CN105488938A - 基于互联网+技术的家庭火灾及室内环境监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

基于互联网+技术的家庭火灾及室内环境监测系统及其监测方法，它涉及一种复合热挤压模具的下模装置。本发明的目的是为了解决现有技术中火灾监测系统及其监测方法容易产生错误报警、报警不及、远程监控能力差和应用不灵活的问题。本发明移动终端APP通过互联网访问互联网消防网站平台，检测单元包括离子探测器、温度传感器和湿度传感器，离子探测器包括气道、检测室、测量室、补偿室和智能探测模块，气道与测量室连通，检测室、测量室、补偿室、温度传感器和湿度传感器均与智能探测模块建立连接。本发明具有火灾报警虚警率低、远程自动/手动调节火灾报警灵敏度的优点。

Description

基于互联网+技术的家庭火灾及室内环境监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及一种火灾监控系统及其监测方法，具体涉及基于互联网+技术的家庭火灾及室内环境监测系统及其监测方法，属于互联网消防监控技术领域。

背景技术

随着现代科学技术的快速发展和人民生活水平的提高，城市化进程不断加快，人口密度持续增长，各种高楼大厦如雨后春笋般矗立起来。高档装修材料、自动化的电器和易燃易爆的化学类生活用品等进入并影响着我们的生活，这些高档用品和设备十分容易引起火灾。由于家庭生活空间一般处于密闭状态，发生火灾时很难被发现察觉，给人们生活安全带来极大的威胁。防火工作已经成为居民安居乐业的重要任务之一。据公安部的统计，近五年来，我国火灾每年发生次数都在十万次以上，每年家庭火灾发生的次数占总火灾发生次数的50％以上，死亡的人数占到了总死亡人数的70％。由此可见，家庭火灾已经成为城市化进程的拦路虎，正威胁着人们的生命安全。因此，实现家庭火灾自动监测具有非常重要的现实意义。

随着家庭装修材料升级和“电气化”程度提高，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾一旦发生。很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人员惊慌失措、逃生迟缓等现象，最终导致重大生命财产损失。为了发现住宅火灾并及时采取有效措施，保障居民的生命财产安全，世界各国都十分重视家庭防火方面的研究。

在国外，消防远程监测技术起步较早，许多发达国家的城市火灾自动报警系统网络已经建立，具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的监测管理体系。德国、日本、美国等国家很早就开始采用计算机与用户终端信号采集器相连，对火灾自动报警设备进行实时监测以及故障远程传输。通过对国外消防安全设施建设现状的调查，美国、加拿大、英国、澳大利亚、德国、日本等发达国家在建立和应用火灾自动报警设备监测系统方面均有可供借鉴的成功经验。他们将火灾自动报警设备接入监测网络并有效运用多年，使消防指挥中心能够快速准确判断火灾地点、火灾类型并迅速调度消防部队到达现场。火灾自动报警设备监测在此起到了相当大的作用，可见火灾自动报警设备真正发挥其作用是与监测系统联网密不可分的。此外，这些国家在监测网络的管理方面也比较规范，专门成立一个服务机构，该机构的责任是保证火灾报警数据通信，为用户服务，对用户负责。而消防部门的主要责任就是对此类服务机构进行资质审查及监督管理，这种管理运作方式已经取得了良好的效果。

英国是世界上消防行业发展最早的国家之一，也是消防法律法规最健全的国家之一。然而1987年，伦敦国王十字地铁站等地发生了数起大火。这从反面给英国政府以沉痛教训，也大大增强了公民的防火意识。同时，对改变住宅火灾烟雾报警装置市场的经营状况起到了促进作用，甚至安装火灾烟雾报警装置成了房产经营者推销新住宅的基本内容之一。近年来，英国消防安全产品市场上出现了一种新型的交直流双配套电源供电住宅火灾烟雾报警器，其安全保障系数及节约经济开支等优越性确定无疑。英国内务部电视宣传的宏伟目标是：继续深入开展社会宣传，大力发动民众安装住宅火灾烟雾报警装置，直到国内城乡居民住户全部普及使用为止。

美国每年约有4万起火灾发生在家庭中。根据美国消防协会估汁，每个家庭成员在一生中，至少会遇到两次严重火灾，于是美国对家庭容易发生火灾的地方采取了颇具特色的防火措施，并收到了显著效果。美国预防家庭火灾最有效的办法是在家庭中安装小型火灾自动报警器和自动喷淋灭火器，使用煤气的家庭还得安装煤气漏气报警器。据统计，在城市居民中，大约有97％的家庭备有火灾自动报警器、自动灭火器和煤气漏气报警器。

