JP7376660B1 - fire detection device - Google Patents

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Abstract

【課題】監視エリアで収音される音響データに基づいて、炎が発生したか否かをより高精度に検知する。【解決手段】監視エリアで発生する音を音響データとして収音するマイクと、マイクで収音された音響データを周波数解析することで周波数スペクトルを算出する周波数解析部と、周波数解析部で算出された周波数スペクトルに関して定在波以下の周波数帯域において1/f揺らぎ特性が含まれているか否かを判定し、1/f揺らぎ特性が含まれていると判定した場合には監視エリアで炎が発生したことを検知する炎検知部とを備える。【選択図】図1An object of the present invention is to detect with higher accuracy whether or not a flame has broken out based on sound data collected in a monitoring area. [Solution] A microphone that collects sounds generated in a monitoring area as acoustic data, a frequency analysis section that calculates a frequency spectrum by frequency analysis of the acoustic data picked up by the microphone, and a frequency spectrum that is calculated by the frequency analysis section. It is determined whether 1/f fluctuation characteristics are included in the frequency band below the standing wave with respect to the frequency spectrum, and if it is determined that 1/f fluctuation characteristics are included, flames occur in the monitoring area. It also includes a flame detection section that detects when something has happened. [Selection diagram] Figure 1

Description

本開示は、音響データに基づいて監視エリアで炎が発生したことを検知する火災検知装置に関する。 The present disclosure relates to a fire detection device that detects the occurrence of flame in a monitoring area based on acoustic data.

監視エリアにおいて炎が発生したことを検知するために、種々の火災感知器が用いられている。具体的なタイプとしては、例えば、差動式スポット型感知器、定温式スポット型感知器、光電式スポット型感知器などが挙げられる。 Various fire detectors are used to detect the occurrence of a flame in a monitored area. Specific types include, for example, a differential spot sensor, a constant temperature spot sensor, and a photoelectric spot sensor.

また、火災時に物が燃焼する際に発生する音を検知する火災検知装置もある(例えば、非特許文献1参照)。非特許文献1では、燃焼時の音の特徴をとらえるための燃焼実験を実施し、その音の周波数分析に基づいて火災時と平常時を区別し、火災と判断する方法が開示されている。 There is also a fire detection device that detects the sound generated when something burns during a fire (for example, see Non-Patent Document 1). Non-Patent Document 1 discloses a method in which a combustion experiment is conducted to capture the characteristics of sound during combustion, and based on frequency analysis of the sound, a fire is distinguished from a normal state, and a fire is determined.

特に、非特許文献1では、特定の周波数およびレベルを追いかけるのではなく、ある周波数範囲を指定して、その全体のパワー(レベル)の積分値の時間変化をもとに燃焼現象の有無を識別する方法が妥当であることが記載されている。 In particular, in Non-Patent Document 1, rather than chasing a specific frequency and level, a certain frequency range is specified and the presence or absence of a combustion phenomenon is identified based on the time change of the integral value of the overall power (level). It is stated that the method to do so is appropriate.

「燃焼音の周波数分析について(第2報)」、消防科学研究所報 31号(平成6年)“About frequency analysis of combustion sound (2nd report)”, Fire Science Research Institute Bulletin No. 31 (1994)

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
非特許文献1では、暗騒音と燃焼音をより確実に分離できる方策として、音のパワースペクトルの積分値の時間変化という考え方を導入している。
However, the conventional technology has the following problems.
Non-Patent Document 1 introduces the concept of temporal changes in the integral value of the sound power spectrum as a measure to more reliably separate background noise and combustion sound.

一般的に、火災検知にあたっては、暗騒音と燃焼音とを識別するだけでは足りず、監視エリア内で発生する燃焼音とは異なる他のノイズとの識別をより確実に行うことで、誤報を抑制することが望まれる。 In general, when detecting a fire, it is not enough to simply distinguish between background noise and combustion sounds; it is necessary to more reliably distinguish between combustion sounds and other noises that occur within the monitoring area to prevent false alarms. It is desirable to suppress this.

換言すると、音響データに基づく火災検知を実用化するにあたっては、燃焼時に発生する燃焼音と、燃焼音以外の音とを定量的に分離することができる特徴量を見出し、火災を誤認することなしに検知精度を高めることが重要となる。 In other words, in order to put fire detection based on acoustic data into practical use, it is necessary to find features that can quantitatively separate combustion sounds generated during combustion from sounds other than combustion sounds, without misidentifying fires. It is important to improve detection accuracy.

本開示は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、監視エリアで収音される音響データに基づいて、炎が発生したか否かをより高精度に検知することができる火災検知装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to detect with higher accuracy whether or not a flame has occurred based on acoustic data collected in a monitoring area. The purpose is to obtain a fire detection device.

本開示に係る火災検知装置は、監視エリアで発生する音を音響データとして収音するマイクと、マイクで収音された音響データを周波数解析することで周波数スペクトルを算出する周波数解析部と、周波数解析部で算出された周波数スペクトルに関して監視エリアにおける定在波以下の周波数帯域において1/f揺らぎ特性が含まれているか否かを判定し、1/f揺らぎ特性が含まれていると判定した場合には監視エリアで炎が発生したことを検知する炎検知部とを備えるものである。 A fire detection device according to the present disclosure includes a microphone that collects sounds generated in a monitoring area as acoustic data, a frequency analysis unit that calculates a frequency spectrum by frequency-analyzing the acoustic data collected by the microphone, and It is determined whether or not the frequency spectrum calculated by the analysis unit includes 1/f fluctuation characteristics in the frequency band below the standing wave in the monitoring area, and it is determined that the 1/f fluctuation characteristics are included. The system is equipped with a flame detection unit that detects the occurrence of flame in the monitoring area.

また、本開示に係る火災検知装置は、監視エリアで発生する音を音響データとして収音するマイクと、マイクで収音された音響データを周波数解析することで周波数スペクトルを算出する周波数解析部と、周波数解析部で算出された周波数スペクトルに関して監視エリアにおける定在波以下の周波数帯域において1/f揺らぎ特性が含まれているか否かを判定し、1/f揺らぎ特性が含まれていると判定した場合には、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルのレベル誤差を算出し、算出したレベル誤差を炎発生の判断に用いる特徴量として出力する特徴量算出部と、検出対象である炎をあらかじめ発生させた際に収集された種々の音響データ、および誤報要因も含めた炎が発生していない際に収集された種々の音響データ、のそれぞれに対して、周波数解析部による周波数解析結果に基づいて特徴量算出部で算出された特徴量をパラメータとして用いることで、炎が発生したか否かを判定するための機械学習モデルを作成するモデル作成部と、監視エリアの監視時において、特徴量算出部で算出された特徴量を機械学習モデルの入力とし、炎が発生したか否かを判定する炎検知部とを備えるものである。 The fire detection device according to the present disclosure also includes a microphone that collects sounds generated in a monitoring area as acoustic data, and a frequency analysis unit that calculates a frequency spectrum by frequency-analyzing the acoustic data collected by the microphone. , Determine whether or not 1/f fluctuation characteristics are included in the frequency band below the standing wave in the monitoring area with respect to the frequency spectrum calculated by the frequency analysis unit, and determine that 1/f fluctuation characteristics are included. In this case, a feature amount calculation unit that calculates the level error of the frequency spectrum with respect to the 1/f fluctuation characteristic and outputs the calculated level error as a feature amount used for determining the occurrence of a flame, and a feature amount calculation unit that generates the flame to be detected in advance. Based on the frequency analysis results by the frequency analysis section, the various acoustic data collected when the fire occurred, as well as the various acoustic data collected when there was no flame, including false alarm factors. A model creation unit creates a machine learning model to determine whether a flame has occurred by using the feature quantities calculated by the feature quantity calculation unit as parameters, and a feature quantity calculation unit when monitoring the monitoring area. The apparatus includes a flame detection section that uses the feature quantities calculated by the section as input to a machine learning model and determines whether or not a flame has occurred.

本開示によれば、監視エリアで収音される音響データに基づいて、炎が発生したか否かをより高精度に検知することができる火災検知装置を得ることができる。 According to the present disclosure, it is possible to obtain a fire detection device that can detect with higher accuracy whether or not a flame has occurred based on acoustic data collected in a monitoring area.

本開示の実施の形態1に係る火災検知装置の全体構成を示した説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure. 本開示の実施の形態1に係る火災検知装置による炎検出処理に関する検証実験を行った際の、監視エリアの一例を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a monitoring area when a verification experiment regarding flame detection processing by the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure was conducted. 本開示の実施の形態1に係る火災検知装置による炎検出方法に関する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram regarding a flame detection method using the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure. 本開示の実施の形態1に係る火災検知装置による炎検出方法に関して、図3とは異なるサイズの監視エリアにおける周波数スペクトルを示した説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a frequency spectrum in a monitoring area of a different size from that in FIG. 3 regarding the flame detection method by the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure. 本開示の実施の形態1に係る火災検知装置による炎検出方法に関して、図3にける暗騒音と、図4における暗騒音とを対比して示した説明図である。5 is an explanatory diagram showing a comparison between the background noise in FIG. 3 and the background noise in FIG. 4 regarding the flame detection method using the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure. FIG. 本開示の実施の形態1に係る火災検知装置において、暗騒音、炎、換気扇の3種の音響データに関する周波数スペクトルを示した比較図である。In the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure, it is a comparison diagram showing frequency spectra regarding three types of acoustic data: background noise, flame, and ventilation fan. 本開示の実施の形態1に係る火災検知装置において、暗騒音、炎、換気扇の3種の音響データに関する周波数スペクトルを示した比較図である。In the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure, it is a comparison diagram showing frequency spectra regarding three types of acoustic data: background noise, flame, and ventilation fan. 本開示の実施の形態1に係る炎検知部によって算出された平均レベル誤差を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing an average level error calculated by the flame detection unit according to Embodiment 1 of the present disclosure. 本開示の実施の形態1に係る火災検知装置において実行される火災検知方法に関する一連処理を示したフローチャートである。2 is a flowchart showing a series of processes related to a fire detection method executed in the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure. 本開示の実施の形態2に係る火災検知装置の全体構成を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a fire detection device according to Embodiment 2 of the present disclosure. 本開示の実施の形態2に係る火災検知装置において実行される火災検知方法に関する一連処理を示したフローチャートである。7 is a flowchart showing a series of processes related to a fire detection method executed in a fire detection device according to Embodiment 2 of the present disclosure. 本開示の実施の形態3において、種々の環境条件における1/f揺らぎ特性を検証した周波数スペクトルを示した図である。FIG. 7 is a diagram showing frequency spectra in which 1/f fluctuation characteristics under various environmental conditions were verified in Embodiment 3 of the present disclosure. 本開示の実施の形態3において、炎が発生した際の音響データに基づくスペクトログラムと、ドア開閉が発生した際の音響データに基づくスペクトログラムとを対比して示した説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a comparison between a spectrogram based on acoustic data when a flame occurs and a spectrogram based on acoustic data when a door opens/closes in Embodiment 3 of the present disclosure. 本開示の実施の形態3において、炎が発生した際の音響データに基づく周波数スペクトルと、ドア開閉が発生した際の音響データに基づく周波数スペクトルとを対比して示した説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a comparison between a frequency spectrum based on acoustic data when a flame occurs and a frequency spectrum based on acoustic data when a door opens/closes in Embodiment 3 of the present disclosure. 本開示の実施の形態3において、低域におけるピーク周波数のレベル推移に基づいて燃焼音とドア開閉音とを識別する手法を示した説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing a method for identifying combustion sound and door opening/closing sound based on the level transition of a peak frequency in a low frequency range in Embodiment 3 of the present disclosure. 本開示の実施の形態3に係る火災検知装置において実行される火災検知方法に関する一連処理を示したフローチャートである。12 is a flowchart showing a series of processes related to a fire detection method executed in a fire detection device according to Embodiment 3 of the present disclosure. 本開示の実施の形態4に係る火災検知装置において実行される火災検知方法に関する一連処理を示したフローチャートである。12 is a flowchart showing a series of processes related to a fire detection method executed in a fire detection device according to Embodiment 4 of the present disclosure.

