CN116665397B - 火灾烟雾报警方法及报警装置、报警器与可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了火灾烟雾报警方法及报警装置、报警器与可读存储介质。火灾烟雾报警方法包括:实时获取当前时刻的光散射强度;根据光散射强度得到当前时刻的光散射计算值;判断光散射计算值是否大于一个阈值,是,则判定为发生烟雾事件;根据烟雾事件进行报警。阈值具有符合报警环境的自适应功能。本发明基于实时获取的光散射强度,计算出连续采样值的累积和,动态得处理了信号值的波动和变化,可以及时检测出光散射强度的微小变化,从而提供火灾烟雾报警的灵敏度和准确性,而且阈值可在线自适应,能够根据实际数据动态地调整,适应不同环境和场景的变化,因此在烟雾报警器中使用能够提高其鲁棒性和稳定性,提高了报警器的灵敏度和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种报警方法,尤其涉及一种火灾烟雾报警方法、实现所述火灾烟雾报警方法的火灾烟雾报警装置、采用所述火灾烟雾报警方法的火灾烟雾报警器、存储有实现所述火灾烟雾报警方法的计算机程序指令的可读存储介质。
背景技术
火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。在各种灾害中,火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。
火灾烟雾报警器是防止火灾最重要的手段之一,它的作用是用于探测有大量烟雾导致引发火灾时会产生报警。如光电烟雾报警器是一种常见的火灾探测设备,它基于烟雾粒子能够散射光线的原理工作。在没有烟雾的环境中,光线通常是直线传播的,而在有烟雾的环境中,烟雾粒子会散射光线,使其偏离原来的传播方向。光电烟雾报警器利用这个原理,通过测量散射光的强度来检测烟雾。
但是目前的报警器不单单是光电烟雾报警器,灵敏度和准确性不够理想,无法检测出光散射强度的微小变化,因此报警器报警时,往往已经有很大的烟雾,甚至已经发生火灾。还有一些在光照下因为灰尘积累引起的尘土飞扬也会被误判,导致准确性下降。
另外,光电烟雾报警器通常采用散射光的强度来判断是否存在烟雾。阈值是判断烟雾存在的关键因素。根据阈值是否可以变化,可以分为固定阈值方法和变阈值方法。
固定阈值方法:这种方法设定一个固定的散射光阈值,当实际检测到的散射光强度超过这个阈值时,就判断为存在烟雾。这种方法简单易实现,但易受环境变化的影响,如环境光照强度的变化、报警器老化等,导致检测结果不准确。
变阈值方法:这种方法会根据环境的变化动态调整阈值。例如,可以根据最近一段时间内的散射光强度的平均值或中位数来设定阈值。这种方法虽然能更好地适应环境变化,但实现起来可能较复杂、成本较高。
发明内容
基于此,有必要针对现有报警器的灵敏度和准确性不够理想的技术问题,提供了一种火灾烟雾报警方法、实现所述火灾烟雾报警方法的火灾烟雾报警装置、采用所述火灾烟雾报警方法的报警器、存储有实现所述火灾烟雾报警方法的计算机程序指令的可读存储介质。
本发明采用以下技术方案实现:一种火灾烟雾报警方法,其包括以下步骤:
S1,实时获取当前时刻t的光散射强度x(t);
S2,根据光散射强度x(t)得到当前时刻t的光散射计算值y(t):
y(t) = max[ 0,a×y(t-1)+x(t)-x a -T 1×s f ×l-f ]
式中,a为光散射计算值的累积系数,a取值0.5;y(t-1)为上一时刻t-1的光散射计算值,初始时刻t 0 时,y(t 0 )为零,x a 为在时间段一T a 内光散射强度x(t)的初始均值,T 1为光散射强度的采样周期,s f 为波动偏移斜率值,f为波动偏移值,l为在时间段二T 2内以T 1为单位的采样次数;T a >T 1,T 2>T 1;
