一種火災火源位置及強度估計方法及系統技術方案

本發明專利技術提出一種火災火源位置及強度估計方法，包括：將建筑結構所在區域劃分為多個分區；記錄每個分區的靜態結構信息和動態結構信息，檢測環境參數以獲取火災監測信息并發送至計算存儲裝置；計算存儲裝置共享本區的火災監測信息、靜態結構信息和動態結構信息，根據靜態結構信息和動態結構信息模擬預測不同火源強度下的火災模擬信息，對本區與鄰區構成的成對分區間的火源位置和強度進行局部估計；多個分區的計算存儲裝置協同處理多個局部估計值以獲得火源位置和強度的全局估計值。本發明專利技術還提出了一種火災火源位置及強度估計裝置。本發明專利技術采用分布式控制結構，提高了火源位置及強度估計系統的計算效率、魯棒性及可擴充性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及建筑安全保障領域，特別涉及一種火災火源位置及強度估計方法及系統。
技術介紹
建筑火災一直以來都是嚴重威脅人們生命、財產的重要災害之一。現代建筑的復雜結構使得火災具有隱蔽性、突發性等特點，為疏散和消防帶來一定困難。因此盡早感知火源信息對火災應急救援的開展有著重要的現實意義。傳統的火災監測系統單純依靠建筑物內的探測系統，一旦探測的物理值超過閾值就觸發火災警報。這種僅能輸出報警信號的火 災監測系統存在眾多的弊端，亟待改進。若利用相關的傳感技術、火災蔓延模型能夠在火災發生時及時準確的給出火源位置、火源的強度及發展的速率、并在火災發展的過程中根據傳感器數據，對火災的狀態(火源位置、強度等)進行及時的更新，將會大大提高逃生、滅火等應急響應的效率。現有技術中，采用基于火源估計信息的火災態勢評估與疏散支持方法。但是，利用探測信息對火源位置、特別是強度進行估計，并對其狀態進行實時更新上還沒有成熟的解決方案。以下是幾種現有的火災檢測、火源估計技術( I) 一種傳感器驅動的火源反算方法，利用頂棚不同位置的溫度測量值，通過反解頂棚射流溫度與火源位置強度的解析關系式對火源位置和強度進行估計。然而，由于該解析關系在對流和輸運較強的多房間火災中有較大誤差，該方法主要應用于單房間火災。在多房間火災情形下需要基于已知的火源位置對火源強度進行估計。(2)用優化方法對多房間火災火源進行估計，通過使探測器的測量值同火災蔓延模型的模擬值達到最佳匹配得到最優的火源位置和強度的估計值。然而，優化方法僅能提供一個最優解，不能提供實際中人們關心的某個區域的情況。此外，優化方法通常無法直接考慮探測器測量誤差和火災模型誤差，需要采用擾動方法模擬多次，效率不高。(3)—種基于貝葉斯理論和蒙特卡洛抽樣的火源反演方法，該方法考慮探測誤差和模擬誤差對火源位置及強度同時進行估計，并給出相應的概率分布。然而，該火源估計方法基于集中式結構，所有傳感器信息都將傳輸到中央控制器上進行處理。同時，方法中應用的火災模型同樣基于整個建筑結構。這種集中式結構應用在大型建筑中時不可避免的增加了傳輸、處理的信息量，增大了火災模型的尺寸，因而提高了算法復雜度，降低了計算效率。同時，集中式結構的抗災能力較差，一旦中央控制器出現故障系統將無法正常工作。此外，該方法未能考慮通風狀態的動態變化對火災模型模擬結果的影響，增加了模擬結果的不確定性。(4)通過利用ZIgbee陣列對火災進行監測，實現在單個區域內的火災火源位置估計，但該方法不能在整個建筑范圍對火災進行定位，同時由于該方法未使用相應的火災模型，不能夠對火災強度、火災發展態勢等進行估計，而僅僅能夠通過傳感器信息給出溫度場、煙霧場的描述。(5)通過結合探測器的測量值和災害蔓延模型生成的模擬值，并使用擴展卡爾曼濾波方法對某一區域內諸如火災、煙氣、化學物質等災害的實時蔓延進行估計。該方法可以在集中式或分布式系統中實現，能夠輸出火災、煙氣當前或未來分布狀態的估計，在某些情況下還可以對包括火源位置及強度在內的火源狀態進行估計。然而，由于狀態空間的高維性、火災模型的高度非線性以及建筑結構的動態特性和不確定性，在建筑火災煙氣狀態估計問題中應用擴展卡爾曼濾波方法存在著一些困難。因此，一種基于局部推斷和全局概率綜合的新的分布式火源位置、強度估計方法將被提出，該方法在配置及計算上具有較低的復雜度，同時能夠以一種可靠的方法處理動態的建筑結構信息。
技術實現思路