德国每年约有600人死于住宅火灾，受伤者更多。据调查，死亡者中的3/4不是直接被火烧死的，而是被火灾中的烟和有毒气体致死的。德国消防协会督促各级消防部门派防火分家和消防人员向居民宣传住宅防火的重要性、必要性，并采取具体措施。同时协同法律和保险部门，由家庭财产保险部门出资，为每幢居民住宅强制安装烟火报警器。随着这项措施的展开，住宅火灾明显减少。据考证，卧室的4个墙角是安装火灾报警器的最佳位置。德国消防技术部门近期又研制了新型住宅防火报警设备，此设备不但对烟、火和异常温度感应报警，而且对食品烧糊、电器短路着火发出的异常气味也能及时发出信号，此外新设备和接触短路报警器联用，也可作为预防罪犯入室盗窃的报警器。

日本消防部门采用多种措施在家庭中推广和普及安装火灾报警器，一些新建的居民住宅施工时就安装火灾报警器，成本摊在施工费用中，不需居住者购买。对其他住户则推广使用一种价格低、性能好的简易小型火灾报警器。此外还推广简易火灾报警器及家用灭火器等。

国内市场的消防自动报警产品厂家众多，型号繁杂，各产品提供的物理接口、通讯协议、数据格式等都存在差异。用户一旦选择了一个厂家就永远受该厂家的制约。设备一旦出现故障，可能因厂家原因得不到及时维修，从而导致火灾隐患不能及时被获知。由于缺乏规范统一的标准，生产厂家各自为政，自成体系，开发出的产品标准不一。市场呈百家争鸣之势，没有能够独霸一方的强势产品，也因为未规范统一的标准给生产商留下了许多的发挥余地，因此消防报警设备的主机是“千人千面”。许多生产商不注重人机交互，没有友好的用户界面，这使得用户单位在购买了这些设备后，还需要配备专门的人员来学习使用。当此岗位发生人员变更时，又需要派人重新学习，造成人力资源和时间上的浪费。当设备出现异常时，新任人员未及时到岗，可能会耽误火灾预警，造成不可忽视的后果。

目前，火灾监测主要以火灾报警系统为主，研究重点在于降低火灾监测的虚警率，将火灾消灭在萌芽状态。家庭火灾监测系统不同程度存在着布线不便、准确度不高、远程监测能力不强和使用功能单一等缺点。有线的传输方式虽然有较大的信息传输能力，但布线复杂且不灵活，容易对原有建筑的布局造成影响；传统基于单传感器的火灾监测系统，其准确度易受环境因素影响，传感器失效而导致系统永久瘫痪；独立的家庭火灾监测系统，受到监测地域局限，不能适应未来家庭安全监测的需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中火灾监测系统及其监测方法容易产生错误报警、报警不及、远程监控能力差和应用不灵活的问题。

本发明的技术方案是：基于“互联网+”技术的家庭火灾及室内环境监测系统，包括检测单元、互联网消防网站平台和移动终端APP，检测单元将检测信息通过互联网将检测数据上传至互联网消防网站平台，移动终端APP通过互联网访问互联网消防网站平台

所述检测单元包括离子探测器、温度传感器和湿度传感器，所述离子探测器包括气道、检测室、测量室、补偿室和智能探测模块，气道与测量室连通，检测室、测量室、补偿室、温度传感器和湿度传感器均与智能探测模块建立连接。

所述检测室入口有敞开式结构。

所述补偿室采的入口处设有封口过滤材料。

所述测量室采用吸气式德尔格结构。

通过检测室和补偿室对室内火灾情况进行初步判定，利用测量室、温湿度传感器对室内是否发生火灾进行精确判断，大大降低虚报率。

所述基于“互联网+”技术的家庭火灾及室内环境监测系统的测量方法，包括以下步骤：

步骤一、构建温度湿度变化与火灾发生概率的数学模型，如下式所示：

其中，P为火灾发生的概率；K_m为湿度修正系数；为室内相对湿度；ΔT_测为实测的单位时间内室内温度变化；t为测量时间；

步骤二、探测单元利用步骤一所述的概率模型对室内是否发生火灾进行判断；

步骤三、将步骤二所得数据通过互联网发送到互联网消防网络平台，运用大数据处理技术和云计算技术对传输数据进行分析处理，进而对各个室内环境的数学模型参数进行分别修整，对于超标信息进行报警处理。

