基于多傳感器信息融合的火災(zāi)危險(xiǎn)度分布確定系統(tǒng)研究.pdf

1、火災(zāi)是人類生活中主要的事故之一，會(huì)給人類造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，人類一直與火災(zāi)進(jìn)行著不屈不撓的斗爭。隨著電子工程、通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展，人類已經(jīng)可以獲得在與火災(zāi)戰(zhàn)斗中取得勝利的強(qiáng)大武器。在一些重要建筑中安裝分布式火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)后，火災(zāi)發(fā)展的相關(guān)信息可以實(shí)時(shí)提供給火災(zāi)應(yīng)急管理和滅火救援戰(zhàn)斗指揮人員，以采取有效的應(yīng)對(duì)措施。然而，目前采用的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)多數(shù)僅僅給出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，在后續(xù)整個(gè)火災(zāi)的應(yīng)急救援中均棄而不用。一方面，采用單種

2、火災(zāi)探測傳感器僅僅描述火災(zāi)發(fā)展過程的部分信息，因此會(huì)導(dǎo)致很高的誤報(bào)和漏報(bào)情況，需要發(fā)展采用多傳感器技術(shù)的火災(zāi)探測及監(jiān)測技術(shù)。另一方面，采用多傳感器后盡管可以給出整個(gè)火災(zāi)發(fā)展過程的詳細(xì)信息，但是直接采用大量的原始數(shù)據(jù)不易獲取對(duì)火災(zāi)發(fā)展?fàn)顩r的直觀理解，并會(huì)迅速導(dǎo)致信息過載。所以需要在現(xiàn)有火災(zāi)探測技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展基于多傳感器信息融合技術(shù)的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)。
　　 本研究的主要目的是發(fā)展一個(gè)基于多傳感器信息融合技術(shù)的火災(zāi)危險(xiǎn)度分布確定系統(tǒng)，該

3、系統(tǒng)旨在輔助火災(zāi)監(jiān)測、火災(zāi)應(yīng)急管理、火災(zāi)救援和滅火戰(zhàn)斗。在采用來自不同傳感器的信息后，系統(tǒng)對(duì)火災(zāi)發(fā)出有效報(bào)警，并可以提供建筑內(nèi)不同區(qū)域的危險(xiǎn)度分布信息。通過采用信息融合技術(shù)，降低了火災(zāi)應(yīng)急管理、火災(zāi)救援及滅火戰(zhàn)斗等過程中的冗余信息量。
　　 首先，提出了在多傳感器火災(zāi)探測中進(jìn)行火災(zāi)探測特征組合選取的模型。模型基于信息熵理論中的互信息的概念，采用最大相關(guān)和最小冗余性的準(zhǔn)則選取火災(zāi)探測特征。與傳統(tǒng)進(jìn)行大量不同火災(zāi)探測特征組合實(shí)驗(yàn)的方

4、式對(duì)比，該模型可以采用有限的實(shí)驗(yàn)獲得相關(guān)的組合，有效降低實(shí)驗(yàn)周期和成本。
　　 其次，分析了不同特征提取算法對(duì)多傳感器火災(zāi)探測結(jié)果的影響，提出了一種用于產(chǎn)生多傳感器火災(zāi)探測分類器輸入的FFRD(Fuzzy Full Raw Data)特征提取算法。算法可以基于有限的實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等分類器的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。采用動(dòng)態(tài)觀察窗的方式提取必要的多傳感器火災(zāi)信息，用于訓(xùn)練和火災(zāi)探測。并針對(duì)動(dòng)態(tài)觀察窗的窗長、步長和采樣頻率對(duì)多傳感器火災(zāi)探

5、測結(jié)果的影響進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析。同時(shí)，分析了幾種不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括BP、RBF、LVQ和PNN等在多傳感器火災(zāi)探測中的火災(zāi)探測錯(cuò)誤率、靈敏度、重復(fù)性等方面的性能，結(jié)果表明PNN在多傳感器火災(zāi)探測中有優(yōu)良的分類器性能。
　　 第三，在FFRD特征提取算法和相關(guān)研究的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)多傳感器火災(zāi)探測模型。該模型包括三個(gè)主要模塊:火災(zāi)特征選取模塊、有監(jiān)督的訓(xùn)練模塊和火災(zāi)探測模塊。在ISO9705燃燒室中開展了一系列全尺寸實(shí)驗(yàn)，對(duì)模型

6、的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，提出的多傳感器火災(zāi)探測模型有良好的火災(zāi)探測靈敏度和可靠性。同時(shí)，該模型有良好的容錯(cuò)能力，可以有效降低采集數(shù)據(jù)局部波動(dòng)對(duì)多傳感器火災(zāi)探測結(jié)果的影響。
　　 第四，提出了將建筑平面轉(zhuǎn)換為火災(zāi)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的算法模型。每個(gè)火災(zāi)節(jié)點(diǎn)的火災(zāi)危險(xiǎn)度等級(jí)可以代表相應(yīng)控制單元所對(duì)應(yīng)的保護(hù)區(qū)域的火災(zāi)危險(xiǎn)度狀況?；馂?zāi)節(jié)點(diǎn)危險(xiǎn)度的確認(rèn)可以基于多傳感器火災(zāi)探測結(jié)果，計(jì)算火災(zāi)狀態(tài)修正系數(shù)、火源距離修正系數(shù)和多火災(zāi)探測