基于多传感器数据融合技术的消防报警系统的探讨

基于多传感器数据融合技术的消防报警系统的探讨

赵莹黄腾

大象建筑设计有限公司

摘要：随着国内经济迅猛发展以及高层及超高层建筑的大量新建，这对火灾消防报警预警系统也提出了更高要求。本文结合笔者近年来对基于多传感器数据融合技术的消防报警系统方面的研究探讨经验，简要概述现代消防报警系统的总体发展状况，较为详细阐述基于多传感器数据融合技术的消防报警系统特征及应用情况，为今后该技术在消防报警系统的更好的应用提供参考。

关键词：多传感器；数据融合技术；消防报警系统；探讨

1概述

火灾，自古至今一直伴随着人类的发展而成为威胁人类社会安全的发展的最直接灾害之一。因此，火灾预防成为避免发生火灾的最主要也是最重要手段之一。随着人类进入工业革命之后，城镇化、城市化发展已初见端倪，此时的火灾报警系统应运而生。国内外的消防报警系统的发展历程大致可分为以下几大阶段。一是温感单一线制“一对一”消防报警系统阶段；即大致发展时间从十九世纪四、五十年代到二十世纪四、五十年代，受该时期的电子技术及相关技术的初步发展，仅仅通过发明简单的可靠性、稳定性及敏感性都不高的探测装置来测试判定周围环境温度同预设温度对比而设置的消防报警系统，且受“一对一”的影响，主要应用在重要的部门及部位的消防报警，未能大规模推广使用；这一阶段也使得人类对火灾的预防真正进入报警预警时代。二是温感多线制“多对一”消防报警系统阶段；即大致发展时间从二十世纪四、五十年代至八十年代，受该时期电子技术及相关专业技术的发展，已发明改进了原有在可靠度、稳定度及敏感度等性能方面都不太高的消防报警系统，即在可靠度、精确度以及敏感度等火灾报警性能都有大幅度的提高的多线制消防报警系统；但由于受当时科学技术的限制使得该报警系统仍显得非常复杂，其安装、维护成本高，因此亦未能大规模推广运用。三是多传感多线制“多对多”消防报警系统阶段；即大致发展时间从二十世纪八十年代至二十世纪末，受该时期电子微处理技术及相关专业技术的发展，极大的改变了消防报警系统的设计理念，特别是引进单片机作为核心的多线控制报警系统，且安装及维护成本有所降低，使得国内外在新建高层及超高层等大型公共建筑中开始推广，这也是消防报警系统第一次从个别逐渐走向大众生活的决定性的一步，使得人群聚集多的公共建筑火灾预防工作向前迈出了坚实一步。四是基于多传感器数据融合技术的复合智能消防报警系统阶段；主要时间段为本世纪伊始至今及正在研发改进的未来一段时间，通过采用多个传感器同一时间大量收集建筑内全部火灾发生前的各类有用信息，并经过多传感器数据融合技术对实时传汇信息进行处理，使得整个消防报警系统的准确度、可靠度及实时度达到99%以上的正确概率；对于现代社会高层及超高层等大型建筑存在体积大、楼层数量多、人员多且消防通道受城市拥堵影响极易造成不能随时畅通、存在大量可燃及易燃新型材料装饰、楼层高度过高使得常规消防设备的云梯无法能及且疏散难度极大的情况，采用基于多传感器数据融合技术的消防报警系统能够将火灾防控工作精度提高到新的高度，从而真正实现火灾预防的实时可控目的。

