淺析火災(zāi)信息處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

金文佳 侯緒龍 馬海波

（1.廊坊公安消防支隊(duì)，河北 廊坊 065000；2.順義公安消防支隊(duì)，中國(guó) 北京 101300）

隨著城市化進(jìn)程的加快，新材料、新工藝在建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而火災(zāi)造成的損失和影響越來(lái)越大。對(duì)火災(zāi)進(jìn)行“早期、迅速、準(zhǔn)確地探測(cè)”是火災(zāi)安全工程的關(guān)鍵技術(shù)之一，這就要求火災(zāi)報(bào)警器能在火災(zāi)發(fā)生初期及時(shí)探測(cè)出火情，并具有很高的探測(cè)靈敏度和很低誤報(bào)率[1]。

1 火災(zāi)信息處理技術(shù)的發(fā)展概述

19世紀(jì)90年代，閾值比較法最早成為在火災(zāi)探測(cè)信號(hào)處理算法。20世紀(jì)80年代，類(lèi)比判斷法應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)的是信號(hào)檢測(cè)。由于該法具有不能改進(jìn)的缺陷，20世紀(jì)90年代起，分布智能火災(zāi)探測(cè)信息處理算法逐步發(fā)展起來(lái)。

1.1 閾值比較法

火災(zāi)探測(cè)理論產(chǎn)生初期，由于人們對(duì)于火災(zāi)產(chǎn)物的特性了解不透徹，只能采用單個(gè)傳感器探測(cè)某個(gè)火災(zāi)產(chǎn)物參量。正常非火災(zāi)情況下參數(shù)的巔峰值被稱(chēng)為閾值，當(dāng)傳感器獲取參數(shù)值超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，這種判斷是否發(fā)生火災(zāi)的方法就是閾值比較法[2]。該法思路簡(jiǎn)明易懂，可用簡(jiǎn)單的硬件實(shí)現(xiàn)，適應(yīng)了當(dāng)時(shí)不發(fā)達(dá)的硬件技術(shù)。

1.2 類(lèi)比判斷法

類(lèi)比判斷法是將信號(hào)的特征處理過(guò)程采用完整的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行描述的系統(tǒng)法。該法利用火災(zāi)信號(hào)的明顯趨勢(shì)性和波形斜率，將火災(zāi)信號(hào)轉(zhuǎn)換為隨報(bào)警因素的變化的模擬量信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和判定火災(zāi)。該類(lèi)算法的程序是將采集的信號(hào)作為參數(shù)輸入數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行分析辨別，輸出分析結(jié)果，以此判別火災(zāi)或非火災(zāi)[2]。類(lèi)比判斷法主要分為火災(zāi)趨勢(shì)算法和斜率算法。

1.3 分布智能算法

模擬量數(shù)據(jù)處理技術(shù)存在很大的缺陷，無(wú)法得到改進(jìn)。而隨著智能信息處理技術(shù)不斷成熟，并與火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的結(jié)合，形成了火災(zāi)探測(cè)的分布智能算法[3]。目前，在智能化火災(zāi)探測(cè)報(bào)警采用的火災(zāi)探測(cè)信號(hào)處理方法有：統(tǒng)計(jì)檢測(cè)算法、模糊邏輯算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及它們的復(fù)合算法。

2 火災(zāi)信息處理技術(shù)的比較

2.1 閾值比較法

在各類(lèi)火災(zāi)探測(cè)信息算法中，閾值比較法是應(yīng)用最早的算法。早期的閾值比較法主要以電子電路和計(jì)算機(jī)硬件為基礎(chǔ)，根據(jù)報(bào)警要求設(shè)定一個(gè)固定閾值，只能進(jìn)行“火災(zāi)”與“非火災(zāi)”兩種判定方式。閾值比較法計(jì)算簡(jiǎn)便易行，反應(yīng)及時(shí)，但火災(zāi)探測(cè)報(bào)警易受環(huán)境背景信號(hào)影響，誤報(bào)率較高。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是：整體思路簡(jiǎn)單明了，采用這種方法的探測(cè)器模塊簡(jiǎn)單，在工程運(yùn)用中故障發(fā)生少，便于維護(hù)。缺點(diǎn)是：對(duì)環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力較弱，誤報(bào)率較高。

