CN103077578A - 公交车发动机舱室内两级自燃危险判别预警方法 - Google Patents
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Abstract
公交车发动机舱室内两级自燃危险判别预警方法，包括以下步骤：1）公交车发动机舱室内第一级自燃危险判别：选用温度、烟雾浓度、火焰、电流作为计算输入参量，采用模糊理论对温度和烟雾信号进行模糊处理和运算，并采用已有的固定阈值比较法对火焰、电流参量进行计算，并输出危险参量；2）公交车发动机舱室内第二级自燃危险判别：构建公交车发动机舱室的尖点突变模型，并将其作为公交车发动机舱室内的第二级自燃危险判别策略；3）两级自燃危险判别方法的协作机制，对舱室内的危险预警等级和危险等级进行划分。本发明的有益效果是：能准确及时地检测与识别公交车发动机舱室内自燃危险等级、作出相应预警，避免了公交车严重的自燃伤亡事故发生。
Description
公交车发动机舱室内两级自燃危险判别预警方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种公交车发动机舱室内自燃危险判别预警方法。
背景技术
[0002] 随着城市公交车保有量和城市高温天气增多以及公交车电控系统的复杂化、集成化不断加强，公交车在运行时发生自燃的事故也不断增多。据瑞典SP (Science Partner)技术研究委员会不完全统计1999年到2009年期间瑞典和挪威的公交车和校车年平均自燃量占在运公交车量的1%左右，自燃事故率从1999年的O. 55%上升到2009年的1. 14%。国内近10年的公交车自燃事故率也不断攀升，从2000年的O. 6%上升到2010年的1. 18%。公交车自燃严重威胁了公共安全，导致了大量的人员伤亡和经济损失。因此，研究一种适合公交车自燃火灾检测方法，对发现自燃火灾隐患有效预防公交车自燃，降低乘客生命财产损失有着重要的意义。
[0003]目前国内外对公交车自燃检测的研究还比较少，但是对室内火灾的检测和预警技术研究较多，从单参量的固定开关判别到多参量的人工智能火灾识别，每种方法都有其特定环境应用的特殊性。针对公交车运行时舱室内粉尘大、温度高、噪声单一(例如：没有香烟、油烟等相似火灾特征信号的干扰）等特点，仅使用单一固定开关量的探测器判别自燃危险时具有准确率很低、使用环境单一等缺陷。而采用人工智能算法处理火灾探测信号，虽可以提高预警的准确率，但又很难获取大量的数据样本进行自学习。目前公交车自燃火灾的检测仍然停留在对单一固定开关量的检测（即采用固定阈值判别法），无法实现对公交车发动机舱室内自燃危险的准确、及时地检测与识别，致使公交车严重的自燃伤亡事故频繁地发生。
发明内容
[0004] 为了解决目前的采用的单参量的固定开关辨别无法实现对公交车发动机舱室内自燃危险的准确、及时地检测与识别，致使公交车严重的自燃伤亡事故频繁地发生的问题，本发明提出了通过两级能准确及时地检测与识别公交车发动机舱室内自燃危险等级、并作出相应预警的两级的公交车发动机舱室内两级自燃危险判别预警方法。
[0005] 本发明所述的公交车发动机舱室内两级自燃危险判别预警方法，其特征在于包括以下步骤：
[0006] I)公交车发动机舱室内第一级自燃危险判别：
[0007] 首先根据公交车发动机舱室内的环境特点选用温度、烟雾浓度、火焰、电流四个参量作为计算输入参量；其次，采用模糊理论对其中的温度和烟雾信号进行模糊处理和运算，并采用已有的固定阈值比较法对火焰、电流参量进行计算；最终，输出危险参量；
[0008] 其中针对温度和烟雾参量的模糊化阈值判别处理过程如下所述：对其处理过程如下：
[0009] ①确定评价因素集合：[0010] U= {温度，烟雾浓度}，其中，U为评价因素集合；
[0011] ②建立隶属函数:
[0012]
