CN103440728A - 分布智能控制船舶消防系统连锁性失效测评方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模糊控制对现有船舶消防系统进行分布式智能控制，建立船舶消防系统连锁性失效指标，对连锁性失效情况进行判定的分布智能控制船舶消防系统连锁性失效测评方法。本发明包括：将船舶舱室按照火灾危险度分为三类；将四个参数信息进行归一化预处理；得到舱室火灾报警等级评估结果；主机对舱室的报警等级进行判断。本发明能够提高船舶火灾自动报警系统的可靠性和准确性以及避免连锁性失效这类极端灾害的能力，减少极端灾害的发生。由于该方法考虑了船舶舱室火灾特点，能够连锁报警，所以该技术还能够更好的为船舶环境服务，提高船舶安全，增强了实用性。

Description

分布智能控制船舶消防系统连锁性失效测评方法

技术领域

本发明涉及一种基于模糊控制对现有船舶消防系统进行分布式智能控制，建立船舶消防系统连锁性失效指标，对连锁性失效情况进行判定的分布智能控制船舶消防系统连锁性失效测评方法。

背景技术

目前，国内外火灾自动报警系统的研究主要分为两个阶段：

第一阶段为非智能型火灾报警系统，七十年代末出现的可寻址火灾自动报警系统和八十年代初期出现的模拟量可寻址火灾自动报警系统，应用最为典型的是以报警为主要功能的多线型火灾报警系统和采用微处理器控制的总线型火灾报警系统。如NITTAN公司生产的CPF系列火灾自动报警系统，它们尽管高科技含量较少，但由于成本比较低，能满足许多小型民用和商用火灾报警保护的需要，故被许多国家广泛应用。

第二阶段为智能型火灾报警系统，其中普遍应用的是集中智能型火灾报警系统和分布智能型火灾报警系统。前者工作原理是将各个探测器在火灾现场采集到的烟雾浓度信号、温度信号变化等火灾参数信息实时传送至集中火灾报警控制器，然后由控制器内部的智能软件集中处理这些火灾报警参数，从而给出正确的火警判别信息，也称为主机智能型。我国广泛使用的是集中智能型火灾报警系统，如日本能美的R23Z智能型火灾报警控制器。但船舶这样庞大且复杂的环境中，各类探测器和消防联动设备比较繁多，巡检周期长，加上系统内部数据处理软件结构复杂，报警系统可靠性随之降低，所以不适合采用集中智能型火灾报警系统。分布智能型火灾报警系统则是指各类探测器与主机控制器均为智能型，它们将利用智能化算法对火情信息进行处理，同时考虑周围环境信息补偿及各设备的运行情况，将有用的信息及时反馈给探测器与控制器，体现了系统的火灾探测、报警传输、信号处理、监控显示、联网通信及联动控制等一系列功能的完善、准确与可靠，有效降低了误报、漏报频率，提高了报警系统的控制精度，如目前比较先进的德国effeff MSR型火灾探测及报警系统、美国EdwardsSIGA系列多重复合火灾探测器及其EST3系统。

现代船舶由于用途不同，实现的功能也越发完善，船舶内部结构环境也随之趋于复杂。通常情况下，船舶主要包含生活舱、货物舱、机舱、燃料舱和动力舱等，各类舱室由于起火源不同，采取的相应联动灭火策略也不尽相同。特别是机舱、油料类舱室燃烧空间小、可燃物品多、火灾载荷密度大，受通风条件制约导致火势发展迅猛且极易产生轰燃现象，故一旦起火，火势蔓延迅速，后果将十分严重。所以需要设计一种针对各类舱室火灾特点，融合各类舱室火灾灾害信息，具有连锁报警功能的高可靠性的船舶火灾自动报警系统，同时，该系统必须具备船舶消防系统连锁性失效情况的判定功能，及早发现极端灾害的苗头，避免灾难性的后果发生，减少人员伤亡。本发明旨在解决本问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高船舶火灾自动报警系统避免连锁性失效灾害的可靠性和准确性的基于模糊控制的分布智能控制船舶消防系统连锁性失效测评方法。

