【正文】 on algorithms, and gets preferable experimental results through the frame recognition.As for the duality of fire, namely randomness and determinism, the intelligent building automatic fire alarm system has the important task that transforms the randomness accurately in the firm detection. Therefore, this thesis uses the BP neural network algorithm. It gives the detail structure of the BP nerve net and the detail design precept of input and output layer. In this paper, a series of sample images of fire and interference images has been experimented. Experimental results show that fire detection algorithm based on the BP neural network is more effective to reduce fire false positive rate, and improves the accuracy of the fire alarm.KEYWORDS intelligent building, automatic fire alarm system, flame image，neural network。隨著信息共享性的增強(qiáng)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的管理必將走向網(wǎng)絡(luò)化，由監(jiān)控中心進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)各部門(mén)的聯(lián)動(dòng)。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備的生產(chǎn)和應(yīng)用歷史較長(zhǎng)，應(yīng)用已經(jīng)普及到了家庭。該系統(tǒng)2000年問(wèn)世以來(lái)，代表了目前火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的國(guó)際先進(jìn)水平。DS18B20在單總線(xiàn)為高電平時(shí)從單總線(xiàn)獲得電荷，供應(yīng)芯片電源，同時(shí)一部分電荷也保存在芯片的寄生電容中，在單總線(xiàn)低電平時(shí)供電。在支路上串接電阻將有效地降低阻抗失配，減少反射能量。1s鐘時(shí)間內(nèi)至少可獲取75個(gè)器件的ROM序列碼。系統(tǒng)特點(diǎn)(1) ZN900系列火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)特點(diǎn)采用先進(jìn)的模擬量檢測(cè)技術(shù)和總線(xiàn)制地址編碼傳輸技術(shù)，具有靈敏、穩(wěn)定、抗干擾、抗潮濕等多功能。當(dāng)由集中控制器和幾臺(tái)區(qū)域控制器聯(lián)網(wǎng)時(shí)，可用此6位撥動(dòng)編碼開(kāi)關(guān)，編制每個(gè)區(qū)域控制器的編程。(2) 輸入模塊ZN907 用于接收水流指示器，擊碎玻璃按鈕等設(shè)備輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)。(2) 防排煙控制柜ZN911 用在通風(fēng)空調(diào)、防排煙設(shè)備及電動(dòng)防火閥控制系統(tǒng)。 代表國(guó)內(nèi)先進(jìn)產(chǎn)品的還有LA040系列火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。火災(zāi)信息識(shí)別方面 在目前已有的火災(zāi)信息識(shí)別技術(shù)：通信數(shù)據(jù)信息識(shí)別和數(shù)字圖像處理技術(shù)識(shí)別方法研究的基礎(chǔ)上，本文對(duì)圖像型火災(zāi)信息識(shí)別方法進(jìn)行了重點(diǎn)研究。 論文的組織結(jié)構(gòu)本文共分五章，分別為緒論、智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成原理、火災(zāi)信號(hào)識(shí)別的基本方法、基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在火災(zāi)探測(cè)中的應(yīng)用、結(jié)論與展望。59工程碩士學(xué)位論文 第二章 智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成原理第二章 智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成原理 智能建筑的組成及功能智能建筑是采用系統(tǒng)集成方法將計(jì)算機(jī)、通訊、信息技術(shù)與建筑藝術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。它為所有機(jī)電設(shè)備提供了安全、可靠、節(jié)能、長(zhǎng)壽。后一個(gè)子系統(tǒng)與人們從事的工作領(lǐng)域有關(guān)。圖 22 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)示意圖 基本性能 圖23為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能關(guān)系圖。