【正文】 性能 14 火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)基本要求 15 火災(zāi)探測器原理 16 火災(zāi)自動報(bào)警控制器 16 火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的線制 18 傳統(tǒng)火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng) 19 現(xiàn)代火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng) 19 本章小結(jié)……………………………………………………………… 第三章 火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)信息識別方法 23 火災(zāi)信息處理的基本概念................................... 21 火災(zāi)信息處理的基本概念.............................. 22 火災(zāi)信號的基本特征.................................. 22 通信數(shù)據(jù)信息識別方法..................................... 24 .................................. 25 錯(cuò)誤!未定義書簽。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)探測算法能更有效地減少火災(zāi)的誤報(bào)警率，提高火災(zāi)報(bào)警的準(zhǔn)確率。提出了火焰具有面積、邊緣變化以及形體變化等信息特征的觀點(diǎn)，通過相應(yīng)的檢測，進(jìn)行了火焰識別實(shí)驗(yàn)，達(dá)到了較好的結(jié)果。本文從分析智能建筑火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)成原理出發(fā)，通過幾種火災(zāi)信息識別方法的研究，特別是圖像型的火災(zāi)信息識別進(jìn)行重點(diǎn)剖析。 作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。分類號 密級 U D C 編號 中 南 大 學(xué)CENTRAL SOUTH UNIVERSITY碩士學(xué)位論文論 文 題 目 智能建筑火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的研究 與應(yīng)用 學(xué) 科、專 業(yè) 軟件工程 研 究 生 姓 名 謝榮全 導(dǎo)師姓名及專業(yè)技術(shù)職務(wù) 陳學(xué)工 副教授　 MS THESISResearch and Application of Intelligent Construction Fire Autoalarm System Specialty： Software Engineering Master Degree Candidate： Xie Rong Quan Supervisor： Associate Prof. Chen XueGong School of SoftwareCentral South UniversityChangsha Hunan 原 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。同時(shí)授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會公眾提供信息服務(wù)。同時(shí)研究基于BP（ Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)圖像型火災(zāi)探測的方法?？紤]到火災(zāi)發(fā)生的雙重性，即隨機(jī)性與確定性，同時(shí)又由于智能建筑火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)檢測火災(zāi)的一項(xiàng)重要任務(wù)就是將不確定的一面轉(zhuǎn)化成比較準(zhǔn)確的一面。關(guān)鍵詞：智能建筑，火災(zāi)報(bào)警，火焰圖像，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) IIABSTRACTThe intelligent building automatic fire alarm system is an intelligent system with colicky network firealarm demonstration and safe evacuation. This system bines Information Technology, Computer Technology with Autocontrol Technology. This system aims to realize the fire confirmation and the warning prevention and fire occurrence reduction. It’s bee a necessary installation of fire protection in important buildings and public places at home and abroad. This thesis fixes on the research as follows: Firstly, it studies the methods of fire information recognition, and its key research on the image fire information recognition methods。 . 3 數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)分析………………………………………………. 28 圖像型火災(zāi)識別技術(shù)……………………………………………………30 基本原理 31 火災(zāi)圖像的預(yù)處理 32 火災(zāi)圖像的分割 33 火災(zāi)圖像的特征提取 364 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 397 本章小結(jié) 419第四章 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)圖像探測技術(shù) 40 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 40 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)火災(zāi)圖像探測算法 40 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理 40 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 41 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法學(xué)習(xí)步驟 42 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的火災(zāi)探測實(shí)驗(yàn) 464 本章小結(jié) 486第五章 結(jié)論與展望 519 研究工作總結(jié) 519 進(jìn)一步研究發(fā)展方向 50參考文獻(xiàn) 51致 謝 54攻讀學(xué)位期間主要的研究成果 575第一章 緒論 研究背景與意義隨著信息社會的發(fā)展，智能建筑比傳統(tǒng)建筑更能夠?yàn)槿藗兲峁├硐氲墓ぷ骱蜕瞽h(huán)境。