本发明的目的是这样实现的：

（1）将船舶舱室按照火灾危险度分为三类，第一类：控制站、A类机器处所、弹药舱和导弹舱为火灾危险度大的舱室，危险度的数值设置在0.7-0.9之间；第二类：电子设备室和较大失火危险的服务处所为火灾危险度中的舱室，数值设置在0.5-0.6之间；第三类：楼梯道和信道、起居处所、较小失火危险的服务处所、其他机器处所和开敞甲板处所为火灾危险度小的舱室，数值设置在0.1-0.4之间；

（2）采集该舱室的温度信号、烟雾浓度信号、可燃气体浓度信号和舱室火灾危险度信号的信息，并将四个参数信息进行归一化预处理；

（3）将经过处理后的数据送至模糊推力模块进行模糊推理，从而得到舱室火灾报警等级评估结果，评估结果分为三个等级，分别为：无报警、预警和报警；

（4）针对单个舱室，主机对舱室的报警等级进行判断；采集邻舱信号，通过综合考虑报警舱室报警信号、邻舱报警信号、报警舱室火灾危险度信号、邻舱火灾危险度信号，报警舱室温度信号以及邻舱温度信号6个参数信息用模糊控制方法来判断是否将报警信号转变为一级连锁报警信号，如果以报警舱室为中心有连续三层舱室的报警信号变为一级连锁报警信号，则说明发生了连锁性失效情况。

本发明的有益效果是：本发明能够提高船舶火灾自动报警系统的可靠性和准确性以及避免连锁性失效这类极端灾害的能力，提供了一种基于模糊控制的针对船舶环境火灾自动报警系统的分布智能控制方法，在该设计基础上，建立了船舶消防系统连锁性失效测评指标，能够对连锁性失效情况进行判定，减少极端灾害的发生。由于该方法考虑了船舶舱室火灾特点，能够连锁报警，所以该技术还能够更好的为船舶环境服务，提高船舶安全，增强了实用性。

附图说明

图1是本发明的船舶火灾自动报警系统连锁性失效控制流程图。

图2是本发明的基于模糊控制的舱室智能复合探测器报警控制结构图。

图3是本发明的基于模糊控制的连锁性失效判定图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明具体步骤为：

(1)本发明针对基辅号船舶设计一种基于模糊控制的分布智能火灾报警系统，将船舶舱室按照火灾危险度分为三类，第一类：控制站、A类机器处所、弹药舱和导弹舱为火灾危险度大的舱室，数值设置在0.7-0.9之间；第二类：电子设备室和较大失火危险的服务处所为火灾危险度中的舱室，数值设置在0.5-0.6之间；第三类：楼梯道和信道、起居处所、较小失火危险的服务处所、其他机器处所和开敞甲板处所为火灾危险度小的舱室，数值设置在0.1-0.4之间；

(2)针对舱室进行探测器的模糊智能控制设计：

1)所有舱室均采用复合探头，采集该舱室的温度信号、烟雾浓度信号、可燃气体浓度信号和舱室火灾危险度信号的信息，并将四个参数信息进行归一化预处理；

2)将经过处理后的数据送至模糊推力模块进行模糊推理，从而得到舱室火灾报警等级评估结果。评估结果分为三个等级，分别为：无报警、预警和报警；

(3)船舶消防系统连锁性失效监测（判定）方法

针对主机进行模糊智能控制设计，针对单个舱室，主机采用相同的模糊控制规则对舱室的报警等级进行判断。同时，针对报警舱室，主机可以采集邻舱信号，通过综合考虑报警舱室报警信号、邻舱报警信号、报警舱室火灾危险度信号、邻舱火灾危险度信号，报警舱室温度信号以及邻舱温度信号6个参数信息用模糊控制方法来判断是否将报警信号转变为一级连锁报警信号，如果以报警舱室为中心有连续三层舱室的报警信号变为一级连锁报警信号，则说明发生了连锁性失效情况；

