采用信息融合技術的消防報警系統

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

關鍵詞:消防管理;多傳感器;數據融合;火災監瀏;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。火災報警消防聯動控制系統的產品生產、系統設計和工程施工很快成為一個新的熱門行業。傳統的消防報警控制系統正朝著高度智能化方向發展，其共同特點是系統運行可靠性高、誤報率低、自動化程度高。其中信息融合技術正是體現了這樣一種高度智能化特點，它是將來自系統的多源信息加以智能化合成，產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定性和局限性，而且可以更全面、更準確地掌握系統信息。

二、多傳感器數據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，應根據探測區域可能發生火災的原因，火災產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象發生，利用多種傳感器各自特點、使用范圍、精度以提供局部現象和信息，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信息，采用人工智能技術，對按時序獲得的多模態觀測信息在一定準則下加以自動分析、優化綜合和使用，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，使系統獲得比它的各組成部分更優越的性能。它必須對來自多傳感器的數據進行多級別、多方面、多層次的處理，從而產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多傳感器數據融合的消防報警模型

在圖1中，多個傳感器對同一區域進行監測，得到一組被檢測區域的特征量，將這些特征量通過處理器處理，提取其中的狀態，在融合處理中心根據一定的融合算法，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，多傳感器數據融合可分為:原始級融合、特征級融合和決策級融合3個層次。原始數據級(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預處理之前就進行信息的綜合和分析。其優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計量，然后按特征信息對傳感器數據進行分類、聚集和綜合，包括對火災狀態信息的分析和火災特性分析。它的優點在于實現了信息壓縮，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。決策級融合的優點是:具有很高的靈活性，系統對信息傳輸帶寬要求較低;能有效地融合反映被監測區各個側面的不同類型信息，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)神經網絡方法;

(5)基于知識和規則的方法;

(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)多尺度數據融合法。

2.多傳感器信息融合報勢系統的優點

多傳感器信息融合的消防報警系統與單傳感器數據相比有很多優點。除了將同源數據進行組合而得到統計上的優勢之外，使用多種傳感器可以提高精度。多傳感器數據融合還有許多優點，包括:可以提高報警信息的可信度;可以提高系統的可靠性;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，可以實現消防指揮數字化，兵力調動優先化，資源使用合理化。消防信息管理技術旨在綜合利用數據庫技術、圖形顯示技術，實現火災自動報警系統的信息管理。該系統適用于各種不同類型的火災自動報警系統，是今后消防報警控制系統的重要的發展方向。消防信息管理技術的功能主要有:

(1)具有對突發火警快速顯示定位、分析和響應的能力;

(2)可同時并發處理多起火警;

(3)數字化多幅地形圖和組織錄人;

(4)支持多種網絡協議和網絡操作系統;

(5)支持多種數據格式，具有快速處理、顯示和分析大型數據庫和數據集合能力;

(6)具有數據交互能力，能方便對原有數據的編輯修改;

(7)具備高水準的地理網絡分析功能，能根據報警點位置，給出到達火災現場**路徑，確定火災現場最近消防栓、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。

整個系統的設計結構框圖如圖2所示。

圖2綜合化消防管理系統

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。根據多傳感器數據融合分析結果，采用雙屏控制技術實現圖文分屏顯示。前臺工作站分為接警工作站和業務工作站。按業務關系授權人網權限接警工作站通過通信控制器連人城市電話公共網。接受火警電話，啟動系統進人火警受理指令作業模式，同時與各消防中隊相連，實現對消防中隊的實時調度管理。

信息數據庫包括火警受理指令數據庫和消防地理信息數據庫。火警受理指令數據庫包括消防實力情況、氣象數據、高層建筑情況以及危險品存放記錄等有關非空間數據。消防地理信息數據庫應能根據實戰要求提供4級消防地圖、廣域消防地圖、接警消防地圖、滅火戰區地圖和滅火預案圖，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據。本系統把空間數據庫技術與非空間數據庫技術結合起來，使得空間與非空間信息連為一體，為專家系統智能決策提供了保證。

專家智能決策系統采用基于模板和知識工程的火災情況分析，在數據庫知識與專家經驗知識的支持下，通過對多傳感器融合信息數據進行分析，運用數據處理技術對當前火災情況作出判斷，并根據庫中的專家經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的耳目，把信息融合技術運用到消防領域，可對監測區域實現更可靠、更準確的監視。同時，把得到的準確的信息同消防指揮管理相結合，可以實現消防指揮自動化。因此，隨著計算機技術和通信技術的發展，信息融合技術在消防領域的應用會越來越廣泛。