一种提高智能消防炮灭火精度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于火灾监测及自动灭火技术领域，特别涉及一种提高大空间智能消防炮 灭火精度的方法。
【背景技术】
[0002] 火灾依然是当今社会破坏力最大的灾害之一。近年来，随着社会的进步和科技的 不断发展，我国在应对火灾方面已经取得长足的进展，但同时伴随着城市化进程的不断加 快和人口的持续增长，我国火灾的发生数量，造成的损失依旧呈现上升的趋势。火灾的扑灭 依旧是当今世界的难题之一。目前，智能消防炮的使用主要是室内较小区域，而针大空间火 灾的智能消防炮研究还不多。事实上，许多大空间环境如化工厂，机库以及货运码头等一些 重点防火单位对高精度灭火的智能消防炮具有相当大的需求。然而大空间的智能消防炮灭 火的难度之一是：在远距离射程情况下，智能消防炮实际落水点位置会因受到复杂的外界 环境因素的影响而难以确定，导致其位置的不精确。目前对于该类难题最常用的处理方法 是提高火灾发生位置的检测精度，然而在大空间环境下，着火点位置与消防炮的距离往往 在几十米以上，仅仅依靠提高检测着火点位置的精度是很难保证消防炮的精确性。
[0003] 最小二乘法（Generalized Least Squares，简称GLS)，又称最小平方法（Least Square Method)是一种数学优化技术，它是通过最小化误差的平方和找到一组数据的最佳 函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数 据之间误差的平方和最小。最小二乘法通常用于曲线拟合并且已在实际的工程中得到广泛 的应用。
【发明内容】
[0004] 针对智能消防炮实际落水点位置与着火点位置之间存在误差导致消防炮灭火精 度较低的问题，本发明提出一种提高智能消防炮灭火精度的方法，提高智能消防炮的灭火 精度，同时为大空间的智能灭火提供条件。
[0005] 本发明是通过下面的技术方案来解决上述的技术问题； 一种提高智能消防炮灭火精度的方法，其特征在于：根据智能消防炮在不同安装高 度，不同出水管压强下消防炮的实际落水点位置与俯仰角度等数据。利用最小二乘法曲线 拟合出安装高度、出水管压强以及消防炮俯仰角度与实际落水点位置之间的函数关系，通 过运用该函数关系智能消防炮可根据着火点位置对当前俯仰角度进行补偿，使其达到精确 灭火的目的。
[0006] 本发明具有下列技术效果： 1、 将最小二乘法引入到提高智能消防炮的灭火精度中，根据着火点位置通过最小二 乘法曲线拟合的函数关系对当前消防炮的俯仰角度进行补偿，提高了智能消防炮的灭火精 度，增加了消防炮的精确性； 2、 现有智能消防炮可以不用增加任何控制系统硬件或机械结构而直接使用该方法，从 而提高消防炮的灭火精度。
【附图说明】
[0007] 图1是具体实施最小二乘法曲线拟合的流程图； 图2是本发明成果示意图。图中H为消防炮安装高度，L为实际落水点位置，S为着火点 与消防炮水平距离，a为消防炮检测角度，A a为补偿角度,P为出水管压强； 图3是消防炮安装高度H = 6. 8m，出水管压强P为0. 6mp时消防炮俯仰角度a与实际落 水点位置L关系曲线； 图4是消防炮安装高度H = 6. 8m，出水管压强P为0. 6mp时消防炮俯仰角度a与实际落 水点位置L的二次拟合曲线与实际关系曲线比较； 图5是消防炮安装高度H = 6. 8m，消防炮俯仰角度a与实际落水点位置L拟合方程的二 次项系数与出水管压强P为〇. 6mp、0. 5mp、0. 4mp时的一次拟合曲线与实际曲线比较。
【具体实施方式】
[0008] 下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更 好的理解本发明并能予以实施，但所举实例不作为对本发明的限定。
[0009] 如图1所示，本发明一种提高智能消防炮灭火精度的方法包括下述步骤： 1、 获取智能消防炮在不同安装高度H，水管压强P下，消防炮俯仰角度a与落水点位置 L的数据； 2、 通过获取的上述步骤1的数据，绘制消防炮在同一安装高度士和出水管压强g下消 防炮俯仰角度a与实际落水点位置L之间如图3所示曲线图； 3、 参考关系曲线图，确定消防炮俯仰角度a与实际落水点位置L函数形式，利用最小二 乘法拟合出消防炮在相同的安装高度％，出水管压强下消防炮俯仰角度a与实际落水点 位置L之间的函数关系式。本实例中图3的曲线为二次函数形式对其拟合函数关系式如下 (1)所示，而拟合函数的曲线则如图4所示：
其中u t为在消防炮安装高度为H $、出水管压强为&时，实际落水点位置L有关俯仰角 度3拟合函数的二次项系数，为拟合函数的一次项系数，则为该拟合函数的常数项； 4、 重复上述步骤3,再分别拟合出消防炮在相同的安装高度％，不同的出水管压强 P:，P3……II下消防炮俯仰角度a与实际落水点L之间的函数关系式如下所示：
