CN115240357B - 基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系统 - Google Patents

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CN115240357B CN202211162022.9A CN202211162022A CN115240357B CN 115240357 B CN115240357 B CN 115240357B CN 202211162022 A CN202211162022 A CN 202211162022A CN 115240357 B CN115240357 B CN 115240357B
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Abstract

本发明公开一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系统，包括分布式光纤传感器，布置在公共建筑空间的天花板和四周墙面处，用于传输火灾发生后经温度影响的各位置处的背向拉曼散射光；空间温度信息数据库，用于为建立监测预警分析模块提供数据基础；光纤光栅解调仪，与分布式光纤传感器连接，用于向分布式光纤传感器发射激光脉冲，并将传输回的背向拉曼散射光参数转化为分布式光纤传感器上各个测点的实时温度；监测预警分析模块，用于将分布式光纤传感器上各个测点的实时温度转化为火场重点平面内不同位置处的实时温度，并对火场重点平面的后期温度变化情况进行预测，实现火场温度实时监测及预警。

Description

基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系统
技术领域
本发明涉及公共建筑内温度预测及监测领域，特别是一种基于分布式光纤测温及机器学习的公共建筑火场温度实时监测及预测系统。
背景技术
公共建筑是指供人们进行各种政治、文化、经济社会活动所使用的建筑物，作为现代城市的重要组成部分，其包含的建筑功能种类繁多，其中绝大多数建筑都具有人员密度大、行为需求复杂的特点，并且其可燃物密度高，致使发生火灾的因素也较多。建筑内部发生的火灾蔓延速度快，火势迅猛，在火灾条件下针对室内人员疏散及灭火救援难度较高，极易造成重大人员伤亡和财产损失。因此，研发能够在火灾发生时，对公共建筑空间内部重点区域进行火场温度实时监测，并对火场内可能达到的危险温度进行预警的设备系统，对其人员疏散及火场施救具有重要的指导意义。
分布式光纤测温系统是通过光纤传感器的光时域反射(OTDR)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应研发的一种新型测温系统，由于光纤传感器具有长距离、大范围、海量测温点等优势，该系统已被广泛应用于火灾预警工程中，但现有的光纤消防技术仍存在不少短板，虽在火源位置探测方面较为成熟，但未能实时监测及预警火场温度，以提供精确评估火场不同区域危险程度的相关依据。目前火场温度监测在实际应用中最为广泛的，还是基于点式测温传感器的传统火灾探测系统。该系统存在测点较少，空间分辨率较低，且成本相对较高等问题。因监测范围有限，采集的温度信息不足以生成火场温度风险地图。考虑到公共建筑建筑面积较大，火灾的危险性和复杂程度较高，目前针对公共建筑火场温度实时监测与预警的设备系统仍存在较大改进空间，痛点问题和需求亟待被解决。
目前与本申请最接近的现有专利及论文如下：
1）一种基于感温光纤的隧道分布式温度监测火灾预警系统（CN111613004 A），该发明公开了一种基于感温光纤的隧道分布式温度监测火灾预警系统，包括分布式光纤测温系统主机、感温光纤组、远程控制中心、预警显示系统和报警系统。该发明根据感温光纤沿线温度特征判断起火点，实现起火点可视化定位，并根据起火点位置预判起火原因，同时利用垂直布设的感温光纤监测实时温度分布状态，测算起火面积，预估灾害等级，并在测得异常温度值和异常温度变化速率后将传输信息至远程控制中心，实现初期火灾的报警。