以下、本開示の火災検知装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本開示は、監視エリアで収音された音響データに基づく周波数解析結果から、炎特有の特徴量を抽出して炎発生の有無を判定する点に技術的特徴を有し、誤報要因を抑制して炎検知の高精度化を実現するものである。
Hereinafter, preferred embodiments of the fire detection device of the present disclosure will be described using the drawings.
The present disclosure has a technical feature in that the presence or absence of flame generation is determined by extracting characteristic quantities unique to a flame from the frequency analysis results based on sound data collected in the monitoring area, and suppresses the cause of false alarms. This enables highly accurate flame detection.

実施の形態1.
図1は、本開示の実施の形態1に係る火災検知装置の全体構成を示した説明図である。本実施の形態1における火災検知装置は、マイク10と、コンピュータ20とを備えて構成されている。
Embodiment 1.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure. The fire detection device according to the first embodiment includes a microphone 10 and a computer 20.

マイク10は、炎の監視エリアに設置され、監視エリア内で発生する音を音響データとして収音する収音装置である。なお、マイク10は、監視エリア内に複数台設置することも考えられる。 The microphone 10 is a sound collection device that is installed in a flame monitoring area and collects sounds generated within the monitoring area as acoustic data. Note that a plurality of microphones 10 may be installed within the monitoring area.

マイク10を用いて収音した音響データに基づいて炎の有無を判断する場合には、低域の圧力変動にフォーカスすることとなるため、減衰が起こりにくい。従って、例えば、締め切った部屋を監視エリアとする場合であれば、火災場所によらず、燃焼の検知が可能となり、マイク10の設置位置を選ばないメリットがある。さらに、マイク10は、煙感知器のように天井に設置する必要がなく、設置場所を決める際の自由度がある。 When determining the presence or absence of a flame based on acoustic data collected using the microphone 10, attenuation is less likely to occur because the focus is on low-frequency pressure fluctuations. Therefore, for example, if a closed room is used as a monitoring area, combustion can be detected regardless of the location of the fire, and there is an advantage that the microphone 10 can be installed anywhere. Furthermore, the microphone 10 does not need to be installed on the ceiling like a smoke detector, and there is a degree of freedom in determining the installation location.

コンピュータ20は、マイク10で収音された音響データに対して演算処理を施すことで、監視エリアで炎が発生したか否かを判断するコントローラであり、周波数解析部21および炎検知部22を備えている。 The computer 20 is a controller that determines whether or not a flame has occurred in the monitoring area by performing arithmetic processing on the acoustic data picked up by the microphone 10, and controls the frequency analysis section 21 and the flame detection section 22. We are prepared.

図2は、本開示の実施の形態1に係る火災検知装置による炎検出処理に関する検証実験を行った際の、監視エリアの一例を示した説明図である。図2では、幅12m×奥行11mの部屋を監視エリアとして、監視エリアの中央でヘプタンを50cm×50cmの火皿で燃焼させ、火源から3m隔てた地点にマイク10を設置して音響データを収集した場合が例示されている。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a monitoring area when a verification experiment regarding flame detection processing by the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure was conducted. In Figure 2, a room with a width of 12 m x depth of 11 m is used as a monitoring area, heptane is burned in a 50 cm x 50 cm fire pan in the center of the monitoring area, and acoustic data is collected by installing a microphone 10 at a point 3 m away from the fire source. An example is shown below.

周波数解析部21は、マイク10で収音された音響データを周波数解析することで周波数スペクトルを算出する。炎検知部22は、周波数解析部21で算出された周波数スペクトルに関して定在波以下の周波数帯域において1/f揺らぎ特性が含まれているか否かを判定する。さらに、炎検知部22は、1/f揺らぎ特性が含まれていると判定した場合には、監視エリアで炎が発生したことを検知する。 The frequency analysis unit 21 calculates a frequency spectrum by performing frequency analysis on the acoustic data picked up by the microphone 10. The flame detection unit 22 determines whether or not the frequency spectrum calculated by the frequency analysis unit 21 includes a 1/f fluctuation characteristic in a frequency band below a standing wave. Furthermore, if it is determined that the 1/f fluctuation characteristic is included, the flame detection unit 22 detects that a flame has occurred in the monitoring area.

なお、本開示における「定在波以下の周波数帯域」とは、定在波以下の帯域内に含まれる所望の周波数帯域を意味する。例えば、定在波が14.4Hzであったとすると、f1=2.1Hzからf2=10.0Hzの周波数帯域を、「定在波以下の周波数帯域」として選定することができる。 Note that the "frequency band below the standing wave" in the present disclosure means a desired frequency band included within the band below the standing wave. For example, if the standing wave is 14.4 Hz, the frequency band from f1 = 2.1 Hz to f2 = 10.0 Hz can be selected as the "frequency band below the standing wave."

そこで、周波数解析部21および炎検知部22による具体的な処理内容について、図3~図8を用いて詳細に説明する。図3は、本開示の実施の形態1に係る火災検知装置による炎検出方法に関する説明図である。 Therefore, specific processing contents by the frequency analysis section 21 and the flame detection section 22 will be explained in detail using FIGS. 3 to 8. FIG. 3 is an explanatory diagram regarding a flame detection method using the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure.

図3では、炎を発生させない状態において監視エリア内で収音された暗騒音に相当する音響データと、ヘプタンによる炎を発生させた状態において監視エリア内で収音された音響データとのそれぞれについて、周波数解析部21によって周波数スペクトルを算出した結果を比較して示している。 In Figure 3, acoustic data corresponding to background noise collected within the monitoring area without flame generation, and acoustic data collected within the monitoring area with heptane flame generated, respectively. , the results of calculating frequency spectra by the frequency analysis section 21 are shown in comparison.

図3において、点線の楕円で示した部分は、定在波の領域である。ここで、「定在波」とは、閉空間の音場において、その形状や大きさに応じて、放射された音の強さが大きく増幅され易い共振周波数にて生じる波のことである。 In FIG. 3, the part indicated by the dotted ellipse is the area of standing waves. Here, the term "standing wave" refers to a wave generated in a sound field in a closed space at a resonant frequency where the intensity of the radiated sound is easily amplified depending on its shape and size.

この定在波は、監視エリアのサイズに応じて概略値が算出でき、図2に示したサイズの監視エリアでは、14.4Hzが定在波の周波数となる。図3では、定在波以下の周波数帯域が、長方形の枠として示されている。 The approximate value of this standing wave can be calculated according to the size of the monitoring area, and in the monitoring area of the size shown in FIG. 2, the frequency of the standing wave is 14.4 Hz. In FIG. 3, the frequency band below the standing wave is shown as a rectangular frame.

また、定在波は、事前に監視エリアとなる場所でのインパルス計測を行って算出することもできる。さらに、定在波が複数ある場合には、最も低い定在波を採用することで、より正確に火災検知処理を行うことができる。 Furthermore, the standing waves can also be calculated by performing impulse measurements in advance at a location that will be the monitoring area. Furthermore, when there are multiple standing waves, by employing the lowest standing wave, fire detection processing can be performed more accurately.

定在波以下の周波数帯域に着目すると、炎が発生した際の周波数スペクトルは、ピーク周波数を通る1/f揺らぎ特性と近似したパワースペクトルとなっている。一方、暗騒音における周波数スペクトルは、ピーク周波数を通る1/f揺らぎ特性と近似したパワースペクトルとなっていない。 Focusing on the frequency band below the standing wave, the frequency spectrum when a flame is generated is a power spectrum that approximates the 1/f fluctuation characteristic passing through the peak frequency. On the other hand, the frequency spectrum of background noise does not have a power spectrum that approximates the 1/f fluctuation characteristic passing through the peak frequency.

また、楕円部分である定在波の領域に着目すると、炎が発生した際の周波数スペクトルと暗騒音における周波数スペクトルとは、レベルの違いはあるものの、大きな差異がない。従って、定在波以下の周波数帯域において、ピーク周波数を通る1/f揺らぎ特性と近似したパワースペクトルとなる周波数スペクトルが得られた場合には、炎が発生したと検知することができる。 Furthermore, when focusing on the standing wave region, which is an elliptical portion, there is no major difference between the frequency spectrum when a flame occurs and the frequency spectrum when background noise occurs, although there is a difference in level. Therefore, if a frequency spectrum having a power spectrum similar to the 1/f fluctuation characteristic passing through the peak frequency is obtained in the frequency band below the standing wave, it can be detected that a flame has occurred.

図4は、本開示の実施の形態1に係る火災検知装置による炎検出方法に関して、図3とは異なるサイズの監視エリアにおける周波数スペクトルを示した説明図である。図3では、監視エリアの幅が12mの場合を示したが、図4では、監視エリアの幅が14mの場合を示している。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing a frequency spectrum in a monitoring area of a different size from that in FIG. 3 regarding the flame detection method by the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure. Although FIG. 3 shows a case where the width of the monitoring area is 12 m, FIG. 4 shows a case where the width of the monitoring area is 14 m.

図4において、定在波以下の周波数帯域に着目すると、炎が発生した際の周波数スペクトルは、ピーク周波数を通る1/f揺らぎ特性と近似したパワースペクトルとなっている。一方、暗騒音における周波数スペクトルは、ピーク周波数を通る1/f揺らぎ特性と近似したパワースペクトルとなっていない。 In FIG. 4, when focusing on the frequency band below the standing wave, the frequency spectrum when a flame is generated is a power spectrum that approximates the 1/f fluctuation characteristic passing through the peak frequency. On the other hand, the frequency spectrum of background noise does not have a power spectrum that approximates the 1/f fluctuation characteristic passing through the peak frequency.

図5は、本開示の実施の形態1に係る火災検知装置による炎検出方法に関して、図3にける暗騒音と、図4における暗騒音とを対比して示した説明図である。具体的には、図5では、幅14mの部屋を監視エリアとした場合と、幅12mの部屋を監視エリアとした場合とにおける、暗騒音に関する周波数スペクトルが比較して示されている。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing a comparison between the background noise in FIG. 3 and the background noise in FIG. 4 regarding the flame detection method by the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure. Specifically, FIG. 5 shows a comparison of frequency spectra related to background noise in a case where a room with a width of 14 m is used as a monitoring area and a case where a room with a width of 12 m is used as a monitoring area.

いずれの周波数スペクトルも、定在波以下の周波数帯域に着目すると、ピーク周波数を通る1/f揺らぎ特性との誤差が大きくなっていることがわかる。従って、定在波以下の周波数帯域において、ピーク周波数を通る1/f揺らぎ特性と周波数スペクトルとの誤差を定量的に算出することで、監視エリアのサイズに依存せずに、暗騒音と炎とを識別できることがわかる。 In both frequency spectra, when focusing on the frequency band below the standing wave, it can be seen that the error with the 1/f fluctuation characteristic passing through the peak frequency is large. Therefore, by quantitatively calculating the error between the 1/f fluctuation characteristic passing through the peak frequency and the frequency spectrum in the frequency band below the standing wave, background noise and flames can be compared without depending on the size of the monitoring area. It can be seen that it is possible to identify the

次に、誤報要因として、換気扇の音に関する検証結果を示す。図6は、本開示の実施の形態1に係る火災検知装置において、暗騒音、炎、換気扇の3種の音響データに関する周波数スペクトルを示した比較図である。図6に示すように、換気扇による音響データに基づく周波数スペクトルについても、定在波以下の周波数帯域では、ピーク周波数を通る1/f揺らぎ特性との誤差が大きくなっていることがわかる。 Next, we will show the verification results regarding the sound of ventilation fans as a cause of false alarms. FIG. 6 is a comparison diagram showing frequency spectra regarding three types of acoustic data of background noise, flame, and ventilation fan in the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure. As shown in FIG. 6, it can be seen that in the frequency spectrum based on the acoustic data from the ventilation fan, the error with the 1/f fluctuation characteristic passing through the peak frequency is large in the frequency band below the standing wave.

