一種火災火源位置及強度估計系統的製作方法

2023-06-10 18:01:36

專利名稱：一種火災火源位置及強度估計系統的製作方法
技術領域：
一種火災火源位置及強度估計系統技術領域[0001]本實用新型涉及建築安全保障領域，特別涉及一種火災火源位置及強度估計系 統。
背景技術：
[0002]建築火災一直以來都是嚴重威脅人們生命、財產的重要災害之一。現代建築的復 雜結構使得火災具有隱蔽性、突發性等特點，為疏散和消防帶來一定困難。因此儘早感知火 源信息對火災應急救援的開展有著重要的現實意義。傳統的火災監測系統單純依靠建築物 內的探測系統，一旦探測的物理值超過閾值就觸發火災警報。這種僅能輸出報警信號的火 災監測系統存在眾多的弊端，亟待改進。若利用相關的傳感技術、火災蔓延模型能夠在火災 發生時及時準確的給出火源位置、火源的強度及發展的速率、並在火災發展的過程中根據 傳感器數據，對火災的狀態(火源位置、強度等)進行及時的更新，將會大大提高逃生、滅火 等應急響應的效率。現有技術中，採用基於火源估計信息的火災態勢評估與疏散支持方法。[0003]但是，利用探測信息對火源位置、特別是強度進行估計，並對其狀態進行實時更新 上還沒有成熟的解決方案。以下是幾種現有的火災檢測、火源估計技術[0004]( I) 一種傳感器驅動的火源反算方法，利用頂棚不同位置的溫度測量值，通過反解 頂棚射流溫度與火源位置強度的解析關係式對火源位置和強度進行估計。然而，由於該解 析關係在對流和輸運較強的多房間火災中有較大誤差，該方法主要應用於單房間火災。在 多房間火災情形下需要基於已知的火源位置對火源強度進行估計。[0005](2)用優化方法對多房間火災火源進行估計，通過使探測器的測量值同火災蔓延 模型的模擬值達到最佳匹配得到最優的火源位置和強度的估計值。然而，優化方法僅能提 供一個最優解，不能提供實際中人們關心的某個區域的情況。此外，優化方法通常無法直接 考慮探測器測量誤差和火災模型誤差，需要採用擾動方法模擬多次，效率不高。[0006](3)—種基於貝葉斯理論和蒙特卡洛抽樣的火源反演方法，該方法考慮探測誤差 和模擬誤差對火源位置及強度同時進行估計，並給出相應的概率分布。然而，該火源估計方 法基於集中式結構，所有傳感器信息都將傳輸到中央控制器上進行處理。同時，方法中應用 的火災模型同樣基於整個建築結構。這種集中式結構應用在大型建築中時不可避免的增加 了傳輸、處理的信息量，增大了火災模型的尺寸，因而提高了算法複雜度，降低了計算效率。 同時，集中式結構的抗災能力較差，一旦中央控制器出現故障系統將無法正常工作。此外， 該方法未能考慮通風狀態的動態變化對火災模型模擬結果的影響，增加了模擬結果的不確 定性。[0007](4)通過利用ZIgbee陣列對火災進行監測，實現在單個區域內的火災火源位置 估計，但該方法不能在整個建築範圍對火災進行定位，同時由於該方法未使用相應的火災 模型，不能夠對火災強度、火災發展態勢等進行估計，而僅僅能夠通過傳感器信息給出溫度 場、煙霧場的描述。[0008](5)通過結合探測器的測量值和災害蔓延模型生成的模擬值，並使用擴展卡爾曼濾波方法對某一區域內諸如火災、煙氣、化學物質等災害的實時蔓延進行估計。該方法可以 在集中式或分布式系統中實現，能夠輸出火災、煙氣當前或未來分布狀態的估計，在某些情 況下還可以對包括火源位置及強度在內的火源狀態進行估計。然而，由於狀態空間的高維 性、火災模型的高度非線性以及建築結構的動態特性和不確定性，在建築火災煙氣狀態估 計問題中應用擴展卡爾曼濾波方法存在著一些困難。[0009]因此，一種基於局部推斷和全局概率綜合的新的分布式火源位置、強度估計方法 將被提出，該方法在配置及計算上具有較低的複雜度，同時能夠以一種可靠的方法處理動 態的建築結構信息。發明內容[0010]本實用新型的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一。[0011]為此，本實用新型的目的在於提出一種火災火源位置及強度估計系統，提高火源 位置及強度估計系統的計算效率、魯棒性及可擴充性，並使火災模型能夠反映實際通風狀 態。