DE69514948T2

DE69514948T2 - System zur Früherkennung von Bränden

Info

Publication number: DE69514948T2
Application number: DE69514948T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Okayama
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2015-03-18
Also published as: JP3274929B2; AU667450B2; DE69514948D1; CN1115448A; EP0675468B1; CN1039170C; US5673020A; AU1610395A; JPH07272143A; EP0675468A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Feuerfrüherkennungsvorrichtung mit wenigstens einem Feuersensor, welche einen Hochempfindlichkeits-Rauchsensor zur Detektion einer Rauchdichte, einen Geruchssensor zur Geruchsdetektion, ein Eingabemittel, um Ausgabewerte des besagten Hochempfindlichkeits-Rauchsensors und des besagten Geruchssensors als Eingabedaten einem Signalverarbeitungsnetzwerk zu unterwerfen, wobei das besagte Signalverarbeitungsnetzwerk eine Feuerwahrscheinlichkeit errechnet basierend auf den von besagtem Eingabemittel erhaltenen Eingabedaten, und ein Feuerfeststellmittel zur Feststellung eines Feuerzustandes basierend auf der von besagtem Signalverarbeitungsnetzwerk errechneten Feuerwahrscheinlichkeit, aufweist, wie sie in der EP-A-0 396 767 offenbart ist.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Bei der Feuererkennungsvorrichtung, wie sie in der EP-A-0 396 767 beschrieben ist, setzen sich die Eingabedaten des Signalverarbeitungsnetzwerkes nur aus verschiedenen, momentanen Feuerinformationswerten zusammen.
Ferner offenbaren die Japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. 2-105299 und 2- 128297 mit dem Titel "Feueralarmvorrichtung", welche von der vorliegenden Anmelderin eingereicht wurden, und dergleichen, Vorrichtungen, die jeweils so aufgebaut sind, dass eine Vielzahl von Eingaben in ein Signalverarbeitungsmittel gegeben werden, welches eine Netzstruktur, ein sogenanntes Neuronales Netz, aufweist, wobei eine Rechenoperation ausgeführt wird basierend auf verschiedenen Arten von Feuerinfor mationseingaben in die Netzstruktur, und ein gewünschtes Ergebnis, wie beispielsweise eine Feuerwahrscheinlichkeit, ein Gefahrengrad oder dergleichen, bestimmt wird.
Eine Feuerwahrscheinlichkeit oder ein Wert zur Feststellung eines Feuers entsprechend der Vielzahl der Arten von Feuerinformationen wird allgemein in solch einer Weise erlangt, dass Muster von Eingabeinformationen und Definitionstabellen von Feuerwahrscheinlichkeiten oder Werten zur Feststellung eines Feuers, welche den entsprechenden Mustern entsprechen, vorbereitet werden, und wenn eine Eingabeinformation eingegeben wird, eine Feuerwahrscheinlichkeit oder ein Wert zur Feststellung eines Feuers entsprechend der Eingabeinformation bestimmt wird aus dem Ergebnis einer herbeigeführten Signalverarbeitung der Netzwerkstruktur basierend auf dem Muster in der Tabelle, welches der Eingabeinformation zugeordnet ist.
Seit kurzem werden ein Rechnerraum oder dergleichen als eine luftdichte Struktur mit einer beschränkten Verbindung zur Aussenseite hergestellt, um eine saubere Luft beizubehalten. Folglich ist vorauszusehen, dass, falls einmal ein Feuer auftritt, Fluchtvorgänge und Feuerlöschoperationen grösstenteils unterdrückt werden, so dass eine sofotige Handlung vorgenommen werden muss während des normalen Überwachungsvorgangs von Feuer an solch einem Ort.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht des Vorstehenden liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Feuererkennungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche in der Lage ist, ein Feuer in einem frühen Stadium zu einem Zeitpunkt zu erkennen, der früher als einer ist, zu dem eine herkömmliche Feuererkennungsvorrichtung ein Feuer erkennen kann.
Um ein Feuer in einem frühen Stadium zu erkennen, weist die vorliegende Erfindung, welche diese Aufgabe löst, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, auf: ei nen Hochempfindlichkeits-Rauchsensor zur Detektion einer Rauchdichte, einen Geruchssensor zur Geruchsdetektion, ein Eingabemittel, um Ausgabewerte des besagten Hochempfindlichkeits-Rauchsensors und des besagten Geruchssensors einer Signalverarbeitung zu unterwerfen und vier Arten von Eingabedaten zu erhalten, bestehend aus einem Momentanwert und einer zeitlichen Änderung der Rauchdichte und einem Momentanwert und einer zeitlichen Änderung des Geruchs, einem Signalverarbeitungsnetzwerk zur Berechnung einer Feuerwahrscheinlichkeit basierend auf den Werten der vier Arten von Eingabedaten, die von dem Eingabemittel erhalten worden sind, und ein Feuerfeststellmittel zur Feststellung eines Feuerzustandes basierend auf der von dem Signalverarbeitungsnetzwerk errechneten Feuerwahrscheinlichkeit.
Da ein Feuer unter Verwendung der entsprechenden Sensoren erkannt wird, von denen Anworten in einem frühen Stadium eines Feuers durch das Signalverarbeitungsnetzwerk (Neuronales Netz) erhalten werden können, kann ein Feuer in einem frühen Stadium erkannt werden durch expliziten Ausschluss von Nichtfeuerfaktoren, wie beispielsweise Tabak und dergleichen. Da die Genauigkeit des Signalverarbeitungsnetzwerkes durch Lernen verbessert werden kann, kann ein inakzeptabler Teil einer ursprünglichen Definitionstabelle leicht korrigiert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches eine Feuerfrüherkennungsvorrichtung gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Darstellung, welche eine im Ausführungsbeispiel verwendete Definitionstabelle zeigt;