図7は、本開示の実施の形態1に係る火災検知装置において、暗騒音、炎、換気扇の3種の音響データに関する周波数スペクトルを示した比較図である。具体的には、図7(A)では、定在波以下の周波数帯域としてf1=2.1Hzからf2=10.0Hzの周波数帯域において、暗騒音、炎、換気扇のそれぞれについてピーク周波数を通る1/f揺らぎ特性を示している。 FIG. 7 is a comparison diagram showing frequency spectra regarding three types of acoustic data of background noise, flame, and ventilation fan in the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure. Specifically, in FIG. 7(A), in the frequency band from f1 = 2.1 Hz to f2 = 10.0 Hz as the frequency band below the standing wave, 1 which passes through the peak frequency for each of background noise, flame, and ventilation fan. /f fluctuation characteristics.

また、図7(B)では、定在波を含む周波数帯域として、f1=2.1Hzからf2=20.0Hzの周波数帯域において、炎についてピーク周波数を通る1/f揺らぎ特性を示している。 Further, FIG. 7B shows a 1/f fluctuation characteristic of the flame passing through the peak frequency in a frequency band from f1=2.1 Hz to f2=20.0 Hz, which is a frequency band including standing waves.

図7(A)に示したように、定在波以下の周波数帯域においては、炎に関する周波数スペクトルは、1/f揺らぎ特性に近似しているが、暗騒音および換気扇に関する周波数スペクトルは、1/f揺らぎ特性に近似していない。 As shown in FIG. 7(A), in the frequency band below the standing wave, the frequency spectrum related to flames approximates the 1/f fluctuation characteristic, but the frequency spectra related to background noise and ventilation fans are similar to 1/f fluctuation characteristics. It does not approximate the f fluctuation characteristics.

また、図7(B)に示したように、定在波を含む周波数帯域においては、炎に関する周波数スペクトルに関しても、10.0Hz以上の周波数帯域でピーク周波数が存在するため、1/f揺らぎ特性に近似しなくなることがわかる。 Furthermore, as shown in Fig. 7(B), in the frequency band including standing waves, the peak frequency exists in the frequency band of 10.0 Hz or higher in the frequency spectrum related to the flame, so the 1/f fluctuation characteristic It can be seen that it no longer approximates.

そこで、本実施の形態1では、周波数スペクトルから1/f揺らぎ特性を算出するとともに、周波数スペクトルと1/f揺らぎ特性との近似度を定量的に特定する指標として、平均レベル誤差を導入する。そこで、1/f揺らぎ特性および平均レベル誤差の算出法について、数式を用いて具体的に説明する。 Therefore, in the first embodiment, the 1/f fluctuation characteristic is calculated from the frequency spectrum, and an average level error is introduced as an index for quantitatively specifying the degree of approximation between the frequency spectrum and the 1/f fluctuation characteristic. Therefore, a method for calculating the 1/f fluctuation characteristic and the average level error will be specifically explained using mathematical formulas.

炎検知部22は、周波数解析部21で算出された周波数スペクトルを用いて、下式(1)に基づいて、1/f揺らぎ特性Y(f)[dB]を算出する。 The flame detection unit 22 uses the frequency spectrum calculated by the frequency analysis unit 21 to calculate the 1/f fluctuation characteristic Y(f) [dB] based on the following equation (1).

上式(1)における各記号は、以下を意味している。
f:周波数[Hz]
fmax:炎の周波数スペクトルの定在波以下の周波数帯域におけるピーク周波数[Hz]
Pmax:炎のピーク周波数fmaxのパワー
α:1~2の実数値としてあらかじめ設定される重み係数
Each symbol in the above formula (1) means the following.
f: Frequency [Hz]
fmax: Peak frequency in the frequency band below the standing wave of the flame frequency spectrum [Hz]
Pmax: Power of flame peak frequency fmax α: Weighting coefficient preset as a real value between 1 and 2

なお、重み係数αを大きい値にするほど、1/fゆらぎ特性は、高域になるにつれてレベル減衰勾配が急峻になることとなる。重み係数αは、監視エリアのサイズ、監視エリアにおいて定在波以下の周波数帯域として発生する炎、暗騒音、ノイズの計測結果に応じて、適切な値を設定することも可能である。 Note that, as the weighting coefficient α becomes larger, the level attenuation gradient of the 1/f fluctuation characteristic becomes steeper as the frequency becomes higher. The weighting coefficient α can also be set to an appropriate value depending on the size of the monitoring area and the measurement results of flames, background noise, and noise occurring in the monitoring area as a frequency band below the standing wave.

さらに、炎検知部22は、算出した揺らぎ特性Y(f)および周波数解析部21で算出された周波数スペクトルを用いて、下式(2)に基づいて、平均レベル誤差Lave[dB]を算出する。 Furthermore, the flame detection unit 22 uses the calculated fluctuation characteristic Y(f) and the frequency spectrum calculated by the frequency analysis unit 21 to calculate the average level error Lave [dB] based on the following formula (2). .

上式(2)における各記号は、以下を意味している。
X(f):周波数fにおける周波数スペクトルの値
Y(f):周波数fにおける1/f揺らぎ特性の値
f1:定在波以下の周波数帯域におけるピーク周波数fmax、またはピーク周波数fmaxよりも低い値
f2:定在波の周波数、あるいは定在波より1~2Hz程度低い周波数
Each symbol in the above formula (2) means the following.
X(f): Value of frequency spectrum at frequency f Y(f): Value of 1/f fluctuation characteristic at frequency f f1: Peak frequency fmax in the frequency band below the standing wave, or a value lower than the peak frequency fmax f2 :Frequency of the standing wave or a frequency about 1 to 2 Hz lower than the standing wave

図8は、本開示の実施の形態1に係る炎検知部22によって算出された平均レベル誤差Laveを示した図である。図8の左側に示した「暗騒音」、「炎」、「換気扇」のそれぞれに関する平均レベル誤差は、図7(A)に示した周波数スペクトルにおいて、定在波以下の周波数帯域として、f1=2.1Hz~ f2=10.0Hzで規定された範囲について、上式(1)を用いて1/f揺らぎ特性Y(f)を算出した後に、上式(2)を用いて平均レベル誤差Laveを求めた結果に対応している。 FIG. 8 is a diagram showing the average level error Lave calculated by the flame detection unit 22 according to the first embodiment of the present disclosure. The average level errors for each of "background noise", "flame", and "ventilation fan" shown on the left side of FIG. 8 are as follows: f1= After calculating the 1/f fluctuation characteristic Y(f) using the above formula (1) for the range defined by 2.1Hz to f2 = 10.0Hz, the average level error Lave is calculated using the above formula (2). It corresponds to the result obtained.

また、図8の右側に示した「炎(従来)」に関する平均レベル誤差は、図7(B)に示した周波数スペクトルにおいて、定在波を含む周波数帯域として、f1=2.1Hz~f2=20.0Hzで規定された範囲について、上式(1)を用いて1/f揺らぎ特性Y(f)を算出した後に、上式(2)を用いて平均レベル誤差Laveを求めた結果に対応している。 In addition, the average level error regarding "flame (conventional)" shown on the right side of FIG. 8 is in the frequency spectrum shown in FIG. Corresponds to the result of calculating the average level error Lave using the above equation (2) after calculating the 1/f fluctuation characteristic Y(f) using the above equation (1) for the range specified by 20.0 Hz. are doing.

図8に示すように、定在波以下の周波数帯域に限定して平均レベル誤差Laveを求めることで、例えば、判定閾値=4dBとして、平均レベル誤差Laveが4dB以下になっているか否かを判定することで、暗騒音および換気扇と識別して、炎が発生したことを検知できる。ただし、炎といえども、定在波を含む周波数帯域において求めた平均レベル誤差Laveは、判定閾値よりも大きくなり、1/f揺らぎ特性に近似しない結果となっている。 As shown in FIG. 8, by determining the average level error Lave limited to the frequency band below the standing wave, for example, by setting the determination threshold = 4 dB, it is determined whether the average level error Lave is 4 dB or less. By doing so, it is possible to distinguish between background noise and ventilation fans and detect the occurrence of flames. However, even for a flame, the average level error Lave determined in a frequency band including standing waves is larger than the determination threshold, resulting in a result that does not approximate the 1/f fluctuation characteristic.

従って、炎検知部22は、定在波以下の周波数帯域において、ピーク周波数を検出し、ピーク周波数を通過する1/f揺らぎ特性を算出し、さらに、平均レベル誤差を算出することで、検知対象である炎を高精度に検出することができる。 Therefore, the flame detection unit 22 detects the peak frequency in the frequency band below the standing wave, calculates the 1/f fluctuation characteristic that passes through the peak frequency, and further calculates the average level error to detect the detection target. flame can be detected with high precision.

次に、フローチャートを用いて、本実施の形態1に係る火災検知装置において実行される一連処理について説明する。図9は、本開示の実施の形態1に係る火災検知装置において実行される火災検知方法に関する一連処理を示したフローチャートである。 Next, a series of processes executed in the fire detection device according to the first embodiment will be described using a flowchart. FIG. 9 is a flowchart showing a series of processes related to the fire detection method executed in the fire detection device according to Embodiment 1 of the present disclosure.

まず初めに、ステップS901において、周波数解析部21は、監視エリアに設置されたマイク10を介して、監視エリア内で発生する音響データの収音処理を実行する。次に、ステップS902において、周波数解析部21は、マイク10で収音された音響データに対して周波数解析処理を施すことで周波数スペクトルを算出する。 First, in step S901, the frequency analysis unit 21 performs sound collection processing of acoustic data generated within the monitoring area via the microphone 10 installed in the monitoring area. Next, in step S902, the frequency analysis unit 21 calculates a frequency spectrum by performing frequency analysis processing on the acoustic data picked up by the microphone 10.

次に、ステップS903において、炎検知部22は、定在波以下の周波数帯域において1/f揺らぎ特性検出処理を実行する。具体的には、炎検知部22は、ピーク周波数Pmaxを算出するとともに、上式(1)を用いて1/f揺らぎ特性を算出する。 Next, in step S903, the flame detection unit 22 executes 1/f fluctuation characteristic detection processing in the frequency band below the standing wave. Specifically, the flame detection unit 22 calculates the peak frequency Pmax and also calculates the 1/f fluctuation characteristic using the above equation (1).

次に、ステップS904において、炎検知部22は、ステップS902で算出した周波数スペクトルと、ステップS903で算出した1/f揺らぎ特性とのレベル誤差を算出する。炎検知部22は、レベル誤差算出処理の一例として、上式(2)を用いて算出した平均レベル誤差Laveをレベル誤差として用いることができる。 Next, in step S904, the flame detection unit 22 calculates a level error between the frequency spectrum calculated in step S902 and the 1/f fluctuation characteristic calculated in step S903. As an example of the level error calculation process, the flame detection unit 22 can use the average level error Lave calculated using the above equation (2) as the level error.

