基于贝叶斯网络的卡车火灾智能监测系统的制作方法

本发明涉及卡车安全系统技术领域，具体涉及一种基于贝叶斯网络的卡车火灾智能监测系统。

背景技术：

对于卡车着火现象已有很多人对其展开研究，市场上已经有用单片机实现对封闭空间如车厢等环境的监控；现有产品实现对卡车发动机部位实现出现火源时喷射灭火弹，尚未有实施监控卡车运行信息的监测系统。

这些系统只考虑单模块的应用，针对卡车安全领域，没有做到针对卡车易发生火灾的部位进行监控，未做到将控制器、温度/浓度/烟雾/co传感器、灭火装置结合使用，构成完整系统实现对卡车环境的时间监控并对危险情况进行实时反馈的报警系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种基于贝叶斯网络的卡车火灾智能监测系统，实时监测环境温度，浓度，火焰信息，并设计了智能火灾决策算法，依据温度场概念，依据火灾发生时对应着火点各温度/烟雾/火焰/co传感器的数据与算法库中的数据进行对比，依据算法判断发生火灾的位置，并触发对应部位的灭火装置动作，实现火源的精准定位，提高灭火的精度。基于贝叶斯网络的智能火灾决策算法，将每次着火事件中各个温度/烟雾/火焰/co传感器纳入算法数据库，得出每次可能发生火灾的概率与误报概率，依据概率而非具体传感器数值用以判断火灾发生的可能性，提高着火点定位的精度，实现灭火装置的定点喷射，降低由于人误触发传感器或传感器失效造成的误报率，提高系统的鲁棒性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：一种基于贝叶斯网络的智能火灾决策算法的卡车火灾智能监监测系统，其算法为智能监测系统设有火源精准定位算法与智能火灾决策算法，综合温度/烟雾/火焰/co传感器信息判断火源位置，实现定点喷射，包括控制模块、输入传感器模块、温度传感器、烟雾传感器、co传感器、火焰传感器以及对卡车进行灭火的灭火触发执行器端；所述智能火灾定位算法，依据温度场概念，智能判断发生火灾的位置，并触发对应部位的灭火装置动作；所述智能火灾决策算法，将着火事件中温度/烟雾/火焰/co传感器纳入算法数据库，得出每次可能发生火灾的概率与误报概率，依据概率而非具体传感器数值用以判断火灾发生的可能性。

进一步地，智能监控系统设有火灾判断概率模型，系统综合温度/烟雾/火焰/co传感器判断火灾发生的概率阈值，分为第一概率阈值、第二概率阈值、第三概率阈值、第四概率阈值，且第一概率阈值＜第二概率阈值＜第三概率阈值<第四概率阈值，当温度/烟雾/火焰/co传感器判断火灾发生的概率大于等于第一概率阈值且小于第二概率阈值时，指示灯启动；当温度/烟雾/火焰/co传感器判断火灾发生的概率大于等于第二概率阈值且小于第三概率阈值时，蜂鸣器启动；当温度与浓度检测模块检测的车厢内温度或危险气体浓度大于等于第三阈值时且小于第四阈值时，对应部位灭火喷头启动；当温度与浓度检测模块检测的车厢内温度或危险气体浓度大于等于第四阈值时，系统判断火灾情况严重，触发所有部位的灭火喷头全部启动。

进一步地，灭火触发执行器端包括驱动灭火剂喷射的驱动装置，灭火剂，增大喷射压力的增压装置，将灭火剂进行分流的分流阀，控制喷射流量的节流阀，电磁阀，布置在车架两侧的灭火管道及布置在灭火管道上的灭火喷头及独立电触发灭火器。

采用上述技术方案后，本发明有益效果为：通过使用基于贝叶斯网络的智能火灾决策算法提高系统的鲁棒性，通过在卡车易发生火灾的部位布置温度/烟雾/火焰/co传感器，实时监控卡车的环境，从而在出现卡车局部温度温升过快，危险物品浓度过高等情况下为司机提供预警，在火灾发生初期实现火源定位，并提供自动化的灭火手段，从而为事件处理，人员疏散争取缓冲时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的系统整体布局图；