Fig. 3 ist eine Darstellung, welche ein Konzept eines im Ausführungsbeispiel verwendeten Signalverarbeitungsnetzwerkes zeigt;
Fig. 4 und 5 sind Flussdiagramme, welche den Betrieb des Ausführungsbeispiels zeigen;
Fig. 6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Netzwerkstruktur-Erzeugungsprogramm im Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 7 ist ein Flussdiagramm, welches ein Netzwerkstruktur-Rechenprogramm im Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 8 ist eine Tabelle, welche Feuerwahrscheinlichkeiten zeigt, die durch eine Netzwerkstruktur des Ausführungsbeispiels erhalten worden sind; und
Fig. 9 ist eine Tabelle, welche die entsprechenden Gewichtungswerte zeigt, die verwendet worden sind, um das in Fig. 8 gezeigte Ergebnis zu erhalten.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, wenn die vorliegende Erfindung auf eine sogenannte Feueralarmvorrichtung vom Analogtyp angewandt wird, welche so aufgebaut ist, dass die detektierten Pegel der physikalischen Grössen, die auf einer Feuererscheinung basieren, durch entsprechende Feuerdetektoren detektiert, einem Empfangsmittel zugeführt werden, wie beispielsweise einem Feuerempfänger, einem Sender und dergleichen, und das Empfangsmittel eine Feststellung eines Feuers trifft, basierend auf den eingesammelten detektierten Pegeln. Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung auch auf eine Feueralarmvorrichtung vom AN/AUS-Typ anwendbar ist, bei welcher eine Feststellung eines Feuers durch entsprechende Feuerdetektoren getroffen wird und nur das Ergebnis der Feststellung an das Empfangsmittel abgegeben wird.
In Fig. 1 bezeichnet RE einen Feuerempfänger, und DE&sub1; bis DEN bezeichnen N Sätze von Feuerdetektoren (Feuersensoren), die an den Feuerempfänger RE mittels einer Übertragungsleitung L angeschlossen sind, beispielsweise mittels eines Paares von Signalleitungen, welche auch als Energieversorgung dienen, und nur die interne Schaltung eines Feuerdetektors ist im Einzelnen in Fig. 1 gezeigt.
In dem Feuerempfänger RE bezeichnet MPU1 einen Mikroprozessor, ROM11 bezeichnet einen Speicherbereich zum Speichern von Programmen, die sich auf den Betrieb des Feuerempfängers RE beziehen und später zu beschreiben sind, ROM12 bezeichnet einen Speicherbereich zum Speichern von verschiedenen Konstantweritabellen, wie beispielsweise Feuerfeststellungsstandards betreffen die Feuerdetektoren DE1 bis DEN, ROM13 bezeichnet einen Speicherbereich zum Speichern einer Endgeräte- Adresstabelle, in welcher die Adressen der entsprechenden Feuerdetektoren gespeichert sind, RAM11 bezeichnet einen Arbeitsspeicherbereich, RAM12 bezeichnet einen Speicherbereich zum Speichern einer später zu beschreibenden Definitionstabelle, welche für die entsprechenden Feuerdetektoren verwendet wird, RAM13 bezeichnet einen Speicherbereich zum Speichern von später zu beschreibenden Gewichtungswerten für Signalleitungen, welche für die entsprechenden Feuerdetektoren verwendet werden, TRX1 bezeichnet eine Signal-Sende-Empfangs-Einheit, bestehend aus einem Seriell-Parallel-Wandler, Parallel-Seriell-Wandler und dergleichen, DP bezeichnet eine Wiedergabeeinheit, wie beispielsweise eine CRT (Kathodenstrahlröhre), KY bezeichnet eine Tastatureinheit zur Eingabe von Daten und dergleichen, und IF11, IF12 und IF13 bezeichnen Schnittstellen.
Ferner, den Feuerdetektor DE&sub1; betreffend, bezeichnet MPU2 einen Mikroprozessor, ROM21 bezeichnet einen Speicherbereich zum Speichern von Programmen, die sich auf den Betrieb des Feuerdetektors DE&sub1; beziehen und später zu beschreiben sind, ROM22 bezeichnet einen Speicherbereich zum Speichern einer Eigenadresse, ROM23 bezeichnet einen Speicherbereich zum Speichern von Daten zur Ausgabe der Standards der detektierten Pegel von Brandgeruch, wie später zu beschreiben ist, ROM24 be zeichnet einen Speicherbereich zum Speichern von Daten zur Ausgabe der Standards der detektierten Pegel von Rauch, wie später zu beschreiben ist, RAM21 bezeichnet einen Arbeitsspeicherbereich, TRX2 bezeichnet eine Signal-Sende-Empfangs-Einheit, bestehend aus einem Seriell-Parallel-Wandler, Parallel-Seriell-Wandler und dergleichen, NS bezeichnet einen Geruchssensor zur Detektion von Brandgeruch infolge eines Feuers, beispielsweise mittels einem Zinnoxid-Dünnfilmelement, SS bezeichnet einen Rauchsensor zur Detektion von Rauch infolge eines Feuers, mit einer hohen Empfindlichkeit mittels gestreutem Licht unter Verwendung einer starken Lichtabstrahlquelle, wie beispielsweise einer Xenon-Lampe, und IF21, IF22 und IF23 bezeichnen Schnittstellen.