なお、レベル誤差としては、上式(2)には限定されず、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルの誤差を定量的に求める指標であれば、[Y(f)-X(f)]の2乗誤差平均を算出するなど、他の指標値を用いることも可能である。 Note that the level error is not limited to the above equation (2), but can be expressed as [Y(f) - It is also possible to use other index values, such as calculating the mean squared error.

次に、ステップS905において、炎検知部22は、ステップS904で算出したレベル誤差が、あらかじめ設定された判定閾値以下であるか否かを判定する。そして、炎検知部22は、レベル誤差が判定閾値以下である場合には、定在波以下の周波数帯域における周波数スペクトルに1/f揺らぎ特性が含まれており、炎が発生したと判断し、ステップS906に進む。 Next, in step S905, the flame detection unit 22 determines whether the level error calculated in step S904 is less than or equal to a preset determination threshold. Then, if the level error is below the determination threshold, the flame detection unit 22 determines that the frequency spectrum in the frequency band below the standing wave includes a 1/f fluctuation characteristic and that a flame has occurred, The process advances to step S906.

一方、炎検知部22は、レベル誤差が判定閾値を超える場合には、定在波以下の周波数帯域における周波数スペクトルに1/f揺らぎ特性が含まれておらず、炎が発生していないと判断し、一連処理を終了する。 On the other hand, if the level error exceeds the determination threshold, the flame detection unit 22 determines that the frequency spectrum in the frequency band below the standing wave does not include the 1/f fluctuation characteristic and that no flame is generated. Then, the series of processing ends.

ステップS906に進んだ場合には、炎検知部22は、炎検出報知処理を実行する。例えば、炎検知部22は、火災受信機に炎の発生を検知したことを知らせる火災信号を送信することで、消火設備の起動、シャッタ等の防排煙機器の連動動作の起動、非常放送設備等への移報などを実施させることができる。 If the process advances to step S906, the flame detection unit 22 executes flame detection notification processing. For example, the flame detection unit 22 sends a fire signal to the fire receiver to notify that it has detected the occurrence of a flame, thereby activating fire extinguishing equipment, activating the linked operation of smoke prevention equipment such as shutters, and emergency broadcasting equipment. It is possible to carry out transfers of information to etc.

以上のように、実施の形態1によれば、監視エリアで収音された音響データに基づく周波数解析結果から炎特有の特徴量を算出し、監視エリア内で炎が発生したか否かを定量的に判断することができる。具体的には、定在波以下の周波数帯域に着目し、1/f揺らぎ特性を算出し、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルのレベル誤差を特徴量として使用することで、炎が発生したか否かを、誤報要因と識別してより高精度に検知することができる。 As described above, according to Embodiment 1, the feature amount peculiar to a flame is calculated from the frequency analysis result based on the acoustic data collected in the monitoring area, and it is quantified whether or not a flame has occurred in the monitoring area. can be judged accurately. Specifically, by focusing on the frequency band below the standing wave, calculating the 1/f fluctuation characteristics, and using the level error of the frequency spectrum with respect to the 1/f fluctuation characteristics as a feature quantity, it is possible to determine whether a flame has occurred. This can be identified as a false alarm factor and detected with higher accuracy.

特に、本実施の形態1に係る火災検知装置は、監視エリア内で収音された音響データに基づく演算処理により炎が発生したか否かを判断する点に技術的特徴があり、以下のような効果が得られる。 In particular, the fire detection device according to Embodiment 1 has a technical feature in that it determines whether or not a flame has occurred through arithmetic processing based on acoustic data collected within the monitoring area. You can get the following effect.

効果1:マイクの設置位置に自由度があり、後付けで、あるいは一時的に火災監視機能を付加したい場合にも、容易に対応することができる。すなわち、比較的簡単な構成で、種々の監視エリアにおける火災検知処理を実現できる。 Effect 1: There is a degree of freedom in the installation position of the microphone, making it easy to add a fire monitoring function as a retrofit or temporarily. That is, fire detection processing in various monitoring areas can be realized with a relatively simple configuration.

効果2:火災によって副次的に発生する煙を監視するのではなく、燃焼そのものに起因して発生する音響データにフォーカスして火災検知処理を行っているため、より迅速に火災検知できる。 Effect 2: Fire detection processing is performed by focusing on the acoustic data generated from the combustion itself, rather than monitoring the smoke generated as a secondary effect of a fire, so fires can be detected more quickly.

効果3:本開示による火災検知方法と、他のセンサによる火災検知方法を組み合わせることで、誤報要因を抑制して、炎が発生したか否かをより高精度に検知することができる。例えば、他の火災検知方法で火災の可能性があることが検知された際に、さらに本開示の火災検知方法を適用し、1/f揺らぎ特性が検知されない場合には、誤報源であると判断することができる。 Effect 3: By combining the fire detection method according to the present disclosure and the fire detection method using other sensors, false alarm factors can be suppressed and whether or not a flame has occurred can be detected with higher accuracy. For example, when the possibility of a fire is detected by another fire detection method, if the fire detection method of the present disclosure is further applied and the 1/f fluctuation characteristic is not detected, it is determined that the source is a false alarm. can be judged.

実施の形態2.
先の実施の形態1では、定在波以下の周波数帯域において、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルのレベル誤差を特徴量として算出し、特徴量があらかじめ設定した判定閾値以下になることでの炎が発生したことを検知する場合について説明した。これに対して、本実施の形態2では、算出した特徴量を学習モデルの入力として、炎が発生したか否かを判定する場合について説明する。
Embodiment 2.
In the first embodiment described above, in the frequency band below the standing wave, the level error of the frequency spectrum with respect to the 1/f fluctuation characteristic is calculated as a feature amount, and when the feature amount becomes less than a preset determination threshold, a flame is detected. We have explained the case of detecting the occurrence of. On the other hand, in the second embodiment, a case will be described in which the calculated feature amount is input to a learning model to determine whether or not a flame has occurred.

図10は、本開示の実施の形態2に係る火災検知装置の全体構成を示した説明図である。本実施の形態2における火災検知装置は、マイク10と、コンピュータ20とを備えて構成されている。 FIG. 10 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a fire detection device according to Embodiment 2 of the present disclosure. The fire detection device according to the second embodiment includes a microphone 10 and a computer 20.

マイク10は、炎の監視エリアに設置され、監視エリア内で発生する音を音響データとして収音する。コンピュータ20は、マイク10で収音された音響データに対して演算処理を施すことで、監視エリアで炎が発生したか否かを判断するコントローラであり、周波数解析部21、および炎検知部22を備えている。 The microphone 10 is installed in the flame monitoring area and collects sounds generated within the monitoring area as acoustic data. The computer 20 is a controller that determines whether a flame has occurred in the monitoring area by performing arithmetic processing on the acoustic data picked up by the microphone 10, and includes a frequency analysis section 21 and a flame detection section 22. It is equipped with

本実施の形態2における図10の構成と、先の実施の形態1における図1の構成とを比較すると、本実施の形態2では、炎検知部22が、内部構成として特徴量算出部23とサポートベクタマシン24とを有している点が異なっている。そこで、実施の形態1と実施の形態2との相違点を中心に、以下に説明する。 Comparing the configuration shown in FIG. 10 in the second embodiment with the configuration shown in FIG. The difference is that it has a support vector machine 24. Therefore, the differences between Embodiment 1 and Embodiment 2 will be mainly described below.

先の実施の形態1では、炎検知部22により、以下の機能1~機能3をすべて実施していた。
機能1:周波数解析部21で算出された周波数スペクトルに関して定在波以下の周波数帯域において1/f揺らぎ特性を算出する機能。
機能2:1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルのレベル誤差を特徴量として算出する機能。
機能3:特徴量とあらかじめ設定された判定閾値とを比較し、特徴量が判定閾値以下である場合には、周波数解析部21で算出された周波数スペクトルに関して定在波以下の周波数帯域において1/f揺らぎ特性が含まれており、監視エリアで炎が発生したとする判定結果を出力する機能。
In the first embodiment, the flame detection unit 22 performs all of the following functions 1 to 3.
Function 1: A function of calculating 1/f fluctuation characteristics in the frequency band below the standing wave with respect to the frequency spectrum calculated by the frequency analysis section 21.
Function 2: A function that calculates the level error of the frequency spectrum for the 1/f fluctuation characteristic as a feature quantity.
Function 3: Compare the feature amount with a preset determination threshold, and if the feature amount is less than the determination threshold, the frequency spectrum calculated by the frequency analysis unit 21 is 1/1 in the frequency band below the standing wave. This function includes f-fluctuation characteristics and outputs a judgment result indicating that a flame has occurred in the monitoring area.

これに対して、本実施の形態2では、機能1および機能2により特徴量を算出する部分までを、特徴量算出部23で実施している。さらに、本実施の形態2におけるサポートベクタマシン24では、特徴量を入力パラメータとする学習モデルをあらかじめ作成するとともに、学習モデルに対して、特徴量算出部23で算出した特徴量を入力として、機械学習により炎が発生したか否かを判定している。 On the other hand, in the second embodiment, the feature amount calculating section 23 performs the portion up to calculating the feature amount using function 1 and function 2. Furthermore, in the support vector machine 24 in the second embodiment, a learning model that uses feature quantities as input parameters is created in advance, and the feature quantities calculated by the feature quantity calculation unit 23 are input to the learning model. Through learning, it is determined whether a flame has occurred.

すなわち、本実施の形態2では、あらかじめ判定閾値を設定しておく代わりに、特徴量を入力パラメータとした学習モデルを作成しておくことで、炎が発生したか否かを判定している。そこで、サポートベクタマシン24について、以下に補足説明する。 That is, in the second embodiment, instead of setting a determination threshold value in advance, a learning model is created using the feature amount as an input parameter to determine whether or not a flame has occurred. Therefore, a supplementary explanation of the support vector machine 24 will be given below.

サポートベクタマシン24は、教師あり学習を用いる識別手法の1つであり、既知の学習モデルである。本実施の形態2では、炎が発生しているか否かを識別するために、種々の状況における特徴量の算出結果に基づく学習モデルの作成を行う。 The support vector machine 24 is one of the identification methods using supervised learning, and is a known learning model. In the second embodiment, a learning model is created based on the calculation results of feature amounts in various situations in order to identify whether or not a flame is occurring.

すなわち、検出対象である炎が実際に発生した際の音響データに基づく特徴量と、誤報要因も含め、炎が発生していない際の音響データに基づく特徴量とを入力パラメータとして用いて、サポートベクタマシン24による学習モデルの作成をあらかじめ行っておく。 In other words, the feature values based on the acoustic data when the flame to be detected actually occurs, and the feature values based on the acoustic data when the flame does not occur, including false alarm factors, are used as input parameters to support the detection target. A learning model is created in advance using the vector machine 24.

この結果、炎検知部22内のサポートベクタマシン24は、特徴量算出部23で算出された特徴量を入力として、監視エリア内で炎が発生しているか否かを、機械学習により特定することが可能となる。 As a result, the support vector machine 24 in the flame detection unit 22 receives the feature calculated by the feature calculation unit 23 as input and uses machine learning to identify whether or not a flame is occurring within the monitoring area. becomes possible.

このような構成を備えることにより、本実施の形態2に係る火災検知装置は、あらかじめ学習モデルを作成しておき、監視時において収音された音響データから算出した特徴量を学習済みのサポートベクタマシン24への入力パラメータとして適用することで、監視エリア内で炎が発生したか否かを、誤報要因と識別してより高精度に検知することができる。 By having such a configuration, the fire detection device according to the second embodiment creates a learning model in advance, and uses the feature quantities calculated from the acoustic data collected during monitoring as a learned support vector. By applying this as an input parameter to the machine 24, it is possible to detect with higher accuracy whether or not a flame has occurred within the monitoring area by identifying it as a cause of false alarm.