[0012]為達到上述目的，本實用新型提出了一種火災火源位置及強度估計系統，包括多 組估計設備，其中，每組估計設備分別設置在建築結構所在區域的一個分區內，其中，每組 估計設備包括多個監測裝置，其中，所述多個監測裝置分別設置在所述分區內的多個位 置處，每個監測裝置分別檢測所屬的分區內的多個環境參數以獲取火災監測信息；計算存 儲裝置，所述計算存儲裝置分別與所述多個監測裝置相連，記錄所屬分區的靜態結構信息 和動態結構信息，並與對應的鄰區的所述計算存儲裝置進行通信以共享本區的火災監測信 息、靜態結構信息和動態結構信息，根據所述靜態結構信息和所述動態結構信息模擬預測 不同火源強度下的火災模擬信息，以及根據所述火災模擬信息和所述火災監測信息對本區 與所述鄰區構成的成對分區間的火源位置和強度進行局部估計，以生成局部估計值。其中， 所述多個分區的所述計算存儲裝置組成分布式網絡，每個所述計算存儲裝置與對應的鄰區 的所述計算存儲裝置進行通信以共享本區的火災監測信息、靜態結構信息和動態結構信 息，以及所述多個分區的所述計算存儲裝置協同處理多個所述局部估計值以獲得所述建築 結構所在區域的火源位置和強度的全局估計值。[0013]根據本實用新型實施例的火災火源位置及強度估計系統，通過採用分布式控制結 構，充分利用現代的傳感、通信、計算、決策等技術，為建築內火源位置及強度的估計提供了 切實可行的解決方案，提高了火源位置及強度估計系統的計算效率、魯棒性及可擴充性。本 實用新型得到的火源位置及強度信息可用於建立火災模型，可以對未來一段時間內火災的 蔓延趨勢進行模擬預測，為消防及疏散提供前瞻性的指導與幫助。本實用新型不僅對建築 火災火源位置、強度估計具有重要作用，還可被用於估計室外空間靜止或移動的火源位置 及強度。[0014]在本實用新型的一個實施例中，所述多個監測裝置包括溫度傳感器、感煙傳感 器、氣體傳感器、圖像式火災探測器。[0015]在本實用新型的一個實施例中，所述靜態結構信息包括所述分區的布局和尺寸； 所述動態結構信息包括所述分區內的門和/或窗的開關狀態和開口面積。[0016]在本實用新型的一個實施例中，所述計算存儲裝置對火災發生在本所述分區的可能性及強度進行局部估計，包括所述計算存儲裝置將所述火災模擬信息和所述火災監測 信息進行對比，計算所述本區與對應的鄰區的火源位置及強度的相對概率比值。[0017]在本實用新型的一個實施例中，所述計算存儲裝置採用非線性估計算法計算所述 本區與對應的鄰區的火源位置及強度的相對概率比值。[0018]在本實用新型的一個實施例中，所述計算存儲裝置獲得所述建築結構所在區域的 火源位置和強度的全局估計值，包括如下步驟所述計算存儲裝置根據每個分區的本區與 對應的鄰區的火源位置及強度的相對概率比值獲取所述每個分區的火源位置概率變量和 強度概率變量，並根據所述火源位置概率變量和強度概率變量構成的線性方程組進行迭代 求解得到所述全局估計值。[0019]在本實用新型的一個實施例中，所述計算存儲裝置獲得所述建築結構所在區域的 火源位置和強度的全局估計值，包括如下步驟所述計算存儲裝置根據每個分區的本區與 對應的鄰區的火源位置及強度的相對概率比值獲取所述每個分區的火源位置概率變量和 強度概率變量，並對所述火源位置概率變量和強度概率變量構成的線性方程組採用基於網 絡生成樹的算法進行求解得到所述全局估計值。[0020]本實用新型附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述 中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。


[0021]本實用新型上述的和/或附加的方面和優點從
以下結合附圖對實施例的描述中 將變得明顯和容易理解，其中[0022]圖1為本實用新型實施例的火災火源位置及強度估計系統的示意圖；[0023]圖2為本實用新型一個實施例的火災火源位置及強度估計的全局估計值求解過 程不意圖；[0024]圖3為本實用新型實施例的火災火源位置及強度估計系統的運行流程圖；以及[0025]圖4為本實用新型一個實施例的火災火源位置及強度估計系統在建築結構中的 布局不意圖。