该发明通过在隧道内设置一种适应隧道结构的分布式光纤感温火灾预警系统，可以实现对隧道内起火点的定位以及火场状态分布的实时监测，最终实现隧道火灾的实时、在线、连续监测。该发明虽然通过感温光纤实现了火灾初期探测及变化状态的监测，但对于火灾发生后火场的信息监测，停留在变化趋势以及起火面积的估算，在对火场各区域实时温度值以及后期可能达到的危险程度的监测及预警存在一定欠缺，无法提供人员疏散及火场危险程度评估的精确依据。
2）用多点温度离散系数预测光纤温度的火灾报警系统及方法（CN108414113A），该发明通过分布式光纤测温系统采集光纤各点的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强数值,以及对应解调的温度数值,通过对所采集的光强和温度数值进行处理,通过对温度和光强与报警阈值进行比较,确定是否满足差温或定温报警条件同时利用当前温度数值以及过去若干点温度的离散系数来预测下一时刻温度。
该发明在差温报警方法中引入光强判断的方法,有效地减少了误报警的概率在光纤温度的预判方法中利用当前温度和过去温度的离散系数来预测未来时刻温度变化情况,有效的减少了报警响应时间。但该发明只针对提高预警精度提出相关方法，并未考虑不同场景下的条件对火场的影响，且所提供的火场温度信息较为单薄，不能够生成较大范围区域的温度地图，在为人员疏散提供各区域火场实时温度变化依据方面存在一定短板。
3）一种基于感温光纤的火灾预警检测系统（CN113393635 A），该发明提出一种基于感温光纤的火灾预警检测系统，通过感温光纤模块对火灾预警区域的某一发热点的温度进行检测，同时通过温度及烟气感应模块检测分析区域感温光纤的温度及烟气量，经中控模块精确确定发热检测点温度，在经过各类阈值界限的筛选后确定当前火灾级别以及应当使用的火灾预警措施，有利于消防人员提前准备足够的消防设备，提高了安全性。
该发明提供的技术方案通过详细设定火场当中各类温度及烟气的阈值，以及提出防止误报等情况出现的火场监测温度及烟气指标的计算方法，使通过感温光纤测温的系统能够对火场当前的危险程度进行实时监测，并提供预警作用，但该发明并未建立传感器温度到建筑空间火灾预警区域温度的代理计算模型，也并没有提出各火灾预警区域发热点与传感器测点的监测对应规则，未形成对火场温度的标准化预测方法，火场温度实时监测系统误差较大。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系统，提出建筑空间内部分布式光纤传感器最优布置策略，高效利用分布式光纤传感器的测温结果，并在公共建筑火场数值模拟过程中加入温度监测点，记录火场升温过程中温度变化情况，基于模拟数据利用机器学习方式建立传感器测点至防火平面各测点的实时温度监测模型，同时根据实时监测结果建立时序预测模型，完成火场温度预警的目标，进而将用来解调出光纤所测温度的光纤光栅解调仪与通过机器学习方法建立的温度实时监测及预测内核结合，构成公共建筑火场温度实时监测及预测系统，该系统可以提供实时火场温度信息，为人员疏散提供有效指导，进而降低建筑火灾带来的不良社会影响。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系统，包括分布式光纤传感器、空间温度信息数据库、光纤光栅解调仪和监测预警分析模块；
所述分布式光纤传感器，布置在公共建筑空间的天花板和四周墙面处，用于传输火灾发生后经温度影响的各位置处的背向拉曼散射光；
所述空间温度信息数据库，是通过火灾数值模拟软件FDS对各公共建筑类型的典型空间进行不同组合工况模拟后，提取相关数据生成的，用于为建立监测预警分析模块提供数据基础；
所述光纤光栅解调仪，与分布式光纤传感器连接，用于向分布式光纤传感器发射激光脉冲，并将传输回的背向拉曼散射光参数转化为分布式光纤传感器上各个测点的实时温度，为火场温度实时监测及预警提供数据基础；
所述监测预警分析模块，用于将分布式光纤传感器上各个测点的实时温度转化为火场重点平面内不同位置处的实时温度，并对火场重点平面的后期温度变化情况进行预测，实现火场温度实时监测及预警。
进一步的，所述分布式光纤传感器长度方向内等间距的分布设置有若干个测点。