次に、フローチャートを用いて、本実施の形態2に係る火災検知装置において実行される一連処理について説明する。図11は、本開示の実施の形態2に係る火災検知装置において実行される火災検知方法に関する一連処理を示したフローチャートである。 Next, a series of processes executed in the fire detection device according to the second embodiment will be described using a flowchart. FIG. 11 is a flowchart showing a series of processes related to the fire detection method executed in the fire detection device according to Embodiment 2 of the present disclosure.

まず初めに、ステップS1101において、周波数解析部21は、監視エリアに設置されたマイク10を介して、監視エリア内で発生する音響データの収音処理を実行する。次に、ステップS1102において、周波数解析部21は、マイク10で収音された音響データに対して周波数解析処理を施すことで周波数スペクトルを算出する。 First, in step S1101, the frequency analysis unit 21 performs sound collection processing of acoustic data generated within the monitoring area via the microphone 10 installed in the monitoring area. Next, in step S1102, the frequency analysis unit 21 calculates a frequency spectrum by performing frequency analysis processing on the acoustic data picked up by the microphone 10.

次に、ステップS1103において、炎検知部22内の特徴量算出部23は、定在波以下の周波数帯域において1/f揺らぎ特性検出処理を実行する。具体的には、特徴量算出部23は、ピーク周波数Pmaxを算出するとともに、上式(1)を用いて1/f揺らぎ特性を算出する。 Next, in step S1103, the feature value calculation unit 23 in the flame detection unit 22 executes 1/f fluctuation characteristic detection processing in the frequency band below the standing wave. Specifically, the feature value calculation unit 23 calculates the peak frequency Pmax and also calculates the 1/f fluctuation characteristic using the above equation (1).

次に、ステップS1104において、特徴量算出部23は、ステップS1102で算出した周波数スペクトルと、ステップS1103で算出した1/f揺らぎ特性とのレベル誤差を算出する。特徴量算出部23は、レベル誤差算出処理の一例として、上式(2)を用いて算出した平均レベル誤差Laveを特徴量であるレベル誤差として用いることができる。 Next, in step S1104, the feature calculation unit 23 calculates a level error between the frequency spectrum calculated in step S1102 and the 1/f fluctuation characteristic calculated in step S1103. As an example of the level error calculation process, the feature amount calculation unit 23 can use the average level error Lave calculated using the above equation (2) as the level error that is the feature amount.

なお、特徴量であるレベル誤差としては、上式(2)には限定されず、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルの誤差を定量的に求める指標であれば、[Y(f)-X(f)]の2乗誤差平均を算出するなど、他の指標値を用いることも可能である。 Note that the level error, which is a feature quantity, is not limited to the above equation (2), but can be expressed as [Y(f)-X( It is also possible to use other index values, such as calculating the average squared error of [f)].

次に、ステップS1105において、サポートベクタマシン24は、あらかじめ学習モデルを作成しておき、ステップS1104で特徴量として算出したレベル誤差を入力として、機械学習モデルを用いた炎検出処理を実行する。 Next, in step S1105, the support vector machine 24 creates a learning model in advance, and executes flame detection processing using the machine learning model by inputting the level error calculated as the feature amount in step S1104.

次に、ステップS1106において、サポートベクタマシン24は、機械学習モデルを用いた炎検出処理を実行した結果、炎が発生したと判断した場合には、ステップS1107に進む。 Next, in step S1106, if the support vector machine 24 determines that a flame has occurred as a result of executing the flame detection process using the machine learning model, the process proceeds to step S1107.

一方、サポートベクタマシン24は、機械学習モデルを用いた炎検出処理を実行した結果、炎が発生していないと判断した場合には、一連処理を終了する。 On the other hand, if the support vector machine 24 determines that no flame has occurred as a result of executing the flame detection process using the machine learning model, it ends the series of processes.

ステップS1107に進んだ場合には、炎検知部22は、炎検出報知処理を実行する。例えば、炎検知部22は、火災受信機に炎の発生を検知したことを知らせる火災信号を送信することで、消火設備の起動、シャッタ等の防排煙機器の連動動作の起動、非常放送設備等への移報などを実施させることができる。 If the process advances to step S1107, the flame detection unit 22 executes flame detection notification processing. For example, the flame detection unit 22 sends a fire signal to the fire receiver to notify that it has detected the occurrence of a flame, thereby activating fire extinguishing equipment, activating the linked operation of smoke prevention equipment such as shutters, and emergency broadcasting equipment. It is possible to carry out transfers of information to etc.

以上のように、実施の形態2によれば、監視エリアで収音された音響データに基づく周波数解析結果から炎特有の特徴量を算出し、事前に学習した機械学習モデルを用いて、監視エリア内で炎が発生したか否かを定量的に判断することができる。具体的には、定在波以下の周波数帯域に着目し、1/f揺らぎ特性を算出し、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルのレベル誤差を特徴量として使用することで、炎が発生したか否かを、誤報要因と識別してより高精度に検知することができる。 As described above, according to Embodiment 2, flame-specific features are calculated from the frequency analysis results based on the acoustic data collected in the monitoring area, and a pre-trained machine learning model is used to calculate the characteristics of the monitoring area. It is possible to quantitatively determine whether or not a flame has occurred inside the chamber. Specifically, by focusing on the frequency band below the standing wave, calculating the 1/f fluctuation characteristics, and using the level error of the frequency spectrum with respect to the 1/f fluctuation characteristics as a feature quantity, it is possible to determine whether a flame has occurred. This can be identified as a false alarm factor and detected with higher accuracy.

換言すると、あらかじめ判定閾値を設定しておく代わりに、学習モデルを作成しておくことによっても、定在波以下の周波数帯域に着目し、1/f揺らぎ特性を算出し、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルのレベル誤差を特徴量として使用することで、炎が発生したか否かを、高精度に検知でき、先の実施の形態1と同様に、効果1~効果3を実現できる。 In other words, instead of setting the judgment threshold in advance, by creating a learning model, the 1/f fluctuation characteristic is calculated by focusing on the frequency band below the standing wave, and the 1/f fluctuation characteristic is calculated. By using the level error of the frequency spectrum as a feature quantity, it is possible to detect with high precision whether or not a flame has occurred, and similarly to the first embodiment, effects 1 to 3 can be achieved.

なお、先の図10では、炎検知部22の中に特徴量算出部23およびサポートベクタマシン24を有する構成を示したが、特徴量算出部23およびサポートベクタマシン24を炎検知部22とは独立した構成とすることも可能である。 Although FIG. 10 shows a configuration in which the flame detection unit 22 includes the feature quantity calculation unit 23 and the support vector machine 24, the feature quantity calculation unit 23 and the support vector machine 24 are not included in the flame detection unit 22. An independent configuration is also possible.

この場合には、特徴量算出部は、特徴量の算出に特化し、サポートベクタマシン24は、機械学習モデルの事前生成に特化し、炎検知部22は、監視エリアの監視時において、特徴量算出部23で算出された特徴量を、サポートベクタマシン24で事前生成された機械学習モデルに対する入力パラメータとし、炎が発生したか否かを判定することに特化することとなる。 In this case, the feature quantity calculation unit specializes in calculating feature quantities, the support vector machine 24 specializes in pre-generating machine learning models, and the flame detection unit 22 specializes in feature quantity calculation when monitoring the monitoring area. The feature quantity calculated by the calculation unit 23 is used as an input parameter for the machine learning model generated in advance by the support vector machine 24, and the machine learning model is specialized for determining whether or not a flame has occurred.

実施の形態3.
先の実施の形態1、2では、定在波以下の周波数帯域に着目し、1/f揺らぎ特性を算出し、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルのレベル誤差を特徴量として算出し、この特徴量を用いた炎検出処理を行っていた。これに対して、本実施の形態3では、特定の帯域(低域)において燃焼音に近似した特性を検知した際に、時間的なレベル変動が少ない条件をさらに考慮することで、誤報要因を抑制する場合について説明する。
Embodiment 3.
In the first and second embodiments described above, focusing on the frequency band below the standing wave, the 1/f fluctuation characteristic is calculated, the level error of the frequency spectrum with respect to the 1/f fluctuation characteristic is calculated as a feature amount, and this characteristic is calculated. Flame detection processing using the amount was performed. In contrast, in Embodiment 3, when a characteristic similar to a combustion sound is detected in a specific band (low range), conditions with little temporal level fluctuation are further considered to reduce the cause of false alarms. A case of suppression will be explained.

なお、本実施の形態3に係る火災検知装置の全体構成は、先の実施の形態1における図1に示した全体構成と同じであり、説明を省略する。 Note that the overall configuration of the fire detection device according to the third embodiment is the same as the overall configuration shown in FIG. 1 in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

図12は、本開示の実施の形態3において、種々の環境条件における1/f揺らぎ特性を検証した周波数スペクトルを示した図である。具体的には、図12では、以下の4種の周波数スペクトルに関する波形が示されている。 FIG. 12 is a diagram showing frequency spectra in which 1/f fluctuation characteristics under various environmental conditions were verified in Embodiment 3 of the present disclosure. Specifically, FIG. 12 shows waveforms related to the following four types of frequency spectra.

第1の波形:燃焼実験室において火災を発生させた際に収音した音響データに基づく周波数スペクトル波形
第2の波形:燃焼実験室において火災を発生させた際に収音した、第1の波形を得たときとは異なる音響データに基づく周波数スペクトル波形
第3の波形:ドア開閉が行われた際に収音した音響データに基づく周波数スペクトル波形
第4の波形:移動天井の開閉が行われた際に収音した音響データに基づく周波数スペクトル波形
First waveform: Frequency spectrum waveform based on acoustic data collected when a fire occurred in the combustion laboratory.Second waveform: First waveform collected when a fire occurred in the combustion laboratory. Frequency spectrum waveform based on acoustic data different from when the door was opened/closed Third waveform: Frequency spectrum waveform based on acoustic data collected when the door was opened/closed Fourth waveform: The moving ceiling was opened/closed Frequency spectrum waveform based on acoustic data collected at the time

図12では、第1の波形から第4の波形のそれぞれについて、低域の特定の周波数帯域おけるピーク周波数を通過する1/f揺らぎ特性があわせて表示されている。ドアあるいは移動天井の開閉音は、低域における周波数スペクトルが、1/f揺らぎ特性に似た変動を示し、炎が発生した場合として誤検出してしまうおそれが考えられる。 In FIG. 12, 1/f fluctuation characteristics passing through a peak frequency in a specific low frequency band are also displayed for each of the first to fourth waveforms. The sound of opening and closing a door or a moving ceiling has a frequency spectrum in the low range that exhibits fluctuations similar to 1/f fluctuation characteristics, and there is a possibility that the sound may be erroneously detected as the occurrence of flame.

そこで、本実施の形態3では、時間的なレベル変動が少ない条件をさらに考慮することで、ドア等の開閉音を誤検出してしまうことを抑制しており、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下では、炎が発生した場合と、ドア開閉音が発生した場合とを対比して、具体的に説明する。 Therefore, in Embodiment 3, by further considering conditions with little temporal level fluctuation, erroneous detection of opening/closing sounds of doors, etc. is suppressed, and this will be explained in detail using drawings. . In the following, a case where a flame occurs and a case where a door opening/closing sound occurs will be specifically explained.