其中u。为在消防炮安装高度为士、出水管压强为PD时，实际落水点位置L有关俯仰角 度a拟合函数的二次项系数为该函数的一次项系数，\\则为该函数的常数项，n的取值 应大于3 ; 5、 将函数关系（2)中a的二次项系数us与压强Pn绘制关系曲线图并利用最小二乘法进 行拟合。本实例参照图5的关系曲线图对其进行一次拟合； 6、 重复步骤5,将一次项系数'以及常数项系数^3分别与压强Pa绘制关系曲线图并根 据关系曲线图的形式再次利用最小二乘法拟合，拟合出a二次项系数、一次项系数以及常数 项系数与水管压强P的函数关系式。本实例中对、w a也进行一次拟合则得到如下（3)所 不函数关系：
其中kt、1^为压强Pn对ua、％、w a进行一次拟合的一次项系数,1^ 、"则为该一 次拟合的常数项系数； 7、 重复上述步骤2,3、4、5、6再分别拟合出L与在消防炮安装高度为H3 ...Hn的 函数关系，得到矩阵（4):
8、 将矩阵（4)中的ka、〗a、r:1、ba、ta各系数分别与高度Ha绘制关系曲线， 根据关系曲线的形式利用最小二乘法拟合出各项与消防炮安装高度H的函数。本实例 中根据绘制的关系曲线图将kn、la、rn、bn、m n、tn分别与Hn进行二次拟合，则得到矩阵如 下（5)所示：
其中 c!、dj、; c:、d:、e: ; Cg、dg、h ; c;、dj、; Cg、dg、分力ij 为 ka、、 、ba、m3、ta对高度Hn进行二次拟合的二次项系数、一次项系数以及常数项系数； 9、 矩阵（5)即为智能消防炮实际落水点L与安装高度H,水管压强P,以及检测角度a之 间的函数关系。通过多组实际数据，可求出矩阵（5)中
各项实 际数值； 10、 在智能消防炮安装完成后，其安装高度H，出水管压强P为常数，矩阵（5)则为实际 落水点L有关检测角度a的一元函数； 11、 当有火灾发生如图2所示，智能消防炮寻找着火点灭火，并由传感器检测到的着火 点位置所对应的消防炮炮口的角度a值经过消防炮安装高度与传感器检测角度之间的函数 关系式S= H/tana计算出着火点位置与消防炮的水平距离S ; 12、 智能消防炮控制系统将着火点位置S = L(IiP.a:带入矩阵（5)中，反求出i。再由 公式ia = - a得出智能消防炮要精确灭火所应达到的俯仰角度与当前俯仰角度的差值 Aa； 13、 智能消防炮控制系统将计算所得角度△3补偿给当前消防炮俯仰机构，使其达到 精确灭火。
【主权项】
1. 一种提高智能消防炮灭火精度的方法，其特征在于：根据智能消防炮在不同安装高 度，出水管压强下实际落水点位置与消防炮俯仰角度的试验数据，利用最小二乘法曲线拟 合出消防炮安装高度、出水管压强、俯仰角度与实际落水点位置之间的函数关系，智能消防 炮可根据当前着火点位置，通过运用该函数关系对消防炮俯仰角度进行补偿，使其达到精 确灭火。2. 根据权利要求1所述的一种提高智能消防炮灭火精度的方法，其特征在于：曲线拟合 出的函数关系为实际落水点位置L与消防炮安装高度H，出水管压强P以及消防炮俯仰角度a 有关的三元函数，在消防炮安装完成后，安装高度，出水管压强为常数，所得函数关系为与消 防炮俯仰角度有关的一元函数。3. 根据权利要求1所述的一种提高智能消防炮灭火精度的方法，其特征在于：当火灾 发生时，智能消防炮寻找着火点灭火，并根据传感器检测到的着火点位置所对应的消防炮 炮口的角度a值,经过消防炮安装高度H与传感器检测角度a之间的函数关系S=H/tan(a) 计算出着火点位置与消防炮的水平距离S。4. 根据权利要求1所述的一种提高智能消防炮灭火精度的方法，其特征在于：消防 炮控制系统将着火点位置与消防炮的水平距离S带入S=L(H,Pi函数关系中求出？二再由 As =a+二a得出智能消防炮要准确灭火所应达到的俯仰角度与当前俯仰角度的差值Aa， 并将差值△a补偿给消防炮俯仰机构，使其达到精确灭火。
【专利摘要】本发明公开一种提高智能消防炮灭火精度的方法，属于火灾监测及自动灭火技术领域。将最小二乘法曲线拟合引入到消防炮的灭火中，通过对一种类型消防炮的实际落水点位置与相关俯仰角度，安装高度以及出水管压强等数据的拟合，得出在实际的着火点位置需补偿给智能消防炮俯仰角度的函数关系。通过该函数关系可对消防炮俯仰角度进行补偿，有效的提高智能消防炮的灭火精度，为大空间自动精确灭火提供条件。
【IPC分类】A62C37/00
【公开号】CN104941101
【申请号】CN201410115512
【发明人】邓成中, 成华友, 武昕坤, 陈川
【申请人】西华大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2014年3月26日