智能建筑是綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征和綜合性科技產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展涉及電力、電子、計(jì)算機(jī)軟件工程與通訊等多種行業(yè)。智能化建筑的興起，以及微電子技術(shù)、檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的飛速發(fā)展，人們對火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)提出了更高的要求，使得火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)也出現(xiàn)了智能化的趨勢[1]。1890年英國人發(fā)明了第一只用來探測火災(zāi)信息的裝置——對溫度敏感的感溫探測器。并且制定了比較完善的火災(zāi)報(bào)警規(guī)范。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自動消防功能的機(jī)器人、光譜特性和火災(zāi)圖像特征等識別技術(shù)判別真假火災(zāi)；(3) 采用多級計(jì)算機(jī)分機(jī)管理方式的先進(jìn)火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)獲得應(yīng)用，適應(yīng)了智能化建筑將樓宇內(nèi)防火、電力、空調(diào)、節(jié)能、設(shè)備監(jiān)控管理組合在一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的需要；(4) 從多線制系統(tǒng)聯(lián)接過渡到總線制；(5) 專用集成電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)將成為智能化火災(zāi)參數(shù)傳感器的核心，促進(jìn)了火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的智能化；(6) 以火災(zāi)自動探測算法為基礎(chǔ)的煙、溫復(fù)合式火災(zāi)探測器已批量生產(chǎn)并被工程應(yīng)用；(7) 無線遙控式火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警已在國外逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化；(8) 計(jì)算機(jī)多媒體和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)了報(bào)警語音化和各種數(shù)據(jù)存儲；(9) 以微粒分析和激光技術(shù)為基礎(chǔ)的高精度火災(zāi)參數(shù)分析和超早期火災(zāi)報(bào)警技術(shù)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化；(10) 國外具有協(xié)議開放技術(shù)的火災(zāi)探測器已形成規(guī)?；a(chǎn)能力[6]。其產(chǎn)品具有測點(diǎn)多、造價(jià)低、安裝維修方面、便于擴(kuò)展、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)CAN總線智能節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)模塊地址，這個(gè)地址通過一個(gè)8位的撥碼開關(guān)來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的互相通信[8]。單總線的空閑狀態(tài)是高電平，如果單總線保持低電平超過480ěs，單總線上掛接的所有器件將復(fù)位。圖12 DS18B20與控制器接線圖人們在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，每片DS18B20芯片與單總線間接一個(gè)100?的電阻可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性（見圖12）。圖13 DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1Wire單總線可以連接控制器I/O 口的一位，也可以連接兩位，發(fā)送和接收分開。DS18B20還提供了特殊的“二叉樹”搜索命令，啟動從低位到高位的搜索，完成從：啟動—低位—高位的搜索。目前代表國際先進(jìn)水平的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的還有美國愛德華系統(tǒng)技術(shù)公司（Edwards System Technology , 簡稱EST）的EST3系列火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)和英國科藝公司（THORN SECURITY）的代表性產(chǎn)品—Minerva80系列智能型火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)。 國內(nèi)典型產(chǎn)品我國火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展雖然不及國外先進(jìn)水平，但發(fā)展迅速，優(yōu)秀產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。系統(tǒng)在火災(zāi)報(bào)警控制器和消防設(shè)備聯(lián)動控制器采用96系列16單片機(jī)和模塊化總線制結(jié)構(gòu)，大容量、大屏幕液晶顯示。(4) JBQB100型以二總線制模擬量火災(zāi)報(bào)警控制器1路容量為99只各種探測器，水流指示器、手動報(bào)警器等。布線可采用干支或環(huán)形。火災(zāi)報(bào)警器采用大屏幕液晶顯示器，能顯示有關(guān)信息和技術(shù)數(shù)據(jù)，如顯示地址號碼、型號、靈敏度、環(huán)境變化量等等?？膳c普通火災(zāi)探測器一樣接到探測總線上，輸入模塊所需信號為常開開關(guān)信號。電源24VDC。防排煙閥的控制采用總線輸出技術(shù)，每個(gè)控制點(diǎn)可用一個(gè)外控模塊控制，并通過外控模塊返回運(yùn)用信息，模塊編碼可以現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)，最多可控100個(gè)點(diǎn)。