專利名稱：模擬神經網絡的綜合消防系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種綜合消防系統，具體來說涉及用于火災信息采集、傳輸的裝置與 火災的處理分析系統。
背景技術：
中國是火災頻發的國家，隨著城市密集度的增加，導致火災的潛在因素也在增加， 目前，經濟發展較快，但是消防設備發展滯后，針對涉及人民生命安全、財產安全的行業，正 確的執行方式是未雨綢繆，但是實際操作卻往往是亡羊補牢，往往造成無法挽回的巨大人 員傷亡和財產損失；在得知火災后，救助人員常不能準確的確定火災現場，導致救助不及 時。所以，提高對火災的預防能力和消防能力是具有重大意義的。近年來，一些先進的科技漸漸進入消防領域并解決一部分問題，如采用各種傳感 器監控監控點環境信息，并通過電話網絡報警；通過建立火災數據庫制定火災策略；通過 安裝有全球定位系統的救火車輛迅速趕到現場；通過多個火災監控點形成火災視頻監控中 心；通過建立消防網絡解決消防通信問題等。但是仍然存在很多問題，各種消防措施都是相 互獨立而無法整合，目前較為先進的理念是采用GPS、GSM和GIS網絡將通過傳感器接收到 的報警信號傳到消防中心，消防中心通過GIS確定消防地點，采用具有定位系統的消防車 輛，根據導航路線，實施救援。但是，此方法仍有很多缺點，可能調度很多資源卻無法解決實 際問題。最近，神經網絡常被用來解決一些高度非結構性的復雜問題。火災消防是一項具 有一定復雜度的系統工程，迫切需要建立一種智能的消防網絡，解決各種火災信息的采集、 傳輸；制定火災應對方案，建立火災信息庫；持續優化消防網絡；節約消防資源。本發明是 基于對現有技術的學習基礎上，提出的一種綜合消防網絡。本發明的一個優點是提供一種可廣泛應用的火災信息采集裝置，做為消防神經網 絡輸入的一部分。本發明的再一優點制定一種通用的火災報警協議。本發明的另一優點是建立基于火災要素的學習型消防決策中心。本發明的另一優點是可建立大型消防網絡，科學調配消防資源。
發明內容
本系統可分為五個層次，第一部分是信號輸入部分，信號輸入部分包括兩種，一種 是通過本發明的一部分，一種多傳感器節點的火災定位報警系統，一種是通過普通的電話 報警。第二部分是中間層，接收來自輸入層的消息，第一層輸入的部分都以標準的數據格式 入庫，對于來自動報警器的數據，提取標準數據格式的字段，根據其中的經緯度信息，關聯 GIS地圖庫，呈現在界面，根據提取的報警位置、廠房的面積、材料、人數等信息，匹配處理方 案數據庫；對于電話報警，手動輸入報警標準字段，地理位置匹配GIS地理信息庫，根據電 話中描述的信息抽取標準字段，匹配處理方案數據庫。第三部分是輸出層，根據火災要素匹配火災應對數據庫后得到火災處理方案，根據方案對火災進行救助。第四部分是監督學習 部分，根據火災救助的處理情況，在火災后，對火災處理方案進行更新。對樣本進行持續的 訓練。根據影響火災的要素，最后形成最佳的火災救助方案。第五層是以第三層的輸出為 輸入，建立更大范圍的火災告警信息和火災數據庫以及消防資源配置庫。在這個系統里面，把人的作用作為系統的一部分，起到執行和反饋的作用，最后達 到最符合實際的輸出。按照本發明的一方面，提供了一種火災預防和定位的裝置包括多節點傳感器系統，用于檢測煙霧濃度和溫度；GPS信號接收模塊，用于確定要監控點的經緯度信息；嵌入式數據處理模塊，接收傳感器系統和GPS模塊獲取的信息；輸入和顯示模塊，用于輸入監控點的環境信息，產生告警時需要撥打的電話，設定 系統運行模式，顯示系統運行狀態。GSM信息發送模塊，用于對處理后的數據包括經緯度信息和報警正文進行發送。火災信息接收模塊，消防部門專門的火災信息接收裝置火災信息處理和呈現模塊，對火災信息進行標準化，對標準火災告警信息進行處 理，呈現火災信息和火災應對方案等。