采用信息融合技術的消防報警系統(tǒng)

摘要:介紹了多傳感器信息融合消防報警系統(tǒng)，包括火災探測和消防管理兩部分。根據(jù)“一點發(fā)現(xiàn)，多點求證”的原則，利用多傳感器的不同性質(zhì)，進行多級別、多方面處理，得到更可靠、更準確的結論。并結合消防管理規(guī)則，構建了具有自動化指揮的消防報警系統(tǒng)。采用信息融合技術的消防報警系統(tǒng)/文/吳蓉

關鍵詞:消防管理;多傳感器;數(shù)據(jù)融合;火災監(jiān)瀏;報警
一、引言

在社會財富不斷積累和人民生命價值不斷提高的今天，如何防止火災對社會財富和人民生命安全造成危害已成為當前社會管理者的一大課題?；馂膱缶缆?lián)動控制系統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)、系統(tǒng)設計和工程施工很快成為一個新的熱門行業(yè)。傳統(tǒng)的消防報警控制系統(tǒng)正朝著高度智能化方向發(fā)展，其共同特點是系統(tǒng)運行可靠性高、誤報率低、自動化程度高。其中信息融合技術正是體現(xiàn)了這樣一種高度智能化特點，它是將來自系統(tǒng)的多源信息加以智能化合成，產(chǎn)生比單一信息源更精確、更完全的估計和判斷。它不但可以克服單傳感器的不穩(wěn)定性和局限性，而且可以更全面、更準確地掌握系統(tǒng)信息。

二、多傳感器數(shù)據(jù)融合的消防報警模型

具有火災探測功能的傳感器種類很多:煙霧傳感器、溫度傳傳感器、火焰感光傳感器、氣體傳感器和復合型火災探測器等。在選擇火災傳感器時，應根據(jù)探測區(qū)域可能發(fā)生火災的原因，火災產(chǎn)生的特征來確定傳感器的類型。比如:在加油站(或油庫)可選擇紅外線傳感器，它對煙頭(或能引起油庫起火的火星)較敏感。由于物體在燃燒時一般都伴有煙、光、溫升、擴散輻射和異常氣味等綜合現(xiàn)象發(fā)生，利用多種傳感器各自特點、使用范圍、精度以提供局部現(xiàn)象和信息，再加以綜合做出準確的判斷，可以為決策者提供較準確的信息。

多傳感器融合的火災探測是充分利用不同時間與空間的多模態(tài)信息，采用人工智能技術，對按時序獲得的多模態(tài)觀測信息在一定準則下加以自動分析、優(yōu)化綜合和使用，獲得對被測對象的一致性解釋與描述，從而完成所需的決策和估計任務，得到更可靠、準確的結論，使系統(tǒng)獲得比它的各組成部分更優(yōu)越的性能。它必須對來自多傳感器的數(shù)據(jù)進行多級別、多方面、多層次的處理，從而產(chǎn)生新的有意義的信息，而這種信息是任何單一傳感器所無法獲得的。多傳感器融合消防報警模型如圖1所示。

圖1多傳感器數(shù)據(jù)融合的消防報警模型

在圖1中，多個傳感器對同一區(qū)域進行監(jiān)測，得到一組被檢測區(qū)域的特征量，將這些特征量通過處理器處理，提取其中的狀態(tài)，在融合處理中心根據(jù)一定的融合算法，對多傳感器進行處理，得到一個較為準確的處理結果。從處理對象的層次上來分，多傳感器數(shù)據(jù)融合可分為:原始級融合、特征級融合和決策級融合3個層次。原始數(shù)據(jù)級(又稱像素級)的融合是最低層次的融合，是在采集到的傳感器的原始信息層次上(未經(jīng)處理或只做很小的處理)進行融合，在各種傳感器的原始測報信息未經(jīng)預處理之前就進行信息的綜合和分析。其優(yōu)點是保持了盡可能多的火災信息，其缺點是處理的信息量大，所需時間長，實時性差。

特征級融合屬于中間層次，兼顧了像素級和決策級的優(yōu)點。它利用從傳感器的原始信息中提取的特征信息進行綜合分析和處理。一般說來，提取的特征信息應是像素信息的充分表示量或充分統(tǒng)計量，然后按特征信息對傳感器數(shù)據(jù)進行分類、聚集和綜合，包括對火災狀態(tài)信息的分析和火災特性分析。它的優(yōu)點在于實現(xiàn)了信息壓縮，有利于實時處理并提取其中的特征信息。

決策級融合的優(yōu)缺點正好與原始級相反，是在高層次上進行的，融合的結果為決策者提供依據(jù)。決策級融合的優(yōu)點是:具有很高的靈活性，系統(tǒng)對信息傳輸帶寬要求較低;能有效地融合反映被監(jiān)測區(qū)各個側(cè)面的不同類型信息，具有很強的容錯性;通信容量小，抗干擾能力強;對傳感器的依賴性小，傳感器可以是異質(zhì)的;融合中心處理代價低。

1.信息融合的算法

在實際的消防報警系統(tǒng)中，由于各單傳感器的類型不同、特點不同以及各單傳感器所獲得的觀測維不同等原因，相應的預測模型也就不同，但與此同時多個傳感器的狀態(tài)向量中又往往具有公共的向量元素，即公共維。所以，在進行融合處理算法時，一般有以下一些方法:

(1)基于加權平均法參數(shù)估計的目標識別融合;

(2)基于**后驗概率的目標識別融合;

(3)基于不確定理論的目標識別融合;

(4)神經(jīng)網(wǎng)絡方法;

(5)基于知識和規(guī)則的方法;

(6)基于SVM理論的目標識別融合法;

(7)基于遺傳算法的融合;

(8)表決法;

(9)粗糙集理論;

(10)多尺度數(shù)據(jù)融合法。

2.多傳感器信息融合報勢系統(tǒng)的優(yōu)點

多傳感器信息融合的消防報警系統(tǒng)與單傳感器數(shù)據(jù)相比有很多優(yōu)點。除了將同源數(shù)據(jù)進行組合而得到統(tǒng)計上的優(yōu)勢之外，使用多種傳感器可以提高精度。多傳感器數(shù)據(jù)融合還有許多優(yōu)點，包括:可以提高報警信息的可信度;可以提高系統(tǒng)的可靠性;可以減少獲得相同信息的代價;可以減少火災信息獲取時間，加快對火災信息處理速度。

三、信息融合技術在消防管理中的運用

把多傳感器的信息融合技術與消防管理相結合，可以實現(xiàn)消防指揮數(shù)字化，兵力調(diào)動優(yōu)先化，資源使用合理化。消防信息管理技術旨在綜合利用數(shù)據(jù)庫技術、圖形顯示技術，實現(xiàn)火災自動報警系統(tǒng)的信息管理。該系統(tǒng)適用于各種不同類型的火災自動報警系統(tǒng)，是今后消防報警控制系統(tǒng)的重要的發(fā)展方向。消防信息管理技術的功能主要有:

(1)具有對突發(fā)火警快速顯示定位、分析和響應的能力;

(2)可同時并發(fā)處理多起火警;

(3)數(shù)字化多幅地形圖和組織錄人;

(4)支持多種網(wǎng)絡協(xié)議和網(wǎng)絡操作系統(tǒng);

(5)支持多種數(shù)據(jù)格式，具有快速處理、顯示和分析大型數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)集合能力;

(6)具有數(shù)據(jù)交互能力，能方便對原有數(shù)據(jù)的編輯修改;

(7)具備高水準的地理網(wǎng)絡分析功能，能根據(jù)報警點位置，給出到達火災現(xiàn)場**路徑，確定火災現(xiàn)場最近消防栓、水源以及周圍重點保護單位等;

(8)能提供智能決策，根據(jù)著火點情況以及當時氣候條件，提供滅火預案以及火情分析預測等。

整個系統(tǒng)的設計結構框圖如圖2所示。

圖2綜合化消防管理系統(tǒng)

其中，多媒體工作站主要功能是控制大屏幕顯示及各種聲光報警、錄音記錄等。根據(jù)多傳感器數(shù)據(jù)融合分析結果，采用雙屏控制技術實現(xiàn)圖文分屏顯示。前臺工作站分為接警工作站和業(yè)務工作站。按業(yè)務關系授權人網(wǎng)權限接警工作站通過通信控制器連人城市電話公共網(wǎng)。接受火警電話，啟動系統(tǒng)進人火警受理指令作業(yè)模式，同時與各消防中隊相連，實現(xiàn)對消防中隊的實時調(diào)度管理。

信息數(shù)據(jù)庫包括火警受理指令數(shù)據(jù)庫和消防地理信息數(shù)據(jù)庫?；鹁芾碇噶顢?shù)據(jù)庫包括消防實力情況、氣象數(shù)據(jù)、高層建筑情況以及危險品存放記錄等有關非空間數(shù)據(jù)。消防地理信息數(shù)據(jù)庫應能根據(jù)實戰(zhàn)要求提供4級消防地圖、廣域消防地圖、接警消防地圖、滅火戰(zhàn)區(qū)地圖和滅火預案圖，每份地圖均應提供道路、水源、消防栓分布、單位位置等相關的空間數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)把空間數(shù)據(jù)庫技術與非空間數(shù)據(jù)庫技術結合起來，使得空間與非空間信息連為一體，為專家系統(tǒng)智能決策提供了保證。

專家智能決策系統(tǒng)采用基于模板和知識工程的火災情況分析，在數(shù)據(jù)庫知識與專家經(jīng)驗知識的支持下，通過對多傳感器融合信息數(shù)據(jù)進行分析，運用數(shù)據(jù)處理技術對當前火災情況作出判斷，并根據(jù)庫中的專家經(jīng)驗知識作出消防方案的預案。

四、結束語

多傳感器的信息融合技術早在20世紀中后期已展開研究，并在軍事領域得到廣泛的運用，而各種火災傳感器是消防報警系統(tǒng)的耳目，把信息融合技術運用到消防領域，可對監(jiān)測區(qū)域?qū)崿F(xiàn)更可靠、更準確的監(jiān)視。同時，把得到的準確的信息同消防指揮管理相結合，可以實現(xiàn)消防指揮自動化。因此，隨著計算機技術和通信技術的發(fā)展，信息融合技術在消防領域的應用會越來越廣泛。