図13は、本開示の実施の形態3において、炎が発生した際の音響データに基づくスペクトログラムと、ドア開閉が発生した際の音響データに基づくスペクトログラムとを対比して示した説明図である。 FIG. 13 is an explanatory diagram showing a comparison between a spectrogram based on acoustic data when a flame occurs and a spectrogram based on acoustic data when a door opens/closes in Embodiment 3 of the present disclosure.

具体的には、図13(A)は、実験室においてヘプタンによる燃焼音を収音した際に求めたスペクトログラムであり、図13(B)は、ドアの開閉音を収音した際に求めたスペクトログラムである。図13(A)、(B)に示したスペクトログラムは、縦軸を対数目盛の周波数、横軸を時間として、周波数成分の経時変化を輝度の連続として表している。 Specifically, Figure 13 (A) is a spectrogram obtained when the sound of heptane combustion was collected in a laboratory, and Figure 13 (B) is a spectrogram obtained when the sound of a door opening and closing was collected. It is a spectrogram. In the spectrograms shown in FIGS. 13A and 13B, the vertical axis is frequency on a logarithmic scale, the horizontal axis is time, and the temporal change in frequency components is expressed as a continuation of brightness.

図14は、本開示の実施の形態3において、炎が発生した際の音響データに基づく周波数スペクトルと、ドア開閉が発生した際の音響データに基づく周波数スペクトルとを対比して示した説明図である。図14では、10Hz以下の低域において算出された1/f揺らぎ特性も合わせて示している。 FIG. 14 is an explanatory diagram showing a comparison between a frequency spectrum based on acoustic data when a flame occurs and a frequency spectrum based on acoustic data when a door opens/closes in Embodiment 3 of the present disclosure. be. FIG. 14 also shows the 1/f fluctuation characteristics calculated in the low frequency range of 10 Hz or less.

図14に示したように、炎による周波数スペクトルとドア開閉による周波数スペクトルは、低域における周波数スペクトルに大きな違いがなく、1/f揺らぎ特性を有しているか否かだけを基準に火災検出処理を行おうとすると、ドア開閉時も火災が発生したと誤検出するおそれがある。 As shown in Figure 14, there is no big difference in the frequency spectrum in the low range between the frequency spectrum caused by flame and the frequency spectrum caused by door opening/closing, and fire detection processing is performed based only on whether or not they have 1/f fluctuation characteristics. If you try to do this, there is a risk that a fire will be falsely detected even when the door is opened or closed.

一方、図13に示したように、炎によるスペクトログラムとドア開閉によるスペクトログラムは、64Hz以下の低域における周波数成分の経時変化が大きく異なっている。そこで、本実施の形態3では、このような差異に着目し、低域におけるピーク周波数に関して、時間経過に伴うレベル推移を求めることで、ドア開閉音と燃焼音とを定量的に識別している。 On the other hand, as shown in FIG. 13, the spectrogram due to flame and the spectrogram due to door opening/closing are significantly different in the temporal changes in frequency components in the low range of 64 Hz or less. Therefore, in the third embodiment, focusing on such a difference, the door opening/closing sound and the combustion sound are quantitatively distinguished by determining the level transition over time regarding the peak frequency in the low range. .

図15は、本開示の実施の形態3において、低域におけるピーク周波数のレベル推移に基づいて燃焼音とドア開閉音とを識別する手法を示した説明図である。図15(A)は、先の図13(A)に示した燃焼音と、先の図13(B)に示したドアの開閉音とに関する低域におけるピーク周波数のレベル推移であり、低域におけるピーク周波数レベルの時間推移を示している。 FIG. 15 is an explanatory diagram showing a method for identifying combustion sound and door opening/closing sound based on a level transition of a peak frequency in a low frequency range in Embodiment 3 of the present disclosure. FIG. 15(A) shows the level transition of the peak frequency in the low range regarding the combustion sound shown in FIG. 13(A) above and the door opening/closing sound shown in FIG. 13(B) above. The figure shows the time course of the peak frequency level at .

なお、レベル推移は、スペクトログラムから抽出する以外にも、バンドパスフィルタで所望の低域帯だけを通過させるように帯域制限した後、ピーク周波数の時系列波形を抽出することによっても対応できる。 In addition to extracting the level transition from the spectrogram, the level transition can also be handled by restricting the band using a bandpass filter so that only a desired low band passes, and then extracting the time-series waveform of the peak frequency.

図15(A)では、ピーク周波数の時系列データに対して、1秒ごとの移動平均化処理を行い、120秒間にわたるレベル推移を求めた場合を例示している。ドアの開閉音や燃焼音におけるピーク周波数は、超低周波(1~10Hz以下)で発生する。このため、分解能を上げ過ぎると、特徴的な変動が抽出しにくくなる。そこで、本実施の形態3では、レベル推移を抽出した後に、例えば1秒ごとの移動平均化処理を行うことで、レベル変動をより抽出し易くしている。 FIG. 15A illustrates a case in which moving average processing is performed for each second on time-series data of peak frequencies, and level changes over 120 seconds are determined. The peak frequencies of door opening/closing sounds and combustion sounds occur at extremely low frequencies (below 1 to 10 Hz). For this reason, if the resolution is increased too much, it becomes difficult to extract characteristic fluctuations. Therefore, in the third embodiment, after extracting the level transition, moving average processing is performed every second, for example, to make it easier to extract the level fluctuation.

燃焼音に関するレベル推移は、図15(A)中の実線に相当し、ドアの開閉音に関するレベル推移は、図15(A)中の実線に相当する。両者の波形を比較すると、ドアの開閉音は、燃焼音と比較するとレベル推移の変動ばらつきが大きいことがわかる。 The level transition regarding the combustion sound corresponds to the solid line in FIG. 15(A), and the level transition regarding the door opening/closing sound corresponds to the solid line in FIG. 15(A). Comparing the two waveforms, it can be seen that the door opening/closing sound has a greater variation in level transition than the combustion sound.

図15(B)は、図15(A)のレベル推移の波形から標準偏差を算出することで、レベル推移の変動ばらつきを示す指標値として、レベル変動量を算出したものである。図15(A)、図15(B)に示したように、低域におけるピーク周波数のレベル推移に基づいて算出したレベル変動量を指標値とし、この指標値があらかじめ設定した判定変動量以下であれば監視エリアで炎が発生したと判定することで、ドアの開閉音などの誤検出要因を排除することができる。 FIG. 15(B) shows a level fluctuation amount calculated as an index value indicating variation in level transition by calculating the standard deviation from the level transition waveform of FIG. 15(A). As shown in FIGS. 15(A) and 15(B), the amount of level fluctuation calculated based on the level transition of the peak frequency in the low range is used as an index value, and if this index value is less than or equal to the preset judgment fluctuation amount, If so, it is determined that a flame has broken out in the monitored area, thereby eliminating false positive factors such as the sound of doors opening and closing.

事前にノイズ源の変動幅を算出しておくことで、判定変動量として適切な値を設定することができる。例えば、図15(B)の例では、判定変動量を6dBと設定することができる。 By calculating the fluctuation range of the noise source in advance, it is possible to set an appropriate value as the determination fluctuation amount. For example, in the example of FIG. 15(B), the determination variation amount can be set to 6 dB.

また、低域の時間的なレベル変動が判定変動量以下である場合に限らず、徐々に変動量が大きくなる場合にも、誤検出要因ではなく、炎が発生したと判断することができる。 Further, not only when the temporal level fluctuation in the low frequency range is less than the determination fluctuation amount, but also when the fluctuation amount gradually increases, it can be determined that a flame has occurred, rather than being a cause of erroneous detection.

なお、本実施の形態3における低域としては、先の実施の形態1、2で用いた定在波以下の周波数帯域として設定することもできるが、定在波を含む領域としても設定することができる。例えば、定在波が14.4Hzであったとすると、f1=2.1Hzからf2=15.0Hzの周波数帯域を、「低域の特定の周波数帯域」として選定することができる。 Note that the low range in the third embodiment can be set as a frequency band below the standing waves used in the first and second embodiments, but it can also be set as a region including standing waves. I can do it. For example, if the standing wave is 14.4 Hz, a frequency band from f1 = 2.1 Hz to f2 = 15.0 Hz can be selected as the "low-range specific frequency band".

次に、フローチャートを用いて、本実施の形態3に係る火災検知装置において実行される一連処理について説明する。図16は、本開示の実施の形態3に係る火災検知装置において実行される火災検知方法に関する一連処理を示したフローチャートである。 Next, a series of processes executed in the fire detection device according to the third embodiment will be described using a flowchart. FIG. 16 is a flowchart showing a series of processes related to the fire detection method executed in the fire detection device according to Embodiment 3 of the present disclosure.

まず初めに、ステップS1601において、周波数解析部21は、監視エリアに設置されたマイク10を介して、監視エリア内で発生する音響データの収音処理を実行する。次に、ステップS1602において、周波数解析部21は、マイク10で収音された音響データに対して周波数解析処理を施すことで周波数スペクトルを算出する。 First, in step S1601, the frequency analysis unit 21 performs sound collection processing of acoustic data generated within the monitoring area via the microphone 10 installed in the monitoring area. Next, in step S1602, the frequency analysis unit 21 calculates a frequency spectrum by performing frequency analysis processing on the acoustic data picked up by the microphone 10.

次に、ステップS1603において、炎検知部22は、低域の特定の周波数帯域において1/f揺らぎ特性検出処理を実行する。具体的には、炎検知部22は、ピーク周波数Pmaxを算出するとともに、上式(1)を用いて1/f揺らぎ特性を算出する。 Next, in step S1603, the flame detection unit 22 executes 1/f fluctuation characteristic detection processing in a specific low frequency band. Specifically, the flame detection unit 22 calculates the peak frequency Pmax and also calculates the 1/f fluctuation characteristic using the above equation (1).

次に、ステップS1604において、炎検知部22は、ステップS1602で算出した周波数スペクトルと、ステップS1603で算出した1/f揺らぎ特性とのレベル誤差を算出する。炎検知部22は、レベル誤差算出処理の一例として、上式(2)を用いて算出した平均レベル誤差Laveをレベル誤差として用いることができる。 Next, in step S1604, the flame detection unit 22 calculates a level error between the frequency spectrum calculated in step S1602 and the 1/f fluctuation characteristic calculated in step S1603. As an example of the level error calculation process, the flame detection unit 22 can use the average level error Lave calculated using the above equation (2) as the level error.

なお、レベル誤差としては、上式(2)には限定されず、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルの誤差を定量的に求める指標であれば、[Y(f)-X(f)]の2乗誤差平均を算出するなど、他の指標値を用いることも可能である。 Note that the level error is not limited to the above equation (2), but can be expressed as [Y(f) - It is also possible to use other index values, such as calculating the mean squared error.

次に、ステップS1605において、炎検知部22は、ステップS1604で算出したレベル誤差が、あらかじめ設定されたレベル閾値以下であるか否かを判定する。そして、炎検知部22は、レベル誤差がレベル閾値以下である場合には、ステップS1606に進む。 Next, in step S1605, the flame detection unit 22 determines whether the level error calculated in step S1604 is less than or equal to a preset level threshold. Then, if the level error is less than or equal to the level threshold, the flame detection unit 22 proceeds to step S1606.

一方、炎検知部22は、レベル誤差がレベル閾値を超える場合には、低域の特定の周波数帯域における周波数スペクトルに1/f揺らぎ特性が含まれておらず、炎が発生していないと判断し、一連処理を終了する。 On the other hand, if the level error exceeds the level threshold, the flame detection unit 22 determines that the frequency spectrum in the specific low frequency band does not include the 1/f fluctuation characteristic and that no flame is generated. Then, the series of processing ends.