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, sicher und rasch eine Feuerwahrscheinlichkeit zu erhalten, basierend auf Feuerinformationen des Geruchssensors NS und des hochempfindlichen Rauchsensors SS, welche physikalische Grössen detektieren, die von einer Feuererscheinung in einem frühen Stadium herrühren, unter Verwendung der Anordnung, die im Blockschaltbild von Fig. 1 gezeigt ist. Das heisst, die vorliegende Erfindung ist so aufgebaut, dass ein Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt (Momentanwert) und eine Differenz als eine zeitliche Übergangsgrösse des Geruchs als Feuerinformation vom Geruchssensor NS und ein Momentanwert und eine Differenz des Rauchs als Feuerinformation vom Rauchsensor SS eingegeben werden, um eine Feuerwahrscheinlichkeit als Ausgabe zu erhalten, und die Fig. 2 und 3 zeigen den Betrieb der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Darstellung einer Definitionstabelle, die Feuerwahrscheinlichkeiten zeigt, welche den Mustern A bis F entsprechen, die sich aus sechs Kombinationsarten zusammensetzen, welche man durch Kombinieren von vier Arten von Feuerinformationen erhält, d. h. ein Momentanwert und eine Differenz des Geruchs und ein Momentanwert und eine Differenz des Rauchs, und diese Wahrscheinlichkeiten erhält man durch Experimente, Feldversuche und dergleichen. Solch eine Tabelle kann genau vorbereitet werden durch Experimente und dergleichen unter Berücksichtigung der Charakteristiken der Feuerdetektoren und Orte, an denen die Feuerdetektoren installiert sind. Obwohl es bevorzugt ist, die Tabelle nicht nur für die sechs Muster vorzubereiten, sondern für etliche Muster, ist es eigentlich unmöglich, solch eine Tabelle für alle Muster vorzubereiten. Gemäss dem unten zu beschreibenden Betrieb der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, die genauen Feuerwahrscheinlichkeiten für alle die Muster vorzubereiten, die auf den vier Arten von Feuerinformation beruhen.
In Fig. 2 sind die vier Arten von Feuerinformationen in der obersten Zeile dargestellt, und die Feuerwahrscheinlichkeiten T, welche den Feuerinformationen in der obersten Zeile entsprechen, sind in der untersten Zeile von 0 bis 1 dargestellt. Die entsprechenden Werte der Feuerinformationen in der obersten Zeile werden dargestellt, indem sie in standardisierte Werte von 0 bis 1 konvertiert werden, und ein Beispiel einer Standardisierung ist in der Zeile gezeigt. Es wird angenommen, dass ein Momentanwert 1 des Geruchs einer Ausgabe des Geruchssensors NS entspricht, wenn ein Kopierpapier erhitzt wird und der Geruch des Erhitzens gesättigt im Sensor vorliegt, wobei ein Momentanwert 0 des Geruchs einer Ausgabe des Geruchssensors NS in sauberer Luft entspricht. Es wird angenommen, dass eine Differenz 1 des Geruchs dem Fall entspricht, dass, wenn ein durch den Geruchssensor NS detektierter momentaner Geruchspegel durch X dargestellt wird, und ein zu einem vorgegebenen Zeitpunkt vor diesem Moment detektierter Geruchspegel durch Y dargestellt wird, ein Verhältnis der Änderung von Y zu X sich um 10% erhöht, wobei eine Differenz 0 des Geruchs dem Fall entspricht, dass das Verhältnis der Änderung von Y zu X sich um 10% verringert. Ferner wird angenommen, dass ein Momentanwert 1 des Rauchs einer Ausgabe des Rauchsensors SS in Sättigung entspricht, und der Wert entspricht einer Rauchkonzentration von etwa 1%/m, wenn sie in ein Lichtabschwächungsverhältnis konvertiert wird, wobei bei einem Momentanwert 0 des Rauchs angenommen wird, dass er einer Rauchkonzentration von 0%/m entspricht. Es wird angenommen, dass eine Differenz 1 des Rauchs dem Fall entspricht, dass ein Verhältnis der Änderung eines zu einem vorgegebenen Zeitpunkt vor dem Momentanwert detektierten Rauchpegels Y zu einem detektierten momentanen Rauchpegel X sich um 10% erhöht, ähnlich wie im Falle des Ge ruchs, wobei eine Differenz 0 des Rauchs dem Fall entspricht, dass das Verhältnis der Änderung von Y zu X sich um 10% verringert. Ferner, um die Muster der Definitionstabelle zu beschreiben, entspricht das Muster A dem Fall eines gewöhnlichen Zustands ohne irgend eine Person, das Muster B entspricht dem Fall, dass der Geruch von Kaffee und dergleichen vorliegt, das Muster C entspricht dem Fall, dass der Geruch von Tabak vorliegt, das Muster D entspricht dem Fall, dass ein Feuer entfernt von dem Ort erkannt wird, und das Muster E entspricht dem Fall, dass ein Feuer genau an diesem Ort erkannt wird.
Ein Feuerfeststellungs-Algorithmus wird nun beschrieben unter der Annahme einer in Fig. 3 gezeigten Netzwerkstruktur, um den Betrieb der vorliegenden Erfindung zu erklären. Eine Aufgabe der Netzwerkstruktur ist es, einen Momentanwert und eine Differenz des Geruchs und einen Momentanwert und eine Differenz des Rauchs, welche jeweils in einen Wert von 0 bis 1 konvertiert sind, auf Eingangsschichten LI1, LI2, LI3 und LI4 zu geben und genaue Feuerwahrscheinlichkeiten, welche ebenso von 0 bis 1 dargestellt sind, von einer Ausgangsschicht LO1 zu erhalten. Es wird angenommen, dass die Netzwerkstruktur in dem Feuerempfänger RE entsprechend zu jedem Feuerdetektor DE existiert.