具體實施方式
[0026]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的 限制。[0027]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本實用新型的不同結構。為 了簡化本實用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示 例，並且目的不在於限制本實用新型。此外，本實用新型可以在不同例子中重複參考數字和 /或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置 之間的關係。此外，本實用新型提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技 術人員可以意識到其他工藝的可應用於性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一 特徵在第二特徵之「上」的結構可以包括第一和第二特徵形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特徵形成在第一和第二特徵之間的實施例，這樣第一和第二特徵可能不是直接 接觸。[0028]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，術語「安裝」、「相 連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連 通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可 以根據具體情況理解上述術語的具體含義。[0029]參照下面的描述和附圖，將清楚本實用新型的實施例的這些和其他方面。在這些 描述和附圖中，具體公開了本實用新型的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本實 用新型的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本實用新型的實施例的範圍不受此限 制。相反，本實用新型的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵範圍內的所有變 化、修改和等同物。[0030]如圖1所示，根據本實用新型的實施例的火災火源位置及強度估計系統，包括多 組估計設備100，其中，建築結構所在區域劃分為多個分區，每組估計設備100分別設置在 劃分的一個分區內，其中，每組估計設備100包括多個監測裝置101，其中，多個監測裝置 101分別設置在所述分區內的多個位置處，每個監測裝置101分別檢測所屬的分區內的多 個環境參數以獲取火災監測信息；計算存儲裝置102，計算存儲裝置102分別與多個監測裝 置101相連，記錄所屬分區的靜態結構信息和動態結構信息，計算存儲裝置102與對應的鄰 區的計算存儲裝置102進行通信以共享本區的火災監測信息、靜態結構信息和動態結構信 息，並根據靜態結構信息和動態結構信息模擬預測不同火源強度下的火災模擬信息，以及 根據火災模擬信息和火災監測信息對本區與鄰區構成的成對分區間的火源位置和強度進 行局部估計，以生成局部估計值。其中，多個分區的計算存儲裝置102組成分布式網絡，每 個計算存儲裝置102與對應的鄰區的計算存儲裝置102進行通信以共享本區的火災監測信 息、靜態結構信息和動態結構信息，多個分區的計算存儲裝置102協同處理多個局部估計 值以獲得建築結構所在區域的火源位置和強度的全局估計值。[0031]已有的火源位置、強度估計方法大多依賴於一臺中央控制器，所有測量信息都要 傳輸到其上進行處理，這種控制方法效率低、抗幹擾能力差；而本實用新型提出了一種分 布式控制結構，不再使用一個中央控制器進行計算和傳輸，而是把建築劃分為若干個分區， 每個分區配有一個計算存儲裝置同本區的傳感器等監測裝置相連接負責數據的收集與處 理。