ステップS1606に進んだ場合には、炎検知部22は、低域におけるピーク周波数に関して、時間経過に伴うレベル推移の変動量をさらに算出するために変動量算出処理を実行する。 If the process proceeds to step S1606, the flame detection unit 22 executes a variation calculation process in order to further calculate the variation in level transition over time regarding the peak frequency in the low range.

次に、ステップS1607において、炎検知部22は、ステップS1606で算出した変動量が、あらかじめ設定された判定変動量以下であるか否かを判定する。そして、炎検知部22は、変動量が判定変動量以下である場合には、炎が発生したと判断し、ステップS1608に進む。 Next, in step S1607, the flame detection unit 22 determines whether the variation amount calculated in step S1606 is less than or equal to a preset determination variation amount. Then, if the variation amount is less than or equal to the determined variation amount, the flame detection unit 22 determines that a flame has occurred, and proceeds to step S1608.

一方、炎検知部22は、変動量が判定変動量を超える場合には、炎が発生していないと判断し、一連処理を終了する。 On the other hand, if the amount of variation exceeds the determined amount of variation, the flame detection unit 22 determines that no flame is generated, and ends the series of processes.

ステップS1608に進んだ場合には、炎検知部22は、炎検出報知処理を実行する。例えば、炎検知部22は、火災受信機に炎の発生を検知したことを知らせる火災信号を送信することで、消火設備の起動、シャッタ等の防排煙機器の連動動作の起動、非常放送設備等への移報などを実施させることができる。 If the process advances to step S1608, the flame detection unit 22 executes flame detection notification processing. For example, the flame detection unit 22 sends a fire signal to the fire receiver to notify that it has detected the occurrence of a flame, thereby activating fire extinguishing equipment, activating the linked operation of smoke prevention equipment such as shutters, and emergency broadcasting equipment. It is possible to carry out transfers of information to etc.

以上のように、実施の形態3によれば、監視エリアで収音された音響データに基づく周波数解析結果から炎特有の特徴量を算出し、監視エリア内で炎が発生したか否かを定量的に判断することができる。具体的には、低域における1/f揺らぎ特性を算出し、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルのレベル誤差を第1の特徴量として使用するとともに、低域におけるピーク周波数のレベル推移に着目し、レベル変動量を第2の特徴量として使用することで、炎が発生したか否かを、ドア開閉音などの誤報要因と識別してより高精度に検知することができる。 As described above, according to Embodiment 3, the feature amount peculiar to a flame is calculated from the frequency analysis result based on the acoustic data collected in the monitoring area, and it is quantified whether or not a flame has occurred within the monitoring area. can be judged accurately. Specifically, we calculated the 1/f fluctuation characteristic in the low frequency range, used the level error of the frequency spectrum with respect to the 1/f fluctuation characteristic as the first feature, and focused on the level transition of the peak frequency in the low frequency range. By using the amount of level fluctuation as the second feature quantity, it is possible to detect with higher accuracy whether or not a flame has occurred by distinguishing it from a false alarm factor such as the sound of opening and closing a door.

特に、本実施の形態3に係る火災検知装置は、先の実施の形態1、2で説明した効果1~効果3を得ることができるとともに、以下のような固有の効果4が得られる。
効果4:音響データに関して、周波数分析に基づく火災検知処理と、時系列データ分析による火災検知処理とを組み合わせることで、ドアや窓の開閉音、風切り音など、1/f揺らぎ特性に似た周波数スペクトルを有する音を、誤検出してしまうことを抑制することができる。
In particular, the fire detection device according to the third embodiment can obtain the effects 1 to 3 described in the first and second embodiments, as well as the following unique effect 4.
Effect 4: Regarding acoustic data, by combining fire detection processing based on frequency analysis and fire detection processing based on time-series data analysis, it is possible to detect frequencies similar to 1/f fluctuation characteristics, such as the sound of doors and windows opening and closing, and wind noise. Erroneous detection of sounds having a spectrum can be suppressed.

実施の形態4.
先の実施の形態3では、第1の特徴量であるレベル誤差がレベル閾値以下であり、かつ、第2の特徴量である変動量が判定変動量以下になることでの炎が発生したことを検知する場合について説明した。これに対して、本実施の形態4では、算出した第1の特徴量および第2の特徴量を学習モデルの入力として、炎が発生したか否かを判定する場合について説明する。実施の形態3と実施の形態4との相違点を中心に、以下に説明する。
Embodiment 4.
In the third embodiment described above, the flame occurs when the level error, which is the first feature amount, is less than or equal to the level threshold value, and the amount of variation, which is the second feature amount, is less than or equal to the determined variation amount. We have explained the case of detecting. In contrast, in the fourth embodiment, a case will be described in which the calculated first feature amount and second feature amount are input to a learning model to determine whether or not a flame has occurred. The differences between Embodiment 3 and Embodiment 4 will be mainly described below.

なお、本実施の形態4に係る火災検知装置の全体構成は、先の実施の形態2における図10に示した全体構成と同じであり、説明を省略する。 Note that the overall configuration of the fire detection device according to the fourth embodiment is the same as the overall configuration shown in FIG. 10 in the second embodiment, and a description thereof will be omitted.

先の実施の形態3では、炎検知部22により、以下の機能1~機能4をすべて実施していた。
機能1:周波数解析部21で算出された周波数スペクトルに関して低域の特定の周波数帯域において1/f揺らぎ特性を算出する機能。
機能2:1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルのレベル誤差を第1の特徴量として算出する機能。
機能3:第1の特徴量とあらかじめ設定されたレベル閾値とを比較し、第1の特徴量がレベル閾値以下である場合には、低域におけるレベル推移の変動量算出処理をさらに実施し、変動量を第2の特徴量として算出する機能。
機能4:第2の特徴量が判定変動量以下である場合には、監視エリアで炎が発生したとする判定結果を出力する機能。
In the third embodiment, the flame detection unit 22 performs all of the following functions 1 to 4.
Function 1: A function to calculate 1/f fluctuation characteristics in a specific low frequency band with respect to the frequency spectrum calculated by the frequency analysis section 21.
Function 2: A function that calculates the level error of the frequency spectrum with respect to the 1/f fluctuation characteristic as the first feature quantity.
Function 3: Compare the first feature amount and a preset level threshold value, and if the first feature amount is less than or equal to the level threshold value, further perform a process of calculating the amount of variation in level transition in the low range, A function that calculates the amount of variation as a second feature amount.
Function 4: A function that outputs a determination result that a flame has occurred in the monitoring area when the second feature amount is less than or equal to the determination variation amount.

これに対して、本実施の形態4では、機能1および機能2により第1の特徴量を算出する部分、および機能3のうちの第2の特徴量を算出する部分を、特徴量算出部23で実施している。さらに、本実施の形態4におけるサポートベクタマシン24では、第1の特徴量および第2の特徴量を入力パラメータとする学習モデルをあらかじめ作成するとともに、学習モデルに対して、特徴量算出部23で算出した第1の特徴量および第2の特徴量を入力として、機械学習により炎が発生したか否かを判定している。 On the other hand, in the fourth embodiment, the part that calculates the first feature amount by function 1 and function 2, and the part that calculates the second feature amount of function 3 are transferred to the feature amount calculation unit 23. It is being carried out in Furthermore, in the support vector machine 24 according to the fourth embodiment, a learning model is created in advance using the first feature amount and the second feature amount as input parameters, and the feature amount calculation unit 23 Using the calculated first feature amount and second feature amount as input, machine learning is used to determine whether a flame has occurred.

すなわち、本実施の形態4では、あらかじめレベル閾値および判定変動量を設定しておく代わりに、第1の特徴量および第2の特徴量を入力パラメータとした学習モデルを作成しておくことで、炎が発生したか否かを判定している。そこで、サポートベクタマシン24について、以下に補足説明する。 That is, in the fourth embodiment, instead of setting the level threshold and the determination variation amount in advance, by creating a learning model using the first feature amount and the second feature amount as input parameters, Determining whether or not a flame has occurred. Therefore, a supplementary explanation of the support vector machine 24 will be given below.

サポートベクタマシン24は、教師あり学習を用いる識別手法の1つであり、既知の学習モデルである。本実施の形態4では、炎が発生しているか否かを識別するために、種々の状況における第1の特徴量および第2の算出結果に基づく学習モデルの作成を行う。 The support vector machine 24 is one of the identification methods using supervised learning, and is a known learning model. In the fourth embodiment, a learning model is created based on the first feature amount and the second calculation result in various situations in order to identify whether or not a flame is occurring.

すなわち、検出対象である炎が実際に発生した際の音響データに基づく第1の特徴量および第2の特徴量と、誤報要因も含め、炎が発生していない際の音響データに基づく第1の特徴量および第2の特徴量とを入力パラメータとして用いて、サポートベクタマシン24による学習モデルの作成をあらかじめ行っておく。 That is, the first feature amount and the second feature amount are based on the acoustic data when the flame to be detected actually occurs, and the first feature amount is based on the acoustic data when no flame occurs, including false alarm factors. A learning model is created in advance by the support vector machine 24 using the feature amount and the second feature amount as input parameters.

この結果、炎検知部22内のサポートベクタマシン24は、特徴量算出部23で算出された第1の特徴量および第2の特徴量を入力として、監視エリア内で炎が発生しているか否かを、機械学習により特定することが可能となる。 As a result, the support vector machine 24 in the flame detection unit 22 inputs the first feature amount and the second feature amount calculated by the feature amount calculation unit 23, and determines whether a flame is occurring within the monitoring area. It becomes possible to identify this using machine learning.

このような構成を備えることにより、本実施の形態4に係る火災検知装置は、あらかじめ学習モデルを作成しておき、監視時において収音された音響データから算出した第1の特徴量および第2の特徴量を学習済みのサポートベクタマシン24への入力パラメータとして適用することで、監視エリア内で炎が発生したか否かを、誤報要因と識別してより高精度に検知することができる。 By having such a configuration, the fire detection device according to the fourth embodiment creates a learning model in advance, and uses the first feature quantity and the second feature quantity calculated from the acoustic data collected during monitoring. By applying the feature quantity as an input parameter to the trained support vector machine 24, it is possible to detect with higher accuracy whether or not a flame has occurred within the monitoring area by identifying it as a cause of false alarm.

次に、フローチャートを用いて、本実施の形態2に係る火災検知装置において実行される一連処理について説明する。図17は、本開示の実施の形態4に係る火災検知装置において実行される火災検知方法に関する一連処理を示したフローチャートである。 Next, a series of processes executed in the fire detection device according to the second embodiment will be described using a flowchart. FIG. 17 is a flowchart showing a series of processes related to the fire detection method executed in the fire detection device according to Embodiment 4 of the present disclosure.

まず初めに、ステップS1701において、周波数解析部21は、監視エリアに設置されたマイク10を介して、監視エリア内で発生する音響データの収音処理を実行する。次に、ステップS1702において、周波数解析部21は、マイク10で収音された音響データに対して周波数解析処理を施すことで周波数スペクトルを算出する。 First, in step S1701, the frequency analysis unit 21 performs sound collection processing of acoustic data generated within the monitoring area via the microphone 10 installed in the monitoring area. Next, in step S1702, the frequency analysis unit 21 calculates a frequency spectrum by performing frequency analysis processing on the acoustic data picked up by the microphone 10.

次に、ステップS1703において、炎検知部22内の特徴量算出部23は、低域の特定の周波数帯域において1/f揺らぎ特性検出処理を実行する。具体的には、特徴量算出部23は、ピーク周波数Pmaxを算出するとともに、上式(1)を用いて1/f揺らぎ特性を算出する。 Next, in step S1703, the feature value calculation unit 23 in the flame detection unit 22 executes a 1/f fluctuation characteristic detection process in a specific low frequency band. Specifically, the feature value calculation unit 23 calculates the peak frequency Pmax and also calculates the 1/f fluctuation characteristic using the above equation (1).