S3,计算自适应阈值A adaptive (t),并判断x(t)是否大于自适应阈值A adaptive (t),是,则判定为发生烟雾事件;
A adaptive (t)= A th +x a +T 1×s f ×l + f-a×y(t-1)
式中,A th 为一个预设阈值;
S4,根据所述烟雾事件进行报警。
本发明基于实时获取的光散射强度,计算出连续采样值的累积和,动态得处理了信号值的波动和变化,可以及时检测出光散射强度的微小变化,从而提供火灾烟雾报警的灵敏度和准确性,解决了现有烟雾报警的固定阈值方法易受影响而导致检测结果不准确的问题。
第二方面,本发明公开了一种火灾烟雾报警装置,其使用了第一方面公开的火灾烟雾报警方法。所述火灾烟雾报警装置包括:光散射强度获取模块,其用于实时获取当前时刻t的光散射强度x(t);光散射计算值计算模块,其用于根据光散射强度x(t)得到当前时刻t的光散射计算值y(t);火灾烟雾判断模块,其用于在光散射计算值y(t)大于一个自适应阈值A adaptive (t)时,判断为发生烟雾事件;报警模块,其用于根据所述烟雾事件进行报警。
第三方面,本发明公开了一种火灾烟雾报警器,其使用了如第一方面公开的火灾烟雾报警方法。
第四方面,本发明公开了一种可读存储介质。该种可读存储介质中存储有计算机程序指令,计算机程序指令被一处理器读取并运行时,执行如第一方面公开的火灾烟雾报警方法。
与现有技术相比,本发明具备如下有益效果:
1.本发明基于实时获取的光散射强度,计算出连续采样值的累积和,动态得处理了信号值的波动和变化,可以及时检测出光散射强度的微小变化,从而提供火灾烟雾报警的灵敏度和准确性,而且阈值可在线自适应,能够根据实际数据动态地调整,适应不同环境和场景的变化,因此在烟雾报警器中使用能够提高其鲁棒性和稳定性,大大提高了报警器的灵敏度和准确性。
2.通过设计浮动可变的自适应波动偏移值、自适应波动偏移斜率值,解决火灾烟雾报警器处理光散射强度信号的长期漂移的技术问题,例如,典型的因数有因灰尘积累引起的信号值上升,进一步提高报警器的灵敏度和准确性。
3.通过优化自适应波动偏移值、自适应波动偏移斜率值,不仅含有数据最新的变化信息,还还含有历史的变化信息,使得优化后的自适应波动偏移值、自适应波动偏移斜率值,更能准确的反应光散射计算值,更进一步提高报警器的灵敏度和准确性。
4.本发明具有简单、快速、易于实现的特点,在烟雾报警器中使用时可以降低成本和复杂度。
附图说明
图1为本发明较佳实施例提供的火灾烟雾报警方法的流程图。
图2为图1中的火灾烟雾报警方法在程序设计过程中的流程图。
图3为应用于图1的火灾烟雾报警方法中的时间段二T 2和时间段三T 3关系的示意图。
图4为采用图3的火灾烟雾报警方法的一次实验结果图。
图5为采用图3的火灾烟雾报警方法的二次实验结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参看图1,本实施例1公开了火灾烟雾报警方法的流程图。简单来说,本火灾烟雾报警方法主要包括以下步骤:
S1,实时获取当前时刻t的光散射强度x(t)。
本火灾烟雾报警方法的应用场景就是对是否存在火灾烟雾进行报警,对烟雾探测回传的数据进行分析,得出是否需要报警的结论。因此需要实时对光散射强度进行采样。
S2,根据光散射强度x(t)得到当前时刻t的光散射计算值y(t):
y(t) = max[ 0,a×y(t-1)+x(t)-x a -T 1×s f ×l-f ]
