RU2815322C2 - Method of locating fire source using multilayer recurrent perceptron - Google Patents

Method of locating fire source using multilayer recurrent perceptron Download PDF

Info

Publication number
RU2815322C2
RU2815322C2 RU2021117160A RU2021117160A RU2815322C2 RU 2815322 C2 RU2815322 C2 RU 2815322C2 RU 2021117160 A RU2021117160 A RU 2021117160A RU 2021117160 A RU2021117160 A RU 2021117160A RU 2815322 C2 RU2815322 C2 RU 2815322C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fire
perceptron
location
sensors
multilayer recurrent
Prior art date
Application number
RU2021117160A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021117160A (en
Inventor
Галина Федоровна Малыхина
Владимир Николаевич Круглеевский
Иван Викторович Образцов
Алена Игоревна Гусева
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ")
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ")
Publication of RU2021117160A publication Critical patent/RU2021117160A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2815322C2 publication Critical patent/RU2815322C2/en

Links

Abstract

FIELD: fire-fighting equipment.
SUBSTANCE: present invention relates to methods of ensuring fire safety in premises of fire hazardous facilities. Technical result is achieved by determining the location of the fire source using a multilayer recurrent perceptron, at that, to measure fire factors, multi-parameter fire sensors of a fire alarm system are used, which are placed in a room using a genetic algorithm, all measurements of temperature, optical density, concentration of carbon monoxide of air and coordinates of location of multiparameter fire sensors are entered into multilayer recurrent perceptron, wherein the multilayer recurrent perceptron is trained by the Levenberg–Marquardt method and the multilayer recurrent perceptron is validated using fire simulation, and then using the trained neural network, the location of the fire source is determined.
EFFECT: reducing the error of determining the location of the fire source with reliability to the zone of the fire source and reducing the time spent by the equipment on detecting the fire source.
1 cl, 5 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к способам обеспечения пожарной безопасности в помещении пожароопасных объектов, служащих для определения местоположения очага пожара с достоверностью до зоны возгорания и может быть использовано в системах информационной поддержки пожарной безопасности, для более быстрой и эффективной локализации и ликвидации пожара.The present invention relates to methods for ensuring fire safety in the premises of fire-hazardous objects, which serve to determine the location of the fire with accuracy up to the fire zone and can be used in fire safety information support systems for faster and more efficient localization and elimination of the fire.

Известна «Система контроля пожарной опасности» (RU № 26430 U1, A62C 37/00, A62C 37/10, опубл.10.12.2002), включающая связанные между собой шлейфами датчики, подключенные к панели контроля, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит центральный прибор и групповые приборы, датчики выполнены в виде аналоговых датчиков, каждый из которых содержит адресный модуль, при этом датчики связаны между собой и с групповыми приборами кольцевыми шлейфами так, что каждый шлейф снабжен отдельным групповым прибором, а каждый датчик снабжен отсекателем короткозамкнутых участков соответствующего шлейфа, при этом центральный прибор связан с групповыми приборами с панелью контроля.The “Fire Hazard Monitoring System” is known (RU No. 26430 U1, A62C 37/00, A62C 37/10, publ. 12/10/2002), which includes sensors interconnected by loops connected to the control panel, characterized in that it additionally contains a central device and group devices, sensors are made in the form of analog sensors, each of which contains an addressable module, while the sensors are connected to each other and to group devices by ring loops so that each loop is equipped with a separate group device, and each sensor is equipped with a cutter for short-circuited sections of the corresponding loop , while the central device is connected to group devices with a control panel.