其方式可分為分散式和集中式：分散式即輸入模塊直接接在探測總線上；集中式即輸入模塊接在人工報(bào)警控制器探測總線上。LA040型火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)是北京立安山雀智能系統(tǒng)有限責(zé)任公司的典型技術(shù)產(chǎn)品。工作站模擬顯示屏火災(zāi)報(bào)警控制器（主機(jī)）打印機(jī)屏幕、鍵盤數(shù)據(jù)和控制總線數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出模擬量輸入（類比輸入）模擬量輸出（類比輸出）脈沖數(shù)字輸入485總線控制總線 圖14 集成網(wǎng)絡(luò)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 智能建筑火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)包括[14,15]：火災(zāi)信息的有效檢測與火災(zāi)模式識別技術(shù)；火災(zāi)探測信息數(shù)據(jù)處理與火災(zāi)自動報(bào)警技術(shù)；消防設(shè)備聯(lián)動控制與消防設(shè)備電氣配線技術(shù)；自動消防系統(tǒng)計(jì)算機(jī)管理與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工管理和使用維護(hù)技術(shù)。研究了火災(zāi)圖像噪聲消除、背景差分法等算法在圖像處理中的應(yīng)用，通過仿真，驗(yàn)證了算法的可行性。因此，火災(zāi)報(bào)警探測是一個(gè)非常困難的問題。第一章為緒論，主要概述了本文的研究背景和研究意義，然后研究了火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與水平，最后給出了本課題的研究內(nèi)容和文章的組織結(jié)構(gòu)。本文著重從火災(zāi)圖像的火焰面積和尖角特征出發(fā)，重點(diǎn)研究了數(shù)字圖像處理技術(shù)識別方法第四章主要研究BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用。智能建筑的結(jié)構(gòu)可用圖21表示。PDS克服了傳統(tǒng)布線中各系統(tǒng)互不關(guān)聯(lián)、施工管理復(fù)雜、缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)及適應(yīng)環(huán)境變化靈活性差等缺點(diǎn)。通訊自動化 該系統(tǒng)可分為衛(wèi)星通訊、圖文通訊、語言通訊及數(shù)據(jù)通訊等四個(gè)子系統(tǒng)[20]：(1) 衛(wèi)星通訊突破了傳統(tǒng)的地域觀念，起到了零時(shí)時(shí)差信息的重要作用；(2) 圖文通訊在當(dāng)今智能化建筑中，可實(shí)現(xiàn)傳真、可視數(shù)據(jù)檢索、電子郵件、電視會議等多種通訊業(yè)務(wù)。因此，辦公自動化系統(tǒng)被譽(yù)為智能建筑忠實(shí)可靠的人事、財(cái)務(wù)、行政、保衛(wèi)、后勤的總管。如：金融領(lǐng)域的專用信息系統(tǒng)、工業(yè)企業(yè)領(lǐng)域的專用信息系統(tǒng)、國家宏觀經(jīng)濟(jì)調(diào)控領(lǐng)域的專用信息系統(tǒng)等[21，22]。當(dāng)監(jiān)測場所或?qū)ο蟀l(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)探測器將檢測到火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧、高溫、火焰及火災(zāi)特有的氣體等信號并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過與正常狀態(tài)或參數(shù)模型分析比較，給出火災(zāi)報(bào)警信號。從圖中可以得知：高層建筑及智能建筑中的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)是以火災(zāi)現(xiàn)象為監(jiān)測對象，根據(jù)防火、滅火要求和特點(diǎn)而設(shè)計(jì)、構(gòu)成和工作的。所以，從消防安全需要出發(fā)，高層建筑或智能化建筑火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)該采用相關(guān)規(guī)范要求的系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式[24]。正是基于這種思想和高層智能化建筑以自救為主的消防指導(dǎo)原則，我國的消防技術(shù)規(guī)范《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50045——1995)（2002年版）、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GBJ161987)（2002年版）、《建筑內(nèi)裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50221995)和《火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50116——1998)等都對火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)及其技術(shù)產(chǎn)品提出了以下的一些要求：(1) 確保建筑物內(nèi)火災(zāi)探測和報(bào)警功能有效，保證不出現(xiàn)漏報(bào)真實(shí)火災(zāi)；(2) 克服環(huán)境因素對系統(tǒng)的影響，減少系統(tǒng)的誤報(bào)率；(3) 確保系統(tǒng)工作可靠穩(wěn)定，信號傳輸準(zhǔn)確及時(shí)；(4) 要求系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)靈活性和產(chǎn)品成系列兼容性，適應(yīng)不同工程需要；(5) 要求系統(tǒng)工程適應(yīng)性強(qiáng)，系統(tǒng)布線簡單、靈活、方便；(6) 要求系統(tǒng)應(yīng)變能力強(qiáng)，為工程調(diào)試、系統(tǒng)管理和維護(hù)諸方面提供方便；(7) 要求系統(tǒng)的性能價(jià)格比高；(8) 要求系統(tǒng)聯(lián)動功能豐富、聯(lián)動邏輯多樣、控制方式有序有效。 火災(zāi)探測器原理 火災(zāi)自動報(bào)警控制器 火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的所有設(shè)備都直接或間接地與火災(zāi)報(bào)警控制器相連接，火災(zāi)報(bào)警控制器是火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的心臟[25]。當(dāng)收到探測器（手動報(bào)警按鈕、消火栓按鈕及輸入模塊）發(fā)來的火警信號時(shí)，均可在控制器發(fā)出聲、光報(bào)警信號；這