本發(fā)明涉及火災(zāi)監(jiān)測報警，尤其涉及智能化家庭火災(zāi)自動報警與逃生指導(dǎo)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著智能家居和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，家庭火災(zāi)報警與逃生指導(dǎo)系統(tǒng)正逐漸融入現(xiàn)代家居環(huán)境，為住戶提供更高效的火災(zāi)預(yù)警和逃生支持，然而，傳統(tǒng)的火災(zāi)報警系統(tǒng)存在一些局限性，尤其是在火災(zāi)動態(tài)發(fā)展和逃生需求的自適應(yīng)響應(yīng)方面，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

2、傳統(tǒng)家庭火災(zāi)報警系統(tǒng)多基于煙霧和溫度檢測器，在火災(zāi)發(fā)生時發(fā)出報警提示。然而，這類系統(tǒng)通常只提供固定的報警信號，無法根據(jù)火源位置、火勢發(fā)展速度和火災(zāi)嚴重程度的變化，動態(tài)生成逃生路徑或調(diào)整逃生時間。這種靜態(tài)報警機制可能會導(dǎo)致逃生時間計算不準(zhǔn)確，無法應(yīng)對火源位置的變化和火勢擴散的速度，給住戶的逃生決策帶來不便甚至安全隱患。

3、目前的火災(zāi)報警系統(tǒng)大多基于簡單的風(fēng)險區(qū)域劃分，缺乏對火勢蔓延路徑的預(yù)測和對高危區(qū)域的動態(tài)更新，火勢擴展具有復(fù)雜的空間和時間依賴性，無法通過簡單的預(yù)設(shè)地圖或靜態(tài)風(fēng)險圖準(zhǔn)確表示，火災(zāi)過程中，火源位置、火勢擴展方向和風(fēng)險區(qū)域不斷變化，住戶若按照靜態(tài)的風(fēng)險分布進行逃生指引，可能會選擇高危區(qū)域的路徑，導(dǎo)致逃生失敗。

4、大多數(shù)現(xiàn)有系統(tǒng)只提供單一路徑的逃生指引，且不具備路徑的實時優(yōu)化能力。一旦路徑被火源阻斷或風(fēng)險等級升高，住戶可能無法及時獲得替代路徑或調(diào)整逃生方案，從而導(dǎo)致逃生失敗。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了智能化家庭火災(zāi)自動報警與逃生指導(dǎo)系統(tǒng)。

2、智能化家庭火災(zāi)自動報警與逃生指導(dǎo)系統(tǒng)，包括：

3、時間敏感性逃生窗口評估模塊：基于火災(zāi)探測傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的火源溫度、煙霧濃度、濕度及氧氣含量，結(jié)合火源位置，對當(dāng)前火災(zāi)的嚴重程度及其對逃生窗口的影響進行實時評估，生成逃生時間窗口大小的動態(tài)變化模型，提供初步逃生時間預(yù)警；

4、火災(zāi)擴散趨勢預(yù)測模塊：基于火災(zāi)探測傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)算法，對火勢蔓延路徑進行預(yù)測，生成動態(tài)風(fēng)險地圖；

5、自適應(yīng)逃生路徑優(yōu)化模塊：根據(jù)時間敏感性逃生窗口評估模塊的輸出結(jié)果，結(jié)合動態(tài)風(fēng)險地圖，生成多條優(yōu)先級不同的逃生路徑，并依據(jù)火災(zāi)變化對路徑進行實時優(yōu)化，確保逃生路徑始終處于低風(fēng)險區(qū)域。

6、可選的，所述時間敏感性逃生窗口評估模塊具體包括：

7、數(shù)據(jù)接收單元：用于接收火災(zāi)探測傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的火源溫度、煙霧濃度、濕度及氧氣含量，火災(zāi)探測傳感器網(wǎng)絡(luò)包括火源溫度傳感器、煙霧傳感器、氧氣傳感器；

8、火災(zāi)趨勢分析單元：基于數(shù)據(jù)接收單元的輸出結(jié)果，并結(jié)合火源位置、火勢發(fā)展速度，通過分析當(dāng)前火災(zāi)的嚴重程度、火源的空間位置和擴散范圍，對當(dāng)前火災(zāi)嚴重程度和火勢發(fā)展速度進行分析；