其目的是能將損失控制在最小范圍內(nèi)，滿(mǎn)足高層建筑或智能化建筑消防安全方面的性能要求。(2) 火災(zāi)報(bào)警 這是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的關(guān)鍵部份。系統(tǒng)運(yùn)行某個(gè)部件出現(xiàn)故障時(shí)，為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，就對(duì)故障部件實(shí)行手動(dòng)關(guān)閉（隔離）。編碼地址和探測(cè)器的平面配置圖互相對(duì)應(yīng)，只要知道了編碼地址也就知道探測(cè)器的部位。近年來(lái)有的廠(chǎng)家在出廠(chǎng)時(shí)，就將探測(cè)器的唯一地址碼設(shè)置好。 現(xiàn)代火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在消防產(chǎn)品中的大量應(yīng)用，集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度的不斷提高，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越靈活多樣，很難精確劃分幾種固定模式。指模擬量探測(cè)器接口電路一般包括前置放大、多路轉(zhuǎn)換、采樣保持、A/D變換等部分，如圖27所示。當(dāng)控制器裝置需要較大的驅(qū)動(dòng)功率時(shí)，用微處理器輸出的數(shù)字信號(hào)直接控制繼電器動(dòng)作，再允許輸出大功率的繼電器觸點(diǎn)啟動(dòng)被控設(shè)備動(dòng)作。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于人們的日常生活和國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各項(xiàng)領(lǐng)域。系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性高，能適應(yīng)超大規(guī)模系統(tǒng)的需要；(4) 大屏幕液晶中文顯示清晰、生動(dòng)，并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度對(duì)液晶輝度進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有良好的人機(jī)界面，通用性、可編程性強(qiáng)，豐富的操作提示，便于操作和維護(hù)；(5) 采用了薄膜面板工藝、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，使得外形美觀、結(jié)構(gòu)緊湊；(6) 設(shè)計(jì)符合GB47171993《火災(zāi)報(bào)警控制器通用技術(shù)條件》和GB168061997《消防聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備通用技術(shù)條件》等各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。 圖32為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 趨勢(shì)特征實(shí)踐表明：非火災(zāi)時(shí)探測(cè)器輸出的信號(hào)具有明顯的穩(wěn)態(tài)值，而火災(zāi)發(fā)生時(shí)其輸出信號(hào)則有比較明顯的、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的正向或負(fù)向變化趨勢(shì)特征。當(dāng)前用于火災(zāi)信息識(shí)別的方法有很多種，這里主要研究包括通信數(shù)據(jù)信息識(shí)別、基于數(shù)字圖像技術(shù)的識(shí)別等方法。波特率的辨識(shí)方式波特率的辨識(shí)分析即為串/并行脈沖檢測(cè)識(shí)別，步驟如下：Step1：實(shí)時(shí)采樣發(fā)送數(shù)據(jù)端口發(fā)出的高低電平，記錄電平變化時(shí)間長(zhǎng)度T；Step2：按B（波特率）=1/T（時(shí)間長(zhǎng)度）計(jì)算每次變化的比特位數(shù)B；Step3：根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸中起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位及停止位的特定變化規(guī)律，取Bx中最小值B；Step4：將與波特率對(duì)照表進(jìn)行對(duì)比，得到監(jiān)測(cè)接口波特率值。經(jīng)上述8步計(jì)算后，得到16位表示數(shù)據(jù)0X61，0X73，0X64，0X66，即字符中“ASDF”。則公式（33）的k(n1,n2)值表征了信號(hào)x(n)在離散時(shí)間n1和n2段的斜率 公式(33)此外由于火災(zāi)的發(fā)生將導(dǎo)致某火災(zāi)信號(hào)產(chǎn)生連續(xù)一段時(shí)間的變化，這是火災(zāi)信號(hào)與瞬時(shí)干擾脈沖等信號(hào)的差異所在。在進(jìn)行規(guī)則匹配時(shí)，只有上一層匹配符合后，才會(huì)進(jìn)行下一層匹配，而不是對(duì)每一價(jià)目數(shù)據(jù)包使用所有規(guī)則逐條進(jìn)行檢測(cè)。圖35為該醫(yī)院與報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)聯(lián)接圖。總之，由于通信數(shù)據(jù)信息檢測(cè)信息量大，故出現(xiàn)的誤報(bào)警的概率也比較大。 