基于數(shù)據(jù)融合的電氣火災報警系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及火災報警系統(tǒng)，尤其是一種基于數(shù)據(jù)融合的電氣火災報警系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 信息融合技術，也可稱為多傳感器信息融合技術或數(shù)據(jù)融合技術，是對人腦綜合 處理復雜問題方式的功能模擬。其利用計算機技術按照一定準則對多時空傳感器采集到的 信息進行自動分析和優(yōu)化組合，從而得到對被檢測目標的一致性完整解釋與描述，完成所 需邏輯處理與決策。
[0003] 多源信息的多層次處理一般分為信息層融合、特征層融合和決策層融合。每一層 信息融合都對原始數(shù)據(jù)進行了一定程度的抽象。低層的信息融合對信息的抽象程度低；高 層的信息融合對信息的抽象程度高，因此對原始信息的細節(jié)要求就低（數(shù)據(jù)處理層次為： 數(shù)據(jù)-信息層融合-特征層融合-決策層融合）。
[0004] 火災是在時間和空間上失去人力控制并形成一定災害的燃燒過程?；馂陌l(fā)生的基 本條件是可燃物、助燃物、點火源以及三者之間的相互作用。助燃劑通常是指空氣中的氧 氣（或氧化劑），為了維持燃燒，可燃物要有一定的數(shù)量，其以固態(tài)、氣態(tài)和液態(tài)三種形態(tài)存 在。根據(jù)可燃性氣體在燃燒過程中與空氣不同的混合方式，可以分為預混燃燒和擴散燃燒。 預混燃燒是指可燃氣體與空氣均勻混合進行的燃燒；擴散燃燒是指可燃氣體在燃燒區(qū)一邊 與空氣混合一邊燃燒。而液態(tài)和固態(tài)是凝聚態(tài)物質，在受到外界加熱時，液體蒸發(fā)成可燃蒸 汽，固體發(fā)生熱分解（熔化、蒸發(fā)）析出可燃氣體，從而發(fā)生氣相擴散燃燒。
[0005] 凝聚態(tài)物質在發(fā)生燃燒時產(chǎn)生的可燃性氣體（〇)，4等）、顆粒直徑較大的分子團、 灰燼以及未完全燃燒的物質顆粒懸浮在空氣中，這些物質的直徑通常在〇.〇1 μπι左右，被 總稱為氣溶膠，同時也會產(chǎn)生離子直徑為〇. Ol~10 μm的液體或固體顆粒，即為煙霧?；?災是可燃物和助燃劑在滿足一定的條件下產(chǎn)生的強烈的化學反應，并在燃燒過程中伴有發(fā) 熱和發(fā)光的物理化學現(xiàn)象。此外還會產(chǎn)生燃燒波?；馂倪^程中產(chǎn)生的特殊現(xiàn)象與物質如氣 溶膠、煙霧、光、熱以及燃燒波等都被稱為火災參量，火災探測就是通過這些火災參量的測 量和分析，來確定火災的過程。
[0006] 根據(jù)火災燃燒過程的不同，可分為慢速陰燃、明火以及快速發(fā)展火焰等。陰燃是指 在稀疏物質或顆粒環(huán)境中進行的緩慢熱分解和氧化反應，能較長時間地自我保持或擴散， 并在條件允許的情況下轉化為明火或自行熄滅，是引發(fā)火災的重要因素；明火是指燃燒時 迸發(fā)出火焰并釋放出可燃氣體，從而進一步使燃燒擴散；快速發(fā)展火焰是指燃燒火焰的擴 散速度極快，這種情況通常發(fā)生在燃燒火焰周圍分布有大量的可燃氣體。
[0007] 由于火災早期特征狀態(tài)的不穩(wěn)定以及火災事件的偶然性，傳感器輸出信號x(t) 是事先未知或不能確定的信號，且由于外界環(huán)境如氣候、灰塵、濕度、電子噪聲等對x(t)的 影響，使得火災信號具有以下特征：（1)人們對火災表象十分清楚并能做出準確判斷與應 對，但若要用數(shù)字語言進行精確地表達卻十分困難；(2)以往的火災范例可以提供參考或 研宄；（3)通過聯(lián)想可以進行正確識別。因此，火災檢測相比于其他典型信號檢測來說是一 種十分困難的信號檢測問題。