一种船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法及装置

摘要

本发明提供的是一种船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法及装置。1）集中火灾报警控制器采集与发生火灾舱室相邻的各舱室感温、感烟探测器获取的火情信息；2）集中火灾报警控制器读取舱室火灾危险级别信息；3）对感温、感烟探测器获取的火情信息和舱室火灾危险级别信息进行归一化预处理；4）将经过处理后的数据送至模糊推理模块进行模糊推理，从而得到舱室火灾连锁报警等级评估结果。本发明在不需增加多余探测设备及成本的基础上通过模糊推理系统对各舱室不同种类探测器信息及舱室本身火灾危险等级信息的数据进行分析处理，快速准确地给出各舱报警等级信息，争取做到舱室连锁报警的准确性、超前性与全面性，减少由于舱室火情信息遗漏而造成的重大火灾事故。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种火灾自动报警方法，具体涉及一种火灾智能报警方法，特别涉及一种基于模糊控制的船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法及装置。

背景技术

随着科技的发展，世界各国大力发展海上产业，船舶作为海上运输的重要工具，已经成为人们重视的焦点。由于现代船舶环境较为复杂，船上舱室空间狭小、机械设备安放紧密、气体和液体运输及电路线路复杂，故当某区域某舱室发生火灾时，相邻的舱室必然受到牵连，若未及时发现火情，随着火势愈演愈烈，通过墙壁或相互连接的通风管道、油气运输管道、线缆等会蔓延至数个舱室，引发连锁性起火，从而对船舶主体及人员安全构成了巨大的威胁，其火灾危险程度以及可能造成的损失将远远大于一般建筑火灾。

目前，我国对如何有效控制和处理船舶火灾的认识还不够全面，只是处于宏观和经验的阶段，且缺乏一个完整的船舶火灾安全评估体系。国内外近些年趋向于智能型火灾报警系统的研究，如利用神经网络与模糊系统结合的控制方法及多报警参量信息融合技术来设计智能型火灾探测器，这种探测器不但具有一定的自学习和自适应性，还有一定的可靠性，能有效降低探测器的误报率。另外，人工智能以及交互技术也被越来越多的智能火灾报警系统所采用，这些均已成为火灾报警系统的前沿和核心技术。然而，现如今的火灾报警系统智能化趋势只是着重于探测器对火情的准确判断，减少误报漏报频率，提高系统反应灵敏度，灭火设施启动迅速等，而忽略了消防报警系统以“防”为主，以“消”为辅的重要性。舱室是船舶的重要组成部分，当某舱发生火灾时，根据舱室火灾特点，舱室火势蔓延迅速，易引发连锁性起火，后果不堪设想，所以应着重考虑各个舱室之间的关联性，研究火灾报警系统针对舱室可靠准确的连锁报警技术是十分重要的。

当某舱室发生火灾时，报警系统不仅要得到该舱的准确位置、火灾参数、报警级别等信息，还应同时采集其周围临近舱室的环境信息及火情信息，综合判断决策出这些舱室的火势发展情况及报警等级信息。这样不仅能弥补船舶火灾报警系统在连锁报警控制方面的功能缺陷，还能为后期报警及启动相应联动灭火设施奠定基础。

未来对船舶火灾报警系统的要求则不仅是要实现舱室连锁报警的准确无误，还应在此基础上决策出相应的火灾预防手段和联动灭火动作，这样才能增加报警系统的火灾判别与控制的精度，有效减少漏报、误报频率，使船舶火灾报警系统的功能更加完善、高效，更能体现了智能化与人性化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于得到准确、及时、可靠的舱室连锁报警等级信息，超前的舱室火情信息警报，可为后期灭火节约宝贵的时间，避免舱室关联起火对船舶及人员造成重大损失的船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法。本发明的目的还在于提供一种船舶舱室火灾连锁报警等级评估装置。

本发明的船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法包括如下步骤：

1）集中火灾报警控制器采集与发生火灾舱室相邻的各舱室感温、感烟探测器获取的火情信息；

2）集中火灾报警控制器读取舱室火灾危险级别信息，所述舱室火灾危险级别信息是以船舶舱室可燃物的数量和特性、舱室的通风状态、消防系统状态为因素，将所述因素进行归纳与量化，并根据广义指标体系非线性合成的指标，用来衡量舱室火灾危险性的大小；

3）对感温、感烟探测器获取的火情信息和舱室火灾危险级别信息进行归一化预处理；

4）将经过处理后的数据送至模糊推理模块进行模糊推理，从而得到舱室火灾连锁报警等级评估结果。

本发明的船舶舱室火灾连锁报警等级评估装置的构成包括各舱室火灾报警要素的信号采集模块、信号预处理模块、模糊化模块、模糊推理判决模块和解模糊化模块；信号采集模块采集各舱感温探测器、感烟探测器获取的火情信息以及舱室火灾危险等级信息；信号预处理模块对所述信息进行预处理，归一化至[0,1]范围内；模糊推理模块首先对输入量与输出量进行模糊化，建立论域上的模糊集合，设计隶属度函数，对输入输出量进行变换，其次建立模糊控制规则表，最后生成输入输出表，根据输入得到了舱室火灾连锁报警等级在辨识论域上的模糊集；解模糊化模块进行解模糊化，得到最终结果。