9、動態(tài)逃生窗口計算單元：接收火災(zāi)趨勢分析單元的輸出，并根據(jù)當(dāng)前火勢，生成動態(tài)逃生時間窗口大小模型，計算出逃生時間窗口，并提供初步的逃生時間預(yù)警。

10、可選的，所述火災(zāi)嚴重程度計算表示為：

11、；

12、其中，是火源溫度的最大閾值；是煙霧濃度的最大閾值；是濕度的最大閾值；是氧氣含量的最大值（21%），為不同參數(shù)的權(quán)重系數(shù)，確?；馂?zāi)嚴重程度能夠準(zhǔn)確反映各參數(shù)的影響；是極小值，防止當(dāng)火源位置與人員重合時分母為零，且；表示火源位置與人員位置的空間距離。

13、可選的，所述火勢發(fā)展速度計算表示為：

14、；

15、其中，為不同參數(shù)的權(quán)重系數(shù)，確?；饎莅l(fā)展速度能夠合理反映各因素的影響，滿足；為溫度變化率，表示溫度隨時間的變化率；為煙霧濃度變化率，表示煙霧濃度隨時間的變化率；為濕度變化率，表示濕度隨時間的變化率；為氧氣含量變化率，表示氧氣含量隨時間的變化率；為火源距離變化率，表示火源與人員之間的距離隨時間的變化率。

16、可選的，所述逃生時間窗口表示從當(dāng)前時間開始，人員安全逃離火源的可用時間，結(jié)合火源到逃生區(qū)域的距離和火勢發(fā)展速度進行計算，計算表示為：，其中，為初始安全距離，即人員位置與火源位置初始邊界的距離，表示當(dāng)前火源距離，即當(dāng)前時間下火源位置到人員的距離。

17、可選的，所述逃生時間預(yù)警：根據(jù)逃生時間窗口wescape與設(shè)定的最小安全閾值wthreshold，確定是否觸發(fā)逃生時間預(yù)警。

18、可選的，所述最小安全閾值wthreshold基于火災(zāi)嚴重程度r動態(tài)調(diào)整，當(dāng)火災(zāi)嚴重程度r過高時，降低最小安全閾值wthreshold?，使得在短的逃生時間窗口wescape內(nèi)觸發(fā)預(yù)警，提高對嚴重火災(zāi)的敏感性。

19、可選的，所述火災(zāi)擴散趨勢預(yù)測模塊具體包括：

20、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元：接收火災(zāi)探測傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)，包括溫度、煙霧濃度、濕度、氧氣含量及火源位置，還接收火源位置與人員的距離，將數(shù)據(jù)進行歸一化處理，形成結(jié)構(gòu)化的火災(zāi)狀態(tài)數(shù)據(jù)集；

21、火勢蔓延路徑預(yù)測單元：基于機器學(xué)習(xí)算法對數(shù)據(jù)預(yù)處理單元輸出的火災(zāi)狀態(tài)數(shù)據(jù)集進行訓(xùn)練和預(yù)測，通過分析火災(zāi)特征的時間序列變化，生成火勢蔓延路徑的預(yù)測模型，機器學(xué)習(xí)算法包括cnn-lstm組合模型，cnn提取火災(zāi)狀態(tài)數(shù)據(jù)的空間特征，由lstm建模特征的時間依賴關(guān)系，進行火勢蔓延路徑預(yù)測，cnn處理輸入的多維火災(zāi)狀態(tài)數(shù)據(jù)，提取數(shù)據(jù)的空間特征，每個卷積層對采集的溫度、濕度、煙霧濃度、氧氣含量進行卷積運算，生成特征圖，捕獲火災(zāi)狀態(tài)的空間分布信息；cnn提取的特征圖輸入到lstm中，lstm?處理特征數(shù)據(jù)的時間序列信息，捕獲火勢蔓延路徑中的動態(tài)變化，建?；馂?zāi)特征隨時間的變化趨勢，并預(yù)測火勢擴展的未來路徑，結(jié)合cnn-lstm組合模型的輸出，得到火源未來位置的預(yù)測，其中為預(yù)測的時間步數(shù)；

