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，實現(xiàn)火災(zāi)早期報警，本系統(tǒng)通過對火災(zāi)發(fā)生過程和產(chǎn)物的研究比較，采用多種傳感器對火災(zāi)發(fā)生初期火災(zāi)特征較明顯的幾個參數(shù)進行監(jiān)測，并實時反饋回采集的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)利用D-S證據(jù)理論對多傳感器數(shù)據(jù)進行融合分析，實現(xiàn)對同一目標(biāo)的判斷；本系統(tǒng)通過利用D-S證據(jù)理論對多傳感器數(shù)據(jù)融合的方法，不僅彌補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)探測是關(guān)系人民生命財產(chǎn)安全的重大課題。隨著火災(zāi)探測技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對火災(zāi)的認(rèn)識也越來越深入，不斷涌現(xiàn)出新的探測手段。然而現(xiàn)有的大多數(shù)火災(zāi)探測器只能在火災(zāi)發(fā)生到難以控制的形勢下才發(fā)出報警信號。而那些由于長期運行導(dǎo)致設(shè)備過載、過熱、短路產(chǎn)生火災(zāi)的場所，如計算機機房、精密儀器實驗中心、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心等，需要對火災(zāi)進行嚴(yán)格控制，確保在火災(zāi)發(fā)生初期就能及時發(fā)現(xiàn)火情并進行撲滅，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，準(zhǔn)確實現(xiàn)火災(zāi)早期探測，避免嚴(yán)重?fù)p失是目前亟待解決的一個重大問題。火災(zāi)的早期探測難題主要集中在探測對象難以選擇、探測方法單一及準(zhǔn)確預(yù)警概率低。本系統(tǒng)針對這些問題，在對火災(zāi)發(fā)生的過程和產(chǎn)物作了詳細(xì)了解以后，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鲗哂忻黠@火災(zāi)特征的幾個參數(shù)進行監(jiān)測，再利用D-S證據(jù)理論對所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進行融合處理得到更為準(zhǔn)確的判定結(jié)果。

1 火災(zāi)探測對象的選定
在火災(zāi)探測過程中，可以利用的火災(zāi)信息很多：
(1)固態(tài)高溫產(chǎn)物：來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：燃燒過程中產(chǎn)生的高溫，加熱周圍空氣，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)探測參數(shù)。
由于前三點火災(zāi)信息都是在火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生很嚴(yán)重的情況下才產(chǎn)生的，且以火焰光譜進行火災(zāi)探測，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，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，CO2含量也在不斷增加，且在初始成長期間，曲線斜率的變化范圍是2．5～6．5 ppm／s。因此，將氣體作為早期報警探測對象具有明顯優(yōu)勢，針對以上2種氣體進行監(jiān)測，將會在很大程度上反映出環(huán)境中有無燃燒現(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火災(zāi)的特征參量。