所述的隶属度函数是三角形隶属度函数。

所述模糊规则形式为：IF（满足一组条件）THEN（推出一组结论）。

为了解决船舶火灾报警系统在舱室连锁报警功能上的缺陷，本发明提出了一种基于模糊控制的船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法，本发明在不需增加多余探测设备及成本的基础上通过模糊推理系统对各舱室不同种类探测器信息及舱室本身火灾危险等级信息的数据进行分析处理，快速准确地给出各舱报警等级信息，争取做到舱室连锁报警的准确性、超前性与全面性，减少由于舱室火情信息遗漏而造成的重大火灾事故。

本发明的测试过程可利用MATLAB与VC++混合编程实现智能融合算法与可视化界面的结合，对系统的性能进行实验验证，步骤如下：

在VC++环境下设计一个舱室火灾连锁报警等级测评可视化界面，界面内添加四个编辑框，三个用于输入感温、感烟探测器报警信号和舱室火灾危险级别经预处理后的数据信息，另一个用于显示舱室火灾连锁报警等级评估结果信息，加入一个模糊推理命令按钮，当输入三个报警参数后点击该按钮，便显示该舱室火灾连锁报警等级信息。

本发明的技术效果在于：集中火灾报警控制器采集某舱报警信息同时采集其相邻室火情信息，体现了火灾报警系统的连锁报警控制思想，且利用基于模糊控制的船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法得到了可靠准确的舱室报警等级信息，扩大了关联报警范围，提高了系统的控制精度，实现了船舶火灾报警系统报警的全面性、超前性、准确性和可靠性，达到了降低误报、漏报率的目的，有效减少了舱室可能发生连锁性起火而导致船舶重大损失的概率。

附图说明

图1是应用本发明的船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法的船舶火灾自动报警系统舱室连锁报警控制流程图。

图2是实现本发明的船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法的基于模糊控制的船舶舱室火灾连锁报警等级评估系统结构图。

图3是三角形隶属函数曲线。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步的说明:

本发明是针对船舶火灾自动报警系统舱室连锁报警控制而设计的，应用本发明的船舶火灾自动报警系统舱室连锁报警控制的流程图如附图1所示，本发明就是针对其中的判断舱室1至N是否报警以及将舱室1至N火灾报警等级信息送至集中报警控制器并确定是否启动相应灭火设施而设计的一种船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法。

结合图1，应用本发明的船舶火灾自动报警系统连锁报警控制流程图，显示出了船舶火灾报警系统连锁报警的控制思想。船舶火灾报警系统周期采集各个舱室的探测器报警信号，当某一舱室报警时，该舱室的报警信息会送至集中报警控制器，此时为达到连锁报警控制的目的，集中报警控制器会立即采集与该舱邻近的多个舱室火灾探测器获取的火情信息，并判断出这些舱室的火灾报警等级信息，根据不同的报警等级信号，集中报警控制器会给出不同的报警信号，并启动相应的联动灭火设施进行灭火。这样，船舶火灾自动报警系统的功能就更加完善了，舱室的连锁报警控制方法的应用能够减少报警系统的漏报率，提高系统控制精度，考虑各舱室火情关联信息更加全面，避免因疏忽某个舱室报警信息而给全船造成的巨大损失。本发明设计的船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法即是应用于船舶舱室火灾连锁报警控制流程中的判断舱室1至N是否报警和将舱室1至N火灾报警等级信息送至集中报警控制器并确定是否启动相应灭火设施的。

结合图2，为本发明的基于模糊控制的舱室火灾连锁报警系统结构图。主要由各舱室火灾报警要素的信号采集、信号预处理、模糊化、模糊推理判决、解模糊化几个模块组成，最终得出舱室火灾连锁报警等级信息。

该系统的输入信号包括各舱感温探测器、感烟探测器获取的火情信息以及通过国内外火灾模拟软件得到的舱室火灾危险等级信息（舱室火灾危险等级可通过相关文献查询得知），将这些信息进行预处理，归一化至[0,1]范围内，这样才能进行下一步数据处理。采集以上信息能够使系统对舱室早期识别火灾报警判别信息，防止火灾隐患有所帮助，降低漏报、误报率。

为了提高舱室火灾等级判别的准确度与抗干扰性，使系统的输出更接近于人的思维判断，本发明采用了模糊推理方法对预处理完的数据作进一步处理。模糊推理模块首先对输入量与输出量进行模糊化，建立论域上的模糊集合，设计相应的隶属度函数，对输入输出量进行相应变换，这里采用的是三角形隶属度函数。其次，建立模糊控制规则表，模糊控制规则是模糊控制的核心，这些规则通常来源于相关领域的专家知识，也可以通过大量实验数据给出。本发明的模糊规则形式为：IF（满足一组条件）THEN（推出一组结论）。制定规则时既要保证模糊规则的完备性，又要保证模糊规则的相容性。最后生成输入输出表，根据输入得到了舱室火灾连锁报警等级在辨识论域上的模糊集，再进行解模糊化，得到最终结果。