按照本發明的另一方面，提供了一種模擬神經網絡的應對火災的系統化的方法， 包括步驟根據火災的發生過程，部署多節點的溫度和煙霧組合傳感器，監控各節點的溫度 和煙霧濃度，并確定火災規模；通過GPS模塊獲取監控點的經緯度；通過嵌入式系統對監控 數據進行處理和數據裝包；通過GSM消息發送模塊對數據以本發明制定的協議方式進行發 送；通過一個專用的火災信息接收模塊接收報警信息；對于普通電話的報警，經過人工的 方式，按照本發明制定的協議入庫；根據獲得火災告警信息，提取告警信息的位置信息，通 過匹配GIS數據庫信息，呈現出火災位置；根據入庫的各種環境因素，提取火災方案；火災 救助完畢后，人工對火災方案進行優化；通過這種持續的訓練，形成基于火災要素的火災方 案庫；根據消防機構的組織結構，在消防支部，消防中部，消防總部部署本系統，通過數據的 匯總和上報，獲得整個區域的火災監控點信息，消防設備信息，火災實時告警信息。較佳地，通過火災定位報警器對所在區域重點消防點進行布點，如糧庫、油庫、集 貿市場、娛樂場所。可減少火災帶來的重大經濟損失。利用本發明的裝置和方法，可以很好地對火災進行預防和及時救助，減少火災帶 來的重大國民經濟損失，保證人員安全。
圖1是本發明模擬神經網絡的綜合消防系統的系統框圖；圖2是火災報警協議3是火災報警定位器系統框4是嵌入式系統運行5是監控狀態下信號處理流程圖6是火災告警綜合展現框圖
圖7火災信息處理和學習流程
具體實施例方式如圖1所示，是本發明的系統框圖，分為五個部分，第一個部分信號輸入部分，包 括本發明的一部分一種多節點傳感器火災報警定位器組成(如圖3)，另一部分為電話報 警；第二部分為中間層，用于信號的接收，通過標準化的協議層將輸入信號進行加權標準 化；根據輸入信號的地址信息，匹配GIS地理信息庫，呈現在界面；根據提取的與火災信息 有關的要素，匹配火災應對方案庫，并對火災告警信息進行入庫。第三部分為輸出部分(如 圖6)，經過中間層后，輸出火災應對方案M和其他信息。第四分部分為監督訓練層，根據實 際火災救助情況得出優化的火災救助方案R，通過R與M進行比較，從而得出誤差信號θ， 并對方案進行修改，經過持續的優化，針對不同類型的火災報警信息就會得出最佳的救助 方案。第五部分為數據中心，將不同的子系統得到的火災信息和監控點信息以及消防資源 匯總到中央數據庫，一般位于消防總隊，消防總隊根據各地火災的情況綜合統籌消防資源。下面對模擬神經網絡的消防系統從數學模型角度進行說明消防神經網絡的數學模型R = f ( Σ WiXi)- θ，(i e N)(1-1)其中，R為期望輸出方案，Wi為不同火災要素的權重，Xi為火災要素，f( Σ WiXi)為
根據火災要素得出的火災方案，θ為誤差值。根據不同的火災要素可以得到不同的火災方 U=E Rj, (j e N)(1-2)其中，U為火災方案集。得到U=E (f ( Σ WiXi)- θ ) j(1-3)從上式可以看到U火災方案集，只與輸入因素χ有關，所以可以寫成U = (X1) +f2 (X2) +f3 (X3) +- +fn(xn) +e (1—4)即火災方案集合可以以各個火災要素為依據建立分類火災數據庫。如對于同一 類材料組成的物理空間，建立一種火災方案，對于同一重要級別的地區，如油廠建立一種火 災方案。對于一次火災報警，根據獲得的火災要素得出各種火災方案的交叉集合，并最終形 成火災救助方案。圖2是本發明制定的與火災有關的火災要素協議，無論來自自動報警器，還是電 話報警都應遵循該協議。協議主要是為了匹配火災應對方案。要成功實施該協議，首先得 根據火災要素進行規范的等級劃分。