Также известен «Способ автоматического обнаружения начальных стадий пожаров в помещениях пожароопасных объектов, содержащих тепловыделяющее оборудование» (RU № 2646204, G08B 17/00, G08B 17/12, опубл.01.03.2018), заключающийся в циклическом определении значений контролируемых параметров опасных факторов пожара, сравнении полученных результатов с заданными предельно допустимыми значениями и сигнализации о пожаре, в случае достижения этих значений, отличающийся тем, что с целью обнаружения пожара на начальной стадии его развития все множество контролируемых на объекте физических параметров объединяют в группы, каждая из которых характеризует процессы возникновения и развития пожара в конкретном помещении, при этом каждому контролируемому параметру в группе присваивают порядковый номер и на каждом цикле контроля из полученных значений параметров в соответствии с их порядковыми номерами формируют численные ряды, которые запоминают и на последующих циклах контроля сравнивают с вновь сформированным численным рядом, который в случае несовпадения также запоминают для последующего сравнения, при этом запоминание новых численных рядов производят в первоначальный период обучения и самонастройки или периодически в течение времени, за которое изменения контролируемых параметров достигают максимально возможных значений, но не превышают предельно допустимых значений, а после окончания периода обучения и самонастройки, при появлении численного ряда, отличного от запомненных, сигнализируют о возникновении начальной стадии пожара в помещении.Also known is the “Method for automatic detection of the initial stages of fires in the premises of fire-hazardous objects containing heat-generating equipment” (RU No. 2646204, G08B 17/00, G08B 17/12, publ. 03/01/2018), which consists in cyclically determining the values of controlled parameters of fire hazards , comparing the results obtained with the specified maximum permissible values and signaling a fire if these values are reached, characterized in that in order to detect a fire at the initial stage of its development, the entire set of physical parameters controlled at the facility are combined into groups, each of which characterizes the processes of occurrence and the development of a fire in a specific room, while each monitored parameter in the group is assigned a serial number and, at each control cycle, numerical series are formed from the obtained parameter values in accordance with their serial numbers, which are stored and, in subsequent control cycles, compared with the newly formed numerical series, which, in case of a discrepancy, is also remembered for subsequent comparison, while the memorization of new numerical series is carried out during the initial period of training and self-tuning or periodically during the time during which changes in the monitored parameters reach the maximum possible values, but do not exceed the maximum permissible values, and after the end of the period training and self-tuning, when a numerical series appears that differs from those stored, they signal the occurrence of the initial stage of a fire in the room.

Также известен «Способ обнаружения пожара и интеллектуальная станция управления для осуществления способа» (RU № 2344859, А62С 3/00, G08B 17/00, опубл. 27.01.2009), который состоит в постоянном выделении факторов пожарной опасности среды контролируемого объекта, преобразовании выделенных факторов в массив оцифрованных данных, сопоставлении этого массива данных с массивом априорных данных, классификации полученных результатов сопоставления в соответствии с экстремумами и выработке, в зависимости от класса опасности, управляющего сигнала. Интеллектуальная станция управления содержит корпус с последовательно расположенными в нем аспирационным устройством, процессором, прибором управления, узлом исполнительных органов и каналом пожаротушения, причем аспирационное устройство состоит из последовательно расположенных входного трубопровода, термодатчика, вентилятора, фильтра грубой очистки от пыли, фильтра тонкой очистки от пыли, модуля датчиков, выхлопного трубопровода, а процессор содержит блок аналого-цифровых преобразователей, блок функциональных измерений и корреляций, блок управления и программированияAlso known is the “Fire detection method and intelligent control station for implementing the method” (RU No. 2344859, A62C 3/00, G08B 17/00, publ. 01/27/2009), which consists of constantly identifying fire hazard factors in the environment of the controlled object, transforming the identified factors into an array of digitized data, comparing this data array with an array of a priori data, classifying the obtained comparison results in accordance with extrema and generating, depending on the hazard class, a control signal. The intelligent control station contains a housing with an aspiration device, a processor, a control device, an actuator assembly and a fire extinguishing channel arranged in series, wherein the aspiration device consists of an inlet pipeline, a temperature sensor, a fan, a coarse dust filter and a fine dust filter located in series. , sensor module, exhaust pipe, and the processor contains a block of analog-to-digital converters, a block of functional measurements and correlations, a control and programming block

В качестве существенного недостатка указанных способов следует указать необходимость выполнения большого комплекса предварительных работ по анализу каждого контролируемого объекта, отсутствие оптимизации определения координат местоположения очага пожара и оптимизации расположения датчиков, и отсутствие автоматической адаптации системы к параметрам объекта.As a significant drawback of these methods, it is necessary to indicate the need to perform a large complex of preliminary work on the analysis of each controlled object, the lack of optimization of determining the coordinates of the location of the fire and optimization of the location of sensors, and the lack of automatic adaptation of the system to the parameters of the object.