這些計算存儲裝置在硬體和軟體上具有相同結構，但可以根據其在布局，本分區的建築 形狀及通風條件、連接的監測裝置與鄰區計算存儲裝置的數量上的配置進行區分。這種分 布式結構將一個複雜問題拆分為若干基於本地和鄰居信息的子問題進行處理，因而效率較 高。當建築尺寸擴大時，通過增加計算存儲裝置與通信鏈路即可完成新系統的配置，因此能 夠在不明顯提高算法複雜度的情況下將系統擴展到任何一個尺寸。同時這種分布式控制結 構穩定性較高，當若干個計算存儲裝置失效時，不會妨礙整個系統的工作。[0032]建築結構的某些參數，如本分區的結構布局、尺寸等可以作為靜態結構信息預先 配置於各計算存儲裝置102中。同時，為了使結構信息更接近真實情況，描述建築結構連通 性的動態結構信息將通過門禁等系統實時獲取，如利用各種門窗控制及狀態檢測設備獲得 門窗的開關狀態、開口面積等信息。利用建築物內多個監測裝置101對周圍環境進行監測 以獲取火災監測信息，以及時感知火情的發生或實時傳輸當前測量值。監測裝置101可以包括溫度傳感器、感煙探測器、氣體傳感器、圖像式火災探測器等。火災監測信息包括但並 不僅限於溫度、煙霧濃度、氣體濃度、火光強度和火焰輻射強度。[0033]每個分區的計算存儲裝置102對火災發生在本所述分區的可能性及強度進行局 部估計，包括[0034](I)利用建築結構信息進行多火情實時模擬預測。採用相應的火災蔓延模型對本 區及鄰區的建築結構進行模擬，以實時輸出並存儲火在本區時不同火源強度下各傳感器的 溫度、氣體濃度等模擬信息。相應的火災蔓延模型可以為經驗公式、火災區域模型、火災計 算流體動力學模型以及其他相關的簡化模型等。該過程中，本區和鄰區交互的信息可以為 各分區的結構信息及實時火災監測信息。[0035](2 )通過對比火災監測信息與火災模擬信息，利用貝葉斯(Bayes)方法或其他非線 性估計算法推斷出本區與鄰區火源位置及強度的相對概率比值。該步驟僅計算所有由本區 及鄰區構成的成對空間中本區同任一鄰區的相對概率比值，而不考慮火源位置及強度的具 體概率值。計算本區與對應的鄰區的火源位置及強度的相對概率比值採取的算法，包括但 並不僅限於貝葉斯方法。[0036]現有的火源位置、強度估計方法中，火災模型大多基於事先配置好的建築結構信 息進行模擬預測，忽略了一些動態幹擾造成的影響，如門、窗等通風設施的狀態；而本實用 新型充分利用了安防系統中的門禁設施，對建築結構的連通性進行動態監測，並將動態結 構信息與事先配置的結構尺寸等靜態結構信息相結合，使得火災模型能夠反映實際的通風 狀態。並且，現有的火源位置、強度估計方法因較高的計算量需要預先對多種火災場景進 行模擬，然而由於結構連通性的動態變化，預先計算使用的火災模型不能真實反映當前建 築結構的通風狀態；而本實用新型基於分布式結構將火災模型尺度縮減為本區及鄰區的範 圍，極大降低了模擬的複雜度，同時假定火源在本區，減少了需要模擬的火災場景數。這些 處理使得應用火災模型進行實時模擬成為可能，方便了動態結構信息的引入。[0037]多個計算存儲裝置102協同處理多個局部估計值以獲得建築結構所在區域的火 源位置和強度的全局估計值，可採用多種算法。在本實用新型的一個實施例中，計算存儲裝 置102根據每個分區的本區與對應的鄰區的火源位置及強度的相對概率比值獲取所述每 個分區的火源位置概率變量和強度概率變量，並根據所述火源位置概率變量和強度概率變 量構成的線性方程組進行迭代求解得到所述全局估計值。其中，概率變量的兩兩比值由火 災監測信息和火災蔓延模型所確定，並且所有概率變量之和為一。[0038]在本實用新型的另一個實施例中，採用基於網絡生成樹的算法對全局估計值進行 求解，此時由位置概率變量和強度概率變量構成的線性方程組將根據具體的生成樹進行簡 化，僅當兩個相鄰分區在生成樹中有鄰接關係時，該成對分區間的相對概率比例關係才保 留在方程組中，其他成對分區間的相對概率比例關係都將被捨棄。[0039]需要注意的是，上述兩種全局估計值求解算法只是為了便於對本實用新型實施例 進行說明，而不應理解為對本實用新型的限制。