进一步的，所述分布式光纤传感器呈S形布置于公共建筑空间内天花板上，且每个S形拐弯处的分布式光纤传感满足最小转弯半径；四周墙面的0.9m及1.8m高度处设置有两道分布式光纤传感器，并将分布式光纤传感器所在的0.9m和1.8m的平面作为火场重点平面；实际温度监测过程中，基于拉曼散射效应，分布式光纤传感器能够传输各测点经实时温度影响后的背向拉曼散射光，完成火场温度变化的初步采集。
进一步的，所述最小转弯半径为30mm-60mm。
进一步的，所述空间温度信息数据库中包括有不同类型公共建筑的典型空间类型、尺寸及典型空间温度信息数据集，并在火灾数值模拟软件（FDS）中按照各类公共建筑典型空间进行建模，所述对各公共建筑类型的典型空间进行不同组合工况模拟包括对各公共建筑类型典型空间的不同火源最大热释放速率、空间尺寸以及通风条件参数进行穷举并排列组合成不同工况。
进一步的，所述光纤光栅解调仪在进行测温时，其内部的激光发射器用于向分布式光纤传感器内部发射激光脉冲，并且光纤光栅解调仪内部的波分复用器及信号采集和处理单元用于将分布式光纤传感器传输回的背向拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光分离，同时对斯托克斯光和反斯托克斯光进行解调，根据光学参数与温度变化的对应关系，得到分布式光纤传感器上各个测点的实时温度。
进一步的，温度与光学参数对应关系如下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中
Figure 287363DEST_PATH_IMAGE002
为分布式光纤传感器的绝对温度，
Figure 90102DEST_PATH_IMAGE003
是沿分布式光纤传感器长度的距离，
Figure 55784DEST_PATH_IMAGE004
是时间参数，
Figure 695756DEST_PATH_IMAGE005
为反斯托克斯光Anti-Stokes在光纤中传播的损耗系数
Figure 823112DEST_PATH_IMAGE006
和斯托克斯光Stokes在光纤中传播的损耗系数
Figure 988514DEST_PATH_IMAGE007
的差值，
Figure 741576DEST_PATH_IMAGE008
是两种散射光的功率之比，
Figure 246506DEST_PATH_IMAGE009
与
Figure 794031DEST_PATH_IMAGE010
分别是普朗克和玻尔兹曼常数，
Figure 118833DEST_PATH_IMAGE011
代表t时刻对应的无量纲常数
Figure 878848DEST_PATH_IMAGE012
的值，
Figure 707127DEST_PATH_IMAGE011
大小取决于光纤光栅解调仪温度，
Figure 956711DEST_PATH_IMAGE013
表示斯托克斯光和反斯托克斯光沿分布式光纤传感器长度的累积微分衰减。
进一步的，所述分布式光纤传感器及光纤光栅解调仪组成测温系统；所述监测预警分析模块针对测温系统所应用于不同类型公共建筑空间的特点，调用空间温度信息数据库中对应的相关数据采用ANN算法建立分布式光纤传感器所测温度与火场重点平面处温度的代理计算模型，完成火场重点平面的实时监测；基于火场重点平面的实时监测值建立基于LSTM模型且针对于火场重点平面温度变化情况的温度时序预测模型，在火场温度实时监测的基础上提供预警作用。
本发明还提供一种公共建筑火场温度实时监测及预测方法，基于上述公共建筑火场温度实时监测及预测系统实现，包括：
将分布式光纤传感器按照布置策略布置在公共建筑空间天花板和四周墙面处，进行测温；
火灾发生后，通过光纤光栅解调仪输出测温数据的软件端接口，使监测预警分析模块能够读取分布式光纤传感器实时的测温数据，实现实际场景下对火场温度的实时监测及预警。
在空间处于常温状态下时，ANN模型保持打开，LSTM模型处于关闭状态，而当实时监测温度超过80℃的阈值，并持续10s后，公共建筑火场温度实时监测及预测系统对高温进行提示，同时基于火场重点平面各测点的预测结果，生成实时温度变化云图，并开启LSTM模型，对温度变化趋势进行预测，并在公共建筑空间结构组成稳定，并未发生明显结构破坏的条件下，基于预测结果提示火场重点平面各测点预计到达200℃、300℃、400℃以及轰燃临界状态450℃的时间，对火场温度进行预警。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.在公共建筑场景下的应用意义；
