 . 3 %,   r esp ec tiv ely .   A   d etailed   e x a m in atio n   of   m o d el   co m p lex ities   in   T ab le   2   f u r th e r   h ig h lig h ts   YOL Ov 8 ' s   s u p er io r ity ,   p ar ticu lar ly   o v er   YOL Ov 7 ,   wh ic h   ex h ib its   th e   h ig h est   n u m b e r   of   tr ai n ab le   p a r am eter s ,   p o ten tially   co m p r o m is in g   g en er aliza tio n   ca p ac ity .   Fu r th er m o r e ,   Fig u r e   7  o f f er s   a   c o m p r e h en s iv e   v iew   of   t h e   co n f u s io n   m atr ix   d iag r am   at   th e   8 5 th   iter atio n ,   s h o wca s in g   th e   m o d el's   p er f o r m an ce   lim itatio n s   with   an   ac cu r ac y   of   9 0 . 4 5 %.   T h is   m atr ix   v is u ally   d is s ec ts   p r ed icted   an d   ac tu al   class es,   with   n o tab le   ac cu r ac y   p ea k s   o b s er v ed   f o r   th e   f ir e   class   ( 7 0 %)   an d   a   co r r esp o n d in g   d ip   f o r   th e   s moke   class   ( 5 6 %).   T h e   YO L Ov 8 - b ased   m o d el,   h o wev er ,   r ev ea ls   p r o m is in g   p o ten tial   f o r   r ea l - tim e   f ir e   a n d   s m o k e   d etec tio n   in   d iv er s e   s ce n ar io s ,   em p h asizin g   its   ef f ica cy   in   s till   im ag es,   v id eo s ,   an d   ca m er a   f ee d s   th r o u g h   r i g o r o u s   test in g   an d   a n aly s is .           Fig u r e   7 .   C o n f u s io n   m atr i x   d i ag r am   f o r   85   ep o c h s       T ab le   2.   T esti n g   e x ec u tio n   of   YOL Ov 8   with   YOL Ov 7 ,   YO L Ov 5 ,   Mo b ileNet   V2   a n d   R esNet - 32   M o d e l   Ep o c h   C l a s s   Tr a i n a b l e   P a r a met e r s   F1   S c o r e   mA P @ 0 . 5   P r o p o se d   Y O LO   v8   50   A l l   1 1 . 1 3 M   0 . 5 8 7   0 . 5 5 5   P r o p o se d   Y O LO   v8   85   A l l   1 1 . 1 3 M   0 . 6 0 7   0 . 5 7 3   Y O LO   v7   [ 9 ]   50   A l l   3 7 . 2 M   0 . 4 3 0   0 . 3 7 2   Y O LO   v7   [ 9 ]   85   A l l   3 7 . 2 M   0 . 4 5 8   0 . 3 9 1   Y O LO   v5   [ 2 5 ]   50   A l l   7 . 2 M   0 . 4 8 7   0 . 4 2 6   Y O LO   v5   [ 2 5 ]   85   A l l   7 . 2 M   0 . 4 8 7   0 . 4 2 6   M o b i l e N et -   v2   [ 2 9 ]   50   A l l   3 . 4 M   0 . 3 5 9   0 . 3 2 4   M o b i l e N et -   v2   [ 2 9 ]   85   A l l   3 . 4 M   0 . 3 6 5   0 . 3 3 5   R e sN e t -   32   [ 3 0 ]   50   A l l   0 . 4 7 M   0 . 2 6 7   0 . 2 4 5   R e sN e t -   32   [ 3 0 ]   85   A l l   0 . 4 7 M   0 . 2 7 6   0 . 2 5 5       4. 3 .     Vis ua liza t io n   T h e   m o d el' s   tr ain in g   s p an n ed   100   ep o ch s ,   s ig n if y in g   a   co m p lete   iter atio n   th r o u g h   th e   e n tire   tr ain in g   d ataset   in   each   e p o ch .   T h e   tr ain in g   p r o ce s s   in v o l v ed   iter at iv e   u p d ates   to   th e   m o d el' s   p ar am eter s   b ased   on   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   1 3 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 2 4 :   991 - 1 0 0 3   1000   ca lcu lated   lo s s es   an d   g r ad ien ts .   T h e   d ec is io n   to   co n cl u d e   th e   tr ain in g   at   85   ep o c h s   alig n s   with   th e   co n f ig u r atio n   s ettin g s ,   with   o p tim al   r esu lts   em er g in g   ar o u n d   th e   80 th   s tep .   T h e   n o n - en g a g em en t   of   th e   ea r l y   s to p p in g   m ec h a n is m   is   ju s tifi ed ,   as   its   ac t iv atio n   cr iter ia   wer en ' t   m et   w ith in   th e   s p ec if ied   85   ep o ch s   af ter   ac h iev in g   t h e   b est   r esu lt.   C o n s eq u en tly ,   th e   tr ain in g   p r o ce s s   h alted   at   85   iter atio n s ,   co n s u m in g   ap p r o x im ately   3   h o u r s .   T h is   d u r atio n ,   s u b ject   to   v ar iatio n s   b ased   on   c o m p u tatio n al   r eso u r ce s   an d   h a r d wa r e,   u n d e r s co r es   th e   r eso u r ce - in ten s iv e   n atu r e   of   th e   tr ain in g .   T h e   p e r f o r m an ce   of   th e   o b ject   d etec tio n   m o d el   p ea k ed   at   85   ep o ch s   an d   th en   s tar ted   to   d ec lin e.   