一种多传感器协同报警的火灾监测方法与流程

1.本发明属于火灾监测领域，涉及一种多传感器协同报警的火灾监测技术，具体是一种多传感器协同报警的火灾监测方法。


背景技术：

2.火灾是威胁公共安全、造成人民生命财产损失的常见型灾害。尤其对于高层建筑，火灾发生所产生的烟雾在被人体吸入后往往会影响人的正常行动力，进而导致人员受困伤亡的情况发生。因此，对于火灾发生的及时监测和报警显得十分重要。
3.现有技术对于火灾的监测主要采用的是光电式烟雾传感器。光电式烟雾传感器内部有一个光学迷宫，安装有红外对管，分别为红外发射管和红外接收管。在无烟情况下，红外接收管接收不到红外发射管发出的红外光。当烟雾进入光学迷宫时，烟雾粒子会将部分光束散射到红外接收管上，接收管接收到红外光。烟雾越浓，散射到红外接收管上的光线就越多。当达到一定程度时，感应器开始报警并将信号传送至中控系统，提示此处可能发生火灾。
4.对于大型建筑，其内部安装的烟雾传感器往往能达到几十上百个，由于部分传感器本身可能具有设计缺陷，因此整栋建筑内某些传感器节点有时可能会发生误报情况。在这种情况下，如何有效辨识误报信号和真正的火灾报警信号对于火灾的准确有效监测具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种多传感器协同报警的火灾监测方法，用于解决现有火灾监测方法中，部分烟雾传感器可能发生误报，导致整体识别准确率低、后期维护困难的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种多传感器协同报警的火灾监测方法，包括：
7.记录在目标区域内部部署的所有传感器节点，并构造与火灾烟雾扩散相关的通道口节点；其中，目标区域为火灾监测区域；
8.基于若干所述传感器节点和所述通道口节点构建火灾烟雾扩散过程的空间拓扑模型，并测量空间中相邻节点间的欧氏距离；
9.给定报警节点，结合路径计算算法计算报警节点到其他各传感器节点之间的最短路径长度；其中，路径计算算法包括dijkstra算法；
10.将报警节点与其他各传感器节点之间的最短路径长度映射为报警置信度增量，结合设置的报警置信度阈值实现火灾监测。
11.优选的，对所述目标区域内部署的若干所述传感器节点和若干所述通道口节点进行识别标记，包括：
12.记录所述目标区域中所述烟雾传感器的位置作为所述传感器节点，并标记为s＝
[s1，s2，
…
，sn]；其中，n大于0的整数；以及
[0013]
根据建筑内部结构构造与火灾烟雾扩散有关的所述通道口节点，并标记为g＝[g1，g2，
…
，gm]；其中，m为大于0的整数。
[0014]
优选的，根据所述传感器节点和所述通道口节点的空间相对位置构建与烟雾扩散过程有关的所述空间拓扑模型，包括：
[0015]
绘制所述传感器节点和所述通道口节点的空间相对位置；同时确定所述报警节点、孤立节点以及普通节点；
[0016]
绘制报警节点、孤立节点和普通节点之间的流向边，生成所述空间拓扑模型；其中，流向边包括单向边和双向边。
[0017]
优选的，在生成所述空间拓扑模型之后，测量空间中相邻节点的欧式距离，包括：
[0018]
确定原始节点，与所述原始节点相邻的作为目标节点；
[0019]
在所述原始节点通过激光测距仪向所述目标节点发射脉冲激光束，再由光电元件接收所述目标节点反射回来的脉冲激光束；
[0020]
将发射和接收脉冲激光束的时间差作为所述原始节点和所述目标节点之间的欧式距离；测定相邻节点之间的欧式距离并保存为二位数组。
[0021]
优选的，基于dijkstra算法计算所述报警节点到其他各所述传感器节点之间的最短路径长度，包括：
[0022]
创建并初始化数组flag[n m]，标记各传感器节点是否找到最短路径；以及dist[n m]，记录报警节点到其他各传感器节点的最短路径长度；
[0023]
遍历各节点，找到没有确定最短路径长度的传感器节点i，令flag[i]为真；检查所有邻接自传感器节点i的节点，当传感器节点j的flag值为假，则更新从报警节点出发到传感器节点的dist信息；
[0024]
循环遍历过程，直至确定所述报警节点到各个节点的最短路径长度；将计算得到的从报警节点出发到其他各个传感器节点之间的最短路径长度为dist[n]＝[d1,d2,
…
,dn]。
[0025]
优选的，将所述最短路径长度映射为报警置信度增量，包括：
[0026]
通过烟雾传感器的标准安装间距δd结合标准化公式xi＝di/δd对所述最短路径长度进行标准化处理，获取标准化之后的最短路径长度x＝[x1,x2,
…
,xn]；其中，i＝1，2，
…
，n；
[0027]
根据公式pi＝exp(-xi)/(exp(-x1) exp(-x2)
…
exp(-xn))获取报警置信度增量pi。
[0028]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0029]