本发明提出的监测及预测系统，利用分布式光纤测温系统的长距离大范围连续测温的优势，结合公共建筑独立空间的火场变化特点，为分布式光纤测温在公共建筑消防领域的应用提供了科学的布置策略和温度监测、温度预警的技术内核，扩大了分布式光纤测温系统的应用场景范围，也为满足建筑消防过程中获取温度分布信息，生成温度云图的需求提供技术支撑。
2.减少所需传感器数量的经济意义；
针对公共建筑空间火场温度获取困难，火场温度变化规律不明确的问题，利用分布式光纤传感器对火场实时温度信息进行采集，相较于现阶段需要大量布置点式火场温度传感器的传统温度采集方法，初投资未呈现明显的成本增量，并且在公共建筑达到一定规模后可降低火场温度传感器的初投资。
3.提升火灾预警及人员疏散能力的社会意义；
本发明能够在不影响建筑空间日常使用的情况下，对火灾发生后的不同平面区域的火场温度进行实时监测，同时预测火场温度变化趋势，对火场危险性变化进行预警。该监测及预测系统对火场温度进行实时温度监测和延迟启动的温度预警，为灾难发生后人员疏散的路径规划，危险及安全区域指示提供了参考，也为救援人员进入火场实施救援任务提供了较为精准的依据，有效提升公共建筑内火场的预测预警、火灾蔓延防控能力，进一步提高了人员疏散以及预警救援水平。
附图说明
图1是本发明的公共建筑火场温度实时监测及预测系统框架结构示意图。
图2是通过火灾数值模拟软件FDS构建的布置有分布式光纤传感器的公共建筑典型空间示意图。
图3是测点空间位置关系示意图。
图4是监测预警分析模块中ANN模型的效果图。
图5是LSTM模型在预测时间为60s时的模型效果图。
图6a和图6b分别为具体实施例中火场实际温度分布和通过本发明得到的火场预测温度分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1.
见图1，本实施例提供一种基于分布式光纤测温的公共建筑火场温度实时监测及预测系统，可弥补现有消防火场温度精细化探测及预警的技术短板，实现公共建筑独立空间内防火平面温度的实时监测及预警，为人员疏散以及火场危险性评估提供可靠依据，提高火灾扑灭与救援的效率。
监测及预测系统包含分布式光纤传感器、空间温度信息数据库、光纤光栅解调仪、监测预警分析模块四部分。
分布式光纤传感器，将其布置在公共建筑空间的天花板与四周墙面处，用于传输火灾发生后经温度影响的各位置处的背向拉曼散射光；
空间温度信息数据库，是通过火灾数值模拟软件（FDS），对各公共建筑类型内典型空间的不同火源最大热释放速率，空间尺寸以及通风条件等属性进行穷举并排列组合成不同工况，在对所用工况进行模拟后，提取相关数据生成的，用于为建立监测预警分析模块提供数据基础；
光纤光栅解调仪，用于向光纤传感器发射激光脉冲，并将传输回的背向拉曼散射光相关参数转化为分布式光纤传感器上各个测点的实时温度，为火场温度实时监测及预警提供数据基础；
监测预警分析模块，用于将分布式光纤传感器长度方向上各个测点的实时温度转化为火场重点平面不同位置处的实时温度，并对平面后期温度变化情况进行预测，从而实现火场温度实时监测及预警。
具体的，本实施例中，分布式光纤传感器自身长度方向内每间隔1m分布设置有测点。考虑到建筑火场温度变化特点以及传感器自身形态特点，其在公共建筑空间中的布置策略为将传感器在满足最小转弯半径的前提下按照S形布置在公共建筑空间的天花板处，最小拐弯半径的半径为40mm或50mm；并参考美国防火协会标准NFPA中用于反映人体安全的防火平面高度也即火场重点平面高度，在四周侧墙面1.8m高度处和0.9m高度处环绕布置两道分布式光纤传感器，将分布式光纤传感器所在的0.9m和1.8m的平面作为火场重点平面，实际温度监测过程中，基于拉曼散射效应，其能够传输各测点经实时温度影响后的背向拉曼散射光，完成火场温度变化的初步采集，分布式光纤传感器的结构由内向外分别为光纤纤芯、铠装、抗拉元件、编织网层以及低烟无卤阻燃外护套五部分。