[0040]火災火源位置及強度估計的全局估計值求解過程如圖2所示。火災火源位置及強 度估計系統首先基於建築結構的靜態信息和動態信息，利用某種高效的火災蔓延模型對火 在本區時的多種火災場景進行模擬，之後結合單個或多個實時火災監測信息，在本區和鄰 區構成的多個成對分區內對火源位置及強度進行局部估計。當所有分區完成局部估計後，系統通過全體計算設備的協同處理確定火源位置、強度的全局估計值。[0041]根據本實用新型實施例的火災火源位置及強度估計系統，通過採用分布式控制結 構，充分利用現代的傳感、通信、計算、決策等技術，為建築內火源位置及強度的估計提供了 切實可行的解決方案，提高了火源位置及強度估計系統的計算效率、魯棒性及可擴充性。本 實用新型得到的火源位置及強度信息可用於建立火災模型，可以對未來一段時間內火災的 蔓延趨勢進行模擬預測，為消防及疏散提供前瞻性的指導與幫助。本實用新型不僅對建築 火災火源位置、強度估計具有重要作用，還可被用於估計室外空間靜止或移動的火源位置 及強度。[0042]下面如圖3描述本實用新型實施例的火災火源位置及強度估計系統的運行流程。[0043]SlOl :將建築結構所在區域劃分為多個分區，其中，每個分區內設置有多個監測裝 置和計算存儲裝置，多個分區的計算存儲裝置組成分布式網絡。[0044]建築分區可以根據房間、走廊等建築結構進行劃分。每個分區內，多個監測裝置和 計算存儲裝置互相連接，不同分區間的各個計算存儲裝置之間可以相互通信，組成分布式 的傳感與計算網絡。[0045]已有的火源位置、強度估計方法大多依賴於一臺中央控制器，所有測量信息都要 傳輸到其上進行處理，這種控制方法效率低、抗幹擾能力差；而本實用新型提出了一種分布 式控制結構，不再使用一個中央控制器進行計算和傳輸，而是把建築劃分為若干個分區，每 個分區配有一個計算存儲裝置同本區的傳感器等監測裝置相連接負責數據的收集與處理。 這些計算存儲裝置在硬體和軟體上具有相同結構，僅能根據其在布局，本分區的建築形狀 及通風條件、連接的監測裝置與鄰區計算存儲裝置的數量上的配置進行區分。這種分布式 結構將一個複雜問題拆分為若干基於本地和鄰居信息的子問題進行處理，因而效率較高。 當建築尺寸擴大時，通過增加計算存儲裝置與通信鏈路即可完成新系統的配置，因此能夠 在不明顯提高算法複雜度的情況下將系統擴展到任何一個尺寸。同時這種分布式控制結構 穩定性較高，當若干個計算存儲裝置失效時，不會妨礙整個系統的工作。[0046]S102:在每個分區中，利用計算存儲裝置記錄所屬分區的靜態結構信息和動態結 構信息，以及利用多個監測裝置檢測所屬的分區內的多個環境參數以獲取火災監測信息， 並將火災監測信息發送至計算存儲裝置。[0047]具體地，建築結構的某些參數，如本分區的結構布局、尺寸等可以作為靜態結構信 息預先配置於各計算存儲裝置中。同時，為了使結構信息更接近真實情況，描述建築結構連 通性的動態結構信息將通過門禁等系統實時檢測、獲取，如利用各種門窗控制及狀態檢測 設備獲得門窗的開關狀態、開口面積等信息。利用建築物內多個監測裝置對周圍環境以某 種抽樣速率進行監測獲取火災監測信息，以及時感知火情的發生或實時傳輸當前測量值。 監測裝置可以包括溫度傳感器、感煙探測器、氣體傳感器、圖像式火災探測器等。火災監測 信息包括但並不僅限於溫度、煙霧濃度、氣體濃度、火光強度和火焰輻射強度。[0048]S103:每個計算存儲裝置與對應的鄰區的計算存儲裝置進行通信以共享本區的火 災監測信息、靜態結構信息和動態結構信息，並根據靜態結構信息和動態結構信息模擬預 測不同火源強度下的火災模擬信息，以及根據火災模擬信息和火災監測信息對本區與鄰區 構成的成對分區間的火源位置和強度進行局部估計，以生成局部估計值。[0049]具體地，每個分區對火災發生在本所述分區的可能性及強度進行局部估計，包括[0050](I)利用建築結構信息進行多火情實時模擬預測。採用相應的火災蔓延模型對本 區及鄰區的建築結構進行模擬，以實時輸出並存儲火在本區時不同火源強度下各傳感器的 溫度、氣體濃度等模擬信息。相應的火災蔓延模型可以為經驗公式、火災區域模型、火災計 算流體動力學模型以及其他相關的簡化模型等。