自動報警器在安裝時，將按照該地點的地理信息根據 火災級別表寫入相關信息，如果發生報警，經過提取告警事件和計算火災發生位置離消防 中心距離等，得到一條告警消息，如 AIDS0456 118 | 20091102031012 1113E23N | 2000 | 200 1100 00 I 3 I 2 I 3 1138xxxxxx | |表示這條報警來自自動報警器，自動報警器的出廠編號為DS0456， 該區域為農貿市場，接收到告警的時間為2009年11月02日3點10分12秒，東經113’北 緯23’，該區域面積為2000m2，人員有200人，距離消防中心為10000m，易燃度為3級，該地 區的重要性為3級，負責人電話為138XXXXXX。如果這條告警來自電話報警，則登記人員輸入的告警格式為B 118 I 20091102 I XX 農貿市 2000 | 200 110000 | 3 | 2 | 3 1138χχχχχχ 附近有油庫
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圖3是本發明的一部分，一種多傳感器節點的火災定位報警系統。以溫度傳感器 和煙霧傳感器組成一個聯合傳感器節點，將溫度煙霧傳感器部署在監控區域的重要區域。 一場火災一般可以分為三個階段初始增長階段，充分發展階段，減弱熄滅階段。初始增長 階段火勢只在一個小的區域，此時是滅火最佳時間，若待火勢蔓延，當局域內的溫度上升到 一個高點后，將發生“轟燃”現象，此時滅火已經很難。所以，對于一定區域，將多個節點的 溫度煙霧傳感器部署在火勢可以相互隔離的區域，可對火災進行監控，并可粗略統計火災 的規模。多傳感器節點與嵌入式中心的通信可以是有線或無線方式。利用GPS接收器獲取 所在位置的經緯度信息，通過嵌入式系統的串口接收GPS信息，并存儲在嵌入式系統的存 儲器中。通過設定嵌入式系統工作模式為輸入信息，輸入根據協議約定(圖2)的數字信息 到存儲器，將報警時需要撥打的電話號碼寫入存儲器，作為待發送號碼。當接收到來自節點 的控制信號后，通過GSM消息發送模塊對告警信息進行發送。火災定位報警器信號處理的流程見圖4，系統加電后，按下號碼輸入模式，輸入協 議約定監控點的環境信息和報警時需要自動撥打的電話；然后按GPS定位模式，GPS模塊 接收衛星信號，并將經緯度信息存儲在存儲器中；然后進入工作模式，系統進入火災監控狀 態，具體處理流程見圖5，當溫度超過預定值或者煙霧濃度超過預定值后，將獲得信息作為 GSM發送模塊的AT命令，讀取內存中的GPS信息和告警正文做為發送信息，讀取內存中輸入 的號碼作為GSM信息發送目的終端，發送告警信息至相關人員。同時發出告警鈴聲或啟動 臨時滅火設備。等待5s IOs后繼續進入監聽，并持續發送信息，直到相關人員趕到，按下 停止鍵。圖6是火災告警的接收處理框圖，火災告警信息通過專門的GSM接收器進行接收， 接收到的信息通過串口與計算機進行通信，并存儲到存儲器中，經過對數據處理形成符合 火災標準報警協議的消息，如 A|DS0456 118 | 20091102031012 1113E23N! 2000 | 200 110000 | 3 2|3|l38xxxxxx |然后提取信息中的經緯度匹配GIS地理信息庫，呈現在界面。通過提取告 警消息中的火災要素，匹配火災應對方案，并在界面呈現火災應對方案。之后，將火災告警 信息寫入數據庫。火災的接受和處理部分按照三層結構，可分為持久層、業務層、呈現層。持 久層存儲地理信息，火災信息，應對方案；業務層對數據進行分析，提供給上層呈現，并接受 來自上層的寫入信息，將更新的方案寫入方案庫，更新的地理信息寫入方案庫。將電話報警 信息寫入庫，并匹配地理信息和方案庫；表示層用于顯示實時火災告警和火災方案、歷史火 災信息、電話報警信息輸入界面、用于啟動臨時滅火設備的指令平臺。持久層有提供給上級 消防部門的統一數據接口，定時發送數據，可通過IBM的MQ消息隊列等方式進行發送。發 送數據包括資源信息和火災告警信息、火災記錄信息，以及火災應對方案。資源信息包括火 災監控點信息，消防設備等信息。下面介紹整個消防系統的訓練學習的實現過程(見公式1-1和圖7)。整個消防系 統可以看作一種簡單的神經網絡，包括輸入部分，信號處理部分，輸出部分，并具有反饋和 學習功能。來自不同設備和方式的火災告警信息，只要遵守本發明約定的協議，將火災信息 標準化，處理中心在接收到系統可以理解的標準告警信息后，通過提取告警信息中的各種 要素，做出相應的輸出。特別是提取與火災密切相關的要素，根據已經初步建立的，根據火 災要素形成的火災應對方案，最后生成一份火災應對方案，執行人員在實施火災救助后，根 據現場的情況，通過界面對火災方案進行優化，即根據火災要素輸入期望輸出的火災方案。
