CN105261140B - 用于消防的多传感器融合方法 - Google Patents
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Abstract
为了提高火情蔓延信息可靠性，做到高效率消防作业，本发明综合利用固定式消防传感器和非固定式消防传感器，提供了一种用于消防的多传感器融合方法，包括：(1)火情发生前，初始化多个消防传感器的分级信息；(2)火情发生时，在多个不同的时刻采集所述多个消防传感器的基本信息；(3)在所述多个不同的时刻通过多个消防传感器根据各个消防传感器的分级信息和步骤(2)得到的基本信息检测多个消防参数；(4)根据所述多个不同的时刻的每一个，对所述多个消防传感器进行分级，更新所述分级信息；(5)根据更新过的分级信息，对步骤(3)得到的多个消防参数进行多消防传感器融合，确定火情发展趋势和/或分布。
Description
技术领域
本发明涉及消防信息检测技术领域，更具体地，涉及一种用于消防的多传感器融合方法。
背景技术
现有的消防信号采集通常利用多个单一的传感器来完成，用于从多个侧面孤立地反映目标信息。实际上，在大多数情况下，必须同时处理多个信号，而这些信号一般又来自多个信号源，即多传感器。但是多传感器也带来了信息冗余甚至矛盾。所以必须通过对多个传感器及其观测信息的合理支配与使用，将其采集的信息依据某种优化准则组合，产生对观测环境一致性的解释和描述，因此迫切要求对信息进一步处理。“信息融合”就是对多传感器的数据进行多级别、多方面、多层次的处理，即融合来自多个传感器或其他信息源的数据，以获得综合的、更好的估计。
另外，现有的消防场合往往以固定式消防传感器为主的方式采集消防信号，这在火灾尚未发生或者处于萌芽期时是有利于火灾情况判断并有利指导消防工作的，但是当火灾处于发展阶段甚至严重阶段时，固定式消防传感器采集到的信号不全面，此时往往采用人工干预的方式，人为地携带探测设备，但这又造成了对固定式消防传感器资源的浪费，并且在火情或消防情况复杂，例如，消防监控或火情出现区域地理和/或结构设计复杂的情况下，可能出现进入内部的通道中部发生严重火灾，而固定式消防传感器和人工携带的消防传感器都无法成对消防工作起到有效指导作用的问题。
发明内容
为了提高火情蔓延信息可靠性，做到高效率消防作业，本发明综合利用固定式消防传感器和非固定式消防传感器，提供了一种用于消防的多传感器融合方法。
本发明中，“消防传感器”包括温度传感器、湿度传感器、各种气体传感器、烟雾传感器、火焰传感器等在内的与消防监控或消防指挥有关的传感器。“固定式消防传感器”是指其所处位置不发生主动变化的消防传感器，例如固定在屋顶或天花板上的消防传感器、固定在立柱上的消防传感器等。“非固定式消防传感器”是指其所处位置能够主动变化的消防传感器，例如人工携带的消防传感器、消防机器人或其他可移动机械设备配备的消防传感器等。
本发明的用于消防的多传感器融合方法包括如下步骤：
(1)火情发生前，初始化多个消防传感器的分级信息，得到分级信息的初始集合，所述消防传感器包括固定式消防传感器和非固定式消防传感器；
(2)火情发生时，在多个不同的时刻采集所述多个消防传感器的基本信息；
(3)在所述多个不同的时刻通过多个消防传感器根据各个消防传感器的分级信息和步骤(2)得到的基本信息检测多个消防参数；
(4)根据所述多个不同的时刻的每一个，对所述多个消防传感器进行分级，更新所述分级信息；
(5)根据更新过的分级信息，对步骤(3)得到的多个消防参数进行多消防传感器融合，确定火情发展趋势和/或分布。
进一步地，所述步骤(1)包括：
(11)在各个消防传感器中设置温度调节装置、温度探头和计时单元，且当所在消防传感器开始检测时开启相应的温度探头和计时单元进行温度测量和计时，所述温度调节装置用于对所述各个消防传感器的温度进行调整，所述温度探头用于探测其所在消防传感器的温度，所述计时单元用于检测其所在消防传感器的累计工作时间；
(12)在第一时刻T1，控制所述各个温度调节装置按照第一温度集合TEMPN对各个所述消防传感器进行相应地温度调整，其中N表示消防传感器的种类编号；
(13)通过所述温度探头和计时单元采集相应的消防传感器的温度以及计时结果；
(14)根据步骤(13)采集到的温度信息以及计时信息，获得各个消防传感器的温度-时间曲线；