In der in Fig. 3 gezeigten Netzwerkstruktur, wenn auf die vier Eingangsschichten LI1, LI2, LI3 und LI4 auf der linken Seite als Eingangsschicht LI Bezug genommen wird, auf die einzelne Ausgangsschicht LO1 auf der rechten Seite als Ausgangsschicht LO Bezug genommen wird, und auf vier Zwischenschichten LM1, LM2, LM3 und LM4 als Zwischenschicht LM Bezug genommen wird, empfangen die entsprechenden Zwischenschichten LM1 bis LM4 Signale von den entsprechenden Eingangsschichten LI1 bis LI4 und geben ebenso ein Signal an die Ausgangsschicht LO1 ab. Es wird angenommen, dass Signale ausschliesslich von der Eingangsschichten zu der Ausgangsschicht geleitet werden und nicht in die andere Richtung geleitet werden, und dass kein Signal in den gleichen Schichten gekoppelt wird, und dass ferner keine direkte Verbindung von Signalen zwischen den Eingangsschichten und den Ausgangsschichten be steht. Daher gibt es 16 Signalleitungen von den Eingangsschichten zu den Zwischenschichten und 4 Signalleitungen von den Zwischenschichten zu der Ausgangsschicht, wie in Fig. 3 dargestellt.
Die Gewichtungswerte oder Kopplungsgrade dieser in Fig. 3 gezeigten Signalleitungen werden in Abhängigkeit von Werten geändert, die von den Ausgangsschichten abzugeben sind in Übereinstimmung mit Signaleingaben der entsprechenden Eingangsschichten, und ein grösserer Gewichtungswert ermöglicht einem Signal, besser durch die Signalleitung zu fliessen. Die Gewichtungswerte der Signalleitungen zwischen den Eingangsschichten und den Zwischenschichten und zwischen den Zwischenschichten und der Ausgangsschicht werden anfangs eingestellt in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen Eingaben und Ausgaben und im Bereich jedes Feuerdetektors in dem Speicherbereich RAM13 von Fig. 1 gespeichert. Ein Feuer in einem frühen Stadium wird durch die so gespeicherten Gewichtungswerte erkannt.
Insbesondere werden die vier Werte, d. h. der Momentanwert und die Differenz des Geruchs und der Momentanwert und die Differenz des Rauchs, welche in den oberen Zeilen der Definitionstabelle von Fig. 2 gezeigt sind, auf die Eingangsschichten LI1 bis LI4 von Fig. 3 gegeben, entsprechend als Eingaben durch ein später zu beschreibenden Netzwerk-Erzeugungsprogramm, ein von der Ausgangsschicht LO1 ausgegebener Wert, basierend auf den Eingaben, wird mit dem Wert der Feuerwahrscheinlichkeit T als Lehrersignal oder Lerndaten, wie sie in der untersten Zeile von Fig. 2 gezeigt sind, verglichen, und die Gewichtungswerte der entsprechenden Signalleitungen werden geändert, um einen Fehler zu minimieren. Auf diese Weise ist es möglich, Werte zu lehren, welche sehr nah an den gesamten Funktionen der Definitionstabelle von Fig. 2 liegen, und welche nur durch die sechs Arten von Mustern wiedergegeben werden.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel, wenn angenommen wird, dass ein Gewichtungswert zwischen einer Eingangsschicht LIi und einer Zwischenschicht LMj mit wij bezeichnet wird, und ein Gewichtungswert zwischen einer Zwischenschicht LMj und einer Ausgangsschicht LOk mit vjk bezeichnet wird (i = 1 bis I, j = 1 bis J und k = 1 bis K, und in diesem Fall i = 1 bis 4, j = 1 bis 4 und k = 1), und die Gewichtungswerte wij und vjk einen positiven Wert, Null beziehungsweise einen negativen Wert annehmen, und ein Eingabewert in der Eingangsschicht LIi mit INi bezeichnet wird, wird die Gesamtsumme NET1 (j) der Eingaben auf die Zwischenschicht LMj durch die folgende Gleichung 1 wiedergegeben.
NET1(j) = (INi · wij) (1)
Wenn der Wert NET1(j) in einen Wert von 0 bis 1 konvertiert wird, beispielsweise durch eine Sigmoid-Funktion, und mit IMj bezeichnet wird, erhält man die folgende Gleichung 2.
IMj = 1/1 +EXP[-NET 1(j)-γ1] (2)
Auf die selbe Weise wird die Gesamtsumme NET2(k) der Eingaben auf die Ausgangsschicht LOk durch die folgende Gleichung 3 wiedergegeben.
NET2(k) = (IMj · vjk) (3)
Wenn der Wert NET2(k) in einen Wert von 0 bis 1 konvertiert wird durch ebenfalls eine Sigmoid-Funktion, und mit OTk bezeichnet wird, erhält man die folgende Gleichung 4.
OTk = 1/1 + EXP[-NET2(k)-γ2] (4)
Wie oben beschrieben, wird die Beziehung zwischen den Eingangswerten IN1 bis IN4 und dem Ausgangswert OT1 in der in Fig. 3 gezeigten Netzwerkstruktur durch die Gleichungen 1 bis 4 unter Verwendung der Gewichtungswerte wiedergegeben, wobei γ1 und γ2 Anpassungskoeffizienten einer Sigmoid-Kurve sind, und sie sind in diesem Ausführungsbeispiel passend als γ1 = 1,0 und γ2 = 1,2 gewählt.
Wenn eines der kombinierten Muster IN1 bis 1N4, welche als die sechs Arten von Mustern in der im Speicherbereich RAM12 gespeicherten Definitionstabelle dargestellt sind, auf die Eingangsschichten gegeben wird, wie in Fig. 3 in dem Netzwerk- Erzeugungsprogramm gezeigt ist, wird die aktuelle Ausgabe OT1, die durch die vorgenannten Gleichungen 1 bis 4 berechnet wird und von der Ausgangsschicht ausgegeben wird, mit der Lehrerausgabe T verglichen, welche in der untersten Zeile von Fig. 2 gezeigt ist, und die Fehlersumme Em (m = 1 bis M und in diesem Fall m = 6) in der Ausgangsschicht zu diesem Zeitpunkt wird durch die folgende Gleichung 5 wiedergegeben.
Em = ¹/&sub2;(OTk - Tk)² (5)
wobei OTk ein Wert ist, der durch die obige Gleichung 4 bestimmt wird. Ein Wert E, den man durch Aufsummieren der Fehlersummen Em bezüglich aller sechs Typen von Mustern A bis F in Fig. 2 erhält, wird durch die folgende Gleichung 6 wiedergeben.
E = (Em) (6)