本專利技術的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一。 為此，本專利技術的第一個目的在于提出一種火災火源位置及強度估計方法，提高火源位置及強度估計系統的計算效率、魯棒性及可擴充性，并使火災模型能夠反映實際通風狀態。本專利技術的第二個目的在于提出一種火災火源位置及強度估計系統。為達到上述目的，本專利技術第一方面的實施例提出了一種火災火源位置及強度估計方法，包括以下步驟將建筑結構所在區域劃分為多個分區，其中，每個所述分區內設置有多個監測裝置和計算存儲裝置，所述多個分區的所述計算存儲裝置組成分布式網絡；在每個所述分區中，利用所述計算存儲裝置記錄所屬分區的靜態結構信息和動態結構信息，以及利用所述多個監測裝置檢測所屬的分區內的多個環境參數以獲取火災監測信息，并將所述火災監測信息發送至所述計算存儲裝置；每個所述計算存儲裝置與對應的鄰區的所述計算存儲裝置進行通信以共享本區的火災監測信息、靜態結構信息和動態結構信息，并根據所述靜態結構信息和所述動態結構信息模擬預測不同火源強度下的火災模擬信息，以及根據所述火災模擬信息和所述火災監測信息對本區與所述鄰區構成的成對分區間的火源位置和強度進行局部估計，以生成局部估計值；所述多個分區的所述計算存儲裝置協同處理多個所述局部估計值以獲得所述建筑結構所在區域的火源位置和強度的全局估計值。根據本專利技術實施例的火災火源位置及強度估計方法，通過采用分布式控制結構，充分利用現代的傳感、通信、計算、決策等技術，為建筑內火源位置及強度的估計提供了切實可行的解決方案，提高了火源位置及強度估計系統的計算效率、魯棒性及可擴充性。本專利技術得到的火源位置及強度信息可用于建立火災模型，可以對未來一段時間內火災的蔓延趨勢進行模擬預測，為消防及疏散提供前瞻性的指導與幫助。本專利技術不僅對建筑火災火源位置、強度估計具有重要作用，還可被用于估計室外空間靜止或移動的火源位置及強度。在本專利技術的一個實施例中，所述火災監測信息包括溫度、煙霧濃度、氣體濃度、火光強度和火焰輻射強度中的一種或多種。在本專利技術的一個實施例中，所述靜態結構信息包括所述分區的布局和尺寸；所述動態結構信息包括所述分區內的門和/窗的開關狀態和開口面積。在本專利技術的一個實施例中，所述每個分區對火災發生在本所述分區的可能性及強度進行局部估計，包括所述計算存儲裝置將所述火災模擬信息和所述火災監測信息進行對比，計算所述本區與對應的鄰區的火源位置及強度的相對概率比值。在本專利技術的一個實施例中，采用非線性估計算法計算所述本區與對應的鄰區的火、源位置及強度的相對概率比值。在本專利技術的一個實施例中，所述獲得所述建筑結構所在區域的火源位置和強度的全局估計值，包括如下步驟所述計算存儲裝置根據每個分區的本區與對應的鄰區的火源位置及強度的相對概率比值獲取所述每個分區的火源位置概率變量和強度概率變量，并根據所述火源位置概率變量和強度概率變量構成的線性方程組進行迭代求解得到所述全局估計值。在本專利技術的一個實施例中，所述獲得所述建筑結構所在區域的火源位置和強度的全局估計值，包括如下步驟所述計算存儲裝置根據每個分區的本區與對應的鄰區的火源位置及強度的相對概率比值獲取所述每個分區的火源位置概率變量和強度概率變量，并對所述火源位置概率變量和強度概率變量構成的線性方程組采用基于網絡生成樹的算法進行求解得到所述全局估計值。本專利技術的第二方面的實施例提出了一種火災火源位置及強度估計系統，包括多組估計設備，其中，每組估計設備分別設置在建筑結構所在區域的一個分區內，其中，每組估計設備包括多個監測裝置，其中，所述多個監測裝置分別設置在所述分區內的多個位置處，每個監測裝置分別檢測所屬的分區內的多個環境參數以獲取火災監測信息；計算存儲裝置，所述計算存儲裝置分別與所述多個監測裝置相連，記錄所屬分區的靜態結構信息和動態結構信息，并本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種火災火源位置及強度估計方法，其特征在于，包括如下步驟：將建筑結構所在區域劃分為多個分區，其中，每個所述分區內設置有多個監測裝置和計算存儲裝置，所述多個分區的所述計算存儲裝置組成分布式網絡；在每個所述分區中，利用所述計算存儲裝置記錄所屬分區的靜態結構信息和動態結構信息，以及利用所述多個監測裝置檢測所屬的分區內的多個環境參數以獲取火災監測信息，并將所述火災監測信息發送至所述計算存儲裝置；每個所述計算存儲裝置與對應的鄰區的所述計算存儲裝置進行通信以共享本區的火災監測信息、靜態結構信息和動態結構信息，并根據所述靜態結構信息和所述動態結構信息模擬預測不同火源強度下的火災模擬信息，以及根據所述火災模擬信息和所述火災監測信息對本區與所述鄰區構成的成對分區間的火源位置和強度進行局部估計，以生成局部估計值；所述多個分區的所述計算存儲裝置協同處理多個所述局部估計值以獲得所述建筑結構所在區域的火源位置和強度的全局估計值。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳楠，楊銳，張輝，喬利鋒，姜子炎，薩蒂什·納拉亞南，
申請(專利權)人：清華大學，聯合技術公司，
類型：發明
國別省市：