次に、ステップS1704において、特徴量算出部23は、ステップS1702で算出した周波数スペクトルと、ステップS1703で算出した1/f揺らぎ特性とのレベル誤差を算出する。特徴量算出部23は、レベル誤差算出処理の一例として、上式(2)を用いて算出した平均レベル誤差Laveを第1の特徴量であるレベル誤差として用いることができる。 Next, in step S1704, the feature calculation unit 23 calculates a level error between the frequency spectrum calculated in step S1702 and the 1/f fluctuation characteristic calculated in step S1703. As an example of the level error calculation process, the feature amount calculation unit 23 can use the average level error Lave calculated using the above equation (2) as the level error that is the first feature amount.

なお、第1の特徴量であるレベル誤差としては、上式(2)には限定されず、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルの誤差を定量的に求める指標であれば、[Y(f)-X(f)]の2乗誤差平均を算出するなど、他の指標値を用いることも可能である。 Note that the level error, which is the first feature, is not limited to the above equation (2), but can be expressed as [Y(f) It is also possible to use other index values, such as calculating the average squared error of [-X(f)].

次に、ステップS1705において、炎検知部22は、低域におけるピーク周波数に関して、時間経過に伴うレベル推移の変動量を第2の特徴量としてさらに算出するために変動量算出処理を実行する。 Next, in step S1705, the flame detection unit 22 executes a variation calculation process to further calculate the variation in the level transition over time with respect to the peak frequency in the low range as a second feature quantity.

次に、ステップS1706において、サポートベクタマシン24は、あらかじめ学習モデルを作成しておき、ステップS1704で第1の特徴量として算出したレベル誤差と、ステップS1705で第2の特徴量として算出した変動量を入力として、機械学習モデルを用いた炎検出処理を実行する。 Next, in step S1706, the support vector machine 24 creates a learning model in advance, and uses the level error calculated as the first feature amount in step S1704 and the variation amount calculated as the second feature amount in step S1705. With this as input, flame detection processing using a machine learning model is executed.

次に、ステップS1707において、サポートベクタマシン24は、機械学習モデルを用いた炎検出処理を実行した結果、炎が発生したと判断した場合には、ステップS1708に進む。 Next, in step S1707, if the support vector machine 24 determines that a flame has occurred as a result of executing the flame detection process using the machine learning model, the process proceeds to step S1708.

一方、サポートベクタマシン24は、機械学習モデルを用いた炎検出処理を実行した結果、炎が発生していないと判断した場合には、一連処理を終了する。 On the other hand, if the support vector machine 24 determines that no flame has occurred as a result of executing the flame detection process using the machine learning model, it ends the series of processes.

ステップS1708に進んだ場合には、炎検知部22は、炎検出報知処理を実行する。例えば、炎検知部22は、火災受信機に炎の発生を検知したことを知らせる火災信号を送信することで、消火設備の起動、シャッタ等の防排煙機器の連動動作の起動、非常放送設備等への移報などを実施させることができる。 If the process advances to step S1708, the flame detection unit 22 executes flame detection notification processing. For example, the flame detection unit 22 sends a fire signal to the fire receiver to notify that it has detected the occurrence of a flame, thereby activating fire extinguishing equipment, activating the linked operation of smoke prevention equipment such as shutters, and emergency broadcasting equipment. It is possible to carry out transfers of information to etc.

以上のように、実施の形態4によれば、監視エリアで収音された音響データに基づく周波数解析結果から炎特有の特徴量を算出し、事前に学習した機械学習モデルを用いて、監視エリア内で炎が発生したか否かを定量的に判断することができる。具体的には、定在波以下の周波数帯域に着目し、1/f揺らぎ特性を算出し、1/f揺らぎ特性に対する周波数スペクトルのレベル誤差を特徴量として使用することで、炎が発生したか否かを、誤報要因と識別してより高精度に検知することができる。 As described above, according to Embodiment 4, flame-specific features are calculated from the frequency analysis results based on the acoustic data collected in the monitoring area, and a machine learning model learned in advance is used to calculate the characteristics of the monitoring area. It is possible to quantitatively determine whether or not a flame has occurred inside the chamber. Specifically, by focusing on the frequency band below the standing wave, calculating the 1/f fluctuation characteristics, and using the level error of the frequency spectrum with respect to the 1/f fluctuation characteristics as a feature quantity, it is possible to determine whether a flame has occurred. This can be identified as a false alarm factor and detected with higher accuracy.

換言すると、あらかじめレベル閾値および判定変動量を設定しておく代わりに、学習モデルを作成しておくことによっても、実施の形態3と同様に炎が発生したか否かを、高精度に検知でき、実施の形態3と同様の効果1~効果4を実現できる。 In other words, by creating a learning model instead of setting the level threshold value and determination variation amount in advance, it is possible to detect with high accuracy whether or not a flame has occurred, as in the third embodiment. , the same effects 1 to 4 as in the third embodiment can be achieved.

なお、先の図10では、炎検知部22の中に特徴量算出部23およびサポートベクタマシン24を有する構成を示したが、特徴量算出部23およびサポートベクタマシン24を炎検知部22とは独立した構成とすることも可能である。 Although FIG. 10 shows a configuration in which the flame detection unit 22 includes the feature quantity calculation unit 23 and the support vector machine 24, the feature quantity calculation unit 23 and the support vector machine 24 are not included in the flame detection unit 22. An independent configuration is also possible.

この場合には、特徴量算出部は、第1の特徴量および第2の特徴量の算出に特化し、サポートベクタマシン24は、機械学習モデルの事前生成に特化し、炎検知部22は、監視エリアの監視時において、特徴量算出部23で算出された第1の特徴量および第2の特徴量を、サポートベクタマシン24で事前生成された機械学習モデルに対する入力パラメータとし、炎が発生したか否かを判定することに特化することとなる。 In this case, the feature quantity calculation unit specializes in calculating the first feature quantity and the second feature quantity, the support vector machine 24 specializes in pre-generating the machine learning model, and the flame detection unit 22 When monitoring the monitoring area, the first feature amount and the second feature amount calculated by the feature amount calculation unit 23 are used as input parameters for the machine learning model generated in advance by the support vector machine 24, and the flame generation model is used as input parameters for the machine learning model generated in advance by the support vector machine 24. It will be specialized in determining whether or not.

なお、上述した実施の形態2および実施の形態4では、機械学習モデルを作成するモデル作成部として、サポートベクタマシンを用いる場合について説明したが、モデル作成部は、これに限定されるものではない。ニューラルネットワークなど、他の手段によってモデル作成部を構成して機械学習モデルを作成することによっても、同様の効果を実現できる。 In addition, in the above-mentioned Embodiment 2 and Embodiment 4, the case where a support vector machine is used as a model creation unit that creates a machine learning model has been described, but the model creation unit is not limited to this. . Similar effects can also be achieved by configuring the model creation unit using other means such as a neural network to create a machine learning model.

10 マイク、20 コンピュータ、21 周波数解析部、22 炎検知部、23 特徴量算出部、24 サポートベクタマシン(モデル作成部)。 10 microphone, 20 computer, 21 frequency analysis section, 22 flame detection section, 23 feature quantity calculation section, 24 support vector machine (model creation section).

Claims (4)

監視エリアで発生する音を音響データとして収音するマイクと、
前記マイクで収音された前記音響データを周波数解析することで周波数スペクトルを算出する周波数解析部と、
前記周波数解析部で算出された前記周波数スペクトルに関して前記監視エリアにおける定在波以下の周波数帯域において1/f揺らぎ特性が含まれているか否かを判定し、前記1/f揺らぎ特性が含まれていると判定した場合には前記監視エリアで炎が発生したことを検知する炎検知部と
を備える火災検知装置。
A microphone that collects sounds generated in the monitoring area as acoustic data,
a frequency analysis unit that calculates a frequency spectrum by frequency-analyzing the acoustic data picked up by the microphone;
Determining whether or not the frequency spectrum calculated by the frequency analysis unit includes a 1/f fluctuation characteristic in a frequency band below a standing wave in the monitoring area, a flame detection unit that detects that a flame has occurred in the monitoring area when it is determined that a flame has occurred in the monitoring area.
前記定在波は、前記監視エリアにおいて収集した音響データに基づいてあらかじめ特定されるか、または前記監視エリアのサイズに基づいてあらかじめ特定される
請求項1に記載の火災検知装置。
The fire detection device according to claim 1, wherein the standing wave is specified in advance based on acoustic data collected in the monitoring area, or specified in advance based on the size of the monitoring area.
前記炎検知部は、前記定在波以下の周波数帯域において前記1/f揺らぎ特性が含まれていた場合には、前記1/f揺らぎ特性に対する前記周波数スペクトルのレベル誤差をさらに算出し、前記レベル誤差があらかじめ設定した判定閾値以下である場合には、前記監視エリアで炎が発生したことを検知する
請求項1または2に記載の火災検知装置。
If the 1/f fluctuation characteristic is included in a frequency band below the standing wave, the flame detection section further calculates a level error of the frequency spectrum with respect to the 1/f fluctuation characteristic, and calculates the level error of the frequency spectrum with respect to the 1/f fluctuation characteristic. The fire detection device according to claim 1 or 2, wherein if the error is less than or equal to a preset determination threshold, it is detected that a flame has occurred in the monitoring area.
監視エリアで発生する音を音響データとして収音するマイクと、
前記マイクで収音された前記音響データを周波数解析することで周波数スペクトルを算出する周波数解析部と、
前記周波数解析部で算出された前記周波数スペクトルに関して前記監視エリアにおける定在波以下の周波数帯域において1/f揺らぎ特性が含まれているか否かを判定し、前記1/f揺らぎ特性が含まれていると判定した場合には、前記1/f揺らぎ特性に対する前記周波数スペクトルのレベル誤差を算出し、算出した前記レベル誤差を炎発生の判断に用いる特徴量として出力する特徴量算出部と、
検出対象である炎をあらかじめ発生させた際に収集された種々の音響データ、および誤報要因も含めた炎が発生していない際に収集された種々の音響データ、のそれぞれに対して、前記周波数解析部による周波数解析結果に基づいて前記特徴量算出部で算出された特徴量をパラメータとして用いることで、前記炎が発生したか否かを判定するための機械学習モデルを作成するモデル作成部と、
前記監視エリアの監視時において、前記特徴量算出部で算出された前記特徴量を前記機械学習モデルの入力とし、炎が発生したか否かを判定する炎検知部と
を備える火災検知装置。
A microphone that collects sounds generated in the monitoring area as acoustic data,
a frequency analysis unit that calculates a frequency spectrum by frequency-analyzing the acoustic data picked up by the microphone;
Determining whether or not the frequency spectrum calculated by the frequency analysis unit includes a 1/f fluctuation characteristic in a frequency band below a standing wave in the monitoring area, If it is determined that there is a flame, a feature amount calculation unit that calculates a level error of the frequency spectrum with respect to the 1/f fluctuation characteristic and outputs the calculated level error as a feature amount used for determining flame occurrence;
The above-mentioned frequency a model creation unit that creates a machine learning model for determining whether or not the flame has occurred by using the feature quantity calculated by the feature quantity calculation unit as a parameter based on the frequency analysis result by the analysis unit; ,
A fire detection device comprising: a flame detection section that determines whether or not a flame has occurred by using the feature amount calculated by the feature amount calculation section as input to the machine learning model when monitoring the monitoring area.
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