基本原理基于圖像處理的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)是一種以計(jì)算機(jī)為核心，結(jié)合光電技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)而研制的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，如圖37所示。因此，在連續(xù)影像中長(zhǎng)時(shí)間地表現(xiàn)為高亮度時(shí)，它是火災(zāi)存在的最原始、最直接的特征。該方法是將一個(gè)點(diǎn)的特定長(zhǎng)度或形狀的領(lǐng)域稱(chēng)為窗口。 火災(zāi)圖像的分割火災(zāi)圖像分割的目的是抑制火焰顏色的干擾，使得火災(zāi)識(shí)別能更有效有序地進(jìn)行。要將圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，需設(shè)置一個(gè)閥值，這里我們應(yīng)用閥值迭代算法求解一個(gè)最佳閥值。軟件主體是系統(tǒng)的核心，它對(duì)數(shù)字圖像首先進(jìn)行圖像分割，再利用圖像特性對(duì)這些圖像進(jìn)行火災(zāi)識(shí)別或分類(lèi)檢測(cè)，以便準(zhǔn)確判斷。這里僅對(duì)重心以下的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行尖角識(shí)別判斷，當(dāng)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的地面過(guò)于光亮?xí)r還可以消除火焰鏡面成像部分的干擾?！疤綔y(cè)準(zhǔn)則”是指從對(duì)圖像從左到右、從上到下進(jìn)行掃描，若發(fā)現(xiàn)是黑點(diǎn)則進(jìn)一步判定是否為頂點(diǎn)。計(jì)算圖像矩陣特性的目的是因?yàn)榭紤]到火焰的形狀不斷變化這一獨(dú)特的性質(zhì)，反應(yīng)在圖像的數(shù)字特征上，即表現(xiàn)為其一階矩也應(yīng)該是無(wú)序的變換。因此可以用分割方法來(lái)獲得火焰目標(biāo)，然后以?huà)呙杌馂?zāi)窗口獲得的像素點(diǎn)數(shù)目的多少來(lái)描述火焰的影像面積大小。設(shè)一副圖像的最佳閥值為，算法思想是首先按某種規(guī)則取得圖像的一個(gè)閥值，然后不斷的對(duì)進(jìn)行修正，直到無(wú)限趨近于，算法具體步驟具體分為5步[39]：Step1：計(jì)算圖像的最大灰度值和最小灰度值，；Step2：根據(jù)閥值將圖像分割為前景和背景，計(jì)算兩者的平均灰度值；Step3：計(jì)算新閥值；Step4：若，則，轉(zhuǎn)Step2，否則為預(yù)先假定的最佳閾值，轉(zhuǎn)Step5；Step5：算法結(jié)束?；馂?zāi)燃燒在連續(xù)影像中具有 自然特性有：燃燒的色譜特性；相對(duì)穩(wěn)定性；紋理特性；蔓延增長(zhǎng)的趨勢(shì)特性等，我們采用背景差分法將當(dāng)前圖像與參考圖像進(jìn)行剪影操作，來(lái)判斷在監(jiān)控區(qū)域是否有火災(zāi)存在。窗口正中間那個(gè)像素的值用窗口內(nèi)像素值的中間量代替?；馂?zāi)圖像的濾波在實(shí)際工作中，我們所獲取的火災(zāi)數(shù)字圖像往往要受到拍攝、儀器以及周?chē)h(huán)境的影響，使得圖像失去本來(lái)面目或者存在各種各樣的噪聲。圖37 火災(zāi)圖像探測(cè)系統(tǒng)原理圖在圖37中，火災(zāi)圖像信息通常為火焰的圖像特征，它包含了火的面積、邊緣、距特性、紅外輻射以及其他一些明顯的特征。②該醫(yī)院有各類(lèi)工作人員3000余人，住院人數(shù)和門(mén)診人數(shù)也保持在30004000人左右，醫(yī)院后勤配備的生活鍋爐每天二次排放蒸汽濃度過(guò)大時(shí)，也會(huì)被火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)所接收為信號(hào)，出現(xiàn)誤報(bào)警。 圖36 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警打印窗口圖其打印單顯示出：詳細(xì)的起火地點(diǎn)和起火時(shí)間，以便采取有力的救援措施。 數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)分析信息識(shí)別的數(shù)據(jù)來(lái)源為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的探測(cè)器，而探測(cè)器接收是通過(guò)安裝在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)各種類(lèi)型的探頭信號(hào)而采集到的。因此，可以定義信號(hào)的斜率函數(shù)g(n) ＝d(n)δ[a(n)N] 公式(35) 公式(36) 公式（37） 令公式（37）中的 X0(t)=0, Xf(t)=1；將公式（36）中（x）換成x(t)，則 公式（38） 達(dá)到了引入斜率算法的目的。 通信數(shù)據(jù)信息識(shí)別火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警探測(cè)器大都通過(guò)對(duì)火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的物理和化學(xué)變化特征進(jìn)行火災(zāi)信號(hào)識(shí)別。如試驗(yàn)收到的一組量化串可為101000011001011001110010001001100110011011。同時(shí)考慮到數(shù)字圖像技術(shù)的成熟性和優(yōu)越性，本文重點(diǎn)研究基于數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù)火災(zāi)識(shí)別。頻譜特征火災(zāi)信號(hào)具有一定的頻譜特征。