(15)根据步骤(14)得到的各个传感器的温度-时间曲线，在所述多个消防传感器中的每一类传感器中，确定各个消防传感器待融合优先级其中M，N＝1，2，…，M表示各类消防传感器中每个消防传感器的编号，N表示消防传感器的种类编号；
(16)将所述各个消防传感器待融合优先级作为分级信息的初始集合。
进一步地，所述步骤(2)包括：
(21)在所述各个固定式消防传感器中设置第一定位设备和存储器，其中所述第一定位设备用于检测其所在的固定式消防传感器的经度和纬度，所述存储器用于存储预先分配给其所在固定式消防传感器的表示高度分布的信息；
(22)在非固定式消防传感器上设置第二定位设备，其中第二所述定位设备用于检测其所在非固定式消防传感器的经度和纬度信息以及高度信息；
还包括：在多个不同的时刻的每一个，
(23)分别与所述各个固定式消防传感器和各个非固定式消防传感器建立通信连接；
(24)根据所建立的通信连接，获得所述各个消防传感器的自检信息；
(25)根据所述自检信息，采集相应的固定式消防传感器和非固定式消防传感器的经度和纬度以及表示高度的信息，作为该消防传感器的基本信息。
进一步地，所述步骤(3)包括：
(31)在所述多个不同的时刻之一T1，分别从建立所述通信连接的各个固定式消防传感器根据其各自的分级信息采集室内消防参数集合C1与室外消防参数集合C2；
(32)在步骤(22)所述时刻的下一个时刻T2，分别从建立所述通信连接的各个固定式消防传感器根据其各自的分级信息采集室内消防参数集合C′1与室外消防参数集合C'2。
进一步地，所述步骤(4)包括：
(41)在T2时刻的下一个时刻T3，分别从建立所述通信连接的各个非固定式消防传感器检测消防参数，获得消防参数集合D1，建立D1-时间曲线；
(42)在T3时刻的下一个时刻T4，分别从建立所述通信连接的各个非固定式消防传感器检测消防参数，获得消防参数集合D’1，建立D’1-时间曲线。
(43)根据D1-时间曲线和D’1-时间曲线，确定非固定式消防传感器的待融合优先级其中M，N＝1，2，…，M表示各类消防传感器中每个消防传感器的编号，N表示消防传感器的种类编号；
(44)根据所述室外消防参数集合C2，对所述室内消防参数集合C1进行修正；
(45)根据所述室外消防参数集合C'2，对所述室内消防参数集合C′1进行修正；
(46)分别建立步骤(44)和步骤(45)得到的修正结果-时间的曲线；
(47)根据步骤(46)的曲线，确定非固定式消防传感器的待融合优先级其中M，N＝1，2，…，M表示各类消防传感器中每个消防传感器的编号，N表示消防传感器的种类编号；
(48)合并所述非固定式消防传感器的待融合优先级和所述非固定式消防传感器的待融合优先级作为更新后的分级信息
所述步骤(5)包括：
(51)根据更新后的升级信息构成所有消防传感器的升级信息矩阵M；
(52)构造2×2的矩阵N，其中：
N21＝C'1-C'2,N22＝C'1*C'-1 2,“-1”表示响应集合的倒数构成的集合；
(53)计算…，其中||||表示秩，W表示所述多个不同的时刻的个数，且W大于或等于4，且r＝1，2，…，W；
(54)根据步骤(53)得到的多个矩阵判断火情蔓延方位、分布和/或方位的变化信息。
本发明的有益效果是：能够最大限度地利用火场上的固定式消防传感器，结合非固定式消防传感器(例如消防机器人、消防飞机等等)提供火情蔓延信息，从而有利于消防工作准确地把握火情蔓延方位、分布和/或方位的变化情况。
附图说明
图1示出了根据本发明的用于消防的多传感器融合方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的最佳实施例，本发明的用于消防的多传感器融合方法包括如下步骤：
(1)火情发生前，初始化多个消防传感器的分级信息，得到分级信息的初始集合，所述消防传感器包括固定式消防传感器和非固定式消防传感器；
该步骤包括：
(11)在各个消防传感器中设置温度调节装置、温度探头和计时单元，且当所在消防传感器开始检测时开启相应的温度探头和计时单元进行温度测量和计时，所述温度调节装置用于对所述各个消防传感器的温度进行调整，所述温度探头用于探测其所在消防传感器的温度，所述计时单元用于检测其所在消防传感器的累计工作时间；
(12)在第一时刻T1，控制所述各个温度调节装置按照第一温度集合TEMPN对各个所述消防传感器进行相应地温度调整，其中N表示消防传感器的种类编号；
(13)通过所述温度探头和计时单元采集相应的消防传感器的温度以及计时结果；