Schliesslich wird der Gewichtungswert von jeder der Signalleitungen so angepasst, dass der Wert E in der Gleichung 6 minimiert wird. Dann werden die Gewichtungswerte, die in jedem Feuerdetektorbereich in dem Speicherbereich RAM13 gespeichert sind, durch die so angepassten neuen Gewichtungswerte ersetzt und dazu benutzt, eine Feuer in einem frühen Stadium zu überwachen. Die Anpassung der Gewichtswerte der Signalleitungen, wie oben beschrieben, wird bei allen Feuerdetektoren in der Feueralarmvorrichtung durchgeführt.
Wenn das Lernen bei der Definitionstabelle in Fig. 2 in Bezug auf die Netzwerkstruktur, deren Konzept in Fig. 3 dargestellt ist, d. h. die Anpassung der Gewichtungswerte, beendet worden ist, werden die Eingabewerte durch ein später zu beschreibendes Netzwerk-Rechenprogramm auf die Netzwerkstruktur gegeben, um aktuell ein Feuer in einem frühen Stadium zu überwachen, wobei die Werte, welche von der Ausgangsschicht unter Verwendung der obigen Gleichungen 1 bis 4 erhältlich sind, durch Berechnung bestimmt werden, und ein Feuer in einem frühen Stadium wird durch Vergleich der errechneten Werte mit den Referenzwerten festgestellt.
Der Betrieb des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
Zuerst wird gemäss Fig. 4 das Netzwerkstruktur-Erzeugungsprogramm hintereinander für jeden von N Sätzen von Feuerdetektoren ausgeführt, beginnend mit dem ersten derselben. Um die Verfahrensschritte des Netzwerkstruktur-Erzeugungsprogramms im n- ten Feuerdetektor zu beschreiben (n = 1 bis N), werden zuerst der Momentanwert und die Differenz des Geruchs und der Momentanwert und die Differenz des Rauchs in den oberen Zeilen und die Feuerwahrscheinlichkeiten in der untersten Zeile der in Fig. 2 beschriebenen Definitionstabelle von einer Lerndaten-Eingabetasteneinheit KY als eine Lehrereingabe oder eine Lerneingabe eingegeben (Schritt 404). Die Definitionstabelle wird für jeden Feuerdetektor vorbereitet, weil jeder Feuerdetektor in einer unter schiedlichen Umgebung installiert wird und unterschiedliche Charakteristiken aufweist. Wenn die gleichen Umgebungsbedingungen und Charakteristikbedingungen verwendet werden, kann jedoch selbstverständlich die gleiche Definitionstabelle verwendet werden, und wenn Muster von Feuerzuständen und Muster von Nichtfeuerfaktoren ausreichend in der Definitionstabelle vorbereitet sind, kann die Tabelle gemeinsam für alle Feuerdetektoren verwendet werden.
Wenn der Inhalt der Definitionstabelle des n-ten Feuerdetektors im Bereich des n-ten Feuerdetektors im Speicherbereich RAM 12 der Definitionstabelle durch die Tasteneinheit KY gespeichert worden ist (Schritt 403: ja), geht der Prozess über zur Ausführung des in Fig. 6 gezeigten Netzwerkstruktur-Erzeugungsprogramms 600.
Im Netzwerkstruktur-Erzeugungsprogramm 600 werden zuerst die Gewichtungswerte wij und vik der insgesamt 20 Signalleitungen, welche die 16 Signalleitungen zwischen den Eingangsschichten und den Zwischenschichten und die 4 Signalleitungen zwischen den Zwischenschichten und der Ausgangsschicht umfassen, die im Bereich des n-ten Feuerdetektors im Speicherbereich RAM13 gespeichert sind und unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschrieben sind, auf bestimmte Werte eingestellt (Schritt 601). Dann wird die Summe (E in der Gleichung 6) der Fehlerquadrate zwischen den aktuellen Ausgaben OT1 und den Lehrerausgaben T bestimmt, bezogen auf alle M Arten von Kombinationen (M = 6) der Definitionstabelle von Fig. 2 gemäss den obigen Gleichungen 1 bis 6 basierend auf den Gewichtungswerten, welche auf die bestimmten Werte eingestellt sind und durch E0 bezeichnet sind (Schritt 602).
Als nächstes wird der Gewichtungswert jeder Signalleitung zwischen der Zwischenschicht und der Ausgangsschicht zuerst angepasst, um die Fehlersumme E0 zu minimieren, wenn die Eingaben auf die gleiche Definitionstabelle angewandt werden (Schritt 603: nein). Da nur die Gewichtungswerte zwischen den Zwischenschichten und der Ausgangsschicht angepasst werden, werden die Werte bis zu den Gleichungen 1 und 2 nicht verändert. Zuerst wird der Gewichtungswert v11 der ersten Signalleitung in einen Gewichtungswert v11 + S geändert (Schritt 604), und die gleichen Berechnungen wie diejenige, die in den Gleichungen 3 und 6 gezeigt werden, werden ausgeführt, und die Summe E der Endfehler, welche durch die Gleichung 6 bestimmt wird, wird auf Es gesetzt (Schritt 605). Dann wird die Summe Es mit der Fehlersumme E0 vor der Änderung der Gewichtungswerte verglichen (Schritt 606).
Falls Es ≤ E0 ist (Schritt 606: nein), wird der Wert Es als neuer Wert E0 eingestellt (Schritt 609), ebenso wie der geänderte Gewichtungswert v11 + S an einer geeigneten Stelle im Arbeitsbereich gespeichert wird.
Falls Es > E0 ist (Schritt 606: ja), wird, da der Gewichtungswert in eine falsche Richtung geändert worden ist, der Gewichtungswert in die andere Richtung geändert bezogen auf den ursprünglichen Gewichtungswert v11 als Referenz, und der Wert E0 wird berechnet ebenso auf Basis der Gleichungen 3 bis 6 unter Verwendung eines Gewichtungswertes v11 - S · β (Schritte 607 und 608), der berechnete Wert Es wird als neuer Wert E0 eingestellt (Schritt 609), und der geänderte Gewichtungswert v11 - S · β wird an einer geeigneten Stelle im Arbeitsbereich gespeichert. β ist ein Koeffizient proportional zu Es - E0 .