該過程中，本區和鄰區交互的信息可以為 各分區的結構信息及實時火災監測信息。[0051 ] (2)通過對比火災監測信息與火災模擬信息，利用貝葉斯(Bayes)方法或其他非線 性估計算法推斷出本區與鄰區火源位置及強度的相對概率比值。該步驟僅計算所有由本區 及鄰區構成的成對空間中本區同任一鄰區的相對概率比值，而不考慮火源位置及強度的具 體概率值。計算本區與對應的鄰區的火源位置及強度的相對概率比值採取的算法，包括但 並不僅限於貝葉斯方法。[0052]現有的火源位置、強度估計方法中，火災模型大多基於事先配置好的建築結構信 息進行模擬預測，忽略了一些動態幹擾造成的影響，如門、窗等通風設施的狀態；而本實用 新型充分利用了安防系統中的門禁設施，對建築結構的連通性進行動態監測，並將動態結 構信息與事先配置在計算存儲裝置中的結構布局、尺寸等靜態結構信息相結合，使得火災 模型能夠反映實際的通風狀態。並且，現有的火源位置、強度估計方法因較高的計算量需要 預先對多種火災場景進行模擬，然而由於結構連通性的動態變化，預先計算使用的火災模 型不能真實反映當前建築結構的通風狀態；而本實用新型基於分布式結構將火災模型尺度 縮減為本區及鄰區的範圍，極大降低了模擬的複雜度，同時假定火源在本區，減少了需要模 擬的火災場景數。這些處理使得應用火災模型進行實時模擬成為可能，方便了動態結構信 息的引入。[0053]S104:多個分區的計算存儲裝置協同處理多個局部估計值以獲得建築結構所在區 域的火源位置和強度的全局估計值。[0054]在沒有中央控制器的情況下，通過全部計算存儲裝置的協同處理確定火源位置及 強度的全局估計值。基於每個分區存儲的本區同鄰區的相對概率比值，每一分區的計算存 儲裝置都可以通過分布式網絡進行運算，推斷出火源位置和強度的全局估計值。其中，多個 計算存儲裝置協同處理多個局部估計值以獲得建築結構所在區域的火源位置和強度的全 局估計值，可採用多種算法。[0055]在本實用新型的一個實施例中，計算存儲裝置根據每個分區的本區與對應的鄰區 的火源位置及強度的相對概率比值獲取所述每個分區的火源位置概率變量和強度概率變 量，並根據所述火源位置概率變量和強度概率變量構成的線性方程組進行迭代求解得到所 述全局估計值。其中，概率變量的兩兩比值由火災監測信息和火災蔓延模型所確定，並且所 有概率變量之和為一。[0056]在本實用新型的另一個實施例中，採用基於網絡生成樹的算法對全局估計值進行 求解，此時由位置概率變量和強度概率變量構成的線性方程組將根據具體的生成樹進行簡 化，僅當兩個相鄰分區在生成樹中有鄰接關係時，該成對分區間的相對概率比例關係才保 留在方程組中，其他成對分區間的相對概率比例關係都將被捨棄。[0057]需要注意的是，上述兩種全局估計值求解算法只是為了便於對本實用新型實施例 進行說明，而不應理解為對本實用新型的限制。[0058]在本實用新型的一個實施例中，火災火源位置及強度估計系統布局如圖4所示， 其中，401為感溫探測器，402為門禁控制器，403為計算存儲裝置。[0059]火災發生時，附近的感溫探測器401將檢測到溫度變化，當這一變化超過設定閾 值時則發出報警信號，並將該信號通過無線或有線的方式傳輸到與其相連的計算存儲裝置 403中。該計算存儲裝置403接到報警信號後通過各計算存儲裝置間的通信鏈路將火情 警報進行廣播，而各計算存儲裝置403都在接到火情信息後啟動該火源位置及強度估計系 統。在此過程中感溫探測器401可以對不同位置的溫度進行監測，並以一定的抽樣速率將 數據發送到相關計算存儲裝置403中。[0060]某建築分區內的火源位置及強度估計系統啟動後，計算存儲裝置403調用門禁控 制器對本區結構的連通性進行檢測，將得到的諸如門窗開合等信息反饋到計算存儲裝置 403中。嵌入其中的火災蔓延模型利用預先配置的靜態結構信息和監測到的動態連通信息 對火在本區時的多種火災場景進行模擬。不同火災場景具有不同的強度假定值。本實施實 例中，在啟動火災蔓延模型之前，本區計算存儲裝置403同鄰區進行交互，以獲得鄰區的溫 度監測信息、結構的靜態及動態信息。