22、動態(tài)風(fēng)險地圖生成單元：接收火勢蔓延路徑預(yù)測單元輸出的擴散區(qū)域，將火勢蔓延路徑映射至家庭平面圖中，生成動態(tài)風(fēng)險地圖，并基于區(qū)域風(fēng)險指數(shù)區(qū)分展示高風(fēng)險區(qū)域與相對安全區(qū)域。

23、可選的，所述區(qū)域風(fēng)險指數(shù)由各區(qū)域至火源位置的距離和各區(qū)域火災(zāi)嚴重程度獲得，用于地圖展示：，其中,表示第s時刻的區(qū)域風(fēng)險指數(shù)，為預(yù)測的第s時刻火源位置到各區(qū)域的距離，是防止分母為零的極小值。

24、可選的，所述的自適應(yīng)逃生路徑優(yōu)化模塊接收逃生時間窗口wescape和動態(tài)風(fēng)險地圖，根據(jù)當(dāng)前火源位置及其蔓延路徑，結(jié)合家庭平面圖中的安全出口位置，生成多條不同優(yōu)先級的初始逃生路徑，表示第條生成的逃生路徑，包含多個節(jié)點（門口、走廊、出口等）連接成的連續(xù)路線；路徑優(yōu)先級由路徑所需時間、wescape以及路徑上的區(qū)域風(fēng)險指數(shù)決定，優(yōu)先選擇在逃生時間窗口內(nèi)完成的低風(fēng)險路徑；

25、路徑所需時間（即通過路徑所需的時間）計算為：，其中，為路徑的節(jié)點數(shù)量，節(jié)點包括門口、走廊、出口，為路徑中節(jié)點到節(jié)點的距離，為通過節(jié)點處的行進速度；

26、路徑優(yōu)先級計算為：，其中，表示第s時刻路徑上各節(jié)點的區(qū)域風(fēng)險指數(shù)總和。

27、本發(fā)明的有益效果：

28、本發(fā)明通過時間敏感性逃生窗口評估模塊，根據(jù)火源位置、火災(zāi)嚴重程度（溫度、煙霧濃度、濕度、氧氣含量等參數(shù)）實時計算出動態(tài)逃生時間窗口，系統(tǒng)能夠隨時調(diào)整逃生窗口以適應(yīng)火災(zāi)的發(fā)展速度和火源位置變化，從而為家庭成員提供實時的逃生時間預(yù)警，這種動態(tài)逃生時間管理機制有效避免了傳統(tǒng)系統(tǒng)中預(yù)設(shè)逃生時間固定、不隨火災(zāi)變化而調(diào)整的問題，確保家庭成員能夠在可逃生的時間窗口內(nèi)獲得及時的警報和行動指引，提高了逃生成功率。

29、本發(fā)明，通過火災(zāi)擴散趨勢預(yù)測模塊，利用機器學(xué)習(xí)模型（如?cnn-lstm）對火源位置的動態(tài)變化進行預(yù)測，并生成未來火勢蔓延路徑和風(fēng)險區(qū)域的分布，生成的動態(tài)風(fēng)險地圖根據(jù)火源擴散路徑，直觀展示高風(fēng)險和相對安全的區(qū)域，使得用戶在逃生過程中可以避開高風(fēng)險區(qū)域，選擇安全性更高的路徑，相比傳統(tǒng)系統(tǒng)依賴靜態(tài)風(fēng)險圖的局限性，通過機器學(xué)習(xí)算法實現(xiàn)了火災(zāi)風(fēng)險的動態(tài)可視化，實時更新高危區(qū)域的分布，顯著提升了逃生指引的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。

30、本發(fā)明，自適應(yīng)逃生路徑優(yōu)化模塊結(jié)合了逃生時間窗口和動態(tài)風(fēng)險地圖，生成多條優(yōu)先級不同的逃生路徑，并通過實時監(jiān)控火源位置變化和風(fēng)險區(qū)域?qū)崟r調(diào)整路徑，有效避免了單一路徑因火源阻斷導(dǎo)致的逃生失敗，確保逃生路徑始終在火災(zāi)環(huán)境的變化下保持相對安全。