Wenn der Gewichtungswert v11 geändert worden ist und in den Schritten 604 bis 609 angepasst worden ist, werden die Gewichtungswerte v21 bis v41 der verbliebenen Signalleitungen nacheinander geändert und in der gleichen Weise angepasst. Wenn die Gewichtungswerte vjk aller Signalleitungen zwischen den Zwischenschichten und der Ausgangsschicht wie oben beschrieben angepasst worden sind (Schritt 603: ja), werden als nächstes die Gewichtungswerte wij der Signalleitungen zischen den Eingangsschichten und den Zwischenschichten angepasst, basierend auf allen Gleichungen 1 bis 6 in den Schritten 610 bis 616, um auf die gleiche Weise Fehler zu minimieren.
Wenn die Gewichtungswerte wij und vjk aller Signalleitungen angepasst worden sind (Schritt 610: ja), wird der Wert E0, der wie oben beschrieben reduziert worden ist, mit einem vorbestimmten erlaubten Wert C verglichen. Falls der Wert E0 immer noch grösser als der erlaubte Wert C ist (Schritt 617: nein), kehrt der Prozess zu Schritt 603 zurück, um weiter Fehler zu verringern, und der obige Prozess wird erneut wiederholt, indem die Anpassung der Gewichtungswerte vjk zwischen den Zwischenschichten und der Ausgangsschicht in den Schritten 604 bis 609 ausgeführt wird. Wenn der Wert E0 durch wiederholte Anpassung auf einen Wert gebracht wird, der gleich oder kleiner als der erlaubte Wert C ist (Schritt 617: ja), geht der Prozess zu dem in Fig. 4 gezeigten Schritt 406 über, um die entsprechend geänderten und angepassten Gewichtungswerte wij und vjk der 20 Signalleitungen unter den entsprechenden Adressen im Bereich des n-ten Feuerdetektors im Speicherbereich RAM13 entsprechend zu speichern.
Bei dem obigen Vorgang sind die Werte S, α, β, C und dergleichen in dem Speicherbereich ROM 12 in verschiedenen Konstantwerttabellen gespeichert.
Es ist zu beachten, dass, falls der Endfehler des Wertes Es nicht auf Null gebracht werden kann, die Einstellung der Gewichtungswerte der Signalleitungen geeignet beendet wird. Das heisst, die Einstellung kann beendet werden, wenn der Wert E0 auf einen Wert gleich oder kleiner als der erlaubte Wert C gebracht worden ist, wie in Schritt 617 gezeigt, oder automatisch beendet werden kann, wenn die Gewichtungswerte eine vorbestimmte Anzahl von Malen angepasst worden sind.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel von Feuerwahrscheinlichkeiten, die in einer Weise erhalten wurden, dass die Netzwerkstruktur von Fig. 3 erzeugt worden ist durch Wiederholung der Anpassung in den Schritten 603 bis 616, und Feuerinformationen werden in die so erzeugte Netzwerkstruktur gegeben. Entsprechende Muster A bis F sind die gleichen wie die Muster A bis F der Definitionstabelle von Fig. 2, und die Feuerwahrscheinlichkeiten OT1 sind in der untersten Zeile von Fig. 8 dargestellt. Wie oben beschrieben, können die optimalen Feuerwahrscheinlichkeiten erhalten werden durch Definition der vier Arten von Feuerinformationen als sechs Muster, selbst falls kein Muster der Kombination in den Feuerinformationen enthalten ist. Es ist zu beachten, dass Fig. 9 entsprechende Gewichtungswerte zeigt, wenn das in Fig. 8 gezeigte Ergebnis erhalten wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung den Fall zeigt, dass die Netzwerkstruktur die vier Eingänge und den einen Ausgang aufweist, ist es möglich, die Anzahl der Eingänge zu erhöhen oder zu verringern, welche sich auf den Geruchssensor und den hochempfindlichen Rauchsensor beziehen, entsprechend der Erkennung eines Feuers in einem frühen Stadium, und die Anzahl der Ausgänge zu erhöhen durch Klassifizieren von zu erhaltender Information. Zum Beispiel können Werte, die durch Integrieren detektierter Pegel erhalten werden, welche durch entsprechende Sensoren für eine vorbestimmter Zeitspanne detektiert werden, und Ausgaben von Sensoren des gleichen Typs mit jeweils unterschiedlichen Charakteristiken als Eingaben verwendet werden, und Nichtfeuerwahrscheinlichkeiten und Gefahrengrade von Tabak und dergleichen können als Ausgabe verwendet werden. Ferner können die Fläche eines zu überwachenden Bereichs und die Deckenhöhe des Bereichs, die Gegenwart oder Abwesenheit einer Belüftung, die Gegenwart oder Abwesenheit von Personen und dergleichen als indirekte Daten verwendet werden, obwohl sie nicht die Informationen der physikalischen Grössen bilden, welche direkt auf einem Feuer in einem frühen Stadium basieren.
Wenn die Gewichtungswerte der entsprechenden Signale der Netzwerkstruktur angepasst worden sind bezogen auf alle N Sätze von Feuerdetektoren (Schritt 407: ja), und festgestellt wird, dass erneutes Lernen nicht notwendig ist (Schritt 408: nein), wird der Feuerüberwachungsbetrieb vom ersten Feuerdetektor aus hintereinander ausgeführt, wie in dem Flussdiagramm in Fig. 5 gezeigt.