Наиболее близким техническим решением заявленного изобретения является порядок измерения параметров пожара мультикритериальным и пожарными датчиками системы пожарной сигнализации, представленный в описании патента на полезную модель «Судовое устройство определения источника пожара мультикритериальным пожарным извещателем с использованием нейронного классификатора» (№198734, G08B 19/00, опубл. 27.01.2009) предназначенный для передачи на микроконтроллер аналогово-цифрового преобразователя сигнала о типе источника пожара. The closest technical solution of the claimed invention is the procedure for measuring fire parameters with multi-criteria and fire sensors of the fire alarm system, presented in the description of the patent for the utility model “Ship device for determining the source of fire with a multi-criteria fire detector using a neural classifier” (No. 198734, G08B 19/00, publ. 01/27/2009) designed to transmit a signal about the type of fire source to the microcontroller of an analog-to-digital converter.

Недостатком мультикритериальных пожарных извещателей является то, что они выдают малоинформативный, полученный с использованием пороговой обработки, дискретный сигнал, что не позволяет с достаточной точностью локализовать источник и определять тип источника пожара.The disadvantage of multi-criteria fire detectors is that they produce a low-informative discrete signal obtained using threshold processing, which does not allow the source to be localized with sufficient accuracy and the type of fire source to be determined.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности определения местоположения очага пожара с достоверностью до зоны очага пожара, что позволяет быстрее и эффективнее определять факт пожара, локализировать и ликвидировать источник пожара в помещении пожароопасных объектов.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of determining the location of the fire source with accuracy up to the fire source zone, which makes it possible to quickly and efficiently determine the fact of a fire, localize and eliminate the source of the fire in the premises of fire-hazardous objects.

Технический результат заявляемого изобретения достигается в предложенном способе определения местоположения очага пожара с использованием многослойного рекуррентного персептрона (МРП), использующем результаты измерения факторов пожара, в котором, в отличие от прототипа, для измерения факторов пожара используют многопараметрические пожарные датчики системы пожарной сигнализации, которые размещают в помещении с применением генетического алгоритма, все измерения температуры, оптической плотности, концентрации угарного газа воздушной среды и координаты расположения многопараметрических пожарных датчиков вводят в МРП, обучение и валидацию МРП проводят с применением моделирования пожара. В данном способе вместо пороговых сигналов мультикритериальных датчиков используют непрерывные цифровые сигналы многопараметрических датчиков, что дает возможность учитывать корреляционные зависимости между параметрами – факторами пожара, введение полученной цифровой информации от датчиков в МРП позволяет накапливать данные, обучающие нейронную сеть, также для оптимального расположения многопараметрических датчиков применяют генетический алгоритм.The technical result of the claimed invention is achieved in the proposed method for determining the location of a fire using a multilayer recurrent perceptron (MRP), using the results of measuring fire factors, in which, unlike the prototype, to measure fire factors, multi-parameter fire sensors of the fire alarm system are used, which are placed in indoors using a genetic algorithm, all measurements of temperature, optical density, carbon monoxide concentration in the air and the coordinates of the location of multi-parameter fire sensors are entered into the MRP, training and validation of the MRP is carried out using fire modeling. In this method, instead of the threshold signals of multi-criteria sensors, continuous digital signals of multi-parameter sensors are used, which makes it possible to take into account the correlation dependencies between parameters - fire factors, the introduction of the received digital information from the sensors into the MRP allows the accumulation of data that trains the neural network, and is also used for the optimal placement of multi-parameter sensors genetic algorithm.

Для определения координат местоположения очага пожара используют МРП с тремя слоями, содержащую в двух скрытых слоях восемь и пять нейронов, в выходном слое два нейрона с набором функций активации - гиперболический тангенс и методом обучения с обратным распространением ошибки во времени на все слои нейронной сети. Функция активации - гиперболический тангенс является всюду дифференцируемой активационной функцией и подходит для сетей с обратным распространением. По сравнению с другими распространёнными функциями активации эта функция показывает меньший процент ошибки.To determine the coordinates of the location of the fire, an MRP with three layers is used, containing eight and five neurons in two hidden layers, two neurons in the output layer with a set of activation functions - a hyperbolic tangent and a learning method with backpropagation of the error in time to all layers of the neural network. Activation function - hyperbolic tangent is an everywhere differentiable activation function and is suitable for backpropagation networks. Compared to other common activation functions, this function shows a lower error rate.