7這樣，人在整個消防神經網絡中起到了執行和反饋作用。經過這種不斷的訓練和優化，經過 一個長期的過程，系統可以凝聚人的智慧，并形成應對每一種火災的最佳方案。而整個消防 神經網絡優化的方向就是使得火災救助及時、有效，并消耗最少的資源，最大程度的降低人 員傷亡和社會財產損失。實現人控制火災的夢想。上面已經從各個層次介紹了整個系統，下面對系統的效果做一下預估。2008年全 國全年共發生火災13. 3萬起，死亡1385人(其中16名官兵)，受傷684人，直接財產損失 15億元。全年發生的75起較大以上的火災中，發生在20時至8時的有63起，占84%，死傷 人數占99. 2 %。2009年全國共發生火災12. 7萬起，死亡1076人，受傷580人，直接財產損 失13. 2億元，夜間火災亡人率高。通過本發明的綜合消防系統可對火災進行監控，特別是 夜間，發生火災后，有條件的地方，可通過本方案的控制信號輸出口啟動臨時滅火設備，對 火災進行第一次的滅火；監控到火災信息后，通過本發明的告警發送模塊，及時通知戶主， 戶主可將火災消滅在初期階段，這是對火災第二次滅火；消防中心接到告警信息后，根據呈 現出來的具體地理位置以及經過優化后的火災應對方案，迅速實施滅火，這是第三次的滅 火。通過對火災消防信息化后，可增強對火災的統計能力，分析能力；可對消防資源進行優 化整合；可對區域內重點防護點進行監控。從而增強人們對火災的控制能力，保護人們的人 身安全以及財產安全。下面分析一下本發明在實施過程中可能遇到的問題。1.告警短信發送成功率問題由于本方案采用GSM通信網絡，由于短信存在能否發送成功問題，在通信網絡沒 有覆蓋的地方，無法發送短信，也就無法實現報警；重點節假日短信的發送量往往是平時的 幾倍，在重點節假日的忙時，短信發送成功率低，短信的延遲較長，可能會導致報警不及時。 可通過電信運營商對重點火災監控點進行通信保障。2. GPS定位問題目前大多數GPS模塊提供商提供的GPS定位精度可到幾米，可達到定位要求；應選 用可進行室內定位的GPS模塊，如無法進行室內定位，應將GPS天線置于最近的室外。GPS 定位系統屬于美國所有，GPS系統的升級等，會導致定位模式下無法定位，應多次重試。也 可嘗試采用北斗定位系統。3.傳感器的問題鑒于煙霧傳感器和溫度傳感器的靈敏度對于本發明至關重要，所以要選用靈敏度 高，穩定性好的傳感器，并定期通過測試設備對傳感器進行檢查。以上針對具體的實施描述了本發明，本技術領域的人可以想到，在不脫離本發明 的權利要求所涵蓋的范圍內還可以做出其他的變化、修改，且均在本發明的范圍內。例如， 采用光電傳感器，離子傳感器紅外探測器等替換溫度傳感器或煙霧傳感器；通過將位置信 息寫入存儲器中，隨告警信息一起發送。且這些變化均在本發明保護范圍內。
權利要求
一種模擬神經網絡的具有火災信息采集、傳輸、處理能力，具有火災信息、火災方案呈現的，具有學習訓練功能的綜合消防系統，包括1)用于監控火災的多傳感器節點的火災告警定位裝置；2)響應上述火災告警定位裝置發送消息的計算機，所述計算機執行一種算法，對來自不同途徑的火災告警信息進行標準化形成標準的告警消息，該計算機根據標準告警消息，輸出火災信息和火災應對方案，通過火災方案優化界面可對火災方案進行優化，提供一種火災信息數據輸出通道；3)基于火災要素的神經網絡，其中輸入部分為本發明的約定中的火災要素，輸出為基于火災要素的火災方案，火災方案可更新和優化。