如图1所示，为本发明的船舶火灾自动报警系统连锁性失效控制流程图，该流程图显示了船舶火灾报警系统连锁报警预防极端灾害的控制思想。首先由各个舱室的复合探头采集探头所在舱室的温度信号、烟雾浓雾信号、可燃气体浓度信号和舱室火灾危险度信号的参数信息，利用模糊控制算法来给出报警等级信息。与此同时，船舶火灾报警系统主机控制器周期采集各个舱室的探测器报警信号，当某一舱室报警时，该舱室的报警信息会送至主机报警控制器，此时为达到预防船舶火灾报警系统连锁性失效的目的，主机报警控制器会立即采集与该舱相邻的多个舱室火灾探测器获取的火情信息，并判断出这些舱室的火灾报警等级信息，根据不同的报警等级信号，以及报警舱室是否出于高温情况，主机报警控制器会给出不同的报警信号，特别是一级连锁报警的高等级报警信号。这样，船舶火灾自动报警系统的功能就更加完善了，舱室的避免连锁性失效报警控制方法的应用能够减少报警系统的极端灾害发生的情况，提高系统控制精度，考虑各舱室火情关联信息更加全面，避免因疏忽某个舱室报警以及高温信息而给全船造成的巨大损失，为救援赢得了宝贵时间，提供了最需要救援的舱室路径信息。

如图2所示，为本发明的基于模糊控制的舱室智能复合探测器报警控制结构图。主要由舱室火灾报警要素的信号采集、信号预处理、模糊化、模糊推理判决、解模糊化几个模块组成，最终得出舱室火灾报警等级信息。

该智能复合探测器的模糊控制系统的输入信号包括该舱温度信息、烟雾浓度信息、可燃气体浓度信息以及通过国内外火灾模拟软件得到的舱室火灾危险等级信息（舱室火灾危险等级可通过相关文献查询得知），将这些信息进行预处理，归一化至[0，1]范围内，这样才能进行下一步数据处理。采集以上信息能够使智能复合探测器对舱室进行早期火灾信息识别，判断火灾报警等级信息，对防止火灾隐患有所帮助，降低漏报、误报率。

为了提高舱室火灾等级判别的准确度与抗干扰性，使智能复合探测器的控制系统的输出更接近于人的思维判断，本发明采用了模糊推理方法对预处理完的数据作进一步处理。模糊推理模块首先对输入量与输出量进行模糊化，建立论域上的模糊集合，设计相应的隶属度函数，对输入输出量进行相应变换，这里采用的是三角形隶属度函数。其次，建立模糊控制规则表，模糊控制规则是模糊控制的核心，这些规则通常来源于相关领域的专家知识，也可以通过大量实验数据给出。本发明的模糊规则形式为：IF（满足一组条件）THEN（推出一组结论）。制定规则时既要保证模糊规则的完备性，又要保证模糊规则的相容性。最后生成输入输出表，根据输入得到了舱室火灾连锁报警等级在辨识论域上的模糊集，再进行解模糊化，得到最终结果。

模糊推理模型的设计思路具体如下：

首先，输入量与输出量的模糊化：

智能复合探测器的模糊控制系统的输入量分别为采集的该舱室的温度、烟雾浓度、可燃气体浓度和舱室火灾危险度的信息，输出量为舱室火灾报警等级信息，以上信息经过预处理后要转化为[0，1]范围内的数值信息，作为论域。首先将他们转化为模糊量。针对船舶舱室火灾发生的实际情况、经验与火灾数据统计分析，可将温度、烟雾浓度、可燃气体浓度、舱室火灾危险度和输出的舱室火灾报警等级设为：火灾发生概率大（PB），火灾发生概率中（PM），火灾发生概率小（PS）和无火灾发生（ZO）。其中，舱室火灾危险度的对应为：数值在0.7-0.9之间为舱室火灾危险度大（PB），数值在0.5-0.6之间为舱室火灾危险度中（PM），数值在0.1-0.4之间为舱室火灾危险度小（PS）；