本发明与现有技术相比具有以下效果：传统监测系统知识针对一个家庭或者某一单独区域的环境系数进行检测，并通过互联网传输到监控平台，只是利用了互联网的传输功能，本发明对温度、湿度等环境参数进行测量，利用测量参数对火灾探测进行校准修正，降低火灾监测的虚警率；本发明对探测器结构的改进，并利用“互联网+”技术，实现手机app智能化掌控并监测火灾警情。本发明的火灾报警反应时间<30s，火灾检测面积>20m²，与传统火灾探测器相比，本发明的监测系统具有火灾报警虚警率低、根据室内环境的变化规律远程自动/手动调节火灾报警的灵敏度等优点，同时还可实现家庭室内环境监测的远程实时监测。通过本项目的研究不仅实现火灾自动监测报警的智能化管理，多种环境参数的采集融合也为提高火灾监测准确度创造了必要条件；离子探测器的深入研究也为核探测技术在民用领域的应用探索一条新的道路，也为今后开展相关领域的研究奠定了现实基础。

附图说明

图1，本发明火灾物联网示意图；

图2，离子感烟探测器原理结构示意图，图a为探测前离子感烟探测器示意图，图b为出现烟雾粒子时离子感烟探测器示意图，图中1、镅源，2、α粒子，3、电源，4、金属板，5、电离室；

图3，本发明离子探测器的结构示意图，图中6、检测室，7、测量室，8、补偿室，9、气道，10、气泵。

图4，标准火灾温度-时间曲线；

图5，烟火探测器灵敏度和烟雾粒子尺寸关系图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式，本发明的基于“互联网+”技术的家庭火灾及室内环境监测系统，包括检测单元、互联网消防网站平台和移动终端APP，检测单元将检测信息通过互联网将检测数据上传至互联网消防网站平台，移动终端APP通过互联网访问互联网消防网站平台。

离子感烟探测器主要是利用烟雾粒子改变电离室电流原理而设计的探测器。探测器内部装有α放射源的电离室为传感器件，现今使用大多为单源双室结构(补偿室，测量室)，再配上相应的电子电路或CPU芯片所构成。

探测器内部的α放射源是由镅-241(²⁴¹Am)发出。物质的放射性来自原子核的自发衰变过程如下：²⁴¹Am->²³⁷Np+⁴²He，由于α粒子比电子重得多，且带两个单位正电量，其穿透能力很弱。能量为5MeV的α粒子在空气中的射程为3.5cm，所以屏蔽遮挡很容易,同时α粒子的电离能力很强，当它穿过物质时，每次与物质分子或原子碰撞而打出一个电子，约失33eV能量，一个能量为5MeV的α粒子，在它完全静止前，大约可以电离15万个左右的分子或原子。采用放射源²⁴¹Am的优点，除了电离能力强，射程短以外，其半衰期长，成本也较低。

如图2离子感烟探测器原理结构图所示，在电离室正极板上放置有α放射源²⁴¹Am，其放射源可以在上百年的时间里不断地放射出α粒子，α粒子不断地撞击空气分子，引起电离，产生大量带正，负电荷的离子，从而使极间空气具有导电性。当在电离室的正负极间加上工作电压时，可使原来做无序运动的正负离子在电场作用下做有规则的定向运动，正离子向负极运动，负离子向正极运动，从而形成电离电流。电离电流的大小与电离室的结构尺寸，放射源的特性，施加电压的大小，以及空气的密度、温度、湿度和气流等多种因素有关,施加的电压越高，电离电流越大，但当电压达到一定值时，施加电压再高，电离电流也不会再增加，此时达到饱和工作区。

所述检测单元包括离子探测器、温度传感器和湿度传感器，本发明的离子探测器采用多室结构，所述离子探测器包括气道、检测室、测量室、补偿室、无线通信模块和智能探测模块，气道内设有气泵，气道内的气体通过气泵与测量室连通，检测室、测量室和补偿室输出端、温度传感器和湿度传感器均与智能探测模块建立连接。

所述检测室入口有敞开式结构。

所述补偿室采的入口处设有封口过滤材料。

所述测量室采用吸气式德尔格结构。

在火灾初起阶段，只有起火点的局部温度较高，且室内各点的温度极不平衡，该阶段的室内平均温度比较低，但整个阶段温度仍然呈现上升趋势，如图4所示。

标准火灾曲线温升速率表达式为：

T-T₀＝345lg(8t+1)；

式中，T0和T分别为开始和t时刻的室温，t为测量时间(min)。由此我们可以得到，火灾放生时单位时间内温度变化为：

$\mathrm{\&Delta;}T=\underset{0}{\overset{t}{\&Integral;}}345\lg (8t+1)dt;$

当测量的温度变化超过该值时，火灾发生的几率变大。

当空气湿度大于60％时，发生火灾的情况不多；当空气湿度在50％-60％时，可以慢慢燃烧，但不能蔓延；湿度在40％-50％时，能发烟燃烧但不容易扩大燃烧面积；当空气湿度在30％-40％时，较易燃烧并扩大蔓延；湿度低于25％时，极容易发生火灾。

