基于多傳感器數據融合的火災預警系統

摘要：為避免火災造成的嚴重損失，實(shí)現火災早期報警，本系統通過(guò)對火災發(fā)生過(guò)程和產(chǎn)物的研究比較，采用多種傳感器對火災發(fā)生初期火災特征較明顯的幾個(gè)參數進(jìn)行監測，并實(shí)時(shí)反饋回采集的數據。系統利用D-S證據理論對多傳感器數據進(jìn)行融合分析，實(shí)現對同一目標的判斷；本系統通過(guò)利用D-S證據理論對多傳感器數據融合的方法，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判斷結果的不確定性，提高了系統預警的準確性和可靠性。
關(guān)鍵詞：D-S證據理論；多傳感器；數據融合；火災預警

火災探測是關(guān)系人民生命財產(chǎn)安全的重大課題。隨著(zhù)火災探測技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對火災的認識也越來(lái)越深入，不斷涌現出新的探測手段。然而現有的大多數火災探測器只能在火災發(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(cháng)期運行導致設備過(guò)載、過(guò)熱、短路產(chǎn)生火災的場(chǎng)所，如計算機機房、精密儀器實(shí)驗中心、網(wǎng)絡(luò )數據中心等，需要對火災進(jìn)行嚴格控制，確保在火災發(fā)生初期就能及時(shí)發(fā)現火情并進(jìn)行撲滅，否則造成的損失燃燒物都很少，因此如何能在火災處于萌芽狀態(tài)時(shí)，準確實(shí)現火災早期探測，避免嚴重損失是目前亟待解決的一個(gè)重大問(wèn)題?；馂牡脑缙谔綔y難題主要集中在探測對象難以選擇、探測方法單一及準確預警概率低。本系統針對這些問(wèn)題，在對火災發(fā)生的過(guò)程和產(chǎn)物作了詳細了解以后，選擇適當的傳感器對具有明顯火災特征的幾個(gè)參數進(jìn)行監測，再利用D-S證據理論對所有監測數據進(jìn)行融合處理得到更為準確的判定結果。

1 火災探測對象的選定
在火災探測過(guò)程中，可以利用的火災信息很多：
(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作為火災探測參數。
由于前三點(diǎn)火災信息都是在火災已經(jīng)發(fā)生很?chē)乐氐那闆r下才產(chǎn)生的，且以火焰光譜進(jìn)行火災探測，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(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，絕大多數試驗火的CO含量均在20 ppm以上。根據火災特性，在火災初期陰燃時(shí)，CO含量更是達到最高。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(cháng)期間，曲線(xiàn)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(jìn)行監測，將會(huì )在很大程度上反映出環(huán)境中有無(wú)燃燒現象的產(chǎn)生。本系統將CO的濃度、CO2的濃度變化率、環(huán)境溫度三者作為探測火災的特征參量。