Um den Feuerfrüherkennungs-Überwachungsbetrieb des n-ten Feuerdetektors DEn zu beschreiben, wenn der Feuerdetektor DEn einen Datenrücksendebefehl empfängt, der vom Feuerempfänger RE von der Signal-Sende-Empfangs-Einheit TRX2 über die Schnittstelle IF23 (Schritt 411) abgegeben wird, veranlasst der n-te Feuerdetektor DEn den Geruchssensor NS und den Rauchsensor SS, zu detektierende Pegel zu holen, wel che von verschiedenen Spannungen durch die Schnittstellen IF21 und IF22 detektiert worden sind, entsprechend basierend auf dem im Speicherbereich ROM21 gespeicherten Programm, fügt die Adresse des n-ten Feuerdetektors DEn, die im Speicherbereich ROM22 eingestellt ist, dem Momentanwert und der Differenz des Geruchs und dem Momentanwert und der Differenz des Rauchs als standardisierte Feuerinformationen, basierend auf den Daten in den Speicherbereichen ROM23 beziehungsweise ROM24, und sendet die Daten von der Signal-Sende-Empfangs-Einheit durch die Schnittstelle 23 an den Feuerempfänger RE zurück.
Auf den Empfang der vom n-ten Feuerdetektor zurückgesendeten Feuerinformation hin (Schritt 412: ja) speichert der Feuerempfänger RE die Feuerinformation im Arbeitsspeicherbereich RAM11 (Schritt 413). Dann wird das in Fig. 7 gezeigte Netzwerkstruktur-Rechenprogramm 700 ausgeführt.
NET1 (j) wird gemäss der obigen Gleichung 1 in dem Netzwerkstruktur-Rechenprogramm 700 berechnet (Schritt 703) und gemäss der obigen Gleichung 2 in einen Wert IMj konvertiert (Schritt 704). Wenn alle Werte von IM1 bis IM4 bestimmt sind (Schritt 705: ja), wird NET2(k) unter Verwendung des Wertes IMj gemäss der obigen Gleichung 3 berechnet (Schritt 708) und gemäss der Gleichung 4 in einer Wert OTk konvertiert (Schritt 709). Der Wert OTk, d. h. der Wert OT1, stellt eine Feuerwahrscheinlichkeit dar.
Dann wird der Wert OT1 als Feuerwahrscheinlichkeit dargestellt wie er ist (Schritt 416) und auch mit dem Referenzwert A der Feuerwahrscheinlichkeit verglichen, der aus dem Speicherbereich ROM12 gelesen wird (Schritt 417). Falls OT ≥ A ist, wird ein Feuer angezeigt (Schritt 418). Obwohl es nicht in dem Flussdiagramm dargestellt ist, wird ein Referenzwert für eine Vorwarnung auf einen Wert, der kleiner als der obige Referenzwert A ist, eingestellt auf die gleiche Weise wie der Referenzwert A, um eine Vorwarnung festzustellen. Ferner wird die Feststellung der Vorwarnung in zwei Schritten durchgeführt, und eine erste Vorwarnung wird an einem Ort entfernt vom Feuer ausgegeben, und eine zweite Vorwarnung wird an einem Ort in der Nähe des Feuers ausgegeben. Da es nachvollziehbar ist, dass die Erkennung eines Feuers in einem frühen Stadium schwieriger ist als die Erkennung eines gewöhnlichen Feuers, wie oben beschrieben, wenn eine Möglichkeit besteht, dass eine Feuer in einem frühen Stadium auftritt, ist es zuverlässiger, das Feuer durch eine Person, beispielsweise einem Wachmann, zu prüfen.
Der Feuerfrüherkennungs-Überwachungsbetrieb des n-ten Feuerdetektors wird durch die vorgenannten Schritte abgeschlossen, und der gleiche Feuerfrüherkennungs- Überwachungsbetrieb wird bei dem nächsten Feuerdetektor in der gleichen Weise durchgeführt.
Es ist zu beachten, dass, obwohl Daten künstlich in den Speicherbereich RAM12 der Definitionstabelle eingegeben werden und die Gewichtungswerte in dem Speicherbereich RAM 13 durch das Netzwerkstruktur-Erzeugungsprogramm basierend auf den Daten gespeichert werden, es auch möglich ist, dass die Gewichtungswerte unter Verwendung des Netzwerkstruktur-Erzeugungsprogramms in einem Herstellungsschritt in der Fabrik oder dergleichen bestimmt werden und in einem ROM, wie beispielsweise einem EEPROM oder dergleichen, gespeichert werden, und der Inhalt des ROMs für den Gebrauch ausgelesen wird.
Ferner ist die vorliegende Erfindung auch anwendbar für Feueralarmvorrichtungen vom AN/AUS-Typ, in welchen ein Feuer festgestellt wird durch entsprechende Feuerdetektoren, und nur das Ergebnis der Feststellung an Empfangsmittel, wie beispielsweise einen Feuerempfänger, einen Sender oder dergleichen, abgegeben wird, anstelle der Feueralarmvorrichtungen in obigem Ausführungsbeispiel vom analogen Typ. In diesem Fall werden die Speicherbereiche ROM11 und ROM12, die auf der Seite des Feuerempfängers RE in Fig. 1 gezeigt sind, auf die Seite der entsprechenden Feuerdetektoren DEn verschoben. Obwohl die Speicherbereiche RAM12 und RAM13 verschoben werden können, ist es vorteilhafter, ein ROM vorzusehen, in welchem Ge wichtungswerte in einem Herstellungsschritt in einer Fabrik oder dergleichen bei jedem Feuerdetektor gespeichert werden, als das Verschieben derselben.
Wie oben beschrieben kann gemäss der vorliegenden Erfindung, da ein Feuer durch ein Signalverarbeitungsnetzwerk (Neuronales Netz) unter Verwendung des Geruchssensors und des Rauchsensors erkannt wird, von denen Antworten in einem frühen Stadium eines Feuers erhalten werden können, ein Feuer in einem frühen Stadium sicher erkannt werden durch explizites Ausschliessen von Nichtfeuerfaktoren, wie beispielsweise Tabakrauch, Dampf oder dergleichen und Kaffeegeruch oder dergleichen, welche andernfalls von dem Rauchsensor und dem Geruchssensor detektiert werden. Da die Genauigkeit des Signalverarbeitungsnetzwerkes durch Lernen verbessert werden kann, kann der aufgrund unerwarteter Nichtfeuerfaktoren inakzeptable Teil einer ursprünglichen Definitionstabelle leicht korrigiert werden.