所述基于互联网+技术的家庭火灾及室内环境监测系统的测量方法，包括以下步骤：

步骤一、构建温度湿度变化与火灾发生概率的数学模型，如下式所示：

其中，P为火灾发生的概率；K_m为湿度修正系数；为室内相对湿度；ΔT_测为实测的单位时间内室内温度变化；t为测量时间；

步骤二、预先设定Km数值，所述探测单元利用步骤一所述的概率模型对室内是否发生火灾进行判断，具体为：

在正常状态下，只有检测室和补偿室工作，测量室处于休眠状态。当火灾发生时，烟雾粒子进入检测室，部分正负离子会被吸附到比离子重许多倍的烟雾粒子上，将使离子在电场中的速度降低，同时增加了正负离子互相复合的几率，相当于增加了测量室的空气等效阻抗，使电离电流减小。补偿室结构上采用滤棉封闭，烟雾粒子很难进入，空气可以缓慢进入。检测室结构上是敞开的,烟雾粒子很容易进入，其结果是测量电极上的电压因分压比而发生变化，当检测到火灾发生后，检测室和补偿室内的采集信息分别发送到智能探测模块中，智能探测模块启动气泵和测量室进行工作，气泵将空气引入测量室内对气体进行测量和采样，测量室采用吸气式德尔格结构，主动采集空气样本，并送至智能化的探测模块中，智能探测模块根据测量室采样的气体内颗粒信息、温度传感器采集的温度信息和湿度传感器采集到的湿度信息与模块中原有设定值进行对比分析，由此给出准确的信号提示，并将所有数据通过无线通信模块发送至互联网消防网络平台；

步骤三、将步骤二所得数据通过互联网发送到互联网消防网络平台，运用大数据处理技术和云计算技术对传输数据进行分析处理，进而对探测区域内每个探测单元的各个室内环境的数学模型中Km进行分别修整，对于超标信息进行报警处理。

互联网消防网络平台将各个用户的智能探测模块传输的数据利用大数据处理技术、云计算和物联网等对离子探测器的离子电流进行自动修整，对步骤一所述的模型中的Km进行自动修整，或者个人用户可以通过移动终端APP访问互联网消防网络平台，对自己的探测单元中的各个参数进行手动修整，对步骤一所述的模型中的系数Km进行手动修整，所述自动修整和手动修整可以根据不同时间段的探测结果、不同具体地点的环境因子进行有针对性的修整。

如图1所示，本发明利用“互联网+”技术，实现多方位智能化掌控并监测火灾警情。目前的烟感报警器均是与灭火喷水器相关联，属于被动式防火，需要到达一定火势或灾害需要人为的警报。而与“互联网+”技术相结合，可以实现此报警器与小区物业，和消防中队有机连接，在报警之初就通报与消防队，可以有效的降低火灾造成的损失。因此为了降低误报警所以采用上述烟感探测器。

Claims (6)

1.基于互联网+技术的家庭火灾及室内环境监测系统，其特征在于：包括检测单元、互联网消防网站平台和移动终端APP，检测单元将检测信息通过互联网将检测数据上传至互联网消防网站平台，移动终端APP通过互联网访问互联网消防网站平台。

2.根据权利要求1所述基于互联网+技术的家庭火灾及室内环境监测系统，其特征在于：所述检测单元包括离子探测器，所述离子探测器包括气道、检测室、测量室、补偿室和智能探测模块，气道与测量室连通，检测室、测量室和补偿室均与智能探测模块建立连接。

3.根据权利要求2所述基于互联网+技术的家庭火灾及室内环境监测系统，其特征在于：所述检测室入口有敞开式结构。

4.根据权利要求2所述基于互联网+技术的家庭火灾及室内环境监测系统，其特征在于：所述补偿室采的入口处设有封口过滤材料。

5.根据权利要求2所述基于互联网+技术的家庭火灾及室内环境监测系统，其特征在于：所述测量室采用吸气式德尔格结构。

6.根据权利要求1所述基于互联网+技术的家庭火灾及室内环境监测系统的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、构建温度湿度变化与火灾发生概率的数学模型，如下式所示：

其中，P为火灾发生的概率；K_m为湿度修正系数；为室内相对湿度；ΔT_测为实测的单位时间内室内温度变化；t为测量时间；

步骤二、探测单元利用步骤一所述的概率模型对室内是否发生火灾进行判断；

步骤三、将步骤二所得数据通过互联网发送到互联网消防网络平台，运用大数据处理技术和云计算技术对传输数据进行分析处理，进而对各个室内环境的数学模型参数进行分别修整，对于超标信息进行报警处理。