(14)根据步骤(13)采集到的温度信息以及计时信息，获得各个消防传感器的温度-时间曲线；
(15)根据步骤(14)得到的各个传感器的温度-时间曲线，在所述多个消防传感器中的每一类传感器中，确定各个消防传感器待融合优先级其中M，N＝1，2，…，M表示各类消防传感器中每个消防传感器的编号，N表示消防传感器的种类编号；
(16)将所述各个消防传感器待融合优先级作为分级信息的初始集合。
(2)火情发生时，在多个不同的时刻采集所述多个消防传感器的基本信息；该步骤包括：
(21)在所述各个固定式消防传感器中设置第一定位设备和存储器，其中所述第一定位设备用于检测其所在的固定式消防传感器的经度和纬度，所述存储器用于存储预先分配给其所在固定式消防传感器的表示高度分布的信息；
(22)在非固定式消防传感器上设置第二定位设备，其中第二所述定位设备用于检测其所在非固定式消防传感器的经度和纬度信息以及高度信息；
还包括：在多个不同的时刻的每一个，
(23)分别与所述各个固定式消防传感器和各个非固定式消防传感器建立通信连接；
(24)根据所建立的通信连接，获得所述各个消防传感器的自检信息；
(25)根据所述自检信息，采集相应的固定式消防传感器和非固定式消防传感器的经度和纬度以及表示高度的信息，作为该消防传感器的基本信息。
(3)在所述多个不同的时刻通过多个消防传感器根据各个消防传感器的分级信息和步骤(2)得到的基本信息检测多个消防参数；
该步骤具体包括：
(31)在所述多个不同的时刻之一T1，分别从建立所述通信连接的各个固定式消防传感器根据其各自的分级信息采集室内消防参数集合C1与室外消防参数集合C2；
(32)在步骤(32)所述时刻的下一个时刻T2，分别从建立所述通信连接的各个固定式消防传感器根据其各自的分级信息采集室内消防参数集合C1'与室外消防参数集合C'2。
(4)根据所述多个不同的时刻的每一个，对所述多个消防传感器进行分级，更新所述分级信息；
所述步骤(4)包括：
(41)在T2时刻的下一个时刻T3，分别从建立所述通信连接的各个非固定式消防传感器检测消防参数，获得消防参数集合D1，建立D1-时间曲线；
(42)在T3时刻的下一个时刻T4，分别从建立所述通信连接的各个非固定式消防传感器检测消防参数，获得消防参数集合D’1，建立D’1-时间曲线。
(43)根据D1-时间曲线和D’1-时间曲线，确定非固定式消防传感器的待融合优先级其中M，N＝1，2，…，M表示各类消防传感器中每个消防传感器的编号，N表示消防传感器的种类编号；
(44)根据所述室外消防参数集合C2，对所述室内消防参数集合C1进行修正；
(45)根据所述室外消防参数集合C'2，对所述室内消防参数集合C′1进行修正；
(46)分别建立步骤(44)和步骤(45)得到的修正结果-时间的曲线；
(47)根据步骤(46)的曲线，确定非固定式消防传感器的待融合优先级其中M，N＝1，2，…，M表示各类消防传感器中每个消防传感器的编号，N表示消防传感器的种类编号；
(48)合并所述非固定式消防传感器的待融合优先级和所述非固定式消防传感器的待融合优先级作为更新后的分级信息
(5)根据更新过的分级信息，对步骤(3)得到的多个消防参数进行多消防传感器融合，确定火情发展趋势和/或分布。
(51)根据更新后的升级信息构成所有消防传感器的升级信息矩阵M；
(52)构造2×2的矩阵N，其中：
N21＝C'1-C'2,N22＝C'1*C'-1 2,“-1”表示响应集合的倒数构成的集合；
(53)计算…，其中||||表示秩，W表示所述多个不同的时刻的个数，且W大于或等于4，且r＝1，2，…，W；
(54)根据步骤(53)得到的多个矩阵判断火情蔓延方位、分布和/或方位的变化信息。
根据本发明的另外的实施例，所述方法还包括步骤(6)：根据建立的通信连接获得各个消防传感器的经纬度和高度信息(包括固定式消防传感器的表示高度的信息)，从而在基于GIS的地图上建立火情动态监控信息图。这样，结合GIS的地图图层中包括的火情分布区域的电子地图，能够更直观地反映出火情蔓延方位、分布和/或方位的变化信息，从而更加有利于消防指挥和消防部署，并且更加有利于将有力的消防设备提前设置并运用到火情快速蔓延的区域，帮助现场救火人员或救火机器人尽早地扑灭火情。
以上所述仅为本发明的最佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (1)
1.一种用于消防的多传感器融合方法，包括如下步骤：
