JPH0452520B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、火災に特有な異なつた物理的変化を
検出する複数のセンサで得られるアナログ信号に
基づいて火災状況を判断するようにした火災報知
装置に関する。

（従来技術） 従来、火災特有の異なつた物理的変化をセンサ
で検出して火災状況を判断する装置としては、例
えば特開昭48−79597号公報のものが知られてい
る。

この火災状態検出装置は、火災に伴なう煙濃度
とガス濃度を検出し、煙濃度とガス濃度との相関
関係を求め、例えば煙濃度を縦軸としガス濃度を
横軸とした特性グラフにおける特性曲線の勾配を
検出し、この特性曲線の勾配から燻焼火災か発炎
火災か、更には火災がどの程度の規模かを判断す
るようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の火災状況の判
断にあつては、火災特有の２つの物理的変化量の
相関特性から得た勾配のみを判断基準としていた
ため、火災時における真の危険評価を確実に行な
うことが困難であり、更に予め設定した判断基準
としての勾配特性から外れるような火災状況のと
きには、火災判断が不正確となり、火災の検出遅
れや誤報を生じ易くなるという問題があつた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてな
されたもので、火災状況のいかんにかかわらず火
災判断を正確且つ迅速に行なえるようにするた
め、複数のアナログセンサで火災特有の２以上、
例えばｎ種類の異なる物理的変化量を検出し、こ
の検出出力または検出出力に基づく予測値からｎ
次限空間におけるベクトル軌跡を演算し、ｎ次元
空間に予め設定した危険レベルに対応した境界
（閉曲面）にベクトル軌跡が達しているか否かか
ら火災を判断するようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示したブロツク図
である。

まず、構成を説明すると、１ａ，１ｂ，…１ｎ
はアナログセンサであり、各アナログセンサ１ａ
〜１ｂは温度、煙濃度、ガス濃度等の火災に特有
なｎ種類の異なつた物理的変化量を検出し、検出
量に応じたアナログ信号を出力する。２ａ，２
ｂ，……２ｎはアナログセンサ１ａ〜１ｎ毎に設
けた伝送装置であり、伝送装置２ａ〜２ｎはアナ
ログセンサ１ａ〜１ｎからのアナログ検出信号を
デジタル信号に変換し、受信側にデジタル伝送す
る機能を持つ。尚異なつたｎ種類の物理的変化量
を検出するアナログセンサ１ａ〜１ｎは同じ警戒
区域に設置されており、また同一条件の下に火災
検出を行なうことができる様にするため、近接さ
れた状態で設置されている。

３は受信制御部であり、受信装置４を備え、受
信装置４にはアナログセンサ１ａ〜１ｎ側の伝送
装置２ａ〜２ｎの出力ラインが接続されている。
ここで伝送装置２ａ〜２ｎと受信装置４との間の
デジタル伝送としては、受信装置４から順次伝送
装置２ａ〜２ｎを呼び出してデジタルデータを伝
送させるポーリング方式、伝送装置２ａ〜２ｎ側
でアドレスコードと共にデジタルデータを順次伝
送させる方式、更には伝送装置２ａ〜２ｎを独立
の信号線を介して受信装置４に接続した方式等適
宜のデジタルで伝送方式を用いることができる。

更に、受信制御部３には演算装置５が設けら
れ、演算装置５には受信装置４受信した各センサ
毎の時系列データを受けて次の演算を行なう。

(1) 各デジタル信号に含まれるノイズ成分の除去
演算、 (2) 各センサデータx_iについて一定時間ｔ秒後の
出力x_i（t₀＋ｔ）の予測演算、 (3) ｎ次元空間におけるセンサ出力x_iまたは予測
出力x_i（t₀＋ｔ）で定まるベクトル軌跡の演算、 (4) ベクトル軌跡〓がが予め定めたｎ次空間にお
ける危険レベルを表わす閉曲面（領域）の内側
にあるか、外側にあるかの判断、 (5) ベクトル軌跡〓が危険レベルを表わす閉曲面
（領域）の外側にある場合の火災制御信号の出
力、 この(1)〜(5)に示した演算処理の内容は後の説明
で明らかにする本発明のベクトル軌跡に基づいた
火災判断の原理において更に明らかにされる。