Валидацию работы нейронной сети проводят путем моделирования помещения с расстановкой источников пожара. Моделирование пожара проводят с использованием симулятора динамики пожара (FDS), который создает цифрового двойника пожара. Цифровой двойник пожара имеет ряд преимуществ перед натурной моделью пожара: безопасность, низкую стоимость, большой охват пожаром площади помещений. Validation of the neural network is carried out by simulating a room with an arrangement of fire sources. Fire simulation is carried out using a Fire Dynamics Simulator (FDS), which creates a digital twin of the fire. A digital fire twin has a number of advantages over a full-scale fire model: safety, low cost, large fire coverage of premises.

Нейронная сеть представлена в виде многослойного персептрона.The neural network is presented in the form of a multilayer perceptron.

Совокупность перечисленных выше существенных признаков увеличивает достоверность определения очага пожара.The combination of the essential features listed above increases the reliability of identifying the source of the fire.

На прилагаемых к описанию иллюстрациях представлено:The illustrations accompanying the description show:

Фиг.1 – общая схема взаимодействия систем пожаробезопасности, состоящая из: 1 – блок сбора информации с многопараметрических датчиков, 2 – многопараметрические датчики, 3 – система сбора информации, 4 – блок управления, 5 – информационная система.Figure 1 – general diagram of the interaction of fire safety systems, consisting of: 1 – block for collecting information from multi-parameter sensors, 2 – multi-parameter sensors, 3 – information collection system, 4 – control unit, 5 – information system.

Фиг.2 – структурная схема МРП, состоящая из: 6 – сигналы с выхода многопараметрических датчиков, 7 – блок задержек, 8 – входной слой, 9 – первый скрытый слой, 10 – обратная связь первого скрытого слоя, 11 – второй скрытый слой, 12 – обратная связь второго скрытого слоя, 13 – выходной слой, 14 – обратная связь выходного слоя.Fig. 2 – block diagram of the MRP, consisting of: 6 – signals from the output of multi-parameter sensors, 7 – delay block, 8 – input layer, 9 – first hidden layer, 10 – feedback of the first hidden layer, 11 – second hidden layer, 12 – feedback of the second hidden layer, 13 – output layer, 14 – feedback of the output layer.

Фиг.3 – график результатов обучения МРП с задержками на входе, где 15 – график обучения, 16 – график валидации, 17 – график тестирования.Figure 3 is a graph of MRP training results with input delays, where 15 is a training graph, 16 is a validation graph, 17 is a testing graph.

Фиг.4 – схема расположения источников пожара в моделируемом помещении, где 18, 19, 20, 21, 22 – источники пожара.Figure 4 is a diagram of the location of fire sources in the simulated room, where 18, 19, 20, 21, 22 are fire sources.

Фиг.5 – схема определения зоны пожара, где 18, 19, 20, 21, 22 – источники пожара, 23, 24, 25, 26, 28 – очаги пожара, точками, цветов соответствующим номерам очагов пожара, показаны результаты работы нейронной сети по определению места очага пожара.Figure 5 is a diagram for determining a fire zone, where 18, 19, 20, 21, 22 are fire sources, 23, 24, 25, 26, 28 are fire sources, with dots, colors corresponding to the numbers of fire sources, showing the results of the neural network according to determining the location of the fire.

Способ определения местоположения очага пожара с использованием многослойного рекуррентного персептрона представлен на общей схеме взаимодействия систем пожаробезопасности (Фиг. 1), где показана структурная схема противопожарной системы, которая включает блок сбора информации с многопараметрических датчиков 1, состоящий из многопараметрических пожарных датчиков 2 и системы сбора информации 3, блока управления 4 и информационной системы 5, которая содержит блок нейронной сети. A method for determining the location of a fire using a multilayer recurrent perceptron is presented in the general diagram of the interaction of fire safety systems (Fig. 1), which shows a block diagram of a fire protection system, which includes a block for collecting information from multi-parameter sensors 1, consisting of multi-parameter fire sensors 2 and an information collection system 3, control unit 4 and information system 5, which contains a neural network unit.

