火灾报警系统中信息融合技术的分析及应用.docVIP

火灾报警系统中信息融合技术的分析及应用 　自上世纪八十年代以来，随着计算机技术的迅速发展和普及，火灾报警技术已经成为一门跨学科的综合信息处理技术，它以信息论、系统论为理论基础，涉及到数学、物理、机械、电子、传感、计算机及数字信号处理、模式识别和人工智能等学科与技术，是一门实用性很强的新兴技术。火灾报警的根本目的是获取火灾发生时的相关信息，并进行处理，达到及时准确报警的目的，但在火灾发生的过程中信息多，层次不一，如何对大量信息进行处理和综合利用是今后火灾报警技术需要重点研究的问题。　　　　　　2火灾报警中信息分类和综合利用　　　　2.1火灾报警中信息分类　　　　在火灾发生的过程中，可以利用的信息很多，下面对这些信息进行简单归类[1，2]。　　　　（1）温度：火灾发生的显著特点就是温度的异常变化，由于火灾发生时，释放大量的光和热，使周围的环境温度急剧升高。　　　　（2）火焰光谱：它主要由炽热微粒的光谱辐射和燃烧气体（主要是CO和CO2）的特征、辐射所构成。前者的光谱形态可用普朗克辐射定律作近似数学描述，后者的光谱则呈现为带状，且为燃烧火焰所特有。它比火焰中其它原子、分子或基团所发出的线状或带状光谱具有绝对大的辐射强度。以炽热微粒辐射信号进行火灾探测，若充分注意其光谱特征并加以利用，在某种程度上可识别环境中的相关干扰因素，提高探测的准确性。　　　　（3）气体浓度：在放热阶段，可燃气体大量释放，出现伴随更多的烟雾，但显然会受到气体本身的扩散速率及气体周围环境状态的影响。　　　　（4）其它信息：如燃烧音、火焰能量辐射、湿度等。　　　　以上几种信息是根据电机状态的物理特征来划分的，这只是对火灾中可用信息的一个很粗略分类。对这些信息的再作进一步处理之后还可以形成描述信息（如烟雾浓度的大、中、小）、逻辑型信息（温度高1、低0）等类型。这些信息从不同侧面、不同程度和不同层次反映了火灾发生的情况，如果能充分加以利用，就可以提高报警的准确度和可靠性。　　　　2.2火灾报警是一个信息综合利用的过程　　　　在实际过程中往往只是对火灾信息中的一种或几种进行多层次、多角度的分析和观察，从中提取有关火灾的物理特征，比如利用温度传感器对火灾信息进行特征提取，由于信号类型单一，能够提供的信息较少，因而很难作出准确的判断。但如果将火灾中的烟雾信号综合加以考虑，即同时利用感烟传感器采集火灾烟雾信息，那么就能对火灾进行相对较准确的判断。虽然有时利用一种信息可以判断火灾，但在许多的情况下得出的结果并不可靠。因此，在火灾报警中应充分利用各种信息，而不应仅局限于一种信息进行特征的提取与识别，因为从火灾判断的角度来看，任何一种信息都是模糊的、不精确的。任何一种诊断对象，单用一方面信息来反映其状态行为都是不完整的，只有从多方面获得关于同一对象的多维信息，并加以融合利用，才能对火灾进行更准确更可靠的监测。　　　　3基于信息融合的火灾报警技术　　　　3.1信息融合技术的背景和特点　　　　多源信息融合技术是一种将各种途径、任意空间、任意时刻上获取的信息作为一个整体进行综合处理的技术。虽然人类在社会实践中，一直都在自觉地把各种信息进行综合处理，但是将信息融合作为一门专门的技术进行研究，还只有二十年左右的历史，其最早应用于航空电子学上雷达目标识别问题，主要应用于军事、航天航空、遥感、机器人等领域，1988年美国国防部将它列为22项关键技术的第13项，英、法等国也先后投入大量的人力、物力进行研究。目前，信息融合技术研究主要集中于多传感器数据的融合，其逐渐推广并应用到智能制造、过程监测、设备的故障诊断、材料处理以及经济和人为系统等研究领域。　　　　多传感器信息融合之所以被广泛地研究是由于它与单一传感器信息利用相比具有如下特点[3，4]：　　　　（1）容错性。在单一传感器出现误差或失效的情况下，系统仍能正常可靠地工作。　　　　（2）互补性。各传感器除提供对象的共性反映外，还提供与各传感器本身有关的特性反映，因而利用信息融合就能实现不同传感器之间的信息互补，从而提高信息的利用率、减少系统认识的不正确性。　　　　（3）实时性。能以较少的时间获取更多的信息。大大提高系统的识别效率。　　　　3.2基于信息融合火灾报警的考虑　　　　3.2.1传统的单参量分析方法仍存在的难点　　　　（1）由于各种原因，产生一些和火灾发生时物理特征相似的虚假现象，概括起来有以下几种情况：①水蒸气，它的产生伴随着温度的升高和大量的“烟雾”；②吸香烟产生的烟雾和火灾产生的烟雾在粒谱特征上十分接近，感烟探测（特别是传统式的探测器）很难识别，常常引起误报；③打扫房间引起的灰尘；④使用空调和取暖设备，造成气温的剧烈变化；⑤电磁环境对感烟传感器的影响；⑥