演算装置５の火災制御出力は制御装置６に与え
られており、制御装置６は火災制御信号出力に基
づいて火災警報、更には防災機器の連動制御等を
行なう。

次に、本発明におけるｎ次空間のベクトル軌跡
から火災を判断する原理を説明する。

まず、現時点においてアナログセンサ１ａ〜１
ｎの検出対象となるｎ種類の異なつた火災特有の
物理的変化量をx₁，x₂，……x_oとすると、物理的
変化量x₁〜x_oの値を座標軸としてｎ次空間を想定
した時、このｎ次空間における合成ベクトル〓
は、 〓＝x₁〓₁＋x₂〓₂＋……＋x_o〓_o ……(1) で表わすことができる。ここで、〓_i（ｉ＝１，
２，…，ｎ）は各座標方向の単位ベクトルを表
す。この合成ベクトル〓に時間ｔの要素を含める
と、火災の成長拡大に応じて合成ベクトル〓はｎ
次空間内にベクトル軌跡を描くこととなり、時刻
ｔにおける火災の状態はｎ次空間におけるベクト
ル〓(t)によつて表わすことができる。

今、物理的変化量x₁〜x_oの値を正とし、火災が
大きくなる程物理的変化量x₁〜x_oの値が大きくな
る様に、x₁〜x_oを選ぶと、ベクトル〓がｎ次元空
間の原点から離れる程、火災の危険は高くなる。

例えば、物理的変化量として温度Ｔ、煙濃度C_s
及びCOガス濃度C_gを選んだ場合、温度Ｔの常温
T₀からの変化量（Ｔ−T₀）を物理的変化量x₁と
し、同様にして物理的変化量x₂として煙濃度C_s
を、更に物理的変化量x₃としてCOガス濃度C_gを
とれば、火災の成長拡大に応じて物理的変化量x₁
〜x₃のベクトル〓が原点から離れるベクトル軌跡
を描く条件が満足される。

尚、上記のCOガス濃度C_gの代わりに酸素濃度
を採用した場合には、物理的変化量x₃をx₃＝C_gp
−C_g（但し、C_gpは通常の酸素濃度）とすれば良
い。

この様なｎ種類の物理的変化量で定まるｎ次空
間における危険レレベルは、ｎ次元の閉曲面とし
て境界を設定することができ、この危険レベルを
与えるｎ次元閉曲面は次式 ｆ（x₁，x₂，……，x_o）＝０ ……(2) で表わされるものとする。すると、物理的変化量
x₁〜x_oで定まるベクトル〓が前記第(2)式の閉曲面
を突き抜いた時、火災の状態が危険レベルに達し
たと考えることができる。

例えば、前記第(2)式の閉曲面をｎ次元の楕円で
あつたとすると、前記第(2)式は （a₁x² ₁＋a₂x² ₂＋……＋a_ox² _o）−１＝０ ……(3) で表わすことができる。ここで、楕円を与える第
(3)式の定数a₁〜a_oをx₁〜x_oに含めて、x₁〜x_oと規
格化すると、危険レベルを表わす閉曲面は、 （x² ₁＋x² ₂＋……＋x² _o）−１＝０ ……(4) で表わされる様なｎ次元の球を考えれば良い。

このように危険レベルを判断するためのｎ次元
の閉曲面が設定されたならば、第(4)式におけるx₁
〜x_oに時刻ｔで検出した物理的変化量の値x₁(t)〜
x_o(t)を代入し、 ｆ｛x_i(t)｝＞０ の条件が成立する場合、ベクトル〓(t)は前記第(4)
式で与えられる閉曲面の外側にあり、火災の状態
は危険レベルを越えたものと判断することができ
る。

以上の説明はアナログセンサの検出出力x_i(t)を
そのまま使用した火災判断でであつたが、次に現
時点から一定時間ｔ後のベクトル〓の軌跡を予想
して火災を判断する方法を説明する。

まず一次的にｎ次元ベクトル〓の軌跡を予測す
るには、現時点におけるベクトル〓(t)の時間ｔに
関する傾き（∂〓／∂t）_tを求め、 この傾きに従つてベクトル〓(t)を延長すればベ
クトル〓の軌跡を予測することができる。

