一種基于多傳感器信息融合的無線火災(zāi)報警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及自動控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種基于多傳感器信息融合的無線火 災(zāi)報警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著火災(zāi)報警系統(tǒng)要求的精確度和可靠性越來越高，普通類型的火災(zāi)探測報警系 統(tǒng)已不能滿足需求，而且單一指標(biāo)監(jiān)測的報警系統(tǒng)往往會產(chǎn)生誤報警，為生產(chǎn)、生活帶來諸 多不便。采用多個傳感器全面采集火災(zāi)產(chǎn)生的各種異常信息，并用多傳感器信息融合技術(shù) 處理傳感器采集的火災(zāi)信息，可W大大地提高整個報警監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。多項監(jiān)控指標(biāo) 需要多個傳感器采集信息，但是多傳感器帶來了信息的劇增，大批量信息的處理難W制定 合理的控制策略，難W滿足火災(zāi)報警系統(tǒng)各項指標(biāo)高精度、高速度的檢測要求。目前的火災(zāi) 報警系統(tǒng)中大多數(shù)都采用有線網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有移動性差、不靈活、可拓展性差、組 網(wǎng)和維護(hù)不便利等缺點(diǎn)。對于學(xué)校、工廠、醫(yī)院等眾多需要火災(zāi)預(yù)警的場所，需要設(shè)置的監(jiān) 控點(diǎn)很多，采用有線的布線方式不僅施工困難、維護(hù)不便，且成本過高。隨著無線通信技術(shù) 的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和實(shí)時性都有了很大的改善，足W保證監(jiān)測控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定 的運(yùn)行。
[0003] 隨著理論研究和開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)生產(chǎn)中各種類型的傳感器大量 涌現(xiàn)，性能也不斷提高，可供智能系統(tǒng)選擇的傳感器越來越多，在同一系統(tǒng)中，如何有效地 綜合處理、利用各種傳感器提供的信息顯得越來越重要。新型火災(zāi)報警系統(tǒng)采用檢測多項 指標(biāo)的傳感器來監(jiān)測被監(jiān)控區(qū)域，在該種多傳感器系統(tǒng)中，各傳感器所提供信息的空間、時 間、表達(dá)方式不同，可信度、不確定程度不同，側(cè)重點(diǎn)和用途也不同，該對信息的處理和管理 提出了新的要求。在傳統(tǒng)的方式中，各傳感器采集的信息單獨(dú)、孤立地進(jìn)行加工處理，不僅 會導(dǎo)致處理工作量增加，而且割斷了各傳感器間信息的聯(lián)系，丟失了信息的有機(jī)組合蘊(yùn)涵 的信息特征，造成信息資源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于多傳感器信息融合的無線火災(zāi)報警 系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確、快速地判斷火災(zāi)的發(fā)生。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是；提供一種基于多傳感器信息融合的 無線火災(zāi)報警系統(tǒng)，包括工控機(jī)、無線傳輸單元及控制單元，所述無線傳輸單元用于連接工 控機(jī)和控制單元；所述控制單元包括監(jiān)控服務(wù)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、有源低通濾波器和多個數(shù)據(jù) 傳感器；所述多個數(shù)據(jù)傳感器分別通過各自的有源低通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器與監(jiān)控服務(wù)器 相連；所述監(jiān)控服務(wù)器一方面用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，另一方面基于模糊推理算法的 多傳感器信息融合技術(shù)對采集的信息進(jìn)行分析、處理，根據(jù)融合數(shù)據(jù)庫和專家知識庫對采 集信息進(jìn)行判斷處理；所述融合數(shù)據(jù)庫中存放著之前所記錄的多個數(shù)據(jù)傳感器采集的數(shù)據(jù) 組；所述專家知識庫中存放著對應(yīng)不同的應(yīng)用場合存儲的不同模糊推理準(zhǔn)則。