[0013] 其中，式中U(X)为发生自燃危险隶属度；x(t)为传感器信号；S为舱室内被检测参量的阈值；
[0014] ③利用隶属函数针对评价因素进行计算，得出舱室内由温度和烟雾浓度两个特
征参量表征的自燃危险系数，即:
[0015]
[0016] 其中，Y为自燃危险系数，xss⑴为以温度为特征参量的传感器信号；Χ„α)为以烟雾浓度为特征参量的传感器信号；S为舱室内被检测参量的阈值；
[0017] 经过上式计算后的Y值表征了由温度和烟雾浓度参量计算后发动机舱室发生自燃的危险程度系数；由计算公式可知，当传感器采集到的参量值与设定阈值相等时Y=0.5 ；因此，本方法以Y=0.5作为自燃危险预警的警戒值，当Y < 0.5时舱室系统工作在正常范围之内，危险程度小于0.5，定义为无异常；当Y > 0.5时舱室系统工作在异常的范围内，危险程度系数随着Y值的增大而增加；
[0018] 2)公交车发动机舱室内第二级自燃危险判别
[0019] 根据对公交车发动机舱室内自燃致因分析构建公交车发动机舱室的尖点突变模型，并将其作为公交车发动机舱室内的第二级自燃危险判别策略，其构建过程分为以下三个步骤:
[0020] i分析及量化公交车发动机舱室系统的控制参量
[0021] 在公交车辆发动机舱室自燃事故中，自燃发生的因素可以归纳为内在因素和外在因素；其中内在因素主要指发动机舱内的可燃物，例如泄露的燃油及其挥发气体，泄露的润滑油，油污、油泥等；内在因素为燃烧提供了原料，使空间具有了自燃的倾向性；另外，外在因素是指影响空间自燃的外在条件，例如空间温度、烟雾浓度、通风条件等；外在因素为舱室内自燃提供了环境条件，起助燃作用；在公交车自然中，内在因素是事故发生的能量主体，决定了事故后果的严重程度；外在因素是内在因素发生质变的必要条件；
[0022] 假设U为机舱空间中具有自燃倾向性的内在因素集，并用式（1-3)描述内在因素集与其各相关因素之间的关系:
[0023] U=fu(u1,...un) ( 1-3)
[0024] 式中，U为内在因素变量；Ui为机舱空间内自燃过程中产生的第i种气体浓度；通过分析自燃产生的气体成分，利用可燃物燃烧时产生的气体成分和浓度来量化发动机舱室内自燃危险的内在因素，因而控制变量U反映了机舱空间内自燃倾向性的主要信息；
[0025] 假设V为机舱空间中自燃的外在因素集，并用式（1-4)描述影响空间自燃的外在条件:[0026] Y=fv(Yu v2,..., vn) (1-4)
[0027] 式中，V为外在因素的数量；Vi为外在因素集中的空间温度、氧气浓度、烟雾浓度、通风条件等，这些变量能够真实地反映机舱空间内的环境条件；
[0028] ϋ设计自燃危险判别算式
[0029] 根据步骤i )的分析公交车发动机舱室系统符合尖点突变的基本势函数模型，如式(1-5)所示:
[0030] f (x) =x4+ux2+vx (1-5)
[0031] 其中X表示系统的状态变量；u、V分别表示内在危险因素参量和外在危险因素参量；另外，通过分析势函数的根值情况，消去X，可得系统尖点突变的分歧点方程8u4+27v2=0,即舱室内自燃危险的第二级自燃判别方程；
[0032] 其中当控制变量U、V的值在分歧点集曲线尖点上方时，对应的系统行为是平稳运行，此时分歧点集方程8u3+27v2 > O ;当控制变量U、V在尖点下方运行时，系统在变化过程中可能越过分歧点集曲线，系统工作在分歧点集内，系统处在突变状态，此时分歧点集方程8u3+27v2 < O ；
[0033]因此，将分歧点集的轨迹方程F (U，v)=8u3+27v2作为系统稳定性的判据算式，要想使系统处在平稳的状态就要避开突变区域，保证控制变量的关系满足判别式8u3+27v2 > O ；
[0034] iii求解系统的控制参量系数