即ち、現時点t₀からｔ秒後のベクトル〓の位置
〓（t₀＋ｔ）は 〓（t₀＋ｔ）＝〓（t₀）＋ｔ（∂〓／∂t）_t0 ……(5) で近似することができる。ここで傾き（∂〓／
∂t）_tは例えば現時点t₀より一定時間Δtの前のベク
トル位置〓（t₁−Δt）と現在のベクトル位置(t)の
差から （∂〓／∂t）_t0＝〓（t₀）−〓（t₀−Δt）／Δt ……(6) で求めることができる。この第(5)式および第(6)式
を各物理的変化量x₁〜x_oごとに表わせば、 となりｉ＝１，２……，ｎとすると 但し、ｉ＝１，２，……，ｎ としてまとめることができる。

次にベクトル〓の予測位置を２次的に近似する
には２次の近似式 〓（t₀＋ｔ）＝〓（t₀）＋ｔ（∂〓／
∂t）_t0＋１／２t²（∂²〓／∂t²）_t0……(9) を使用すれば良い。ここで微分係数（∂〓／∂t）_t
０，（∂²〓／∂t²）_t0 は、例えば、 （∂〓／∂t）_t0＝〓（t₀）−〓（t₀−2Δt）／2Δt ……(10) （∂〓／∂t²）_t0＝〓（t₀）−２〓（
t₀−Δt）＋〓（t₀−2Δt）／Δt²……(11) として求めることができる。

このようなベクトルの予測はｎ次の近似につい
ても同様の方法で行うことができる。

次にベクトル〓の予測値に基づいて警報を発す
る場合には、ベクトルの予測値が危険レベルを表
わす前記第(2)式で与えられる閉曲面（領域）を貫
く一定時間t_r前に警報を発するようにすればよ
く、この警報出力は次の手順に従つて行うことが
できる。

(1) 現時点までのベクトル〓の値から前記第(5)式
又は第(9)式を使用してt_r秒後のベクトル値〓
（t₀＋t_r）を予測演算する。

(2) この予測演算で得られたベクトル〓（t₀＋t_r）
が閉曲面（領域）の内側にあるか外側にあるか
を判別する。

(3) ベクトル〓（t₀＋t_r）が閉曲面の外側にある
場合には警報を発する。

この予測方法に基づいて第１図の実施例に示す
火災報知装置を構成する場合には、演算装置５で
使用される物理的変化量x₁〜x_oが一定時間ごとの
サンプリングにより得ているため離算的な値とな
るが、基本的な考え方は変らない。更に実際の装
置ではセンサ自身や周囲環境の変化、データ伝送
に伴うノイズが問題となるが、これはサンプリン
グされたデータについて周期加算による平滑化を
行つたり、微分演算を行う際に多数のサンプリン
グデータを使つて最少二乗法などによる近似演算
を行うことによりノイズの影響を除去することが
できる。

次に第２図のフローチヤートを参照して第１図
の実施例におけるベクトル予測演算による火災判
断処理を説明する。第２図のフローチヤートにお
いて、まずブロツク１０で各アナログセンサ１ａ
〜１ｎの伝送装置２ａ〜２ｎから伝送されたデジ
タルデータを受信装置４でアナログセンサごとに
識別受信し、所謂データサンプリングを行う。こ
のデータサンプリングと同時に受信されたデジタ
ルデータに含まれるセンサ自身や環境変化、更に
はデータ伝送に伴うノイズは、周期加算による平
滑化などの処理を施すことによりノイズ除去さ
れ、各センサごとに火災特有の異つた種類となる
物理的変化量x₁，x₂，……x_oを得る。

続いてブロツク１１においてt_r時間後のベクト
ル要素x_i（t₀＋t_r）の予測演算を行う。このベクト
ル要素x₁〜x_oの予測演算は前記第(5)式による一次
的な予測あるいは前記第(9)式による二次的な予測
の近似演算として実行される。もちろんｎ次の近
似予測であつてもよい。尚、現時点t₀からの予測
時間t_rは、前述したように予め設定した危険レベ
ルを示す前記第(2)式で与えられる閉曲面に達する
までの一定時間であり、その結果、閉曲面を貫く
一定時間t_r前に火災の予測警報ができるようにし
ている。