2.2 類(lèi)比判斷法

類(lèi)比判斷法是在閾值比較法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，運(yùn)用了更為復(fù)雜的分析計(jì)算和比較判斷。類(lèi)比判斷法以信號(hào)的趨勢(shì)變化為準(zhǔn)則，可以平滑過(guò)濾干擾信號(hào)，增加了一個(gè)“預(yù)報(bào)警”過(guò)程，從而提高了火災(zāi)探測(cè)報(bào)警的可靠性和穩(wěn)定性，降低了誤報(bào)率。趨勢(shì)算法雖然對(duì)信號(hào)幅值的變化趨勢(shì)很敏感，但無(wú)法定量確定信號(hào)變化趨勢(shì)的急劇程度，即對(duì)階躍信號(hào)不敏感，在某些情況下容易產(chǎn)生漏報(bào)。

2.3 分布智能算法

分布智能算法是火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能并行處理模擬量信號(hào)、有容錯(cuò)能力和環(huán)境自適應(yīng)能力等優(yōu)點(diǎn)。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法使系統(tǒng)具有了故障自診斷排除能力，并利用儲(chǔ)存信息和火災(zāi)特征進(jìn)行智能判斷，使火災(zāi)探測(cè)誤報(bào)率幾乎降低為零。但分布智能算法計(jì)算復(fù)雜，需要探測(cè)器提供大量原始信號(hào)參數(shù)和大容量的計(jì)算軟件精確過(guò)濾、分析、判斷火災(zāi)參數(shù)，對(duì)技術(shù)水平要求高。

3 火災(zāi)信息處理技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代信號(hào)處理方法的發(fā)展推動(dòng)了火災(zāi)探測(cè)信號(hào)處理算法的發(fā)展，用這些方法開(kāi)發(fā)的火災(zāi)探測(cè)信號(hào)處理算法，成為當(dāng)前火災(zāi)探測(cè)信號(hào)處理算法研究的主要方向。

3.1 新的火災(zāi)信息處理算法的研究的采用

雖然智能信息處理技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用，但目前應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)信息處理的智能算法僅有模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。智能信息處理技術(shù)還有許多分支，包括：遺傳算法、混沌計(jì)算技術(shù)、分形計(jì)算技術(shù)等，它們?cè)诨馂?zāi)信息處理領(lǐng)域具有巨大的潛能尚未被開(kāi)發(fā)。火災(zāi)信息處理技術(shù)的房展方向應(yīng)逐步向最先進(jìn)的數(shù)據(jù)算法或幾種智能算法相結(jié)合而成的復(fù)合智能算法發(fā)展。

3.2 現(xiàn)有的火災(zāi)信息處理算法的改進(jìn)

雖然火災(zāi)信息處理技術(shù)發(fā)展的方向是智能化，但當(dāng)前的理論和硬件技術(shù)尚不足以支持智能算法在火災(zāi)探測(cè)信息處理領(lǐng)域的全面應(yīng)用。雖然傳統(tǒng)火災(zāi)信息處理算法不完善，但彼此之間卻有許多優(yōu)缺點(diǎn)可以互補(bǔ)。鑒于實(shí)際，較容易實(shí)現(xiàn)的火災(zāi)信息處理的發(fā)展方向是：在閾值比較法、類(lèi)比判斷法等簡(jiǎn)單的火災(zāi)信息處理算法的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)方案，綜合應(yīng)用成熟的火災(zāi)探測(cè)算法，發(fā)揮各自長(zhǎng)處構(gòu)成組合式或復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確探測(cè)火災(zāi)并構(gòu)成價(jià)格適中、誤報(bào)率極低具有使用價(jià)值的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

降低火災(zāi)損失的根本手段是不斷提高抑制火災(zāi)發(fā)生的能力，使科技為經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。百年來(lái)，國(guó)外對(duì)信息處理算法的研究取得了巨大成就，而國(guó)內(nèi)火災(zāi)探測(cè)信息處理技術(shù)的研究起步較晚，許多先進(jìn)算法研究尚未形成規(guī)模，制約了智能火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。國(guó)際上廣泛投入使用的閾值比較法、類(lèi)比判斷法以及簡(jiǎn)單的智能信息處理算法不同程度地存在缺陷，導(dǎo)致誤報(bào)和漏報(bào)火警。因此，研究先進(jìn)的智能信息處理技術(shù)，建立世界范圍的科研組織從事火災(zāi)信息處理技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，對(duì)各國(guó)的研究成果進(jìn)行融合和改進(jìn)，才能達(dá)到高精度的火災(zāi)探測(cè)，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)探測(cè)信息處理技術(shù)的跨越式發(fā)展。

［1］厲劍.火災(zāi)探測(cè)信號(hào)處理算法及其性能評(píng)估[D].大連:大連理工大學(xué),2005,10.

［2］陳南.火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)[M].北京:國(guó)際文化出版公司,2001,5.

［3］劉世良,潘一平.火災(zāi)多元復(fù)合探測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2000(7):11-17.