[0006] 所述無線傳輸單元包括管理站點(diǎn)、接收節(jié)點(diǎn)、控制站點(diǎn)、中繼接收節(jié)點(diǎn)和中繼站 點(diǎn)；每個控制單元連接一個控制站點(diǎn)，所述中繼接收節(jié)點(diǎn)和中繼站點(diǎn)共同組成一組用于延 長網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的中繼器，所有控制站點(diǎn)與中繼器之間建立無線通信，中繼站點(diǎn)與管理站 點(diǎn)之間通過接收節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無線通信，所述管理站點(diǎn)與工控機(jī)相連。
[0007] 所示數(shù)據(jù)傳感器包括溫度傳感器、可燃?xì)怏w濃度傳感器和煙霧濃度傳感器。
[000引所述監(jiān)控服務(wù)器采用的基于模糊推理算法的多傳感器信息融合包括選取適當(dāng)?shù)?傳感器進(jìn)行檢測，確定模糊集隸屬函數(shù)和模糊推理準(zhǔn)則，通過各種模糊邏輯算子，計算出每 一條模糊推理準(zhǔn)則的結(jié)論，通過模糊合成將得到的模糊結(jié)論進(jìn)行綜合處理，得出一個總結(jié) 論，并對總結(jié)論進(jìn)行反模糊化。
[0009] 所述監(jiān)控服務(wù)器采用主觀經(jīng)驗(yàn)法、分析推理法或調(diào)查統(tǒng)計法確定模糊集隸屬函 數(shù)。
[0010] 有益效果
[0011] 由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下的優(yōu)點(diǎn)和積極效 果：
[0012] 本發(fā)明采用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)，布點(diǎn)簡單，布網(wǎng)工期短，網(wǎng)絡(luò)被破壞后易恢 復(fù)。
[0013] 本發(fā)明采用多層分布式網(wǎng)絡(luò)，可W靈活地擴(kuò)大或縮小監(jiān)控范圍，方便增減需要監(jiān) 控區(qū)域的數(shù)量，同時提高了監(jiān)控效率。
[0014] 本發(fā)明采用的軟件濾波，將限幅濾波與遞推平均濾波相結(jié)合的復(fù)合數(shù)字濾波算法 有效地對被采集信號中的的隨機(jī)噪聲和周期噪聲進(jìn)行濾除。
[0015] 本發(fā)明采用基于模糊推理算法的多傳感器信息融合技術(shù)對采集信息進(jìn)行處理。火 災(zāi)探測器在靈敏度、可靠性和使用性能方面做過許多技術(shù)改進(jìn)，但是至今仍然沒有一種單 一參數(shù)火災(zāi)監(jiān)測器能有效地監(jiān)測測各類火情。多傳感器信息融合技術(shù)能有效地利用大批量 采集數(shù)據(jù)，將不同的信息源轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的表示形式，有效地實(shí)現(xiàn)各信息源之間的比較和通 信，便于信息的融合。采用合適的融合算法對多傳感器信息進(jìn)行各種分析和處理，并進(jìn)行 推理，準(zhǔn)確、快速地判斷火災(zāi)的發(fā)生。
【附圖說明】
[0016] 圖1是監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2是信息融合控制原理圖；
[0018] 圖3是模糊推理信息融合示意圖；
[0019] 圖4是實(shí)施例中數(shù)據(jù)融合方法示意圖；
[0020] 圖5是多傳感器系統(tǒng)的模糊融合結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，該些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可W對本發(fā)明作各種改動或修改，該些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。
[0022] 本發(fā)明的實(shí)施方式設(shè)及一種基于多傳感器信息融合的無線火災(zāi)報警系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu) 如圖1所示，包括工控機(jī)、無線傳輸單元及控制單元；無線傳輸單元包括管理站點(diǎn)MST、接收 節(jié)點(diǎn)AP、控制站點(diǎn)CST、中繼接收節(jié)點(diǎn)RAP及中繼站點(diǎn)RST ;每個控制單元連接一個控制站 點(diǎn)CST，中繼接收節(jié)點(diǎn)RAP及中繼站點(diǎn)RST共同組成一組用于延長網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的中繼器， 所有控制站點(diǎn)CST與中繼器之間建立無線通信，中繼站點(diǎn)RST與管理站點(diǎn)MST之間通過接 收節(jié)點(diǎn)AP實(shí)現(xiàn)無線通信，管理站點(diǎn)MST與工控機(jī)相連。