Блок нейронной сети показан на Фиг.2. Нейронная сеть представляет собой многослойный рекуррентный персептрон с задержками на входе. Сигналы с выхода многопараметрических датчиков 6 проходят через блок задержек 7. Блок задержек 7 формирует на выходе в дискретный момент времени вектор измерения q факторов пожара, измеренных одним многопараметрическим датчиком, , в моменты времени Входной слой 8 определяет вектор сигналов с задержками, полученными от всех многопараметрических датчиков, расположенных в позициях p=1,…,m, где , – количество позиций многопараметрических датчиков в контролируемом помещении. Входной слой представлен вектором:The neural network block is shown in Figure 2. The neural network is a multilayer recurrent perceptron with input delays. Signals from the output of multi-parameter sensors 6 pass through a delay block 7. The delay block 7 forms at the output at a discrete point in time a measurement vector of q fire factors measured by one multi-parameter sensor, , at the moments of time Input layer 8 determines the vector of signals with delays received from all multi-parameter sensors sensors located in positions p=1,...,m, where , is the number of positions of multi-parameter sensors in the controlled room. The input layer is represented by a vector:

который дополнен вектором координат многопараметрических датчиков: which is supplemented by the coordinate vector of multiparameter sensors:

Число узлов входного слоя определяется по формуле:The number of input layer nodes is determined by the formula:

где – количество многопараметрических датчиков противопожарной системы, – количество измеряемых каждым датчиком факторов пожара, – количество временных задержек на входе нейронной сети, – число координат расположения датчиков, . Первый скрытый слой 9 МРП имеет восемь полно-связных нейронов с активационной функциейwhere is the number of multi-parameter fire protection system sensors, is the number of fire factors measured by each sensor, is the number of time delays at the input of the neural network, is the number of sensor location coordinates, . The first hidden layer 9 MRP has eight fully connected neurons with an activation function

где ν – выходной сигнал сумматора нейрона, характеризующий его локальное поле, e ≈ 2,71828 – математическая константа. Первый скрытый слой имеет обратную связь первого скрытого слоя 10. Второй скрытый слой 11 МРП имеет пять полно-связных нейронов с активационной функцией, определяемой по формуле (4) и обратную связь второго скрытого слоя 12. Выходной слой 13 содержит два нейрона и обратную связь выходного скрытого слоя 14. Выходной слой формирует сигнал Y, который определяет координаты местоположения очага пожара.where ν is the output signal of the neuron adder, characterizing its local field, e ≈ 2.71828 is a mathematical constant. The first hidden layer has the feedback of the first hidden layer 10. The second hidden layer 11 of the MRP has five fully connected neurons with an activation function determined by formula (4) and the feedback of the second hidden layer 12. The output layer 13 contains two neurons and the feedback of the output hidden layer 14. The output layer generates a signal Y, which determines the coordinates of the location of the fire.

Обучение МРП выполняют методом Левенберга-Маркварда обратного распространения ошибок по времени в режиме реального времени. Для обучения нейронной сети применяют два типа данных. Данные первого типа получают путем моделирования пожара с использованием симулятора динамики пожара (FDS), который создает цифрового двойника пожара. Цифровой двойник пожара имеет ряд преимуществ перед натурной моделью пожара: безопасность, низкую стоимость, большой охват пожаром площади помещений. Данные второго типа получают в результате огневых стендовых испытаний, например, в ООО «НПО «Пожарная автоматика сервис» в г. Шуя или в ФГУП «Крыловский государственный научный центр». MRP training is performed using the Levenberg-Marquard method of backpropagation of errors over time in real time. Two types of data are used to train a neural network. The first type of data is obtained by simulating a fire using a Fire Dynamics Simulator (FDS), which creates a digital twin of the fire. A digital fire twin has a number of advantages over a full-scale fire model: safety, low cost, large fire coverage of premises. Data of the second type is obtained as a result of fire bench tests, for example, at NPO Fire Automation Service LLC in Shuya or at the Federal State Unitary Enterprise Krylov State Scientific Center.

Предложенный способ определения местоположения очага пожара с использованием многослойного рекуррентного персептрона включает следующие действия:The proposed method for determining the location of a fire using a multilayer recurrent perceptron includes the following steps:

1. Создание цифровой модели – двойника развития пожара в помещении или выполнение огневых стендовых испытаний.1. Creating a digital model - a double of the development of a fire in a room or performing fire bench tests.

2. Определение плана оптимального расположения многопараметрических датчиков в контролируемом помещении.2. Determination of a plan for the optimal location of multi-parameter sensors in a controlled room.

3. Получение данных многопараметрических датчиков, размещенных в оптимальных позициях в помещении на заданной высоте.3. Obtaining data from multi-parameter sensors placed in optimal positions in the room at a given height.