图2是本发明的灭火算法模型拓扑图；

图3是本发明中火源定位算法的温度传感器布局示意图；

图4是本发明中卡车火灾智能监测系统整体布局左视图；

图5是本发明中卡车火灾智能监测系统整体布局右视图；

图6是本发明中卡车火灾智能监测系统整体布局局部放大图。

附图标记说明：增压装置1、灭火剂储箱2、中部分流阀3、左灭火管道4、油箱5、轮胎6、右灭火管道7、左分流阀8、电磁阀9、灭火喷头10、中部灭火管道11、灭火弹12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参照图1，一种基于贝叶斯网络的卡车火灾智能监测系统，包括控制模块、用以监测卡车环境信息的输入传感器模块、以及用于对车厢进行灭火的灭火触发执行器端。系统所述输入传感器端包括温度/烟雾/火焰/co传感器，所述温度/烟雾/火焰/co传感器设置在发动机舱、油箱、底盘的线束集中区、两侧轮胎上方、驾驶室点烟处。所述灭火触发执行器端包括驱动灭火剂喷射的驱动装置，灭火剂存储在罐体中，通过增压装置增加喷射的压力，灭火剂通过分流阀3路输出，3路灭火管道分为左右中3路，位于左右两侧的灭火管道沿车架布置，主要监测两侧轮胎、油箱及线束的环境信息，位于中路的灭火管道主要监测发动机舱的环境，当发生火灾时，控制模块经由节流阀，电磁阀，触发灭火喷头进行喷射。考虑到灭火喷头的失效可能性，增加独立电触发灭火器动作，当灭火喷头失效时，由控制模块控制独立电触发灭火器动作，提高系统工作的安全性及鲁棒性。

下面对本发明的实施过程做进一步详细说明：

本发明针对现有车辆安全技术条件上没有对卡车的完备的火灾监测系统而提出了一种基于贝叶斯网络的智能火灾决策算法的卡车火灾智能监控系统。通过在卡车易发生火灾的部位布置温度/烟雾/火焰/co传感器，实时监控卡车的环境，依据温度场概念，依据火灾发生时对应着火点各温度/烟雾/火焰/co传感器的数据与算法库中的数据进行对比，依据算法判断发生火灾的位置，并触发对应部位的灭火装置动作，实现火源的精准定位，提高灭火的精度。基于贝叶斯网络的智能火灾决策算法，将每次着火事件中各个温度/烟雾/火焰/co传感器纳入算法数据库，得出每次可能发生火灾的概率与误报概率，依据概率而非具体传感器数值用以判断火灾发生的可能性，提高着火点定位的精度，实现灭火装置的定点喷射，降低由于人误触发传感器或传感器失效造成的误报率，提高系统的鲁棒性，从而在出现卡车局部温度温升过快，危险物品浓度过高等情况下为司机提供预警，在火灾发生初期实现火源定位，并提供自动化的灭火手段，从而为事件处理，人员疏散争取缓冲时间。

1.本发明软件算法部分主要包括以下部分：

1)输入传感器模块

通过实验数据分析及实际着火车辆着火原因分析，对卡车的温度/烟雾/火焰/co传感器的布局进行分析、优化，实现覆盖面积的最大化，并能及时有效的采集数据信息并传递到中央控制器上。

对温度、烟雾在卡车的分布采取多点分布以保证覆盖车厢全部空间并能对潜在的着火点如发动机舱、油箱上部、线束集中区、轮胎、驾驶室点烟处进行重点监控。

具体为：

对于数据感知模块，温度传感器采用等距多点测量方式，以卡车车架10米为例，每隔1.5米在车架两侧部位布置6个温度传感器；每隔1米在车架中央部位布置2个温度传感器。如图3所示，每个圆圈代表单传感器的有效覆盖范围，对于b点所在区域是两个传感器之间的重合部位；对于a点所在区域为三个传感器之间的重合部位；对于c点所在区域为四个传感器之间的重合部位。对相应传感器所传递的温度值进行分析，估算热源的位置。烟雾/火焰/co传感器布局主要针对潜在的着火点发动机舱、油箱上部、线束集中区、轮胎、驾驶室点烟处进行定点布置，综合其与温度传感器的判断结果得出潜在热源位置。