火災蔓延模型將基於本區和所有鄰區的結構進行建 模，模擬火在本區時，幾種可能火源強度下本區和所有鄰區的溫度值，得到的模擬結果將存 儲在本區的存儲設備中。[0061]獲得局部範圍內的火災監測信息和模擬信息後，計算存儲裝置403對二者進行對 比並利用某種非線性估計方法計算出本區同鄰區構成的成對分區間火源位置和強度的相 對概率比值。之後，根據成對分區間的相對概率比值，通過全體計算存儲裝置的協同處理， 火源位置及強度的全局估計值可以被確定。本實施實例中，每個分區都將首先利用貝葉斯 方法在由本區和鄰區構成的若干成對空間中進行火源位置、強度的局部估計。針對不同的 鄰區，本區都將基於本地存儲的模擬信息及實際火災中本區和該鄰區的火災監測信息計算 出該成對分區間火源位置及強度的相對概率比值。之後，利用某種基於網絡生成樹的算法 對火源位置和強度進行全局估計。在該方法中，任一分區都可通過某種特殊的通信過程(無 論有多少相鄰分區向其發送信息，僅接收一個鄰區的信息)基於計算存儲裝置所構成的網 絡生成以其為起點覆蓋所有分區的生成樹，並以此建立一組關於各分區火源位置、強度概 率的線性方程。其中，僅在生成樹中有鄰接關係的成對分區間的相對概率比值需要在方程 組中進行表徵，其餘成對分區間的相對概率比例關係都將被忽略。由於所有概率變量之和 應當為1，該方程組可以被求解，從而得到火源位置、強度的全局估計。[0062]流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括 一個或更多個用於實現特定邏輯功能或過程的步驟的可執行指令的代碼的模塊、片段或部 分，並且本實用新型的優選實施方式的範圍包括另外的實現，其中可以不按所示出或討論 的順序,包括根據所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序,來執行功能,這應被本 實用新型的實施例所屬技術領域的技術人員所理解。[0063]在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認為是 用於實現邏輯功能的可執行指令的定序列表，可以具體實現在任何計算機可讀介質中，以 供指令執行系統、裝置或設備(如基於計算機的系統、包括處理器的系統或其他可以從指令 執行系統、裝置或設備取指令並執行指令的系統)使用，或結合這些指令執行系統、裝置或 設備而使用。就本說明書而言，"計算機可讀介質"可以是任何可以包含、存儲、通信、傳播或傳輸程序以供指令執行系統、裝置或設備或結合這些指令執行系統、裝置或設備而使用 的裝置。計算機可讀介質的更具體的示例(非窮盡性列表)包括以下具有一個或多個布線 的電連接部(電子裝置)，可攜式計算機盤盒(磁裝置)，隨機存取存儲器(RAM)，只讀存儲器 (R0M)，可擦除可編輯只讀存儲器(EPR0M或閃速存儲器)，光纖裝置，以及可攜式光碟只讀存 儲器(⑶ROM)。另外，計算機可讀介質甚至可以是可在其上列印所述程序的紙或其他合適的 介質，因為可以例如通過對紙或其他介質進行光學掃描，接著進行編輯、解譯或必要時以其 他合適方式進行處理來以電子方式獲得所述程序，然後將其存儲在計算機存儲器中。[0064]應當理解，本實用新型的各部分可以用硬體、軟體、固件或它們的組合來實現。在 上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執行系統執行的 軟體或固件來實現。例如，如果用硬體來實現，和在另一實施方式中一樣，可用本領域公知 的下列技術中的任一項或他們的組合來實現具有用於對數據信號實現邏輯功能的邏輯門 電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(PGA)， 現場可編程門陣列(FPGA)等。[0065]本技術領域的普通技術人員可以理解實現上述實施例方法攜帶的全部或部分步 驟是可以通過程序來指令相關的硬體完成，所述的程序可以存儲於一種計算機可讀存儲介 質中，該程序在執行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。