4. Обучение МРП методом обратного распространения во времени.4. Training of MRP using the method of back propagation in time.

5. Валидация нейронной сети с использованием новых данных, не использованных при обучении.5. Validation of the neural network using new data not used in training.

6. Применение обученной нейронной сети при определении местоположения источника пожара.6. Application of a trained neural network in determining the location of the fire source.

Пример 1. Выбирают многопараметрические датчики, измеряющие факторы пожара: температуру, концентрацию монооксида углерода и концентрацию дыма. Датчики устанавливают в оптимальные позиции, рассчитанные с применением генетического алгоритма. С использованием симулятора динамики пожара (FDS) получают результаты измерения факторов пожара в координатах установки датчиков. Example 1. Multi-parameter sensors are selected that measure fire factors: temperature, carbon monoxide concentration and smoke concentration. The sensors are installed in optimal positions calculated using a genetic algorithm. Using a fire dynamics simulator (FDS), the results of measuring fire factors in the coordinates of sensor installation are obtained.

Конструируют МРП с задержками на входе и выполняют его обучение во времени по методу Левенберга-Маркварда. На Фиг. 3 показаны следующие графики зависимостей среднеквадратической ошибки (с.к.о.) от номера шага обучения: график обучения 15, график проверки (валидации) обучения 16 и график тестирования 17. Зависимость показывает, что уже на шестнадцатом шаге обучения было достигнуто обучение МРП.A MRP with input delays is constructed and trained in time using the Levenberg-Marquard method. In FIG. Figure 3 shows the following graphs of the dependence of the root mean square error (rms) on the number of the training step: training schedule 15, training verification (validation) schedule 16 and testing schedule 17. The dependence shows that already at the sixteenth training step, MRP training was achieved.

На Фиг. 4 показано моделируемое помещение с отмеченными источниками пожара 18, 19, 20, 21, 22. Габариты помещения: составляют 7м в длину и 5м в ширину. В таблице 1 указаны координаты источников пожара, отсчитанные от точки 23 (см. Фиг.4).In FIG. Figure 4 shows a simulated room with marked fire sources 18, 19, 20, 21, 22. The dimensions of the room are 7 m long and 5 m wide. Table 1 shows the coordinates of the fire sources, measured from point 23 (see Figure 4).

Таблица 1. Координаты источников пожараTable 1. Coordinates of fire sources № источникаSource no. Расстояние по длине, мLength distance, m Расстояние по ширине, мWidth distance, m 1818 4.04.0 0.90.9 1919 0.60.6 2.92.9 2020 3.13.1 4.84.8 2121 4.64.6 2.42.4 2222 6.46.4 0.60.6

При оптимальном расположении многопараметрических датчиков на Фиг. 5 показаны области, размеченные с помощью МРП как зоны, где произошло возгорание. В таблице 2 показаны номера очагов пожара и соответствующие им номера эллипсов.With the optimal arrangement of multi-parameter sensors in Fig. Figure 5 shows areas marked using MCI as zones where a fire occurred. Table 2 shows the numbers of fire sources and the corresponding numbers of ellipses.

Таблица 2 Результаты определения очагов пожараTable 2 Results of identifying fire sources Номер очага пожараFire number 1818 1919 2020 2121 2222 Номер эллипсаEllipse number 2424 2525 2626 2727 2828

На Фиг.5 представлено расположение очагов пожара 18, 19, 20, 21, 22 с отмеченными зонами локализации пожара в виде проекции на плоскость плана помещения. Для определения способности нейронной сети локализовать очаг пожара было выполнено многократное компьютерное моделирование возгорания разных горючих материалов (кабеля, бумаги, бензина, спиртосодержащих веществ и бытовых отходов) и определение места очага пожара. Точками на Фиг.5 показаны результаты определения места очага пожара, эллипсами – зоны 24, 25, 26, 27, 28, характеризующие точность локализации очага пожара при разных источниках пожара. Figure 5 shows the location of fires 18, 19, 20, 21, 22 with marked fire localization zones in the form of a projection onto the plane of the room plan. To determine the ability of a neural network to localize a fire, multiple computer simulations of the fire of various combustible materials (cable, paper, gasoline, alcohol-containing substances and household waste) and determination of the location of the fire were performed. The dots in Figure 5 show the results of determining the location of the fire, and the ellipses show zones 24, 25, 26, 27, 28, which characterize the accuracy of localizing the fire for different fire sources.