由于热源点随着距离的增大，其温度场分布是变化的，这里根据格林函数得出三维空间的非稳态热扩散温度场。格林函数反映的是系统自身的性态，即在某一位置某一时刻有一单位扰量时全系统的状态。根据格林函数，反向推理，即根据系统的状态推出热源点的大概位置。因为单热源点温度值随着距离的增大而逐步降低，这里可以根据对同一热源点的多个传感器数据采集，数值越大说明距离热源点越近，这里我们假设取传感器数据最大的三个点为测量值，通过格林函数的反向推理再进行位置上空间重合，得出最可能的热源点位置。

对于传热问题的一维导热微分方程，常见抛物线偏微分方程数学模型为：

其中a为热扩散率，f(x)为初始温度分布，x指空间位置。

根据抛物线偏微分方程，得出一维无内热点的导热问题的温度分布解析解：

其中，τ为时间，ξ为脉冲点热源作用的位置。

扩展到三维空间的非稳态热扩散温度场，得出：

x，y，z分别代表空间在三维中的位置，ζ，η，ξ分别代表脉冲点热源作用的位置。自变量g(x，y，z，ζ，η，ξ，θ)的第一部分“x，y，z，τ”表示计算区域内τ时刻(x，y，z)位置处，自变量的第二部分“ζ，η，ξ，θ”表示脉冲点热源作用的位置和时刻；总的物理含义是θ时刻作用于(ζ，η，ξ)处的脉冲点热源对区域(x，y，z)处τ时刻的影响，令

g(x，y，z，ζ，η，ξ，θ)表示在(ζ，η，ξ)处有强度为一个单位脉冲的点热源在时刻θ自行释放热量后的过余温度场分布。g(x，y，z，ζ，η，ξ，θ)就是传热分析理论中经常使用的格林函数。

2)控制模块

基于贝叶斯网络的智能火灾决策算法，将每次着火事件中各个温度/烟雾/火焰/co传感器纳入算法数据库，得出每次可能发生火灾的概率与误报概率，其模型拓扑图如图2所示，主要包括3部分：模型输入，状态评估和模型输出。

贝叶斯网络是由图形和参数来表达，可以由一个二元组b＝(d，p)来表示。其中d表示由一组节点x＝{1，2，3...n}和链接节点的有向边构成的有向无环图。每个节点xi表示一个变量，有向边表示因果关系，有向边的起始点称为xi的父节点，节点xi称为子节点，没有父节点的节点称为根节点，参数p表示子节点的条件概率。贝叶斯网络中的每个节点和一个相应的概率分布函数相联系。对于根节点，该概率分布是一个边缘分布函数，由于这类节点的概率不被其他节点所影响，这类节点的概率又称为为先验概率；对于其他节点，其概率函数为条件概率分布函数，记做p(xi/π(xi))，其中π(xi)表示该节点的父节点所代表的变量的取值。对于整个贝叶斯网络而言，其所有节点所代表的随机变量的联合概率分布函数可以表示为式

p(x1，x2，...xn)＝p(x1)p(x2|x1)...p(xn|x1...xn-1)

p(x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7)

对于贝叶斯网络，对应的全概率公式为式：

＝p(x1)p(x2)p(x3)p(x4|x1，x2，x3)p(x5|x1，x3)p(x6|x4)p(x7|x4，x5)

状态变量包括温度temp烟雾smoke、火焰flame和co，先验概率为由temp为温度传感器判断着火的极大后验概率，烟雾smoke为烟雾传感器判断着火的极大后验概率，火焰flame为火焰传感器判断着火的极大后验概率，co为co传感器判断着火的极大后验概率，观测fire为最终判断着火的条件概率。

温度temp得出温度传感器判断发生火灾的极大后验概率，与smoke烟雾传感器判断着火的极大后验概率，flame火焰传感器判断着火的极大后验概率，co传感器判断着火的极大后验概率综合判断得出fire发生火灾的条件概率。