Claims

1. Feuerfrüherkennungsvorrichtung mit wenigstens einem Feuersensor (DE&sub1;.. DEN), welche aufweist:

einen Hochempfindlichkeits-Rauchsensor (SS) zur Detektion einer Rauchdichte,

einen Geruchssensor (NS) zur Geruchsdetektion,

ein Eingabemittel, um Ausgabewerte des besagten Hochempfindlichkeits- Rauchsensors und des besagten Geruchssensors als Eingabedaten (IN1, IN2, IN3, IN4) einem Signalverarbeitungsnetzwerk (RE) zu unterwerfen,

das besagte Signalverarbeitungsnetzwerk (RE) zur Verarbeitung der von besagtem Eingabemittel erhaltenen Eingabedaten (IN1, IN2, IN3, IN4), und

Feuerfeststellmittel zur Feststellung eines Zustandes eines Feuers basierend auf der Ausgabe des Signalverarbeitungsnetzwerkes (RE),

dadurch gekennzeichnet, dass

besagtes Signalverarbeitungsnetzwerk (RE) vier Arten von Eingabedaten von besagtem Hochempfindlichkeits-Rauchsensor (SS) und von besagtem Geruchssensor (NS) erhält, bestehend aus einem Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt (IN3) und einer Grösse der zeitlichen Änderung (IN4) der Rauchdichte und aus einem Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt (IN1) und einer Grösse der zeitlichen Änderung (IN2) des Geruchssensors,

und dass der Wert der Feuerwahrscheinlichkeit (OT1), der von dem Signalverarbeitungsnetzwerk (RE) berechnet wird, basierend auf den vier Arten von Eingabedaten (IN1, IN2, IN3, IN4), die von besagtem Eingabemittel erhalten werden, mittels eines Speichers (ROM12) zum Speichern einer Tabelle, in welcher eine Feuerwahrscheinlichkeit (OT1), die für jedes aus einer Vielzahl von voreingestellten Mustern, welche aus der Kombination der Werte der vier Arten von Eingabedaten (IN1, IN2, IN3, IN4) zusammengesetzt sind, erhältlich ist, wiedergegeben wird wie sie ist (416).

2. Feuerfrüherkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Signalverarbeitungsnetzwerk (RE) einen Gewichtungswert (wij) für jede der Eingabedaten aufweist, so dass die in der Tabelle definierte Feuerwahrscheinlichkeit (OT1) erhältlich ist, wenn die Eingabedaten jedes Musters in der in besagtem Speicher (ROM12) gespeicherten Tabelle eingegeben werden und die Feuerwahrscheinlichkeit (OT1) aus den Eingabedaten unter Verwendung der Gewichtungswerte (wij) berechnet wird.

3. Feuerfrüherkennungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Signalverarbeitungsnetzwerk (RE) aufweist:

Eingangsschichten (LI1, LI2, LI3, LI4), in welche die vier Arten von Eingabedaten (IN1, IN2, IN3, IN4) von besagtem Eingabemittel eingegeben werden,

Zwischenschichten (LM1, LM2, LM3, LM4), um die vier Arten von Eingabedaten aufzunehmen, die in die Eingangsschichten (LI1, LI2, LI3, LI4) eingegeben worden sind, und

ein Ausgangsschicht (LO1), um eine Feuerwahrscheinlichkeit (OT1) zu ermitteln durch Gewichten und Aufsummieren der vier Arten von Zwischendaten der besagten Zwischenschichten (LM1, LM2, LM3, LM4).

4. Feuerfrüherkennungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Signalverarbeitungsmittel (RE) einen Gewichtungswert (wij) für jede Signalleitung zwischen den Eingangsschichten und den Zwischenschichten und einen Gewichtungswert (vjk) für jede Signalleitung zwischen den Zwischenschichten (LM1, LM2, LM3, LM4) und der Ausgangsschicht (LO1) aufweist, um einen Fehler zu minimalisieren zwischen dem Wert einer Feuerwahrscheinlichkeit, der in der Ausgangsschicht (LO1) ermittelt wird, wenn die Eingabedaten jedes Musters der in besagtem Speicher (ROM12) gespeicherten Tabelle in die Eingangsschichten (LI1, LI2, LI3, LI4) eingegeben werden, und dem für das Muster in der Tabelle definierten Wert einer Feuerwahrscheinlichkeit.

5. Feuerfrüherkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Hochempfindlichkeits-Rauchsensor (SS) ein Rauchsensor vom Lichtstreutyp ist.

6. Feuerfrüherkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Geruchssensor (NS) ein dünnes Zinnoxidfilm-Element als Geruchsdetektor aufweist.