Вероятность правильного определения очага пожара, составляет 92%. Для включения автоматических систем пожаротушения в больших помещениях, такой размер областей пожара является вполне удовлетворительным.The probability of correctly identifying the source of the fire is 92%. To activate automatic fire extinguishing systems in large rooms, this size of fire areas is quite satisfactory.

Нейронную сеть обучают в среде пакета Matlab R2019a. Обученная нейронная сеть распознает место пожара, начиная с пятой секунды пожара, так как она отслеживает тенденцию возрастания факторов пожара: температуры, видимости и концентрации угарного газа воздушной среды, измеряемых многопараметрическими датчиками. Кроме того, в качестве входных параметров нейронной сети передают координаты многопараметрических датчиков, с которых получают данные. Так как в экспериментах многопараметрические датчики расположены на одной высоте, использованы две координаты (расположение по длине и по ширине помещения). МРП имеет 51 элемент входного слоя (по пять отсчетов трех измеряемых параметров подают с выхода каждого из трех датчиков и дополнительно шесть параметров координат датчиков). Выходной слой МРП имеет два выходных параметра, которые являются результатом определения координат очага пожара по ширине и длине помещения. The neural network is trained in the Matlab R2019a environment. The trained neural network recognizes the location of the fire, starting from the fifth second of the fire, as it tracks the trend of increasing fire factors: temperature, visibility and concentration of carbon monoxide in the air, measured by multi-parameter sensors. In addition, the coordinates of multiparameter sensors from which data are received are transmitted as input parameters to the neural network. Since in the experiments multiparameter sensors are located at the same height, two coordinates were used (location along the length and width of the room). The MRP has 51 elements of the input layer (five samples of three measured parameters are supplied from the output of each of the three sensors and an additional six parameters of the sensor coordinates). The output layer of the MRP has two output parameters, which are the result of determining the coordinates of the fire source along the width and length of the room.

При выполнении типовых пожарных испытаний используется программа визуализации работы многопараметрических датчиков, которая отображает динамику изменения контролируемых параметров и фиксирует их относительные значения при срабатывании многопараметрического алгоритма обнаружения пожара. Такое решение позволяет обеспечить повышение информативности системы пожарной сигнализации с многопараметрическими датчиками, тем самым быстрее и эффективнее локализовать и ликвидировать пожар.When performing standard fire tests, a program is used to visualize the operation of multi-parameter sensors, which displays the dynamics of changes in the monitored parameters and records their relative values when the multi-parameter fire detection algorithm is triggered. This solution makes it possible to increase the information content of a fire alarm system with multi-parameter sensors, thereby localizing and extinguishing a fire faster and more efficiently.

Claims (1)

Способ определения местоположения очага пожара с использованием многослойного рекуррентного персептрона, использующий результаты измерения факторов пожара, при этом для измерения факторов пожара используют многопараметрические пожарные датчики системы пожарной сигнализации, которые размещают в помещении с применением генетического алгоритма, все измерения температуры, оптической плотности, концентрации угарного газа воздушной среды и координаты расположения многопараметрических пожарных датчиков вводят в многослойный рекуррентный персептрон, отличающийся тем, что обучение многослойного рекуррентного персептрона проводят методом Левенберга-Маркварда и валидацию многослойного рекуррентного персептрона проводят с применением моделирования пожара, затем с помощью обученной нейронной сети производят определение местоположения источника пожара.A method for determining the location of a fire using a multilayer recurrent perceptron, using the results of measuring fire factors, while to measure fire factors, multi-parameter fire sensors of the fire alarm system are used, which are placed in the room using a genetic algorithm, all measurements of temperature, optical density, carbon monoxide concentration air environment and the location coordinates of multi-parameter fire sensors are entered into a multilayer recurrent perceptron, characterized in that the multilayer recurrent perceptron is trained using the Levenberg-Marquard method and the multilayer recurrent perceptron is validated using fire modeling, then the location of the fire source is determined using a trained neural network.
RU2021117160A 2021-06-11 Method of locating fire source using multilayer recurrent perceptron RU2815322C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021117160A RU2021117160A (en) 2022-12-12
RU2815322C2 true RU2815322C2 (en) 2024-03-13