具体的，空间温度信息数据库可通过实地调研及图纸归纳总结的方式，对办公建筑、商业建筑等类型的公共建筑中所包含的不同功能属性的典型空间进行分类，梳理各典型空间类型和尺寸，并在火灾数值模拟软件FDS中按照各类公共建筑典型空间进行建模，模型图如图2所示。之后在典型空间的模型空间的天花板处以及四周侧墙处布置用来模拟分布式光纤传感器的温度测点，空间分辨率设为1m，同时在1.8m以及0.9m火场重点平面（防火目标平面）高度处布置与各天花板传感器测点水平位置相对应的温度测点，用以采集火场重点平面温度数据。
本实施例中依照既有建筑图纸，对各典型空间可能出现的空间尺寸，最大火源功率，通风情况等特征进行罗列与总结，并将上述特征组合成不同模拟工况，建立各工况对应的建筑数值模型，通过FDS火灾模拟生成各工况下随时间变化的建筑火场温度，从而建立各典型空间火场温度数据集；最后将不同类型公共建筑的典型空间火场温度数据集合并，完成公共建筑火场空间温度信息数据库的建立。其中，典型空间模型内空间的火源设置参考《建筑防排技术规程》DGJ08-88-2006，针对FDS模拟的设置环节，使求解器网格按照0.25m×0.25m×0.25m的网格尺寸进行划分，燃料类型选择Simple Chemistry Model，火场升温模型选用
Figure 503230DEST_PATH_IMAGE014
模型，快速火，最大热释放功率为3MW，每个FDS火灾模拟时间选定为900s，以保证火场温度能够达到最高温度，且火源达到最高温度用时仅为253s，模拟过程中采用软件中的Thermocouple功能组件完成建筑空间各区域温度信息的采集。模拟所得数据作为建立监测预警分析模块的基础数据。
具体的，光纤光栅解调仪与分布式光纤传感器进行连接，在进行测温时，其内部的激光发射器用于向光纤分布式光纤传感器内部发射激光脉冲，并且解调仪内部的波分复用器及信号采集和处理单元用于将传感器传输回的背向拉曼散射光中的Stokes和Anti-Stokes光分离，同时对相关光电信号进行解调，根据光学参数与温度变化的对应关系，得到分布式光纤传感器长度方向上各个测点的实时温度，温度与光学参数对应关系如下式：
Figure 942302DEST_PATH_IMAGE001
其中
Figure 405513DEST_PATH_IMAGE002
为分布式光纤传感器的绝对温度，
Figure 514414DEST_PATH_IMAGE003
是沿分布式光纤传感器长度的距离，
Figure 63076DEST_PATH_IMAGE004
是时间参数，
Figure 712363DEST_PATH_IMAGE005
为反斯托克斯光Anti-Stokes在光纤中传播的损耗系数
Figure 764502DEST_PATH_IMAGE006
和斯托克斯光Stokes在光纤中传播的损耗系数
Figure 168939DEST_PATH_IMAGE007
的差值，
Figure 955629DEST_PATH_IMAGE008
是
Figure 589698DEST_PATH_IMAGE015
的功率之比，
Figure 512655DEST_PATH_IMAGE009
与
Figure 274943DEST_PATH_IMAGE010
是普朗克和玻尔兹曼常数，
Figure 283351DEST_PATH_IMAGE011
取决于光纤光栅解调仪温度，因为DTS系统温度不变，所以可认为它随时间不变。最后，
Figure 602337DEST_PATH_IMAGE013
表示Stokes和Anti-Stokes背向散射光沿光纤传感器长度的累积微分衰减。
具体的，监测预警分析模块加载到计算机里并与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪的数据发送过来作为输入参量，然后通过这个模块输出结果。
建立监测预警分析模块前首先通过实验验证分布式光纤传感器及光纤光栅解调仪组成的测温系统在公共建筑当中进行实时火场测温的可行性。
在验证实验结果的基础上，针对测温系统所应用于不同类型公共建筑空间的特点，调用空间温度信息数据库中对应的相关数据，基于不同的典型空间温度信息数据集，采用ANN算法建立分布式光纤传感器所测温度与防火平面处温度的代理计算模型，完成防火平面温度的实时监测，随后基于防火平面的实时监测值建立基于LSTM模型的针对于防火平面温度变化情况的时序温度预测模型，在火场温度实时监测的基础上提供预警作用。
实施例2.