このように現時点t₀からt_r時間後のベクトル要
素x_i（t₀＋t_r）の予測演算が終了したならば、ブロ
ツク１２において予測されたベクトル〓（t₀＋t_r）
がｎ次空間に予め設定した危険レベルを与える前
記第(2)式の閉曲面ｆ（x₁，x₂，……，x_o）＝０を突
き破るかどうかのベクトル予測演算を実行する。
具体的には前記第(2)式のｆ（x₁，x₂，……，x_o）
にブロツク１１で求めたt_r時間後のベクトル要素
x₁（t₀＋t_r）〜x_o（t₀＋t_r）を代入してその値を求め
る。続いて判別ブロツク１３においてブロツク１
２で求めたt_r時間後の予測ベクトルで与えられる
ｆ（x₁，x₂，……，x_o）の値が零より大きいか小
さいかを判別する。即ち、危険レベルを与える閉
曲面を予測ベクトルが突き破つていれば、ブロツ
ク１２の演算値は零を越えた正の値を持ち、一
方、危険レベルを与える閉曲面に予測ベクトルが
達していなければ、零より小さい負の値を持つ。
従つて、判別ブロツク１３で零以上の時にはt_r時
間後の予測ベクトルが危険レベルを与える閉曲面
に達したものと判断してブロツク１４で火災を報
知する警報信号を出力する。一方、ブロツク１３
で零以下の負の値を持つ時には、予測ベクトルが
危険レベルを与える閉曲面に達していないことか
ら、再びブロツク１０の処理に戻り、同様なベク
トルの予測演算処理を実行する。

第３図は第２図のベクトル予測演算による火災
判断を温度と煙濃度の２つの物理的変化量につい
て示した座標説明図であり、例えば温度の危険レ
ベルを100℃、煙濃度の危険レベルを光減率20
％／ｍとすると、一点鎖線で示す絶対的な危険レ
ベルの内側に例えば実線で示す扇形の危険レベル
１５が予め設定されている。尚、危険レベル１５
は必ず絶対危険レベルの内側に設定されることに
なる。

この様な温度と煙濃度の２次元空間において、
例えば現時点t₀のベクトルを〓（t₀）とした場
合、現時点からt_r時間後のベクトル〓（t₀＋t_r）
が予測演算され、この予測演算されたベクトル〓
（t₀＋t_r）が図示の様に危険レベル１５を突き破つ
ていれば、火災と判断して警報信号の出力を行な
い、また、ベクトル〓（t₀＋t_r）が危険レベル１
５に達していなければ、警報信号の出力を行なわ
るに、次のサンプリングデータに基づいたベクト
ルの予測演算を実行する様になる。

第４図は第１図の実施例における他の火災判断
処理を示したフローチヤートであり、このフロー
チヤートは、ベクトルの予測演算を行なわずに現
時点のベクトル〓（t₀）が予めｎ次空間に設定し
た危険レベルを与える閉曲面を突き破つているか
どうか判断する様にしたことを特徴とする。

即ち、第４図のフローチヤートにおいては、ま
ずブロツク１６でアナログセンサで検出したデー
タをサンプリングしてノイズ除去処理を施し、現
時点t₀の物理的変化量x₁〜x_oを求めた。次に、ブ
ロツク１７で前記第(2)式の閉曲面の式ｆ（x₁，x₂，
…x_o）の演算を現時点のt₀の物理的変化量x₁〜x_o
を使用して演算し、その値を求める。尚、ブロツ
ク１７で現時点t₀の物理的変化量x₁〜x_oを使用し
た閉曲面の式の演算は、第２図のフローチヤート
に使用した予測演算の場合と異なつた閉曲面を設
定する必要があることから、f′（x₁，x₂，……，
x_o）として演算を行なつている。