式中,a为光散射计算值的累积系数,在本实施例中,a取值0.5。y(t-1)为上一时刻t-1的光散射计算值,初始时刻t 0 时,y(t 0 )为零。x a 为在时间段一T a 内光散射强度x(t)的初始均值。所述火灾烟雾报警方法启动后,需要重新计算在时间段一T a 内光散射强度x(t)的初始均值x a 。T 1为光散射强度的采样周期,一般的,设定光散射强度x(t)的采样频率为2Hz。因此在本实施例中,T 1取值0.5秒。s f 为波动偏移斜率值,f为波动偏移值,l为在时间段二T 2内以T 1为单位的采样次数;T a >T 1,T 2>T 1。
S3,计算自适应阈值A adaptive (t)= A th +x a +T 1×s f ×l + f-a×y(t-1),其中A th 为一个预设阈值,判断x(t)是否大于自适应阈值A adaptive (t),是,则判定为发生烟雾事件。
S4,根据所述烟雾事件进行报警。
通过本发明的手段实现的报警准确性高、灵敏度好,本发明基于实时获取的光散射强度x(t),计算出连续采样值的累积和,动态得处理了信号值的波动和变化,可以及时检测出光散射强度x(t)的微小变化,从而提供火灾烟雾报警的灵敏度和准确性,而且阈值A th 可在线自适应,能够根据实际数据动态地调整,适应不同环境和场景的变化,因此在烟雾报警器中使用能够提高其鲁棒性和稳定性。而且本发明方法具有简单、快速、易于实现的特点,因此在烟雾报警器中使用可以降低成本和复杂度。
另外,在具体的实施过程中,请参阅图2,本发明的火灾烟雾报警方法在应用中,可以设置成软件的形式,如设计成独立的APP,或者被随时可调用的嵌入式软件,应用在计算机终端(如火灾烟雾报警器)中。计算机终端包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。该计算机终端还可以是能够执行程序的智能手机、平板电脑、笔记本电脑等。处理器在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器通常用于控制计算机设备的总体操作。本实施例中,处理器用于运行存储器中存储的程序代码或者处理数据。处理器执行程序时可实现本发明的火灾烟雾报警方法的步骤。
本发明的火灾烟雾报警方法在应用中,还可以设计成计算机程序指令存储在可读存储介质中,如U盾,U盾中存储的各种驱动,计算机程序指令被一处理器读取并运行时,可实现本发明的火灾烟雾报警方法的步骤。做成U盾的形式,可以通过电子插接的方式插接在传统的火灾烟雾报警器的数据接口上时,火灾烟雾报警器的CPU就可以通过读取U盾内的计算机程序指令并执行,就能现有报警器的灵敏度和准确性不够理想的技术问题,提高烟雾报警器的灵敏度和准确性。故,本发明还可以非常便利的对现有火灾烟雾报警器进行软件升级,从而利于本发明的推广与应用。
不论是非嵌入式还是嵌入式都可以归纳为相应的火灾烟雾报警装置。所述火灾烟雾报警装置包括光散射强度获取模块、光散射计算值计算模块、火灾烟雾判断模块、报警模块,分别执行上述步骤。
在本实施例中,波动偏移值f、波动偏移斜率值s f 还可具有一定的特殊性,就是波动偏移值f、波动偏移斜率值s f 可以是变量,是动态浮动的,甚至做到了最佳的优化。请参阅图3,其时间段二T 2和时间段三T 3关系的示意图。
波动偏移值f采用变量,n为正整数,波动偏移值/>计算方法为:令每段时间段二T 2内的最后一时间段为时间段三T 3,T a >T 1,T 2>T 1;针对每个时间段三T 3,获取光散射强度x(t)在时间段三T 3的多个光散射计算值y j (t),j=1,2,…,k,k为T 3/T 1取整;多个光散射计算值y j (t)分别与初始均值x a 求差获得多个差值;求所述多个差值的平均值作为波动偏移值/>。
波动偏移斜率值s f 采用变量,波动偏移斜率值/>的计算方法为:将相邻的两个波动偏移值f之间的连线斜率作为波动偏移斜率值/>:
。