1、本发明通过考虑目标区域内多个烟雾传感器的协同报警信号实现对于传感器误报情况的有效区分，相比只考虑单个节点的报警，本发明可显著提升系统对于火灾的识别准确率，降低系统维护成本。
[0030]
2、本发明通过建立空间拓扑模型简化火灾烟雾扩散过程，只需测定空间中相邻节点的欧氏距离即可计算出任意两个传感器节点之间的最短路径距离，进而求解出从源节点出发的累计报警置信度。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]
图1为本发明多传感器协同报警的火灾监测方法的工作步骤示意图；
[0033]
图2为本发明模拟的实际场景中烟雾传感器部署情况示意图；
[0034]
图3为本发明构建的火灾烟雾扩散过程的空间拓扑模型示意图；
[0035]
图4为本发明单节点发生报警后报警置信度增量结果示意图。
具体实施方式
[0036]
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
请参阅图1，本发明第一方面实施例提供了一种多传感器协同报警的火灾监测方法，包括：
[0038]
s101：记录在目标区域内部部署的所有传感器节点，并构造与火灾烟雾扩散相关的通道口节点；其中，目标区域为火灾监测区域；
[0039]
s102：基于若干传感器节点和通道口节点构建火灾烟雾扩散过程的空间拓扑模型，并测量空间中相邻节点间的欧氏距离；
[0040]
s103：给定报警节点，结合路径计算算法计算报警节点到其他各传感器节点之间的最短路径长度；其中，路径计算算法包括dijkstra算法；
[0041]
s104：将报警节点与其他各传感器节点之间的最短路径长度映射为报警置信度增量，结合设置的报警置信度阈值实现火灾监测。
[0042]
请参阅图2，本发明申请中对目标区域内部署的若干传感器节点和若干通道口节点进行识别标记，包括：
[0043]
记录目标区域中烟雾传感器的位置作为传感器节点，并标记为s＝[s1，s2，
…
，sn]；以及根据建筑内部结构构造与火灾烟雾扩散有关的通道口节点，并标记为g＝[g1，g2，
…
，gm]。
[0044]
由于大型建筑内部署的烟雾传感器节点往往达到几十上百个，为实现对于火灾烟雾扩散的有效监测，需要记录在相对密闭的区域内每个传感器节点在建筑中的大致位置，将其编号为s＝[s1，s2，
…
，sn]。
[0045]
对于任意两个传感器节点，需要考虑火灾烟雾扩散的难易程度。由于建筑内部结构的多样性，相邻两传感器节点之间可能因存在某种障碍导致烟雾无法直接通过，因此需要构造在相关区域内与火灾烟雾扩散有关的通道口节点，将其编号为g＝[g1，g2，
…
，gm]。
[0046]
图2为为本发明申请模拟的实际场景中烟雾传感器部署情况示意图，其中灰色节点为该区域内部署的烟雾传感器节点，黑色节点为构造的与火灾烟雾扩散相关的通道口节点。
[0047]
请参阅图3，根据传感器节点和通道口节点的空间相对位置构建与烟雾扩散过程有关的空间拓扑模型，包括：
[0048]
绘制传感器节点和通道口节点的空间相对位置；同时确定报警节点、孤立节点以及普通节点；绘制报警节点、孤立节点和普通节点之间的流向边，生成空间拓扑模型；其中，流向边包括单向边和双向边。
[0049]
在给定所有传感器节点、所有通道口节点和报警节点的前提下构建有关火灾烟雾扩散过程的空间拓扑模型，具体步骤如下：
[0050]
1、绘制所有传感器节点和通道口节点的空间相对位置；
[0051]
2、对于空间中直接相邻的两个节点，可分为以下三种情况：
[0052]
1)两个节点中其中一方为报警传感器节点，如节点s1和节点g1。以报警节点s1为源点，另一节点g1为终点绘制单向边；
[0053]
2)两个节点中其中一方无其他直接相邻节点，如节点s2和节点g2。以孤立节点s2为终点，另一节点g2为源点绘制单向边；
[0054]
3)其他情况，如节点g1和节点g2。两个节点均可作为源点和终点，在节点之间绘制双向边。
[0055]
本发明申请中在生成空间拓扑模型之后，测量空间中相邻节点的欧式距离，包括：
[0056]
确定原始节点，与原始节点相邻的作为目标节点；在原始节点通过激光测距仪向目标节点发射脉冲激光束，再由光电元件接收目标节点反射回来的脉冲激光束；将发射和接收脉冲激光束的时间差作为原始节点和目标节点之间的欧式距离；测定相邻节点之间的欧式距离并保存为二位数组。
[0057]
激光测距仪是利用调制激光的某个参数对目标距离进行准确测定的仪器。在实际工作时，通过向目标发射脉冲激光束，再由光电元件接收目标反射回来的脉冲激光束，之后计算从发射到接收的时间差即可准确度量测距仪到目标之间的欧氏距离。
[0058]
针对图3空间拓扑模型中的两个相邻节点测定其间距离并将结果保存在二维数组中，将其记做：
[0059][0060]
其中，每一行表示源点，每一列表示终点，|g1s1|表示从节点g1出发到节点s1的欧氏距离，若值为0则表示不存在直接相连的传播路径。
[0061]
本发明申请中基于dijkstra算法计算报警节点到其他各传感器节点之间的最短路径长度，包括：
[0062]