続いてブロツク１８に進んで、ブロツク１７で
演算した時刻t₀での物理的変化量x₁〜x_oによる閉
曲面の式ｆ（x₁，x₂，……x_o）の値が零より大き
いか否かを判別し、零より大きければｎ次空間に
設定した閉曲面をベクトル〓（t₀）が突き破つて
いることから、ブロツク１９に進んで火災の警報
信号を出力し、一方、零より小さければ危険レベ
ルを設定した閉曲面にベクトル〓（t₀）が達して
いないことから、再びブロツク１６にもどつて、
同様な次のサンプリングデータに基づいたベクト
ル演算処理を実行する。

第５図は第１図の実施例で行なう本発明の他の
火災判断処理を示したフローチヤートであり、こ
の火災判断処理は第２図の予測演算処理と第４図
のリアルタイム処理とを組合わせたことを特徴と
し、予測処理とリアルタイム処理に分けるために
ベクトルの時間変化を与える微分係数（∂〓／
∂t）_tに大小によつて手順を変える様にしている。

即ち、第５図のフローチヤートにおいては、ブ
ロツク２０でアナログセンサからのｎ種類の物理
的変化量をサンプリングしてノイズ除去処理を施
し、現時点t₀の物理的変化量x₁〜x_oを求める。次
に、ブロツク２１において、前回のデータサンプ
リングで求めたベクトルと現時点t₀のベクトルか
らベクトルの傾き、即ち微分係数（∂〓／∂t）_tを
演算する。このベクトルの傾きの計算はサンプリ
ング周期Δtとすると、前記第(6)式の演算をもつ
て得ることができる。

続いて、判別ブロツク２２において予め定めた
定数C_iとブロツク２１で求めたベクトルの傾きと
比較し、予め定めた傾きC_iより大きければ、判別
ブロツク２３に進み、第４図のリアルタイム処理
で示した閉曲面の値が零より大きいか否かを判別
し、零より大きければ、危険レベルを与える閉曲
面を現時点のベクトル〓（t₀）が突き破つたもの
として警報信号を出力させる。

一方、判別ブロツク２２で演算されたベクトル
の傾きが予め定めた定数C_iより小さければ、ブロ
ツク２５に進んで、t_r時間後のベクトル要素〓_i
（t₀＋t_r）の予測演算を行ない、判別ブロツク２６
で予測ベクトルに対応してｎ次空間に予め設定し
た閉曲面の式ｆ（x₁，x₂，……x_o）の値を演算し、
この値が零より大きければ、t_r時間後に危険レベ
ルを与える閉曲面をベクトル〓（t₀＋t_r）が突き
破ると判断して、ブロツク２４により警報信号を
出力させる。

この第５図の火災判断処理で用いられるｎ次空
間に対する危険レベルを与える閉曲面の設定は、
例えば物理的変化量として温度と煙濃度をとつた
２次元空間を考えると、第６図に示す様に、現時
点t₀のベクトル〓（t₀）についてはより小さい危
険レベルを与える閉曲面f′（x₁，……，x_o）＝０を
設定し、一方、t_r時間後の予測ベクトル〓（t₀＋
t_r）についてはその外側に閉曲面ｆ（x₁，……，
x_o）＝０を設定している。

第７図は第５図のフローチヤートの変形例を示
したもので、このフローチヤートではベクトルの
傾きが定数C_iより大きい時には第５図における判
別ブロツク２３の演算を行なわずに直接ブロツク
２４に進んで警報信号の出力を行なう様にしたこ
とを特徴とする。他の構成は第５図のフローチヤ
ートと同じ様になる。

第８図は第１図の実施例で行なう本発明の他の
火災判断処理を示したフローチヤートである。

この第８図のフローチヤートでは、第２図に示
した予測演算処理におけるブロツク１０と１１の
間にブロツク２７及び判別ブロツク２８の処理を
追加し、サンプリングされた現時点t₀の物理的変
化量x₁（t₀）〜x_o（t₀）の各々が小さく、通常の変
化レベル以内にある時には、それ以後の予測演算
処理は行なわない様にしたことを特徴とし、演算
装置５にかかる負担を軽減できる様にしたもので
ある。