本实施例选择一个典型商业建筑室内独立空间对发明技术方案进行阐述，所选商业建筑室内独立空间的尺寸为8.4m×8.1m×4m。
首先，调用空间温度信息数据库中，与该空间在类型与尺寸上一致的公共建筑空间中分布式光纤传感器以及对应火场重点平面处温度测点的数据，针对火场重点平面处某一温度测点，提取其在天花板上的5个光纤传感器测点，以及四周侧墙处空间位置相对应的4个光纤传感器测点，共9个测点的升温过程中对应温度作为建立监测预警分析模块中ANN模型的输入数据数据的特征，在将全部测点数据输入模型进行训练及参数调整后，最终得到用于进行火场温度实时监测的ANN模型，各测点空间位置对应关系如图3所示，ANN模型效果如图4所示。
第二步，基于通过ANN模型生成的火场重点平面各测点升温过程中的温度，计算其温度变化率以及温度变化比值，并将温度、变化率、比值作为LSTM时序预测模型输入数据的特征，并将全部测点数据输入模型，通过以上时间序列数据训练模型，获得对火场温度未来变化预测的LSTM模型，便可以实现该火场中火场重点平面温度变化实时探测，并且达成了火场温度预警的前置条件，LSTM模型效果如图5所示，至此，监测预警分析模块建立完毕。
第三步，实际使用过程中，将分布式光纤传感器按布置策略布置在该空间天花板和四周侧墙处，进行测温。在火灾发生后，通过光纤光栅解调仪输出测温数据的软件端接口，使监测预警分析模块能够读取分布式光纤传感器实时的测温数据，实现实际场景下对火场温度的实时监测及预警。其中，在空间处于常温状态下时，ANN模型保持打开，LSTM模型处于关闭状态，而当实时监测温度超过80℃的阈值，并持续10s后，系统对高温进行提示，同时基于火场重点平面各测点的预测结果，生成实时温度变化云图，并开启LSTM模型，对温度变化趋势进行预测，并在建筑空间结构组成稳定，并未发生明显结构破坏的条件下，基于预测结果提示火场重点平面各测点预计到达200℃、300℃、400℃以及轰燃临界状态(450℃)的时间，对火场温度进行预警，真实火场温度分布及火场温度预测效果分别如图6a和图6b所示。可知通过本发明系统预测得到的火场温度场分布与真实的火场分布几乎一致，实现公共建筑独立空间内防火平面温度的实时监测及预警，为人员疏散以及火场危险性评估提供可靠依据，提高火灾扑灭与救援的效率。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系统，其特征在于，包括分布式光纤传感器、空间温度信息数据库、光纤光栅解调仪和监测预警分析模块；
所述分布式光纤传感器，布置在公共建筑空间的天花板和四周墙面处，用于传输火灾发生后经温度影响的各位置处的背向拉曼散射光；
所述空间温度信息数据库中包括有不同类型公共建筑的典型空间类型、尺寸及典型空间温度信息数据集，并在火灾数值模拟软件FDS中按照各类公共建筑典型空间进行建模，所述对各公共建筑类型的典型空间进行不同组合工况模拟包括对各公共建筑类型典型空间的不同火源最大热释放速率、空间尺寸以及通风条件参数进行穷举并排列组合成不同工况；所述光纤光栅解调仪在进行测温时，其内部的激光发射器用于向分布式光纤传感器内部发射激光脉冲，并且光纤光栅解调仪内部的波分复用器及信号采集和处理单元用于将分布式光纤传感器传输回的背向拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光分离，同时对斯托克斯光和反斯托克斯光进行解调，根据光学参数与温度变化的对应关系，得到分布式光纤传感器上各个测点的实时温度；
温度与光学参数对应关系如下式：
Figure FDA0003926651650000011