这里选取模糊数的隶属函数为三角形函数，容易计算且应用广泛，该函数的解析式为：

之后，模糊逻辑推理：

本发明采用Mamdani法实现模糊逻辑推理，模糊规则形式为：IF（满足一组条件）THEN（推出一组结论），具体为（下面列出其中10条规则，为计算机语言）：

IF（温度信号为ZO）AND（烟雾浓度信号为ZO）AND（可燃气体浓度信号为ZO）AND（该舱火灾危险度信号为ZO）THEN（该舱火灾报警等级为ZO）。

IF（温度信号为PS）AND（烟雾浓度信号为ZO）AND（可燃气体浓度信号为ZO）AND（该舱火灾危险度信号为ZO）THEN（该舱火灾报警等级为PS）。

IF（温度信号为PM）AND（烟雾浓度信号为ZO）AND（可燃气体浓度信号为ZO）AND（该舱火灾危险等级为ZO）THEN（该舱火灾报警等级为PM）。

IF（温度信号为PB）AND（烟雾浓度信号为ZO）AND（可燃气体浓度信号为ZO）AND（该舱火灾危险度信号为ZO）THEN（该舱火灾报警等级为PB）。

IF（温度信号为ZO）AND（烟雾浓度信号为PS）AND（可燃气体浓度信号为ZO）AND（该舱火灾危险度信号为ZO）THEN（该舱火灾报警等级为ZO）。

IF（温度信号为PS）AND（烟雾浓度信号为PS）AND（可燃气体浓度信号为ZO）AND（该舱火灾危险度信号为ZO）THEN（该舱火灾报警等级为PS）。

IF（温度信号为PM）AND（烟雾浓度信号为PS）AND（可燃气体浓度信号为ZO）AND（该舱火灾危险度信号为ZO）THEN（该舱火灾报警等级为PM）。

IF（温度信号为PB）AND（烟雾浓度信号为PS）AND（可燃气体浓度信号为ZO）AND（该舱火灾危险度信号为ZO）THEN（该舱火灾报警等级为PB）。

IF（温度信号为ZO）AND（烟雾浓度信号为PM）AND（可燃气体浓度信号为ZO）AND（该舱火灾危险度信号为ZO）THEN（该舱火灾报警等级为ZO）。

IF（温度信号为PS）AND（烟雾浓度信号为PM）AND（可燃气体浓度信号为ZO）AND（该舱火灾危险度信号为ZO）THEN（该舱火灾报警等级为PS）。

最后，解模糊化：

经模糊推理决策得到的结果为一个模糊集合，但实际系统需得到的是准确的舱室火灾报警等级信息，故要得到此精确值需要进行解模糊化。在模糊控制中，解模糊化的方法有很多种，常用的有最大隶属度函数法、重心法和中位数法，本发明选用重心法进行输出变量的解模糊化，从而得到的精确的舱室火灾连锁报警等级输出量，该舱室火灾连锁报警等级输出量可设为：无报警、预报警和报警，即火灾发生概率小则对应于无报警，火灾发生概率中对应预报警，火灾发生概率大则对应报警。

