基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

摘要：為避免火災(zāi)造成的嚴(yán)重?fù)p失，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期報(bào)警，本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)火災(zāi)發(fā)生過(guò)程和產(chǎn)物的研究比較，采用多種傳感器對(duì)火災(zāi)發(fā)生初期火災(zāi)特征較明顯的幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)反饋回采集的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)利用D-S證據(jù)理論對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一目標(biāo)的判斷；本系統(tǒng)通過(guò)利用D-S證據(jù)理論對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)融合的方法，不僅彌補(bǔ)了采用單一傳感器的不足，而且很大程度上降低系統(tǒng)判斷結(jié)果的不確定性，提高了系統(tǒng)預(yù)警的準(zhǔn)確性和可靠性。
關(guān)鍵詞：D-S證據(jù)理論；多傳感器；數(shù)據(jù)融合；火災(zāi)預(yù)警

火災(zāi)探測(cè)是關(guān)系人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重大課題。隨著火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)火災(zāi)的認(rèn)識(shí)也越來(lái)越深入，不斷涌現(xiàn)出新的探測(cè)手段。然而現(xiàn)有的大多數(shù)火災(zāi)探測(cè)器只能在火災(zāi)發(fā)生到難以控制的形勢(shì)下才發(fā)出報(bào)警信號(hào)。而那些由于長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致設(shè)備過(guò)載、過(guò)熱、短路產(chǎn)生火災(zāi)的場(chǎng)所，如計(jì)算機(jī)機(jī)房、精密儀器實(shí)驗(yàn)中心、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心等，需要對(duì)火災(zāi)進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保在火災(zāi)發(fā)生初期就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情并進(jìn)行撲滅，否則造成的損失燃燒物都很少，因此如何能在火災(zāi)處于萌芽狀態(tài)時(shí)，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期探測(cè)，避免嚴(yán)重?fù)p失是目前亟待解決的一個(gè)重大問(wèn)題。火災(zāi)的早期探測(cè)難題主要集中在探測(cè)對(duì)象難以選擇、探測(cè)方法單一及準(zhǔn)確預(yù)警概率低。本系統(tǒng)針對(duì)這些問(wèn)題，在對(duì)火災(zāi)發(fā)生的過(guò)程和產(chǎn)物作了詳細(xì)了解以后，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鲗?duì)具有明顯火災(zāi)特征的幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，再利用D-S證據(jù)理論對(duì)所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理得到更為準(zhǔn)確的判定結(jié)果。

1 火災(zāi)探測(cè)對(duì)象的選定
在火災(zāi)探測(cè)過(guò)程中，可以利用的火災(zāi)信息很多：
(1)固態(tài)高溫產(chǎn)物：來(lái)源于可燃物中的雜質(zhì)，以及高溫狀態(tài)下可燃物熱裂解所形成的物質(zhì)。
(2)燃燒音：燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的高溫，加熱周?chē)諝?，使之膨脹，產(chǎn)生一種頻率僅在數(shù)赫茲左右的壓力聲波，即是燃燒音。
(3)火焰光譜：主要由熾熱微粒的光譜輻射和燃燒氣體的特征輻射所構(gòu)成。
(4)氣態(tài)燃燒產(chǎn)物：氣態(tài)燃燒產(chǎn)物的主要成分為H2O、CO、CO2、H2和O2，由于環(huán)境中濕度的影響，通常不把H2O作為火災(zāi)探測(cè)參數(shù)。
由于前三點(diǎn)火災(zāi)信息都是在火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生很?chē)?yán)重的情況下才產(chǎn)生的，且以火焰光譜進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)，雖然可以有效避免環(huán)境中大部分干擾因素的影響，但為了進(jìn)一步消除相關(guān)干擾因素的影響，還需要利用火焰的閃爍特征。然而，CO和CO2在空氣中的含量較低，正常大氣環(huán)境中CO含量在10 ppm以下，CO2含量大約為360 ppm。從表1中可以看到，絕大多數(shù)試驗(yàn)火的CO含量均在20 ppm以上。根據(jù)火災(zāi)特性，在火災(zāi)初期陰燃時(shí)，CO含量更是達(dá)到最高。由圖1可知，各種不同材質(zhì)在燃燒時(shí)，CO2含量也在不斷增加，且在初始成長(zhǎng)期間，曲線斜率的變化范圍是2．5～6．5 ppm／s。因此，將氣體作為早期報(bào)警探測(cè)對(duì)象具有明顯優(yōu)勢(shì)，針對(duì)以上2種氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將會(huì)在很大程度上反映出環(huán)境中有無(wú)燃燒現(xiàn)象的產(chǎn)生。本系統(tǒng)將CO的濃度、CO2的濃度變化率、環(huán)境溫度三者作為探測(cè)火災(zāi)的特征參量。