(1)火情发生前，初始化多个消防传感器的分级信息，得到分级信息的初始集合，所述消防传感器包括固定式消防传感器和非固定式消防传感器；
(2)火情发生时，在多个不同的时刻采集所述多个消防传感器的基本信息；
(3)在所述多个不同的时刻通过多个消防传感器根据各个消防传感器的分级信息和步骤(2)得到的基本信息检测多个消防参数；
(4)根据所述多个不同的时刻的每一个，对所述多个消防传感器进行分级，更新所述分级信息；
(5)根据更新过的分级信息，对步骤(3)得到的多个消防参数进行多消防传感器融合，确定火情发展趋势和/或分布；
其特征在于，
所述步骤(1)包括：
(11)在各个消防传感器中设置温度调节装置、温度探头和计时单元，且当所在消防传感器开始检测时开启相应的温度探头和计时单元进行温度测量和计时，所述温度调节装置用于对所述各个消防传感器的温度进行调整，所述温度探头用于探测其所在消防传感器的温度，所述计时单元用于检测其所在消防传感器的累计工作时间；
(12)在第一时刻T1，控制所述各个温度调节装置按照第一温度集合TEMPN对各个所述消防传感器进行相应地温度调整，其中N表示消防传感器的种类编号；
(13)通过所述温度探头和计时单元采集相应的消防传感器的温度以及计时结果；
(14)根据步骤(13)采集到的温度信息以及计时信息，获得各个消防传感器的温度-时间曲线；
(15)根据步骤(14)得到的各个传感器的温度-时间曲线，在所述多个消防传感器中的每一类传感器中，确定各个消防传感器待融合优先级其中M，N＝1，2，…，M表示各类消防传感器中每个消防传感器的编号；
(16)将所述各个消防传感器待融合优先级作为分级信息的初始集合；
所述步骤(2)包括：
(21)在所述各个固定式消防传感器中设置第一定位设备和存储器，其中所述第一定位设备用于检测其所在的固定式消防传感器的经度和纬度，所述存储器用于存储预先分配给其所在固定式消防传感器的表示高度分布的信息；
(22)在非固定式消防传感器上设置第二定位设备，其中第二所述定位设备用于检测其所在非固定式消防传感器的经度和纬度信息以及高度信息；
还包括：在多个不同的时刻的每一个，
(23)分别与所述各个固定式消防传感器和各个非固定式消防传感器建立通信连接；
(24)根据所建立的通信连接，获得所述各个消防传感器的自检信息；
(25)根据所述自检信息，采集相应的固定式消防传感器和非固定式消防传感器的经度和纬度以及表示高度的信息，作为该消防传感器的基本信息；
所述步骤(3)包括：
(31)在所述多个不同的时刻之一T1，分别从建立所述通信连接的各个固定式消防传感器根据其各自的分级信息采集室内消防参数集合C1与室外消防参数集合C2；
(32)在步骤(22)所述时刻的下一个时刻T2，分别从建立所述通信连接的各个固定式消防传感器根据其各自的分级信息采集室内消防参数集合C′1与室外消防参数集合C'2；
所述步骤(4)包括：
(41)在T2时刻的下一个时刻T3，分别从建立所述通信连接的各个非固定式消防传感器检测消防参数，获得消防参数集合D1，建立D1-时间曲线；
(42)在T3时刻的下一个时刻T4，分别从建立所述通信连接的各个非固定式消防传感器检测消防参数，获得消防参数集合D′1，建立D′1-时间曲线；
(43)根据D1-时间曲线和D′1-时间曲线，确定非固定式消防传感器的待融合优先级其中M，N＝1，2，…；
(44)根据所述室外消防参数集合C2，对所述室内消防参数集合C1进行修正；
(45)根据所述室外消防参数集合C'2，对所述室内消防参数集合C′1进行修正；
(46)分别建立步骤(44)和步骤(45)得到的修正结果-时间的曲线；
(47)根据步骤(46)的曲线，确定非固定式消防传感器的待融合优先级其中M，N＝1，2，…；
(48)合并所述非固定式消防传感器的待融合优先级和所述非固定式消防传感器的待融合优先级作为更新后的分级信息
所述步骤(5)包括：(51)根据更新后的升级信息构成所有消防传感器的升级信息矩阵M；
(52)构造2×2的矩阵N，其中：
N21＝C'1-C'2,N22＝C'1＊C'-1 2,“-1”表示响应集合的倒数构成的集合；
(53)计算
其中|| ||表示秩，W表示所述多个不同的时刻的个数，且W大于或等于4，且r＝1，2，…，W；
(54)根据步骤(53)得到的多个矩阵判断火情蔓延方位、分布和/或方位的变化信息。
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