根據(jù)火災(zāi)動(dòng)力學(xué)理論和長(zhǎng)期的觀測(cè)與分析實(shí)踐，早期的火災(zāi)信號(hào)主要有如下幾個(gè)特征。(8) 可通過(guò)RS232與CRT彩色顯示系統(tǒng)或與樓宇智能系統(tǒng)相連接，并可與普通辦公串口打印機(jī)相連。筆者因工作關(guān)系，參與檢測(cè)、維修火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警的機(jī)會(huì)比較多，很清楚火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)。微處理器輸出口繼電裝置控制裝置圖29 微處理器與控制裝置的連接 本章小結(jié)本章為后面各章節(jié)提供基礎(chǔ)性知識(shí)，起好引橋、鋪墊作用。對(duì)于智能型火災(zāi)探測(cè)器，除了多路轉(zhuǎn)換器外，輸入口以前的電路都在火災(zāi)探測(cè)器內(nèi)，多路轉(zhuǎn)換器在控制器內(nèi)[28]。在火災(zāi)報(bào)警控制器性能改進(jìn)方面，產(chǎn)生了可尋址開(kāi)關(guān)量報(bào)警系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)的功能是傳遞現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、部件（如探測(cè)器）與微處理器之間的所有信息。編碼方式有下面幾種：(1) 機(jī)械編碼。(7) 聯(lián)動(dòng)控制 聯(lián)動(dòng)控制有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，用功能鍵進(jìn)行選擇。(3) 故障報(bào)警 故障報(bào)警即是我們平時(shí)說(shuō)的“誤報(bào)”，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，故障指示燈亮；發(fā)出長(zhǎng)音故障音；顯示首次故障地址號(hào)及類(lèi)型號(hào)；鎖定時(shí)鐘顯示，直至故障復(fù)位，才顯示實(shí)際時(shí)間；故障情況下出現(xiàn)火警時(shí)，則由故障報(bào)警自動(dòng)轉(zhuǎn)化為報(bào)火警；當(dāng)火警被清除后，又恢復(fù)故障報(bào)警?？傊馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是確?，F(xiàn)代高層建筑及智能化建筑免除或減少火災(zāi)危害的極其重要的安全設(shè)施。是一種及時(shí)發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火情，并采取有效措施控制和撲滅火災(zāi)而設(shè)置在高層建筑或智能化建筑物中的自動(dòng)消防設(shè)施，是將高層建筑或智能化建筑中的火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，減少火災(zāi)危害及其損失的有力工具。 智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 基本結(jié)構(gòu) “火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)”實(shí)際上是“火災(zāi)探測(cè)報(bào)警和消防設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱(chēng)[23]。(3) 語(yǔ)言通訊系統(tǒng)可提供預(yù)約呼叫、等候呼叫、自動(dòng)重?fù)?、快速撥?hào)、轉(zhuǎn)向呼叫、直接撥入、用戶(hù)賬單報(bào)告、語(yǔ)言郵政(Email)等上100種不同特色的通訊服務(wù)；(4) 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)可供用戶(hù)建立區(qū)域網(wǎng)，以聯(lián)接其辦公區(qū)內(nèi)電腦系統(tǒng)及其外部設(shè)備，從而完成電子數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)(EDI)。它由智能建筑環(huán)境內(nèi)系統(tǒng)集成中心(SIC, System Integrated Center)，利用綜合布線(xiàn)系統(tǒng)(PDS, Premises Distribution System)，形成標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)電與弱電接口，連接3A系統(tǒng)即建筑自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS, Building Automation System)、通訊自動(dòng)化系統(tǒng)(CAS，Communication System)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OAS, Office Automation System)，實(shí)現(xiàn)3A功能即建筑自動(dòng)化、通訊自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化功能。第二章為背景知識(shí)，主要介紹了智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警的構(gòu)成原理、主要性能、設(shè)計(jì)要求及傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和現(xiàn)代火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)等。針對(duì)火焰的面積、邊緣變化以及形體變化等信息特征，研究了相應(yīng)的檢測(cè)