其中T为分布式光纤传感器的绝对温度，z是沿分布式光纤传感器长度的距离，t是时间参数，Δα＝αAS-αS为反斯托克斯光Anti-Stokes在光纤中传播的损耗系数αAS和斯托克斯光Stokes在光纤中传播的损耗系数αS的差值，PS(z,t)/PAS(z,t)是两种散射光的功率之比，h与k分别是普朗克和玻尔兹曼常数，C(t)代表t时刻对应的无量纲常数C的值，C(t)大小取决于光纤光栅解调仪温度，
Figure FDA0003926651650000012
表示斯托克斯光和反斯托克斯光沿分布式光纤传感器长度的累积微分衰减；
所述分布式光纤传感器及光纤光栅解调仪组成测温系统；所述监测预警分析模块针对测温系统所应用于不同类型公共建筑空间的特点，调用空间温度信息数据库中对应的相关数据采用ANN算法建立分布式光纤传感器所测温度与火场重点平面处温度的代理计算模型，完成火场重点平面的实时监测；基于火场重点平面的实时监测值建立基于LSTM模型且针对于火场重点平面温度变化情况的温度时序预测模型，在火场温度实时监测的基础上提供预警作用；
所述光纤光栅解调仪，与分布式光纤传感器连接，用于向分布式光纤传感器发射激光脉冲，并将传输回的背向拉曼散射光参数转化为分布式光纤传感器上各个测点的实时温度，为火场温度实时监测及预警提供数据基础；
所述监测预警分析模块，用于将分布式光纤传感器上各个测点的实时温度转化为火场重点平面内不同位置处的实时温度，并对火场重点平面的后期温度变化情况进行预测，实现火场温度实时监测及预警；
系统的监测及预测方法如下：
将分布式光纤传感器按照布置策略布置在公共建筑空间天花板和四周墙面处，进行测温；
火灾发生后，通过光纤光栅解调仪输出测温数据的软件端接口，使监测预警分析模块能够读取分布式光纤传感器实时的测温数据，实现实际场景下对火场温度的实时监测及预警；
在空间处于常温状态下时，ANN模型保持打开，LSTM模型处于关闭状态，而当实时监测温度超过80℃的阈值，并持续10s后，公共建筑火场温度实时监测及预测系统对高温进行提示，同时基于火场重点平面各测点的预测结果，生成实时温度变化云图，并开启LSTM模型，对温度变化趋势进行预测，并在公共建筑空间结构组成稳定，并未发生明显结构破坏的条件下，基于预测结果提示火场重点平面各测点预计到达200℃、300℃、400℃以及轰燃临界状态450℃的时间，对火场温度进行预警。
2.根据权利要求1所述一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系统，其特征在于，所述分布式光纤传感器长度方向内等间距的分布设置有若干个测点。
3.根据权利要求1或2所述一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系统，其特征在于，所述分布式光纤传感器呈S形布置于公共建筑空间内天花板上，且每个S形拐弯处的分布式光纤传感满足最小转弯半径；四周墙面的0.9m及1.8m高度处设置有两道分布式光纤传感器，并将分布式光纤传感器所在的0.9m和1.8m的平面作为火场重点平面；实际温度监测过程中，基于拉曼散射效应，分布式光纤传感器能够传输各测点经实时温度影响后的背向拉曼散射光，完成火场温度变化的初步采集。
4.根据权利要求3所述一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系统，其特征在于，所述最小转弯半径为30mm-60mm。
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