船舶消防系统连锁性失效监测（判定）方法

针对主机进行模糊控制设计，由于主机周期采样各个舱室报警信息，一旦某个舱室报警，该报警舱室的探测器不仅可以提供主机报警信号还可以将该舱室的温度信号、烟雾浓度信号、可燃气体浓度信号和该舱室火灾危险度信号传递给主机报警控制机。主机报警控制器采用模糊控制方法，针对单个舱室采用的模糊规则同各个舱室的智能复合探测器所采用的。另外，主机新加入的功能就是对船舶消防系统连锁性失效情况进行判定，通过采集报警舱室报警信号，报警舱室邻舱报警信号以及报警舱室温度信号，邻舱温度信号来给出报警舱室和邻舱是否由报警信号变为一级连锁报警信号。如此往复，一旦邻舱报警则邻舱变为报警舱室，采集其邻舱的报警信号，继续判别。如图3所示，一旦有三层舱室的报警信号变为一级连锁报警信号，则说明发生了船舶消防系统的连锁性失效情况。

模糊推理过程与原理同步骤（2）中所述，下面给出模糊推理规则（下面列举5条）：

IF（报警舱室为报警）AND（邻舱为无报警）AND（报警舱室火灾危险度为ZO）AND（邻舱火灾危险度为ZO）（报警舱室温度为500℃以上）AND（邻舱温度为500℃以下）THEN（报警舱室火灾报警等级为报警）AND（报警舱室邻舱火灾报警等级为预报警）。

IF（报警舱室为报警）AND（邻舱为无报警）AND（报警舱室火灾危险度为ZO）AND（邻舱火灾危险度为ZO）（报警舱室温度为500℃以下）AND（邻舱温度为500℃以下）THEN（报警舱室火灾报警等级为报警）AND（报警舱室邻舱火灾报警等级为无报警）。

IF（报警舱室为报警）AND（邻舱为无报警）AND（报警舱室火灾危险度为PS）AND（邻舱火灾危险度为ZO）（报警舱室温度为500℃以下）AND（邻舱温度为500℃以下）THEN（报警舱室火灾报警等级为报警）AND（报警舱室邻舱火灾报警等级为无报警）。

IF（报警舱室为报警）AND（邻舱为无报警）AND（报警舱室火灾危险度为ZO）AND（邻舱火灾危险度为PS）（报警舱室温度为500℃以下）AND（邻舱温度为500℃以下）THEN（报警舱室火灾报警等级为报警）AND（报警舱室邻舱火灾报警等级为无报警）。

IF（报警舱室为报警）AND（邻舱为报警）AND（报警舱室火灾危险度为PS）AND（邻舱火灾危险度为PM）（报警舱室温度为500℃以上）AND（邻舱温度为500℃以上）THEN（报警舱室火灾报警等级为一级连锁报警）AND（报警舱室邻舱火灾报警等级为一级连锁报警）。

Claims (1)

1.分布智能控制船舶消防系统连锁性失效测评方法，其特征在于：

（1）将船舶舱室按照火灾危险度分为三类，第一类：控制站、A类机器处所、弹药舱和导弹舱为火灾危险度大的舱室，危险度的数值设置在0.7-0.9之间；第二类：电子设备室和较大失火危险的服务处所为火灾危险度中的舱室，数值设置在0.5-0.6之间；第三类：楼梯道和信道、起居处所、较小失火危险的服务处所、其他机器处所和开敞甲板处所为火灾危险度小的舱室，数值设置在0.1-0.4之间；

（2）采集该舱室的温度信号、烟雾浓度信号、可燃气体浓度信号和舱室火灾危险度信号的信息，并将四个参数信息进行归一化预处理；

（3）将经过处理后的数据送至模糊推力模块进行模糊推理，从而得到舱室火灾报警等级评估结果，评估结果分为三个等级，分别为：无报警、预警和报警；

（4）针对单个舱室，主机对舱室的报警等级进行判断；采集邻舱信号，通过综合考虑报警舱室报警信号、邻舱报警信号、报警舱室火灾危险度信号、邻舱火灾危险度信号，报警舱室温度信号以及邻舱温度信号6个参数信息用模糊控制方法来判断是否将报警信号转变为一级连锁报警信号，如果以报警舱室为中心有连续三层舱室的报警信号变为一级连锁报警信号，则说明发生了连锁性失效情况。

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