[0023] 每個控制單元包括監(jiān)控服務(wù)器MMF、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADI、有源低通濾波器LPF、溫度傳 感器、可燃?xì)怏w濃度傳感器、煙霧濃度傳感器。監(jiān)控服務(wù)器一方面用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù) 據(jù)，另一方面依據(jù)基于模糊推理算法的多傳感器信息融合技術(shù)對采集的信息進(jìn)行分析、處 理，信息融合控制原理如圖2所示，根據(jù)融合數(shù)據(jù)庫和專家知識庫對采集信息進(jìn)行判斷處 理，融合數(shù)據(jù)庫中存放著之前所記錄的傳感器采集數(shù)據(jù)組，專家知識庫中存放著對應(yīng)不同 的應(yīng)用場合存儲的不同模糊推理準(zhǔn)則，根據(jù)多傳感器信息融合技術(shù)的模糊推理算法進(jìn)行火 災(zāi)的報警，快速、實(shí)時地在監(jiān)控服務(wù)器上顯示火災(zāi)發(fā)生的監(jiān)控區(qū)域，監(jiān)控服務(wù)器還與控制站 點(diǎn)相連。模數(shù)轉(zhuǎn)換器則通過有源低通濾波器連接監(jiān)控區(qū)域各監(jiān)測量傳感裝置。
[0024] 工控機(jī)為性能穩(wěn)定，處理速度快的工業(yè)級PC。其與所述的MST的連接方式為有線 連接。所述的工控機(jī)訪問所述的MMF的方式為通過網(wǎng)頁輸入相應(yīng)的IP地址訪問。無線傳輸 單元中的所有MST、AP、CST、RAP、RST之間的信息傳輸方式為無線傳輸。控制單元中的ADI 和MMF集成在一個裝置內(nèi)，并與LPF直接通過有線方式連接。
[0025] 模糊推理是采用模糊邏輯由給定的輸入到輸出的映射過程。模糊推理包括五個方 面：
[0026] ①輸入變量模糊化；
[0027] ②在模糊規(guī)則的前件中應(yīng)用模糊算子；
[002引⑨根據(jù)模糊蘊(yùn)含運(yùn)算由前提推斷結(jié)論；
[0029] ④合成每一條規(guī)則的結(jié)論部分，得出總的結(jié)論；
[0030] ⑥輸出變量的反模糊化。
[0031] (1)輸入變量的模糊化
[0032] 輸入變量的模糊化，即把確定的輸入變量轉(zhuǎn)化為由隸屬度描述的模糊集。模糊推 理系統(tǒng)的輸入變量是輸入變量論域內(nèi)的某一個確定的數(shù)，輸入變量經(jīng)模糊化后，變換為由 隸屬度表示的[0，1]區(qū)間內(nèi)的某個數(shù)。模糊化常由隸屬函數(shù)或查表求得的。為此，在輸入 變量論域內(nèi)，準(zhǔn)確地確定隸屬函數(shù)是應(yīng)用模糊推理進(jìn)行信息融合的基礎(chǔ)。
[0033] 目前，確定隸屬函數(shù)的方法大致有W下幾種：
[0034] ①主觀經(jīng)驗(yàn)法。當(dāng)論域是離散時，根據(jù)主觀認(rèn)識或個人經(jīng)驗(yàn)，直接或間接給出隸屬 度的具體值，由此確定隸屬函數(shù)。具體的實(shí)現(xiàn)方法包括：
[0035] A)專家評分法；即綜合多數(shù)專家的評分來確定隸屬函數(shù)的方法，該種方法廣泛地 應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)與管理的各個領(lǐng)域；
[0036] B)因素加權(quán)綜合法；若模糊概念是由若干因素相互作用而成，而每個因素本身又 是模糊的，則可綜合考慮各因素的重要程度來選擇隸屬函數(shù)；
[0037] C)二元排序法；通過對多個事物之間兩兩對比來確定某種特征下的順序，由此來 決定該些事物對該特征的隸屬函數(shù)的大致形狀。
[003引②分析推理法。當(dāng)論域連續(xù)時，根據(jù)問題的性質(zhì)，應(yīng)用一定的分析與推理，決定選 用的某些典型函數(shù)作為隸屬函數(shù)，比如S角形函數(shù)、梯形函數(shù)等。
[0039] ⑨調(diào)查統(tǒng)計法。W調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果所得出的經(jīng)驗(yàn)曲線作為隸屬函數(shù)曲線，根據(jù)曲線 找出相應(yīng)的函數(shù)表達(dá)