火災的檢測信號特征有以下特點：（1)可檢測到的火災信號 均為隨機信號，其統(tǒng)計特性隨時間或環(huán)境的改變而改變；（2)火災現(xiàn)象與正?，F(xiàn)象相比出 現(xiàn)的幾率很小，探測器基本上都是工作在正常情況下；（3)檢測環(huán)境中的噪聲特征與檢測 信號特征有時十分相似，因此很容易影響到辨識結果。雖然檢測火災特征信號x(t)比較困 難，但x(t)還是有一定的規(guī)律可循，或者說其還是表現(xiàn)出了火災發(fā)生的一些特點，如x(t) 的時間和頻譜特性，x(t) -般被認為是一種非平穩(wěn)隨機過程，用函數(shù)表達即為：
【主權項】
1. 一種基于數(shù)據(jù)融合的電氣火災報警系統(tǒng)，包括信息層、特征層和決策層，其特征在 于，還包括電弧檢測裝置，當電弧檢測裝置檢測到電弧信號時，將檢測到的電弧信號經(jīng)過信 號預處理裝置、信號傳輸裝置之后分別輸送給預警系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)的預警，同時啟動特征層 對傳感器采集的火災特征信號進行融合處理，當沒有電弧產(chǎn)生時，特征層實時采集信息層 的數(shù)據(jù)進行電氣火災的監(jiān)控；信息層由煙霧傳感器、溫度傳感器、CO氣體濃度傳感器和每 個傳感器連接的信號預處理器構成，特征層由神經(jīng)網(wǎng)絡特征器和模糊邏輯特征器并聯(lián)的方 式構成，每個傳感器將檢測到的火災特征信號經(jīng)信號預處理器處理后分別傳輸給神經(jīng)網(wǎng)絡 特征器和模糊邏輯特征特征器進行火災概率判斷，分別輸出火災概率Pl和P2,當Pl和P2 都大于0. 5時，信號不進入信息層，直接輸出報警信號，當Pl與P2都小于0. 5時，認為沒有 發(fā)生火災，信號不進入決策層，當Pl和P2其中一個大于或等于0. 5另一個小于或等于0. 5 時，則將火災概率Pl和P2送入決策層進行最后的火災辨識。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于數(shù)據(jù)融合的電氣火災報警系統(tǒng)，其特征在于，所述信 息層采用變化率檢測法，即：設被檢測信號經(jīng)離散化采樣后，信號的原始序列為X(n)，
，如果Yn>YTOW1，則a i= 0 ;本系統(tǒng)中i = 1，2, 3分別代表溫度、煙霧和 CO濃度傳感器得到的數(shù)據(jù)，按照以上方法依次對溫度、煙霧和CO濃度傳感器得到的數(shù)據(jù)進 行處理后：A = ai U a2 U a 3，當A = 1時，則表示多傳感器采集的多位數(shù)據(jù)中有一個或多個 數(shù)據(jù)發(fā)生了非平穩(wěn)的變化，此時將該組信息送入特征層進行特征提取，并進行最終的火災 判斷。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于數(shù)據(jù)融合的電氣火災報警系統(tǒng)，其特征在于，所述神經(jīng) 網(wǎng)絡融合器采用多層感知機神經(jīng)網(wǎng)絡。
4. 根據(jù)權利要求3所述的基于數(shù)據(jù)融合的電氣火災報警系統(tǒng)，其特征在于，所述多層 感知機由輸入層、隱含層和輸出層組成的前饋網(wǎng)絡，每一層由若干神經(jīng)元組成，權因子的調 整采用反向傳播學習算法，神經(jīng)網(wǎng)絡的層數(shù)為兩層，輸入節(jié)點為溫度、煙霧和CO氣體濃度 三個信號，輸入層為一個節(jié)點的火災概率，該兩層神經(jīng)網(wǎng)絡權值矩陣分別為wdP w 2，中間層 閾值矩陣為Θ，輸入向量為X，期望輸出為T，神經(jīng)網(wǎng)絡