[0035] 由于利用突变理论描述的系统都是由状态参量和控制参量组成，其中控制参量是自变量，状态参量是因变量；通过求解自变量的系数来决定系统的运行特性；本方法采用CO的浓度作为系统的状态参量，同时为了使CO浓度的变化尽量的线性化和平稳变化，对CO浓度进行了求对数处理。该发动机舱室系统的流行表达式如式（1-6)所示:
[0036] X (.) 3+uX (.) +v=0 (1-6)
[0037] X(.)=lg[co] (1-7)
[0038] 式中:Χ(.)——系统的状态变量函数；[CO]——CO浓度；
[0039] 取11^与各相关因子之间为线性关系，即
；将其带入式（1-6、
1-7)可得
[0040]
[0041] 其中，Ui (i=l，2，3，4)分别是二氧化碳浓度、一氧化氮浓度、氯化氢浓度；Vi (i=l,2，3)分别是温度、氧气浓度和通风量。因此，可通过高斯消元法得出控制变量Ui，Vi的系数；
[0042] 3 )两级自燃危险判别方法的协作机制
[0043] 本方法针对以上设计发动机舱室内自燃危险判别方法进行了协作机制设计，进而对舱室内的危险预警等级进行划分，同时在预警等级⑵和⑶中，根据超出阈值的特征参量情况，还划分了不同的危险类型；
[0044] 根据两级运算的结果组合，把系统的危险预警等级分成了三级:(1)安全，没有任何参量达到或者越过阈值；(2)异常，有一个或者多个参量超过设定阈值（即第一级运算判别为有自然危险)，但是第二级判别为非危险状态；(3)危险，第一级和第二级都判定舱室有自燃火灾发生；
[0045] 由附图2的流程图可知，采用T=T1+T2+T3表示第一级自燃危险判别结果的危险特征参量代码；采用D=O或I表示第二级自燃危险判别结果的特征代码；当发动机舱室内的自燃危险处在⑵(异常）等级时，则可通过不同的T值表征危险参量类型；当发动机舱室内的自燃危险处在⑶(危险)时，除了通过T值表征危险参量类型外，还可以通过D值判断出舱室内的危险等级。
[0046] 本方法中步骤3)中所述的第一级自燃危险判别结果:当只有一种危险参量超出阈值时，则T=l、2或者4 ;当有电流和火焰同时超越阈值时则T= ^Τ=5时分别表示电流、温度和烟雾参量超出阈值；当Τ=6时表示火焰、温度和烟雾参量超出了阈值。
[0047] 本发明的有益效果是:通过公交车发动机舱室内两级自燃危险判别预警方法能准确及时地检测与识别公交车发动机舱室内自燃危险等级、并作出相应预警，有效地避免了公交车严重的自燃伤亡事故频繁地发生。
附图说明
[0048] 图1是本发明的公交车自燃危险第一级判别策略。
[0049] 图2是本发明的两级自燃危险判别方法协作机制逻辑图。
具体实施方式
[0050] 下面结合附图进一步说明本发明
[0051] 参照附图:
[0052] 实施例1本发明所述的公交车发动机舱室内两级自燃危险判别预警方法，包括以下步骤:
[0053] I)公交车发动机舱室内第一级自燃危险判别:
[0054] 首先根据公交车发动机舱室内的环境特点选用温度、烟雾浓度、火焰、电流四个参量作为计算输入参量；其次，采用模糊理论对其中的温度和烟雾信号进行模糊处理和运算，并采用已有的固定阈值比较法对火焰、电流参量进行计算；最终，输出危险参量；
[0055] 其中针对温度和烟雾参量的模糊化阈值判别处理过程如下所述:对其处理过程如下:
[0056] ③确定评价因素集合:
[0057] U= {温度，烟雾浓度}，其中，U为评价因素集合；
[0058] ④建立隶属函数:
[0059]
[0060] 其中，式中U(X)为发生自燃危险隶属度；x(t)为传感器信号；S为舱室内被检测参量的阈值；
[0061] ③利用隶属函数针对评价因素进行计算，得出舱室内由温度和烟雾浓度两个特征参量表征的自燃危险系数，即:
[0062]
[0063] 其中，Y为自燃危险系数，xss(t)为以温度为特征参量的传感器信号；X„(t)为以烟雾浓度为特征参量的传感器信号；s为舱室内被检测参量的阈值；
