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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能消防系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 針對(duì)現(xiàn)代火災(zāi)中已經(jīng)呈現(xiàn)出的頻繁化、立體化、復(fù)雜化和多樣化的趨勢(shì)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代智能安防系統(tǒng)，使得新一代的消防設(shè)備具有更高的穩(wěn)定性和更強(qiáng)大功能，更好地保護(hù)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。
- 詳細(xì)介紹：
- 根據(jù)數(shù)據(jù)流走向，本作品整體框架可分為四層，分別為訪問(wèn)層、數(shù)據(jù)處理層、路由層、物理層。其中路由層和物理層屬于硬件部分，訪問(wèn)層和數(shù)據(jù)處理層屬于軟件部分。 硬件部分是上位機(jī)與樓宇物理環(huán)境交互接口，同時(shí)也是整套系統(tǒng)魯棒性與否的重要保證。它將大樓中的無(wú)線節(jié)點(diǎn)采集到的消防參數(shù)和救援機(jī)器人獲得的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)通過(guò)XMesh網(wǎng)絡(luò)上傳到上位機(jī)，同時(shí)又經(jīng)過(guò)XMesh網(wǎng)絡(luò)下發(fā)給無(wú)線節(jié)點(diǎn)及救援機(jī)器人指令。 軟件部分是用戶與系統(tǒng)交互接口，同時(shí)也是整套系統(tǒng)智能化程度高低的重要保證。它的核心是著火點(diǎn)定位算法、火災(zāi)報(bào)警算法、機(jī)器人定位算法和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。 同時(shí)從用戶角度看，本作品也可以分成火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和火災(zāi)救援系統(tǒng)，兩個(gè)子系統(tǒng)之間相互嵌套相互聯(lián)系從而形成一個(gè)整體的系統(tǒng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)目的：針對(duì)現(xiàn)代火災(zāi)中已經(jīng)呈現(xiàn)出的頻繁化、立體化、復(fù)雜化和多樣化的趨勢(shì)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)新型的智能消防系統(tǒng)，更好地保護(hù)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。 作品設(shè)計(jì)基本思路：把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到當(dāng)今的樓宇消防系統(tǒng)中，針對(duì)現(xiàn)代大型樓宇消防系統(tǒng)新的、最緊要的功能與技術(shù)需求提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)和解決方案。 創(chuàng)新點(diǎn)：以物聯(lián)網(wǎng)為框架，使用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代消防系統(tǒng)進(jìn)行改造，并在此基礎(chǔ)上使用故障診斷、聚類分析、組合導(dǎo)航和數(shù)據(jù)融合方法，解決原本復(fù)雜的火災(zāi)探測(cè)、著火點(diǎn)定位、逃生路線繪制、主動(dòng)救援等問(wèn)題。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、實(shí)現(xiàn)了一套性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，自適應(yīng)強(qiáng)的無(wú)線多跳消防網(wǎng)絡(luò)。 2、考慮成本、空間分布等因素，利用超聲波定位的精準(zhǔn)性結(jié)合四輪機(jī)器人自帶編碼器的實(shí)時(shí)性，對(duì)救援機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)定位及控制。 3、系統(tǒng)融入基于傳感器陣列的火源定位算法，并且提出基于灰色關(guān)聯(lián)度的時(shí)延估計(jì)方法，改進(jìn)了傳統(tǒng)的相關(guān)時(shí)延估計(jì)方法，并且對(duì)隨機(jī)的定位結(jié)果提出一種基于聚類的密集區(qū)域算法，在一定保證率下可以提高定位的精度。 4、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的主元分析火災(zāi)探測(cè)方法技術(shù)指標(biāo)： 1、實(shí)現(xiàn)三十個(gè)無(wú)線消防節(jié)點(diǎn)，一個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)，600平方米覆蓋范圍，進(jìn)行樓層消防網(wǎng)絡(luò)分配。 2、對(duì)救援機(jī)器人實(shí)現(xiàn)50cm以內(nèi)定位精度，并且能夠在諸如工作室、實(shí)驗(yàn)室等復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中精度不變。 3、對(duì)于靜風(fēng)受限空間，且地表平坦的環(huán)境，火源定位算法能夠?qū)崿F(xiàn)1m以內(nèi)的定位范圍。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 一、無(wú)線消防網(wǎng)絡(luò) 本系統(tǒng)根據(jù)消防系統(tǒng)的關(guān)鍵需求選擇使用Xmesh協(xié)議作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。Xmesh結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)包括：TrueMesh；更多的傳輸服務(wù)；更多的服務(wù)質(zhì)量保證；更多的節(jié)點(diǎn)控制；健壯性檢查；時(shí)間同步；空中編程。 二、機(jī)器人定位 目前，主要的研究集中在提高傳感元件的精度、使用數(shù)學(xué)的匹配方法以及將傳感元件進(jìn)行融合上。采用幾種方法結(jié)合使用，以充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)而避免各自的缺陷，從而提高定位系統(tǒng)的精度和可靠性。 三、基于傳感器陣列的火源定位 本系統(tǒng)提出基于灰色關(guān)聯(lián)度的時(shí)延估計(jì)方法，改進(jìn)了傳統(tǒng)的相關(guān)時(shí)延估計(jì)方法，并且對(duì)隨機(jī)的定位結(jié)果基于聚類提出一種密集區(qū)域算法，在一定保證率下提高定位精度。 四、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的主元分析的火災(zāi)檢測(cè) 該方法不需要知道具體的數(shù)學(xué)模型，而是基于采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)在線檢測(cè)，做到了實(shí)時(shí)性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年 杭州電子科技大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽 二等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 寧波繼明電器有限公司