2.根據權利要求1所述的綜合消防系統，其特征在于所述的用于監控火災情況的火 災定位報警裝有兩種傳感器溫度傳感器和煙霧傳感器，包括一個GPS定位模塊，一個GSM 消息發送模塊，一個用于信息寫入的模塊，一個用于連接外部設備的控制信號輸出口，告警 消息以約定的協議格式進行發送。
3.根據權利要求1和2所述的綜合消防系統，其特征在于所述的用于監控火災情況 的火災定位報警裝置至少包含一個由溫度和煙霧傳感器組成的節點。
4.根據權利要求1所述的綜合消防系統，其特征在于終端計算機包括設置有火災告 警接收模塊，火災告警消息標準化部分，GIS地理信息系統，用于存儲火災信息的數據庫，火 災應對方案系統，。
5.根據權利要求1所述的多傳感器節點的火災告警定位裝置，其特征在于火災告警 管理系統包含實時火災告警呈現系統，歷史火災查詢系統，火災分析系統，指令系統，火災 方案呈現優化系統。從結構上分持久層、業務層、表示層，持久層用于存儲火災告警數據庫 和GIS地理信息系統以及火災應對方案；業務層用于對火災數據進行分析并提供表示層呈 現，可接收來自表示層的指令；表示層用于顯示火災告警信息、輸入指令、呈現與更新火災 應對方案。
6.一種模擬神經網絡的綜合消防方法，其特征在于，它包含以下步驟1)在一個地區的多個重點監控區域安裝本發明的一部分，一種火災定位報警器；2)對于具體監控區域，根據預測的火災的發生情況部署傳感器節點；3)火災定位報警器通過GPS模塊確定所在位置經緯度；4)火災定位報警器監控所在位置溫度和煙霧濃度；5)基于接收到信號，通過火災定位報警器的GSM消息發送模塊發送告警消息至相關人 員和火災告警接收器，對外輸出可啟動其他設備的控制信號；6)計算機終端接收火災定位報警器發送的火災告警信息，對來普通電話的報警，相關 人員按照約定協議輸入火災告警信息；7)計算機終端將告警消息按照約定的協議標準化后，匹配計算機中的地理信息系統和 火災應對方案庫，通過計算機界面呈現；8)通過指令平臺發送消息和控制信號至火災定位告警器或啟動消防設備；9)根據火災救助方案實施救助，根據實際火災救助情況，對計算機中的火災應對方案 進行優化；10)基于火災告警數據庫，對火災信息進行基于數量、位置、時間維度的統計；11)通過計算機數據輸出通道向上級消防部門輸出火災告警信息、火災信息、消防資源 信息、消防監控信息、火災應對方案。
7.如權利要求6所述方法，其特征在于，其中該步驟4)進一步包含光電傳感器，離子傳 感器的擴展。
8.如權利要求6所述方法，其特征在于，其中該步驟5)是以GSM無線通訊協定方式傳 送告警信息和經緯度信息，本發明約定的火災告警標準協議是基于短信協議和HTTP協議 基石出上。
9.如權利要求6所述方法，其特征在于，其中該步驟5)是通過號碼輸入模塊將需要自 動撥打的電話預先存儲在存儲器中，以傳感器接收到超過設定閾值的信號作為GSM發送信 息的控制命令。發送包含經緯度和預先寫入存儲器的告警正文。
10.如權利要求6所述方法，其特征在于，其中該步驟10)以火災定位報警器獲得數據 為數據源，對獲得數據的時間、地點、告警級別、告警次數、處理情況進行入庫，根據消防業 務需求進行分析。
全文摘要
模擬神經網絡的綜合消防系統和方法，用于火災信息采集的裝置，和處理來自不同途徑的火災告警信息的模擬神經網絡火災處理系統。該系統包括硬件和軟件部分。所發送的火災報警信息根據約定的協議進行標準化形成告警消息，系統提取告警消息中的位置字段，匹配地理信息庫；根據告警消息的火災要素，輸出火災應對方案。根據火災方案的實施，對火災方案進行持續優化，形成基于火災要素的火災方案集，形成火災信息庫。
文檔編號A62C37/00GK101972535SQ201010112328
公開日2011年2月16日 申請日期2010年2月9日 優先權日2010年2月9日
發明者丁增輝 申請人:丁增輝