[0066]此外，在本實用新型各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也 可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成 的模塊既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能模塊的形式實現。所述集成的模 塊如果以軟體功能模塊的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，也可以存儲在一個計 算機可讀取存儲介質中。[0067]上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁碟或光碟等。[0068]在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示 例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特 點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表 述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在 任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。[0069]儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而言， 可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修 改、替換和變型，本實用新型的範圍由所附權利要求及其等同限定。
權利要求1.一種火災火源位置及強度估計系統，包括多組估計設備，其中，每組估計設備分別設置在建築結構所在區域的一個分區內，其中，每組估計設備包括多個監測裝置，其中，所述多個監測裝置分別設置在所述分區內的多個位置處，每個監測裝置分別檢測所屬的分區內的多個環境參數以獲取火災監測信息；計算存儲裝置，所述計算存儲裝置分別與所述多個監測裝置相連，記錄所屬分區的靜態結構信息和動態結構信息，並與對應的鄰區的所述計算存儲裝置進行通信以共享本區的火災監測信息、靜態結構信息和動態結構信息，根據所述靜態結構信息和所述動態結構信息模擬預測不同火源強度下的火災模擬信息，以及根據所述火災模擬信息和所述火災監測信息對本區與所述鄰區構成的成對分區間的火源位置和強度進行局部估計，以生成局部估計值；其中，所述多個分區的所述計算存儲裝置組成分布式網絡，每個所述計算存儲裝置與對應的鄰區的所述計算存儲裝置進行通信以共享本區的火災監測信息、靜態結構信息和動態結構信息，以及所述多個分區的所述計算存儲裝置協同處理多個所述局部估計值以獲得所述建築結構所在區域的火源位置和強度的全局估計值。
2.如權利要求1所述的火災火源位置及強度估計系統，其特徵在於，所述多個監測裝置包括溫度傳感器、感煙傳感器、氣體傳感器、圖像式火災探測器。
專利摘要本實用新型提出一種火災火源位置及強度估計系統，包括多組估計設備，每組估計設備分別設置在建築結構所在區域的一個分區內，包括多個監測裝置，檢測環境參數以獲取火災監測信息；計算存儲裝置，記錄靜態結構信息和動態結構信息，並模擬預測火災模擬信息，以及與鄰區的計算存儲裝置進行通信，對本區與鄰區構成的成對分區間的火源位置和強度進行局部估計。多個分區的計算存儲裝置組成分布式網絡，以共享火災監測信息、靜態結構信息和動態結構信息，並協同處理計算火源位置和強度的全局估計值。本實用新型通過採用分布式控制結構，提高了火源位置及強度估計系統的計算效率、魯棒性及可擴充性。
文檔編號G08B17/00GK202838579SQ20122026895
公開日2013年3月27日 申請日期2012年6月7日 優先權日2012年6月7日
發明者吳楠, 楊銳, 張輝, 喬利鋒, 姜子炎, 薩蒂什·納拉亞南 申請人:清華大學, 聯合技術公司