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190176987A1 (en) * 2017-12-13 2019-06-13 James E. Beecham System and method for fire suppression via artificial intelligence
RU198734U1 (en) * 2020-04-22 2020-07-24 Общество с ограниченной ответственностью «НПО ПОЖАРНАЯ АВТОМАТИКА СЕРВИС» Marine device for determining the source of ignition by a multicriteria fire detector using a neural classifier

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190176987A1 (en) * 2017-12-13 2019-06-13 James E. Beecham System and method for fire suppression via artificial intelligence
RU198734U1 (en) * 2020-04-22 2020-07-24 Общество с ограниченной ответственностью «НПО ПОЖАРНАЯ АВТОМАТИКА СЕРВИС» Marine device for determining the source of ignition by a multicriteria fire detector using a neural classifier

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВАКУЛЕНКО С.А.: "Практический курс по нейронным сетям", 2018, найдено в сети Интернет URL:https://books.ifmo.ru/file/pdf/2394.pdf. *
ГУСЕВА А.И.: "Использование нейросетевой модели обработки данных в системах обнаружения пожаров для определения места возгорания", журнал Морские Интеллектуальные технологии 2(44) т2 2019 стр.93, 2019, Найдено в сети Интернет URL http://morintex.ru/wp-content/files_mf/1559896461MITVOL44No2PART22019.pdf. DANIL V. PROKHOROV: "Object Recognition in 3D Lidar Data with Recurrent Neural Network", Найдено в сети Интернет URL:"https://ieeexplore.ieee.org/document/5204114", 2009. MERT NAKIP: "Recurrent Trend Predictive Neural Network for Multi-Sensor Fire Detection", Найдено в сети Интернет URL: "https://ieeexplore.ieee.org/document/9451553", 10.06.2021. *
ЛИСАКОВ С.А. и др.: "Определение числа точек контроля и их расположения на охраняемом объекте для быстродействующей многоточечной оптико-электронной системы обнаружения пламени и определения его пространственных координат, 2017, Найдено в сети Интернет URL:https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-chisla-tochek-kontrolya-i-ih-raspolozheniya-na-ohranyaemom-obekte-dlya-bystrodeystvuyuschey-mnogotochechnoy-optiko". *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Smart detection of fire source in tunnel based on the numerical database and artificial intelligence
Bastani et al. Contaminant source identification within a building: toward design of immune buildings
CN110319982B (en) Buried gas pipeline leakage judgment method based on machine learning
CN101162545A (en) Tall building fire light-temperature composite intelligent monitoring prediction device
CN102419799A (en) Fire fighting system reliability analysis and calculation method
CN102737466A (en) Method and system for estimating position and intensity of ignition source of fire
RU2344859C2 (en) Method of fire detection and intellectual station of guidance for method realisation
CN104318688A (en) Multi-sensor fire early-warning method based on data fusion
CN1963878A (en) Intelligence inspection prewarning forecasting apparatus for fire of high-rise building
EP2972188A1 (en) Systems and methods for monitoring and controlled capture of air samples for analysis
JPH08234832A (en) Device and method for monitoring and diagnostic plant
Pospelov et al. A method for preventing the emergency resulting from fires in the premises through operative control over a gas medium
US5121344A (en) Method of locating underground mines fires
CN112002095A (en) Fire early warning method in mine tunnel
CN109446697B (en) ELM-based mine wind speed fault branch diagnosis method
Andreev et al. Fire alarm systems construction on artificial intelligence principles
RU2815322C2 (en) Method of locating fire source using multilayer recurrent perceptron
Malykhina et al. Early fire prevention in the plant
CN116341901A (en) Integrated evaluation method for landslide surface domain-monomer hazard early warning
Zhai et al. Identifying decaying contaminant source location in building HVAC system using the adjoint probability method
RU2461807C1 (en) Device for detecting leakage of water-steam mixture from pipeline
JiJi et al. Multivariate statistical process control for continuous monitoring of networked early warning fire detection (EWFD) systems
Boracchi et al. A cognitive monitoring system for detecting and isolating contaminants and faults in intelligent buildings
Andria et al. Model characterization in measurements of environmental pollutants via data correlation of sensor outputs
CN201117044Y (en) High-rise building fire forecast device based on light and temperature composite intelligent monitoring