一般的,时间段二T 2设为120s;时间段三T 3设为10s。例如在某个时间点T上,的值会在T+110s至T+120s之间计算,每个在这个时间段的采样值会先减去初始均值x a ,然后对10s期间的值取平均作为一个f值。下次再计算新的/>值会发生在T+230s至T+240s之间。
在本发明中,为了避免斜率计算对数据产生较大波动,避免尖峰值的出现,对斜率值采取了均值处理的方案。即对n个/>值所计算出的n-1个斜率值/>取均值,将均值作为后续计算的参数。这样,新的斜率值不仅含有数据最新的变化信息,还含有历史的变化信息。在实施中,/>与/>都可由不同的数组存储,两者的长度可以相同,也可以不同。但他们都遵循进入一个新值后,将最早的值舍弃的原则。也就是说对波动偏移值/>和波动偏移斜率值/>均做优化。
波动偏移值的优化方法为:设置具有多个存储空间一的存储单元一,每个存储空间一用于存储一个/>;将随时间变化依次获得的/>依次存入所述多个存储空间一内;当所述存储单元一内存满时,将存放最早的/>的存储空间一用新产生的/>覆盖。
也就是说当存储单元一都存满,没有多余的存储空间一,本发明会将最早的波动偏移值舍弃,加入最新的一个波动偏移值,从而数据处理精度更精准。
同理,波动偏移斜率值的优化方法为:设置具有多个存储空间二的存储单元二,每个存储空间二用于存储一个/>;将随时间变化依次获得的/>依次存入所述多个存储空间二内;当所述存储单元二内存满时,将存放最早的/>的存储空间二用新产生的/>覆盖。
在报警器开始时波动偏移值与波动偏移斜率值的值都被赋值为0。在每经过时间段二T 2时间,都会产生一个波动偏移值。波动偏移值可以是相邻的值,也可以是中间有间隔的值,主要是根据所计算的时间区间确定。
波动偏移值和波动偏移斜率值/>的作用主要是用于处理探测信号的长期漂移。例如典型的因素有烟雾探测烟室中灰尘积累引起的信号值上升。为了避免斜率计算对数据产生较大波动,避免尖峰值的出现,对斜率值采取了均值处理的方案。
如果还以在某个时间点T上为例,解释T 1×s f ×l中参数的作用。此时的s f 值是时间点T以前多个s值的均值,的变化范围是0至T 2/T 1-1,在本例中,变化范围是0-239。每读入一个新的采集信号x(t),的值增加1,达到120s时,的值归零。即在T至T+120s之间,随着采样信号的读入,会将采集信号x(t)减去一个0.5×s f ×l对于某些烟雾报警器不易受到环境干扰,背景信号变化缓慢的时间段二T 2的值可以取为1800s,3600s,甚至更长。
实验1结果参看图4,光散射强度x(t)为图4中的实线,光散射计算值y(t)为图4中虚线。从图4中可以看出,当x(t)在70s附近开始上升时,y(t)也出现明显的上升趋势;当x(t)的上升趋势减缓时,y(t)也出现下降。
实验2结果参看图5,与实验相比,在实验2中,除初始产生的烟雾外,实验中又向烟室中供入少量烟雾,保持光散射强度x(t)阶梯状下降。
光散射强度x(t)为图5中的实线,光散射计算值y(t)为图5中虚线。从图中可以看出,在约250s烟雾信号快速上升的时候,计算值也快速增长,在350s时,计算值达到峰值,当烟雾信号开始快速下降时,计算值很快降为零。从图中也可以看出,与实验1相比,实验2的烟雾信号下降的较慢,如450s至700s之间,烟雾信号的值依然较高(不低于13,而初始值约为9.4),这引起计算值在降为零后又上升。
综上可以看出计算值可以很好地检测烟雾信号快速增长的变化。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种火灾烟雾报警方法,其特征在于,其包括以下步骤:
S1,实时获取当前时刻t的光散射强度x(t);
S2,根据光散射强度x(t)得到当前时刻t的光散射计算值y(t):