系统输入模型的4个输入变量和1个输出变量代入，其随机变量集合见式：

v＝{ti，，ci，di，ei，p}式中，状态变量ti代表温度，ci代表烟雾浓度，di代表火焰，ei代表co浓度,观测p代表是否发生火灾。

根据图的模型拓扑结构，将t1，t2，t3，t4，t5，t6的6个温度输入变量、烟雾浓度输入变量ci，火焰输入变量di，co浓度输入变量ei代入，得出有向边集合见式：

v＝{tip，cip，dip，eip}

当实际获得了某一时刻的全部输入变量(假设为w)，见式：

p((ti，，ci，di，ei)＝w)＝1

得出是否发生火灾(假设为m)的条件概率，见式：

3)灭火触发执行器端

灭火触发执行器端如图4至图6所示，包括包括驱动灭火剂喷射的驱动装置，灭火剂，增大喷射压力的增压装置，将灭火剂进行分流的分流阀，控制喷射流量的节流阀，电磁阀，布置在车架两侧的灭火管道及布置在灭火管道上的灭火喷头及独立电触发灭火器。

具体为：

灭火剂存储在罐体中，通过增压装置增加喷射的压力，灭火剂通过分流阀3路输出。3路灭火管道分为左右中3路，左右两路管路位于左右两侧的灭火管道沿车架布置，主要监测两侧轮胎、油箱及线束的环境信息，每隔50厘米分别布置灭火喷头，左右两路各布置14个灭火喷头，位于中路的灭火管道主要监测发动机舱的环境，每隔50厘米布置灭火喷头，中路布置4个灭火喷头。

灭火管道前端设有节流阀，用以控制灭火剂的流动流速，灭火喷头上方设有电磁阀，用以电触发灭火剂喷射。

灭火管道采用火探管材料，即使万一发生火灾系统未工作，当火源烧到灭火管道后会导致相应部位管道的自动破裂，从而喷射出灭火剂。灭火喷头的触发口采用相同火探管材料，若火源烧到灭火喷头处也会导致相应灭火喷头的自动破裂。

当发生火灾时，控制模块经由节流阀，电磁阀，触发灭火喷头进行喷射。考虑到灭火喷头的失效可能性，增加独立电触发灭火器动作，当灭火喷头失效时，由控制模块控制独立电触发灭火器动作，提高系统工作的安全性及鲁棒性。

将数据与系统初设数据阈值进行比较，最后设计预警模块进行数据反馈。当温度、浓度信息超过系统阈值时，这里分为四种情况：

(1)数据达到第一概率阈值，指示灯启动。

(2)数据达到第二概率阈值，开发板驱动蜂鸣器发出声音，提醒驾驶员对车内环境做出判断，若确实产生火源，则可通过按钮控制灭火弹的喷射。

(3)数据达到第三概率阈值，则证明温度、浓度值已到达确定产生火源的情况，这时开发板对相应热源点发出电信号，触发相应位置的灭火弹喷射灭火剂。

(4)数据达到第四概率阈值，则证明系统判断火灾情况严重，触发所有部位的灭火喷头全部启动。

2.通过对卡车的着火车进行数据分析，得出可能潜在着火点主要固定发动机舱、油箱、底盘的线束集中区、两侧轮胎上方、驾驶室点烟处，故在设计时针对以上位置进行灭火喷头设置，以卡车底盘分3路灭火管道。整体在卡车底盘布局成“叉”型布局，可以最大程度上覆盖卡车潜在着火点，如图4至图6所示。

考虑到灭火喷头的喷射方式，若采用从下往上式喷或侧面喷射，由于重力和横摆风向的原因，灭火剂的喷射面积有限。故在设计灭火弹喷射角度时选择从上往下喷射方式，在重力的作用下，能更快的喷射出灭火剂，且喷射面积更大。

3.温度/烟雾/火焰/co传感器通过控制模块经can模块连接至车载can总线上，可实现卡车车载控制器间的实时通信。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。