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 各個(gè)火災(zāi)感知點(diǎn)實(shí)際是體積不到20cm3內(nèi)嵌TinyOs操作系統(tǒng)的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)又通過(guò)路由協(xié)議連接形成自組織多跳的樹狀無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。上百個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)能夠像張網(wǎng)一樣分布在大樓的各個(gè)角落，通過(guò)節(jié)點(diǎn)上面的傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集。最終各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳到基站，繼而上傳到主控室的服務(wù)器上，上位機(jī)將會(huì)在此平臺(tái)上對(duì)節(jié)點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而判斷出是否發(fā)生火災(zāi)。如果發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)將會(huì)對(duì)著火點(diǎn)做出的精確定位，繪制出現(xiàn)階段最佳逃生路線并且將火災(zāi)信息群發(fā)到大樓內(nèi)各個(gè)用戶的手機(jī)上。 適應(yīng)范圍及推廣前景: 上海的11.15特大火災(zāi)事故讓我們清醒的認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代火災(zāi)已經(jīng)呈現(xiàn)出立體化、復(fù)雜化、多樣化的趨勢(shì)，它對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成很大的威脅。如果沒(méi)有一個(gè)功能強(qiáng)大且性能穩(wěn)定的消防系統(tǒng)在人口密集的樓宇中，那么隨著未來(lái)建筑中情況的復(fù)雜性越發(fā)增加，像此類的重特大火災(zāi)事故將會(huì)再次發(fā)生。
同類課題研究水平概述
- 早期的火災(zāi)探測(cè)器采用開關(guān)量工作方式，即火災(zāi)參量的幅度高于某一值時(shí)，發(fā)出火警信號(hào)；低于某一值時(shí)，給出正常信號(hào)，這種方法稱為固定門限檢測(cè)法，如煙感探測(cè)器和定溫探測(cè)器。 自從模擬量火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)，火災(zāi)探測(cè)器輸出的信號(hào)不再只是開關(guān)量，而是反映火災(zāi)特征的模擬量即真正的傳感器信號(hào)，各種火災(zāi)處理算法開始應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)之中。初期火災(zāi)探測(cè)算法都是針對(duì)信號(hào)的確定值如幅度、趨勢(shì)和持續(xù)時(shí)間等特性進(jìn)行的，處理方法是簡(jiǎn)單的閾值比較、積分、濾波平滑和趨勢(shì)及斜率計(jì)算等。這種算法即使在今天，也有實(shí)用價(jià)值。王殊提出了計(jì)算可變趨勢(shì)的算法[5]以及復(fù)合特定趨勢(shì)，能夠根據(jù)信號(hào)的穩(wěn)定值識(shí)別復(fù)合信號(hào)位于穩(wěn)定值上方的正方向變化和穩(wěn)定值下方的負(fù)變化趨勢(shì)。在趨勢(shì)判斷函數(shù)中引入判別門限，有效克服了隨機(jī)噪聲干擾。在統(tǒng)計(jì)方法上，Thomas J.McAvoy.提出了一種基于統(tǒng)計(jì)的火災(zāi)算法，它可以提高傳統(tǒng)感煙探測(cè)器的準(zhǔn)確度，尤其對(duì)陰燃有良好的響應(yīng)。楊宗凱提出的復(fù)合偏置濾波算法，應(yīng)用單個(gè)火災(zāi)信號(hào)或綜合兩種信號(hào)特征計(jì)算信號(hào)超過(guò)預(yù)定門限的持續(xù)時(shí)間，有效地克服了干擾信號(hào)。另外，Richard W.Bukowskietal.提出了根據(jù)實(shí)際火災(zāi)的計(jì)算模型與探測(cè)器信號(hào)進(jìn)行匹配來(lái)判斷火災(zāi)的方法。 目前，由于基于單傳感器的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，誤報(bào)率一直比較高，因此多判據(jù)的火災(zāi)探測(cè)方法成為目前火災(zāi)探測(cè)領(lǐng)域的主要研究方向。它不是原有單一參數(shù)火災(zāi)探測(cè)器的簡(jiǎn)單組合，而是實(shí)施多元同步探測(cè)，使二種或三種以上不同類型探測(cè)器的功能協(xié)調(diào)地復(fù)合在一個(gè)探測(cè)器中。根據(jù)其同時(shí)測(cè)得的不同類型的火災(zāi)模擬量參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)多判據(jù)的火災(zāi)探測(cè)算法判斷是否存在火災(zāi)危險(xiǎn)。例如，有學(xué)者針對(duì)復(fù)合探測(cè)器提出了一種新的互相關(guān)算法。該算法首先對(duì)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)特性進(jìn)行分析，利用給出的模型公式描述出采集信號(hào)的變化特征，再根據(jù)互相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)分析和識(shí)別火災(zāi)信號(hào)與非火災(zāi)信號(hào)。 另外，基于圖像處理技術(shù)的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)[11]也是火災(zāi)探測(cè)研究的熱點(diǎn)，有學(xué)者運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)火災(zāi)火焰的圖像特性作了分析根據(jù)火焰蔓延時(shí)的面積、相似度的變化來(lái)識(shí)別火災(zāi)的發(fā)生[12]。Ebroul Izquierdo等人在此基礎(chǔ)上，加入火焰區(qū)域方差和邊界粗糙度等火焰特征，采用貝葉斯分類器來(lái)識(shí)別圖像中火災(zāi)的發(fā)生。