[0064] 经过上式计算后的Y值表征了由温度和烟雾浓度参量计算后发动机舱室发生自燃的危险程度系数；由计算公式可知，当传感器采集到的参量值与设定阈值相等时Y=0.5 ；因此，本方法以Y=0.5作为自燃危险预警的警戒值，当Y < 0.5时舱室系统工作在正常范围之内，危险程度小于0.5，定义为无异常；当Y > 0.5时舱室系统工作在异常的范围内，危险程度系数随着Y值的增大而增加；
[0065] 2)公交车发动机舱室内第二级自燃危险判别
[0066] 根据对公交车发动机舱室内自燃致因分析构建公交车发动机舱室的尖点突变模型，并将其作为公交车发动机舱室内的第二级自燃危险判别策略，其构建过程分为以下三个步骤:
[0067] i分析及量化公交车发动机舱室系统的控制参量
[0068] 在公交车辆发动机舱室自燃事故中，自燃发生的因素可以归纳为内在因素和外在因素；其中内在因素主要指发动机舱内的可燃物，例如泄露的燃油及其挥发气体，泄露的润滑油，油污、油泥等；内在因素为燃烧提供了原料，使空间具有了自燃的倾向性；另外，夕卜在因素是指影响空间自燃的外在条件，例如空间温度、烟雾浓度、通风条件等；外在因素为舱室内自燃提供了环境条件，起助燃作用；在公交车自然中，内在因素是事故发生的能量主体，决定了事故后果的严重程度；外在因素是内在因素发生质变的必要条件；
[0069] 假设U为机舱空间中具有自燃倾向性的内在因素集，并用式（1-3)描述内在因素集与其各相关因素之间的关系:
[0070] U2,..., Un) (1-3)
[0071] 式中，U为内在因素变量；Ui为机舱空间内自燃过程中产生的第i种气体浓度；通过分析自燃产生的气体成分，利用可燃物燃烧时产生的气体成分和浓度来量化发动机舱室内自燃危险的内在因素，因而控制变量U反映了机舱空间内自燃倾向性的主要信息；
[0072] 假设V为机舱空间中自燃的外在因素集，并用式（1-4)描述影响空间自燃的外在条件:
[0073] Ν=ΐν(νν ν2,..., νη) (1-4)
[0074] 式中，V为外在因素的数量Wi为外在因素集中的空间温度、氧气浓度、烟雾浓度、通风条件等，这些变量能够真实地反映机舱空间内的环境条件；
[0075] ϋ设计自燃危险判别算式
[0076] 根据步骤i )的分析公交车发动机舱室系统符合尖点突变的基本势函数模型，如式(1-5)所示:
[0077] f (x) =x4+ux2+vx (1-5)
[0078] 其中X表示系统的状态变量；u、V分别表示内在危险因素参量和外在危险因素参量；另外，通过分析势函数的根值情况，消去X，可得系统尖点突变的分歧点方程8u4+24v2=0,即舱室内自燃危险的第二级自燃判别方程；[0079] 其中当控制变量U、V的值在分歧点集曲线尖点上方时，对应的系统行为是平稳运行，此时分歧点集方程8u4+24v2 > O ;当控制变量U、V在尖点下方运行时，系统在变化过程中可能越过分歧点集曲线，系统工作在分歧点集内，系统处在突变状态，此时分歧点集方程8u4+24v2 < O ；
[0080]因此，将分歧点集的轨迹方程F (U，v)=8u4+24v2作为系统稳定性的判据算式，要想使系统处在平稳的状态就要避开突变区域，保证控制变量的关系满足判别式8u4+24v2 > O ；
[0081] iii求解系统的控制参量系数
[0082] 由于利用突变理论描述的系统都是由状态参量和控制参量组成，其中控制参量是自变量，状态参量是因变量；通过求解自变量的系数来决定系统的运行特性；本方法采用CO的浓度作为系统的状态参量，同时为了使CO浓度的变化尽量的线性化和平稳变化，对CO浓度进行了求对数处理。该发动机舱室系统的流行表达式如式（1-6)所示:
[0085] 式中:Χ(.)——系统的状态变量函数；[CO]——CO浓度；
[0086] 取u、v与各相关因子之间为线性关系，即
将其带入式（1-6、