y(t) = max[ 0,x(t)+a×y(t-1)-x a -T 1×s f ×l-f ]
式中,a为光散射计算值的累积系数,a取值0.5;y(t-1)为上一时刻t-1的光散射计算值,初始时刻t 0 时,y(t 0 )为零,x a 为在时间段一T a 内光散射强度x(t)的初始均值,T 1为光散射强度的采样周期,s f 为波动偏移斜率值,f为波动偏移值,l为在时间段二T 2内以T 1为单位的采样次数;T a >T 1,T 2>T 1;
S3,计算自适应阈值A adaptive (t),并判断x(t)是否大于自适应阈值A adaptive (t),是,则判定为发生烟雾事件;
A adaptive (t)= A th +x a +T 1×s f ×l + f-a×y(t-1)
式中,A th 为一个预设阈值;
S4,根据所述烟雾事件进行报警。
2.根据权利要求1所述的火灾烟雾报警方法,其特征在于,波动偏移值f采用变量,n为正整数,波动偏移值/>计算方法为:
令每段时间段二T 2内的最后一时间段为时间段三T 3,T 2>T 3>T 1;
针对每个时间段三T 3,获取光散射强度x(t)在时间段三T 3的多个光散射计算值y j (t),j =1,2,…,k,k为T 3/T 1取整;
多个光散射计算值y j (t)分别与初始均值x a 求差获得多个差值;
求所述多个差值的平均值作为波动偏移值。
3.根据权利要求2所述的火灾烟雾报警方法,其特征在于,波动偏移值的优化方法为:
设置具有多个存储空间一的存储单元一,每个存储空间一用于存储一个;
将随时间变化依次获得的依次存入所述多个存储空间一内;
当所述存储单元一内存满时,将存放最早的的存储空间一用新产生的/>覆盖。
4.根据权利要求3所述的火灾烟雾报警方法,其特征在于,波动偏移斜率值s f 采用变量,波动偏移斜率值/>的计算方法为:
将相邻的两个波动偏移值f之间的连线斜率作为波动偏移斜率值:
。
5.根据权利要求4所述的火灾烟雾报警方法,其特征在于,波动偏移斜率值的优化方法为:
设置具有多个存储空间二的存储单元二,每个存储空间二用于存储一个;
将随时间变化依次获得的依次存入所述多个存储空间二内;
当所述存储单元二内存满时,将存放最早的的存储空间二用新产生的/>覆盖。
6.根据权利要求1所述的火灾烟雾报警方法,其特征在于,所述火灾烟雾报警方法启动后,需要计算在时间段一T a 内光散射强度x(t)的初始均值x a 。
7.根据权利要求1所述的火灾烟雾报警方法,其特征在于,T 1取值0.5秒,T a 取值30~60秒,T 2取值120秒,T 3取值10秒。
8.一种火灾烟雾报警装置,其应用了如权利要求1至7中任意一项所述的火灾烟雾报警方法,其特征在于,所述火灾烟雾报警装置包括:
光散射强度获取模块,其用于实时获取当前时刻t的光散射强度x(t);
光散射计算值计算模块,其用于根据光散射强度x(t)得到当前时刻t的光散射计算值y(t),并计算出自适应阈值A adaptive (t);
火灾烟雾判断模块,其用于在光散射计算值x(t)大于自适应阈值A adaptive (t)时,判断为发生烟雾事件;
报警模块,其用于根据所述烟雾事件进行报警。
9.一种火灾烟雾报警器,其特征在于,其应用了如权利要求1至7中任意一项所述的火灾烟雾报警方法。
10.一种可读存储介质,其特征在于,所述可读存储介质中存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令被处理器读取并运行时,实现如权利要求1-7中任意一项所述的火灾烟雾报警方法的步骤。
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