2系统特征及应用状况

2.1系统特征

单个传感器（英文：sensor）是具备能将实时收集的物理数据或化学数据实时转变为方便计算机信息系统可使用的光电信号功能的电子物理器物，简言之即其能将实时变量转成可计量的专业信息号码。多传感器数据融合技术（英文：Multi-sensordatafusiontechnology）类似于人的大脑对于所获信息的实时综合处理的能力的模仿，即人的大脑可以根据自身各种感官（如耳、鼻、嘴、眼等极其类似于一个个传感器）所感受到的东西（如声音、气味、味道以及画卷等类似于探知结果）再经过同自身的已有知识进行综合的判断而对已实时接收的信息予以正确判别。与（单个）传感器相比较而言，多传感器通过数据融合技术能够较为完整的完成从所待判断的环境实时探寻、测量、判断以及目标甄别等一系列动作；使得其较单个传感器在系统自身整体判定能力、整个系统的可靠度及稳定度、实时数据收集判定的真实度以及对实测环境的实时覆盖程度等方面具有明显的提高和完善。传感器数据融合即把各种各类传感器实时收集的局部数据进行综合总体处理，并通过计算机专用处理系统对收集的总体数据进行“去伪存真”处理，实时获取被实时监测环境的实时状况结果反馈，使得系统在决策等方面基于实时事实判断的正确性概率达到99%以上；根据数据融合具体特点分为以下几大类，一是根据同类传感器收集数据的同类数据处理称之为数据层次的融合，故其不可处理不同类的数据，具有一定的局限性；二是根据特征向量作为被监测环境所特有的数据特征称之为特征层次的融合，可通过该融合特点减少不必要的数据收集，避免出现“收集的多，错误的多”情况，达到“收集的少，错误随之减少”的减量数据收集同时提高数据准确度的状态；以及决策层次的融合三类。多传感器数据融合技术方法主要有两大类；一是随机类型的方法，包括最简便、最直接的加权平均融合方法；对于基础层实时传输数据进行“去伪存真”的卡尔曼滤波去冗余融合方法；高层次实时传输数据利用概率统计论处理的多贝叶斯估计融合方法以及其延伸的D-S证据推定方法；通过逻辑推理判断的产生式规则融合方法。二是人工智能类型的方法，包括对于采用一种多值逻辑即模糊逻辑，克服概率统计论推理所遇到的暂时无法解决的问题，使得其对收集传输的信息数据处理更加接近于人类的思维模式，通过多值逻辑推理及模糊集合方面的理论的各类专业演绎计算对各个命题等进行合一并类，实现数据融合的模糊逻辑推理的方法；通过模拟人类大脑神经网络实现多传感器数据融合的人工神经网络的方法。

2.2应用状况

由于多传感器数据融合技术较之单一传感器数据处理技术具有明显的优点，如容许错误率进一步减小、数据关联互补支撑判断性进一步增强、实时采集实时同步传输及实时同步处理性能明显提高以及安装维护成本明显降低的特征，使得基于多传感器数据融合技术广泛应用，特别是在消防报警系统里，直接推动消防报警系统从第三点进入第四代，并使得当前高层及超高层建筑等疏散困难地方、大型公共建筑人群聚集地方、存放易燃易爆物资的工厂企业内安装基于多传感器数据融合技术的消防报警系统成为必选，通过在上述地方逐一布设温度传感感应器、一氧化碳感应传感器以及烟雾传感器等，实时中央系统监控对汇总处理的数据按火灾报警、灾情类型、故障单独判别警示等情况予以具体清晰反馈，将可能的火灾防患于未然。

3结语

对于基于多传感器数据融合技术的消防报警系统在将多个传感器所获得的实时信息通过数据融合技术能够具有99%以上的正确判断概率，使得基于上述技术的消防报警系统具有前所未有的判断性能，由于每一个传感器对于所处环境判断的正确概率还存在依靠预先设定经验值及大量实时数据的积累而提高其准确性，还需进一步加大研究，进一步提高对单个处于实时环境的传感器的正确判断的概率。

参考文献：

[1]严怀成，黄心汉等.多传感器数据融合技术及其应用[J].传感器技术，2005年10期

[2]张宇.基于信息融合技术的消防报警系统[J].自动化技术与应用，2010年12期

[3]黄漫国，樊尚春等.多传感器数据融合技术研究进展[J].传感器与微系统，2010年3期

[4]刘鹏飞，赵陈等.基于多传感器信息融合技术的智能视频监控系统研究[J].电子测试，2011年4期