T h is   is   a   co m m o n   p h en o m e n o n   ca lled   o v er f itti n g ,   wh ich   o cc u r s   wh en   th e   m o d el   m em o r izes   th e   tr ain in g   d ata   to o   well   an d   lo s es   its   ab ilit y   to   g en er alize   to   n ew   d ata .     T h e   in d iv id u al   d etec tio n   ac c u r ac ies   f o r   YOL Ov 8 ,   YOL Ov 7 ,   an d   YOL Ov 5   in   85   tr ain in g   s tep s   ar e   s h o wn   in   Fig u r e   8 ,   co n s id er in g   all   th e   class e s .   In   th e   ca s e   of   th e   f ir s t   r o w,   th e   d etec tio n   ac cu r ac ies   ar e   90   an d   51%   f o r   th e   YOL Ov 8 ,   an d   Y OL Ov 5   m o d els,   but   we   s ee   th at   YOL Ov 7 ,   R esNet - 32 ,   an d   Mo b ileNet - v2   ca n n o t   d etec t   an y   f ir e   p o r tio n .   Similar ly ,   f o r   th e   YOL Ov 8   m o d el,   we   s ee   in   th e   s ec o n d   r o w’ s   f ir s t   p ictu r e   th at   th e   d etec tio n   ac cu r ac y   f o r   s m o k e   is   64%   an d   f o r   f ir e   is   6 6 %,   We   also   s ee   th at   f o r   YOL Ov 7   an d   R esNet - 32   th er e   was   no   d etec tio n   f o r   th is   p ict u r e,   b u t   f o r   th e   s am e   p ictu r e ,   th e   YOL Ov 5   a n d   Mo b ileNet - v2   m o d els   can   d etec t   o n ly   th e   f ir e   p o r tio n ,   wh ich   is   53   an d   5 2 %,   r esp ec tiv ely .   Fo r   th e  YOL Ov 8   m o d el   a n d   M o b ile N et - v2,   we   s ee   in   th e   t h ir d   r o w’ s   f i r s t   an d   last   p ictu r es   th at   th e   d etec tio n   ac c u r ac y   f o r   s m o k e   is   75   an d   5 9 %,   r esp ec tiv ely ,   but   f o r   th e   s am e   p ictu r e,   th e   YOL Ov 7 ,   YOL Ov 5 ,   an d   R eNe t - 32   m o d els   ca n n o t   d etec t   an y   s m o k e   r eg io n .   L astl y ,   h er e   we   also   s ee   th e   d etec tio n   ac cu r ac ies   ar e   79,   60,   4 7 ,   27,   an d   4 9 %   f o r   YOL Ov 8 ,   YOL Ov 7 ,   YOL Ov 5 ,   R esNet - 32,   an d   Mo b ileNet - v2   m o d els   f o r   th e   f o u r th   r o w.   T h u s ,   f o r   all   class es   in   m o s t   ca s es,   th e   d etec tio n   ac cu r ac y   is   h i g h er   in   th e   p r o p o s ed   YOL Ov 8 - b ased   s m o k e   an d   f ir e   d etec tio n   mo d el   c o m p ar ed   to   th e   o th er   YOL Ov 7   an d   YOL Ov 5   m o d el s   with   85   ep o ch s .   Am o n g   all   t h e   m o d els   th at   ar e   b ein g   tr ai n ed   with   o u r   cu s to m   d ataset,   th e   YOL Ov 8   g av e   t h e   b est   p er f o r m an ce   m etr ics   al o n g   with   d etec tio n   ac cu r ac y   in   all   asp ec ts .   T h e   m o d el   is   tr ain ed   with   d if f er en t   ep o ch s ;   am o n g   th em ,   th e   tr a in in g   cu r v e   of   th e   YOL Ov 8   50   E p o ch   is   s lig h tly   b etter ,   but   in   ter m s   of   all   o t h er   ev alu atio n   m etr ics,   th e   Y OL Ov 8   85   E p o ch   m o d el   p er f o r m s   b est,   an d   th e   p er f o r m an ce   s tar ted   to   d ec r ea s e   in   th e   1 0 0   an d   1 5 0   ep o ch s   f o r   o v er f itti n g .       Pro p o s ed   YOL Ov 8   YOL Ov 7   [ 9 ]   YOL Ov 5   [ 2 5 ]   R es N et - 32   [ 3 0 ]   Mo b ile N et - v2   [ 2 9 ]                                             Fig u r e   8 .   Sam p le   d etec ted   im a g es       5.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   p r esen ts   a   s ig n if i ca n t   leap   in   th e   f ield   of   s m o k e   an d   f ir e   d etec tio n   by   lev e r ag in g   th e   ca p ab ilit ies   of   th e   YOL Ov 8   d ee p   lear n in g   m o d el.   Dem o n s tr atin g   a   m ar k ed   im p r o v e m e n t   o v er   tr a d itio n al   d etec tio n   m eth o d s   an d   p r e v i o u s   iter atio n s   of   th e   YOL O   m o d el,   YOL Ov 8   d is tin g u is h ed   its elf   th r o u g h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.