[发明专利]一种火灾火源位置及强度估计方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及建筑安全保障领域，特别涉及一种火灾火源位置及强度估计方法及系统。

背景技术

建筑火灾一直以来都是严重威胁人们生命、财产的重要灾害之一。现代建筑的复杂结构使得火灾具有隐蔽性、突发性等特点，为疏散和消防带来一定困难。因此尽早感知火源信息对火灾应急救援的开展有着重要的现实意义。传统的火灾监测系统单纯依靠建筑物内的探测系统，一旦探测的物理值超过阈值就触发火灾警报。这种仅能输出报警信号的火灾监测系统存在众多的弊端，亟待改进。若利用相关的传感技术、火灾蔓延模型能够在火灾发生时及时准确的给出火源位置、火源的强度及发展的速率、并在火灾发展的过程中根据传感器数据，对火灾的状态（火源位置、强度等）进行及时的更新，将会大大提高逃生、灭火等应急响应的效率。现有技术中，采用基于火源估计信息的火灾态势评估与疏散支持方法。

但是，利用探测信息对火源位置、特别是强度进行估计，并对其状态进行实时更新上还没有成熟的解决方案。以下是几种现有的火灾检测、火源估计技术：

（1）一种传感器驱动的火源反算方法，利用顶棚不同位置的温度测量值，通过反解顶棚射流温度与火源位置强度的解析关系式对火源位置和强度进行估计。然而，由于该解析关系在对流和输运较强的多房间火灾中有较大误差，该方法主要应用于单房间火灾。在多房间火灾情形下需要基于已知的火源位置对火源强度进行估计。

（2）用优化方法对多房间火灾火源进行估计，通过使探测器的测量值同火灾蔓延模型的模拟值达到最佳匹配得到最优的火源位置和强度的估计值。然而，优化方法仅能提供一个最优解，不能提供实际中人们关心的某个区域的情况。此外，优化方法通常无法直接考虑探测器测量误差和火灾模型误差，需要采用扰动方法模拟多次，效率不高。

（3）一种基于贝叶斯理论和蒙特卡洛抽样的火源反演方法，该方法考虑探测误差和模拟误差对火源位置及强度同时进行估计，并给出相应的概率分布。然而，该火源估计方法基于集中式结构，所有传感器信息都将传输到中央控制器上进行处理。同时，方法中应用的火灾模型同样基于整个建筑结构。这种集中式结构应用在大型建筑中时不可避免的增加了传输、处理的信息量，增大了火灾模型的尺寸，因而提高了算法复杂度，降低了计算效率。同时，集中式结构的抗灾能力较差，一旦中央控制器出现故障系统将无法正常工作。此外，该方法未能考虑通风状态的动态变化对火灾模型模拟结果的影响，增加了模拟结果的不确定性。

（4）通过利用ZIgbee阵列对火灾进行监测，实现在单个区域内的火灾火源位置估计，但该方法不能在整个建筑范围对火灾进行定位，同时由于该方法未使用相应的火灾模型，不能够对火灾强度、火灾发展态势等进行估计，而仅仅能够通过传感器信息给出温度场、烟雾场的描述。

（5）通过结合探测器的测量值和灾害蔓延模型生成的模拟值，并使用扩展卡尔曼滤波方法对某一区域内诸如火灾、烟气、化学物质等灾害的实时蔓延进行估计。该方法可以在集中式或分布式系统中实现，能够输出火灾、烟气当前或未来分布状态的估计，在某些情况下还可以对包括火源位置及强度在内的火源状态进行估计。然而，由于状态空间的高维性、火灾模型的高度非线性以及建筑结构的动态特性和不确定性，在建筑火灾烟气状态估计问题中应用扩展卡尔曼滤波方法存在着一些困难。

因此，一种基于局部推断和全局概率综合的新的分布式火源位置、强度估计方法将被提出，该方法在配置及计算上具有较低的复杂度，同时能够以一种可靠的方法处理动态的建筑结构信息。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种火灾火源位置及强度估计方法，提高火源位置及强度估计系统的计算效率、鲁棒性及可扩充性，并使火灾模型能够反映实际通风状态。本发明的第二个目的在于提出一种火灾火源位置及强度估计系统。