即ち、ブロツク２７で予測演算の開始レベルを
決める閉曲面の式f″（x₁，……，x_o）の演算を行
ない、判別ブロツク２８でこの演算開始レベルを
与える閉曲面の式f″（x₁，x₂，……，x_o）の値が
零より小さければ、ブロツク１１以降の処理は行
なわず、演算開始レベルを超える閉曲面を突き破
つて零以上となつた時、ブロツク１１以降の予測
演算処理を実行するものである。

更に、上記の実施例は単一の危険レベルを与え
る閉曲面をｎ次空間に設定した場合を例にとるも
のであつたが、ｎ次空間に相異なる複数の危険レ
ベルに対応した閉曲面を設定し、リアルタイムで
得られたベクトル若しくか予測演算で得られたベ
クトルが設定した複数の閉曲面を突き破るか否か
の判断で火災の進展状況を区別し、各閉曲面毎に
異なつた安全対策をとる様にしても良い。

更にまた、予測ベクトルが危険レベルを与える
閉曲面に達するまでの設定時間t_rを、例えばt_r＝
５分、４分、３分、２分、１分というように複数
準備し、t_r＝５分で予測ベクトル〓（t_r）が閉曲
面に達したら危険レベルまでの残り時間が５分で
あることを表示し、続いてt_r＝４分として予測ベ
クトル〓（t_r）を求め、このベクトルが閉曲面に
達したら残り時間が４分であることを表示し、以
下同様に３分、２分、１分と時間表示を行なうよ
うにしても良い。

（発明の効果） 以上、説明して来た様に本発明によれば、複数
のアナログセンサで火災特有の２以上、例えばｎ
種類の異なる物理的変化量を検出し、この検出出
力または検出出力に基く予測値からｎ次元空間に
おけるベクトル軌跡を演算し、ｎ次元空間に予め
設定した危険レベルに対応した閉曲面（境界）に
ベクトル軌跡が達しているか否かから火災を判断
する様にしたため、火災に特有な複数の物理的変
化量の様子を総合的に判断して火災の状況を適確
に把握することができ、警報信号の信頼性を大幅
に向上することができ、特に非火災報の低減に効
果を発揮する。

更に、火災の判断基準として設定する危険レベ
ルに対応したｎ次元空間での閉曲面の形状を火災
の種類（発炎火災、燻焼火災等）更には火災の規
模等に応じて設定すれば、実際の火災の状況を識
別判断することが可能であり、識別判断された火
災状況に合わせて防災機器の制御、消火設備の駆
動、避難誘導等の極めの細かい安全対策を適切に
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロツク
図、第２図は本発明によるベクトル予測演算によ
る火災判断を示したフローチヤート、第３図は第
２図の火災判断を温度と煙濃度の２次元空間につ
いて示した説明図、第４図はセンサ出力をそのま
ま使用したベクトル軌跡による火災判断を示した
フローチヤート、第５図はベクトル予測演算とリ
アルタイムのベクトル演算を組合わせた本発明の
火災判断を示したフローチヤート、第６図は第５
図の火災判断における予測判断とリアルタイム判
断で用いる閉曲面を温度と煙濃度の２次元空間を
例にとつて示した説明図、第７図は第５図の処理
判断でベクトルの傾きが所定値以上のときは直接
警報出力を行なうようにした本発明の他の火災判
断を示したフローチヤート、第８図は演算開始レ
ベルを与える閉曲面をベクトルが越えたときに初
めて火災判断の演算を行なうようにした本発明の
他の火災判断を示したフローチヤートである。 １ａ〜１ｎ……アナログセンサ、２ａ〜２ｎ…
…伝送装置、３……受信制御部、４……受信装
置、５……演算装置、６……制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 火災に特有な２以上となるｎ種類の異なる物
   理的変化量を検出する複数のアナログセンサと、 該アナログセンサで検出されたｎ種類の検出値
   または該検出値に基づいて予測演算された予測値
   により定まるｎ次元空間のベクトル軌跡を演算す
   る演算手段と、 該演算手段で演算したベクトル軌跡が前記ｎ次
   元空間に予め設定した危険レベルを示す１または
   複数の境界の内側にあるか外側にあるかで火災状
   況を判断する火災判断手段を備えたことを特徴と
   する火災報知装置。