创建并初始化数组flag[n m]，标记各传感器节点是否找到最短路径；以及dist[n m]，记录报警节点到其他各传感器节点的最短路径长度；遍历各节点，找到没有确定最短路径长度的传感器节点i，令flag[i]为真；检查所有邻接自传感器节点i的节点，当传感器节点j的flag值为假，则更新从报警节点出发到传感器节点的dist信息；循环遍历过程，直至确定报警节点到各个节点的最短路径长度；将计算得到的从报警节点出发到其他各个传
感器节点之间的最短路径长度为dist[n]＝[d1,d2,
…
,dn]。需要注意的是，目标区域中烟雾传感器的位置作为传感器节点共n个，建筑内部结构构造与火灾烟雾扩散有关的通道口节点共m个。
[0063]
通过上述步骤，可以得知从某一节点i出发到达其他各个邻接节点j的欧氏距离dij，下面需要计算从报警节点出发到其他各个传感器节点之间的最短路径长度，通过dijkstra算法实现：
[0064]
1、创建并初始化两类数组信息：
[0065]
1)flag[n m]：用于标记各个传感器节点是否已找到最短路径。初始化报警节点的标记为真、除报警节点以外其他各个节点的标记为假；
[0066]
2)dist[n m]：用于记录从报警节点到其他各个节点已知的最短路径长度。初始化报警节点的最短路径长度为0、与报警节点直接相连的节点最短路径长度为到报警节点的欧氏距离、其他各个节点的最短路径长度为无穷大。
[0067]
2、遍历各个节点，找到还没有确定最短路径长度即flag值为假且dist最小的节点i，令flag[i]为真；
[0068]
3、检查所有邻接自节点i的节点，若其中某个节点j的flag值为假，则更新从报警节点出发到该节点的dist信息，更新方式如下：
[0069]
若从报警节点到节点i的已知最短路径长度加上从节点i到节点j的欧氏距离小于从报警节点到节点j的已知最短路径长度，则表明找到了从报警节点到节点j的更短路径，更新节点j的dist为从报警节点到节点i的已知最短路径长度加上从节点i到节点j的欧氏距离，否则无需更新节点j的dist信息，即：dist[j]＝min{dist[i] dij,dist[j]}；
[0070]
4、循环步骤2和3，直至确定到各个节点的最短路径长度。
[0071]
设最终计算得到的从报警节点出发到其他各个传感器节点之间的最短路径长度为：dist[n]＝[d1,d2,
…
,dn]。
[0072]
本发明申请中将最短路径长度映射为报警置信度增量，包括：
[0073]
通过烟雾传感器的标准安装间距δd结合标准化公式xi＝di/δd对最短路径长度进行标准化处理，获取标准化之后的最短路径长度x＝[x1,x2,
…
,xn]；其中，i＝1，2，
…
，n；根据公式pi＝exp(-xi)/(exp(-x1) exp(-x2)
…
exp(-xn))获取报警置信度增量pi。
[0074]
根据上一步可获得从报警节点出发到其他各个传感器节点之间的最短路径长度dist[n]＝[d1,d2,
…
,dn]。
[0075]
根据烟雾传感器标准安装间距δd＝7.5m将从报警节点出发到其他各个传感器节点之间的最短路径长度进行标准化：xi＝di/δd；得到标准化后的从报警节点出发到其他各个传感器节点之间的最短路径长度x＝[x1,x2,
…
,xn]。
[0076]
将到对应节点的最短路径长度映射为该节点发生报警后的报警置信度增量，具体计算公式为：pi＝exp(-xi)/(exp(-x1) exp(-x2)
…
exp(-xn))。
[0077]
考虑拓扑模型简化后只存在两个节点的情况，标准化后的最短路径长度和单节点发生报警后报警置信度增量关系如图4所示。
[0078]
经测试，当两个节点相隔较近时，单个源节点传感器发生报警后系统报警置信度增量较小，而只有当多个节点同时发生报警时系统报警置信度才可能大于所设定的阈值，之后系统才会报警，避免了因单个传感器误报导致系统整体识别准确率低的情况发生。
[0079]
当两个节点相隔较远时，单个源节点传感器发生报警后系统报警置信度增量较大，将超过所设定的报警阈值，系统将立即进行报警，确保了在某片区域发生火灾时，只存在单个孤立传感器的条件下系统也能够及时进行报警。缺点是如果该孤立传感器节点发生误报，将难以确定对应区域是否真正发生火灾。
[0080]
得益于以上分析，在实际生产实践中，应尽量减少相邻烟雾传感器部署位置相隔过远的情况发生，确保能够通过多传感器协同报警的方法确定对应区域内是否真正发生火灾，进而显著提升系统报警的准确率，降低后期人工维护系统的成本。
[0081]
上述公式中的部分数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集的大量数据经过软件模拟得到最接近真实情况的一个公式；公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。
[0082]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。