摘 要： 通過分析得出火災(zāi)探測信號的特征，并針對這些特征指出了減少火災(zāi)誤報率和漏報率、提高火災(zāi)報警準(zhǔn)確性的智能算法，包括數(shù)字濾波、靈敏度自動調(diào)整、自動漂移補(bǔ)償、上升速率分析等。這些算法對實(shí)際的工程應(yīng)用有著很好的借鑒價值。
關(guān)鍵詞： 火災(zāi)；智能算法；火災(zāi)探測信號；上升速率分析
智能算法是智能火災(zāi)報警控制器判斷火災(zāi)的一種算法，要想通過智能算法最大可能地減少對火災(zāi)的誤報率和漏報率，提高火災(zāi)報警的準(zhǔn)確性，首先要了解火災(zāi)探測信號的特征。
1 火災(zāi)探測信號的特征
火災(zāi)探測的原理是火災(zāi)探測器或傳感器通過火災(zāi)發(fā)生時產(chǎn)生的各種物理和化學(xué)變化特征來間接探測火災(zāi)，例如通過探測火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧、火災(zāi)引起的高溫、火焰和氣體等。
火災(zāi)探測器或傳感器的輸出信號x0（t）隨火災(zāi)的發(fā)展而變化，火災(zāi)的早期特征狀態(tài)不穩(wěn)定，并且具有不同的表現(xiàn)形式，如慢速陰燃、明火和快速發(fā)展的火焰等，這些火災(zāi)信號的變化量不一樣，并且火災(zāi)為偶然事件，很少有觀察數(shù)據(jù)，因此，x0（t）是事先未知的或不確定的信號。此外，環(huán)境變化如氣候、濕度、灰塵、電子噪聲和人為的其他活動都有可能引起x0（t）的變化，而這種變化的特征與火災(zāi)參數(shù)變化的特征基本相似。盡管檢測 x0（t）是困難的，但它們的變化還是表現(xiàn)了火災(zāi)早期的一些特征，有時可以把x0（t）近似看作是一種非平穩(wěn)的隨機(jī)過程，主要由火災(zāi)信號和非火災(zāi)信號兩部分組成：
2 智能算法的組成
所謂智能是指辨析判斷及自適應(yīng)的能力，充分利用模擬量探測器所提供的豐富信息，采用具有一定判斷分析能力和應(yīng)變能力的智能算法最大可能地減少對火災(zāi)的誤報率和漏報率，提高火災(zāi)報警的準(zhǔn)確性。
智能算法的關(guān)鍵是要充分利用模擬量探測器所能提供的各種信息，通過對數(shù)據(jù)在時間上、變化上的全方位分析，消除環(huán)境干擾等對探測器的各種影響，正確區(qū)分真假火災(zāi)情況，實(shí)現(xiàn)正確報警。智能算法的組成如圖1所示。
探測器發(fā)出的脈寬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換處理成數(shù)字量信號，經(jīng)過數(shù)字濾波，濾去高頻脈沖干擾信號，并對信號進(jìn)行平滑處理，然后將信號分別與火警閾值、預(yù)警閾值和故障閾值進(jìn)行數(shù)值比較。火警閾值、預(yù)警閾值和故障閾值分別等于各自的設(shè)定值加上修正值。修正值由兩部分組成，一部分為靈敏度自動調(diào)整，它根據(jù)時間的變化進(jìn)行數(shù)值調(diào)整；另一部分為漂移自動補(bǔ)償，由時漂的積累得出。當(dāng)測量值超過預(yù)警閾值時，再經(jīng)過時間積累確定是否為預(yù)警；當(dāng)測量值超過火警閾值時，再經(jīng)過上升速率分析和時間積累，確定是否為火警；當(dāng)測量值低于故障閾值時，經(jīng)時間積累確定是否為故障。
3 智能算法原理
3.1 數(shù)字濾波
探測器的安裝現(xiàn)場通常強(qiáng)電設(shè)備較多，因此在數(shù)據(jù)采集的過程中，不可避免地會產(chǎn)生脈沖干擾，這種干擾一般持續(xù)時間短，峰值大，對這樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理時，僅僅采用算術(shù)平均或移動平均濾波時，盡管對脈沖干擾進(jìn)行了1/n的處理，但其剩余值仍然較大。這種場合最好的策略是：將被認(rèn)為是受干擾的信號數(shù)據(jù)去掉，這就是防止脈沖干擾的平均值濾波法的原理。采用平均值濾波方法的作用是去掉信號中的脈沖干擾，同時對信號進(jìn)行平滑處理。
3.4 上升速率分析
在對探測器信號進(jìn)行靈敏度的自動調(diào)整和測量值的自動漂移補(bǔ)償修正之后，接下來進(jìn)行火警判斷。當(dāng)測量值≥火警閾值時，對測量值從預(yù)警閾值到火警閾值這一段曲線進(jìn)行上升速率分析。上升速率分析就是對超過火警閾值的探測器信號的上升速率進(jìn)行分析，當(dāng)上升速率超過速率上限時，先暫時不報火警，而是經(jīng)過一段時間的延時，如果測量值不超過火警閾值，則判斷是干擾引起的，不能報火警。當(dāng)上升速率小于速率下限時，判斷是因?yàn)殚L期緩慢漂移引起的，只有上升速率在規(guī)定范圍內(nèi)的，才確認(rèn)為火警。上升速率分析流程圖如圖2所示。
在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)采樣值達(dá)到火警閾值時，該時刻tm對應(yīng)閾值為ym，超過火警預(yù)警那一時刻t1對應(yīng)閾值為y1，此時上升速率為：
智能算法充分應(yīng)用現(xiàn)代計算機(jī)大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理能力，對火災(zāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行多種補(bǔ)償、修正、判斷，提高了火災(zāi)探測器區(qū)分真假火警的能力，從而減少了對火災(zāi)的誤報率和漏報率，提高了火災(zāi)報警的準(zhǔn)確性。
參考文獻(xiàn)
[1] 樊尚春，周浩敏．信號與測試技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.
[2] 范維澄，王清安，張人杰，等．火災(zāi)科學(xué)導(dǎo)論[M]．武漢：湖北科技出版社，1993.
[3] 吳龍標(biāo)，盧結(jié)成，陸法同，等．電氣火災(zāi)產(chǎn)生的機(jī)理及其對策[J]．中國安全科學(xué)學(xué)報，1998（3）：25-28.
[4] 吳龍標(biāo)，袁宏永．火災(zāi)探測與控制工程[M]．合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1999.
[5] 全國消防標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯編[M]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994.
[6] 孫景芝，韓永學(xué)．電氣消防[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.
[7] 中國消防協(xié)會.面向新世紀(jì)消防學(xué)術(shù)研討會論文集．1999.
[8] 王彥文．快速斷電安全技術(shù)[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，1996.