模糊推理模型的设计思路具体如下：

1)输入量与输出量的模糊化

模糊控制器的输入量分别为集中控制器采集的各舱室感温探测器、感烟探测器获取的火情信息和舱室火灾危险等级信息，输出量为舱室火灾连锁报警等级信息，以上信息经过预处理后要首先转化为[0,1]范围内的数值信息，作为论域。这里的归一化公式选择如下：

$>x^{\prime }=\frac{{x-x}_{\min }}{x_{\max }-x_{\min }}$>

其中，x∈[x_min,x_max]，x_min和x_max分别为要进行预处理的输入量的最大值与最小值。其次，要对他们进行模糊化处理，即分别确定三个输入变量的模糊隶属度函数。而模糊集合的隶属度和隶属函数的确定具有复杂与多样性，包含专家确定法、模糊统计法和对比排序法等，由于船舶舱室火灾实验数据很难收集，无合适的“客观”尺度，故采用专家确定法。输入输出的上下限均定为[0,1],针对船舶舱室火灾发生的实际情况、经验与火灾数据统计分析，可将感温探测器火情信息、感烟探测器火情信息、各舱室火灾危险度和输出的舱室火灾连锁报警等级设为：火灾发生概率大（PB），火灾发生概率中（PM），火灾发生概率小（PS）和无火灾发生（ZO）。常用的模糊隶属函数为三角形隶属度函数、正态性隶属度函数和梯形隶属度函数，这里选取模糊数的隶属函数为三角形函数，容易计算且应用广泛，该函数的解析式为：

隶属函数曲线如附图3所示。

2)模糊逻辑推理

本发明采用Mamdani法实现模糊逻辑推理，模糊规则形式为：IF（满足一组条件）THEN（推出一组结论），具体为（下面列出其中10条规则）：

1、IF（感温探测器火情信息为ZO）AND（感烟探测器火情信息为ZO）AND（该舱火灾危险等级为ZO）THEN（该舱火灾连锁报警等级为ZO）

2、IF（感温探测器火情信息为PS）AND（感烟探测器火情信息为ZO）AND（该舱火灾危险等级为ZO）THEN（该舱火灾连锁报警等级为PS）

3、IF（感温探测器火情信息为PM）AND（感烟探测器火情信息为ZO）AND（该舱火灾危险等级为ZO）THEN（该舱火灾连锁报警等级为PM）

4、IF（感温探测器火情信息为PB）AND（感烟探测器火情信息为ZO）AND（该舱火灾危险等级为ZO）THEN（该舱火灾连锁报警等级为PB）

5、IF（感温探测器火情信息为ZO）AND（感烟探测器火情信息为PS）AND（该舱火灾危险等级为ZO）THEN（该舱火灾连锁报警等级为ZO）

6、IF（感温探测器火情信息为PS）AND（感烟探测器火情信息为PS）AND（该舱火灾危险等级为ZO）THEN（该舱火灾连锁报警等级为PS）

7、IF（感温探测器火情信息为PM）AND（感烟探测器火情信息为PS）AND（该舱火灾危险等级为ZO）THEN（该舱火灾连锁报警等级为PM）

8、IF（感温探测器火情信息为PB）AND（感烟探测器火情信息为PS）AND（该舱火灾危险等级为ZO）THEN（该舱火灾连锁报警等级为PB）

9、IF（感温探测器火情信息为ZO）AND（感烟探测器火情信息为PM）AND（该舱火灾危险等级为ZO）THEN（该舱火灾连锁报警等级为ZO）

10、IF（感温探测器火情信息为PS）AND（感烟探测器火情信息为PM）AND（该舱火灾危险等级为ZO）THEN（该舱火灾连锁报警等级为PS）

3）解模糊化

经模糊推理决策得到的结果为一个模糊集合，但实际系统需得到的是准确的舱室火灾报警等级信息，故要得到此精确值需要进行解模糊化。在模糊控制中，解模糊化的方法有很多种，常用的有最大隶属度函数法、重心法和中位数法，本发明选用重心法进行输出变量的解模糊化，从而得到的精确的舱室火灾连锁报警等级输出量，该舱室火灾连锁报警等级输出量可设为：无报警、预报警和报警。

设计完该模糊控制器后通过可视化编程界面测试多组数据，通过观察实验结果可以看出，采用基于模糊控制的船舶舱室火灾连锁报警等级评估方法，可使集中火灾报警控制器在得知发生火灾舱室同时能够准确地得到其相邻各个舱室的火灾报警等级信息，可靠全面地为船上工作人员提供舱室火灾连锁报警信息，确实做到各舱室早期火灾预警，提高了报警系统的控制精度。