1-7)可得
[0088] 其中，Ui (i=l，2，3，4)分别是二氧化碳浓度、一氧化氮浓度、氯化氢浓度；Vi (i=l,2，3)分别是温度、氧气浓度和通风量。因此，可通过高斯消元法得出控制变量Ui，Vi的系数；
[0089] 3 )两级自燃危险判别方法的协作机制
[0090] 本方法针对以上设计发动机舱室内自燃危险判别方法进行了协作机制设计，进而对舱室内的危险预警等级进行划分，同时在预警等级⑵和⑶中，根据超出阈值的特征参量情况，还划分了不同的危险类型；
[0091] 根据两级运算的结果组合，把系统的危险预警等级分成了三级:(1)安全，没有任何参量达到或者越过阈值；(2)异常，有一个或者多个参量超过设定阈值（即第一级运算判别为有自然危险)，但是第二级判别为非危险状态；(3)危险，第一级和第二级都判定舱室有自燃火灾发生；
[0092] 由附图2的流程图可知，采用T=T1+T2+T3表示第一级自燃危险判别结果的危险特征参量代码；采用D=O或I表示第二级自燃危险判别结果的特征代码；当发动机舱室内的自燃危险处在⑵(异常）等级时，则可通过不同的T值表征危险参量类型；当发动机舱室内的自燃危险处在⑶(危险)时，除了通过T值表征危险参量类型外，还可以通过D值判断出舱室内的危险等级。
[0093] 本方法中步骤3)中所述的第一级自燃危险判别结果:当只有一种危险参量超出阈值时，则T=l、2或者4 ;当有电流和火焰同时超越阈值时则T= ^Τ=5时分别表示电流、温度和烟雾参量超出阈值；当Τ=6时表示火焰、温度和烟雾参量超出了阈值。
[0094] 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (2)
1.公交车发动机舱室内两级自燃危险判别预警方法，其特征在于包括以下步骤: 1)公交车发动机舱室内第一级自燃危险判别: 首先根据公交车发动机舱室内的环境特点选用温度、烟雾浓度、火焰、电流四个参量作为计算输入参量；其次，采用模糊理论对其中的温度和烟雾信号进行模糊处理和运算，并采用已有的固定阈值比较法对火焰、电流参量进行计算；最终，输出危险参量； 其中针对温度和烟雾参量的模糊化阈值判别处理过程如下所述:对其处理过程如下: ①确定评价因素集合: U= {温度，烟雾浓度}，其中，U为评价因素集合； ②建立隶属函数:
其中，式中U(X)为发生自燃危险隶属度；x(t)为传感器信号；s为舱室内被检测参量的阈值； ③利用隶属函数针对评价因素进行计算，得出舱室内由温度和烟雾浓度两个特征参量表征的自燃危险系数，即:
其中，Y为自燃危险系数，Χ温度⑴为以温度为特征参量的传感器信号；χΛ (t)为以烟雾浓度为特征参量的传感器信号；S为舱室内被检测参量的阈值； 经过上式计算后的Y值表征了由温度和烟雾浓度参量计算后发动机舱室发生自燃的危险程度系数；由计算公式可知，当传感器采集到的参量值与设定阈值相等时Y=0.5 ;因此，本方法以Y=0.5作为自燃危险预警的警戒值，当Y < 0.5时舱室系统工作在正常范围之内，危险程度小于0.5，定义为无异常；当Y > 0.5时舱室系统工作在异常的范围内，危险程度系数随着Y值的增大而增加； 2)公交车发动机舱室内第二级自燃危险判别 根据对公交车发动机舱室内自燃致因分析构建公交车发动机舱室的尖点突变模型，并将其作为公交车发动机舱室内的第二级自燃危险判别策略，其构建过程分为以下三个步骤: i分析及量化公交车发动机舱室系统的控制参量 在公交车辆发动机舱室自燃事故中，自燃发生的因素可以归纳为内在因素和外在因素；其中内在因素主要指发动机舱内的可燃物，例如泄露的燃油及其挥发气体，泄露的润滑油，油污、油泥等；内在因素为燃烧提供了原料，使空间具有了自燃的倾向性；另外，外在因素是指影响空间自燃的外在条件，例如空间温度、烟雾浓度、通风条件等；外在因素为舱室内自燃提供了环境条件，起助燃作用；在公交车自然中，内在因素是事故发生的能量主体，决定了事故后果的严重程度；外在因素是内在因素发生质变的必要条件； 假设U为机舱空间中具有自燃倾向性的内在因素集，并用式（1-3 )描述内在因素集与其各相关因素之间的关系:
式中，U为内在因素变量；Ui为机舱空间内自燃过程中产生的第i种气体浓度；通过分析自燃产生的气体成分，利用可燃物燃烧时产生的气体成分和浓度来量化发动机舱室内自燃危险的内在因素，因而控制变量U反映了机舱空间内自燃倾向性的主要信息； 假设V为机舱空间中自燃的外在因素集，并用式（1-4)描述影响空间自燃的外在条件:
式中，V为外在因素的数量；Vi为外在因素集中的空间温度、氧气浓度、烟雾浓度、通风条件等，这些变量能够真实地反映机舱空间内的环境条件；ϋ设计自燃危险判别算式 根据步骤i )的分析公交车发动机舱室系统符合尖点突变的基本势函数模型，如式(1-5)所示:
其中X表示系统的状态变量；u、v分别表示内在危险因素参量和外在危险因素参量；另夕卜，通过分析势函数的根值情况，消去X，可得系统尖点突变的分歧点方程8u3+27v2=0，即舱室内自燃危险的第二级自燃判别方程； 其中当控制变量U、V的值在分歧点集曲线尖点上方时，对应的系统行为是平稳运行，此时分歧点集方程8u3+27v2 > O ;当控制变量U、V在尖点下方运行时，系统在变化过程中可能越过分歧点集曲线，系统工作在分歧点集内，系统处在突变状态，此时分歧点集方程8u3+27v2 < O ； 因此，将分歧点集的轨迹方程F (U，V) = 8u3+27v2作为系统稳定性的判据算式，要想使系统处在平稳的状态就要避开突变区域，保证控制变量的关系满足判别式8u3+27v2 > O ；iii求解系统的控制参量系数 由于利用突变理论描述的系统都是由状态参量和控制参量组成，其中控制参量是自变量，状态参量是因变量；通过求解自变量的系数来决定系统的运行特性；本方法采用CO的浓度作为系统的状态参量，同时为了使CO浓度的变化尽量的线性化和平稳变化，对CO浓度进行了求对数处理。该发动机舱室系统的流行表达式如式（1-6)所示:
式中:X(.)――系统的状态变量函数；[CO] ―― CO浓度； 取U、V与各相关因子之间为线性关系，即
;将其带入式（1-6、1-7) 可得
其中，Ui (i=l，2，3，4)分别是二氧化碳浓度、一氧化氮浓度、氯化氢浓度；Vi (1=1,2,3)分别是温度、氧气浓度和通风量。因此，可通过高斯消元法得出控制变量Ui, Vi的系数； 3)两级自燃危险判别方法的协作机制 本方法针对以上设计发动机舱室内自燃危险判别方法进行了协作机制设计，进而对舱室内的危险预警等级进行划分，同时在预警等级⑵和⑶中，根据超出阈值的特征参量情况，还划分了不同的危险类型； 根据两级运算的结果组合，把系统的危险预警等级分成了三级:(1)安全，没有任何参量达到或者越过阈值；(2)异常，有一个或者多个参量超过设定阈值（即第一级运算判别为有自然危险)，但是第二级判别为非危险状态；(3)危险，第一级和第二级都判定舱室有自燃火灾发生； 采用T=T1+T2+T3表示第一级自燃危险判别结果的危险特征参量代码；采用D=O或I表示第二级自燃危险判别结果的特征代码；当发动机舱室内的自燃危险处在⑵(异常）等级时，则可通过不同的T值表征危险参量类型；当发动机舱室内的自燃危险处在⑶(危险）时，除了通过T值表征危险参量类型外，还可以通过D值判断出舱室内的危险等级。
2.如权利要求1所述的公交车发动机舱室内两级自燃危险判别预警方法，其特征在于:步骤3)中所述的第一级自燃危险判别结果:当只有一种危险参量超出阈值时，则T=l、2或者4 ;当有电流和火焰同时超越阈值时则Τ=3 ;当Τ=5时分别表示电流、温度和烟雾参量超出阈值；当Τ=6时表示火焰、温度和烟雾参 量超出了阈值。
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