专利名称：：一种移动在线式火灾态势等级探测评估系统和方法
技术领域：
：本发明涉及消防安全检测领域，具体而言，本发明涉及一种移动在线式火灾态势等级探测评估系统和方法。
背景技术：
：当复杂建筑内部、危化品生产存储等场所发生火灾时，充分掌握火场火势发展状况以及危化品的泄漏情况对灭火救援工作具有非常重要的意义，不仅能够辅助指挥人员做出正确的决策，指导救援工作顺利进行，同时也能保障消防官兵的生命安全。在目前实际灭火救援战斗中，常采用先派出侦察兵进入火场进行火势侦察的战术。然而，单凭侦察兵的肉眼无法量化火场的基本信息，很难做出准确的判断，同时侦察兵观察到的信息也难以实时地传送给外面的指挥员。现有的火场探测器，包括由背负式探测器，其主要目的是保证消防队员在完成火场险情探测、危险物品排除等工作时的人身安全。但是该探测器不具备定量化侦察和信息传送的功能。此外。还包括有智能型火灾现场探测装置，该探测装置可以在人不进入火灾现场的情况下采集火灾现场的基本资料并通过无线通讯方式传输至火灾现场外，但是该装置不具备越障和攀爬能力，难以进入复杂建筑的内部，同时该装置也不具备火灾态势等级的分析能力。
发明内容本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别针对火灾现场的若干关键参数实时测量采集并传输，并在此基础上建立火灾态势快速评估方法，为灭火救援现场指挥工作提供决策依据，提出了一种移动在线式火灾态势等级探测评估系统和方法。为实现上述目的，本发明的实施例的一个方面提出了一种动在线式火灾态势等级探测评估系统，包括背负式探测装置、无线传输中继装置和火灾态势评估装置，所述背负式探测装置，用于采集并传输火灾现场的信息，包括采集模块、采集主机和无线传输模块；所述无线传输中继装置，用于接收并转发来自所述背负式探测装置的火灾现场的信息，包括一个或一个以上的调制解调器；所述火灾态势评估装置，用于根据来自所述无线传输中继装置的火灾现场的信息，通过对气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级，包括无线接收模块、图像处理模块和火灾态势评估模块。本发明实施例的另一方面提出了一种移动在线式火灾态势等级探测评估方法，包括如下步骤采集并传输火灾现场的信息，所述火灾现场信息包括气体浓度数据、图像数据和火场温度数据；通过无线传输中继，接收并转发火场现场的信息；根据接收到的火灾现场的信息，通过对气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级。根据本发明实施例的系统和方法，能及时将火场内部的基本信息通过无线传播方式传输至火场外部，并对火场内部的氧气浓度、有毒有害气体浓度的危险性给出预判，通过对气体浓度变化识别火灾发展趋势。现场设备体积小，重量轻，便于单兵携带，移动灵活。数据传输采用DSSS技术，抗干扰能力强。传输过程中采用无线中继，保证信号传输的稳定性和准确定。本发明提出的上述方案，对现有系统的改动很小，不会影响系统的兼容性，而且实现简单、高效。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1为根据本发明实施例的移动在线式火灾态势等级探测评估系统的结构框图；图2为根据本发明实施例的背负式探测装置和无线传输中继装置的示意图；图3为根据本发明实施例的火灾态势评估装置的示意图；图4为根据本发明实施例的移动在线式火灾态势等级探测评估方法的流程框图；图5为根据本发明实施例的移动在线式火灾态势等级探测评估系统工作示意图。具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。为实现本发明之目的，本发明实施例公开了一种移动在线式火灾态势等级探测评估系统，结合图1所示，该系统100包括背负式探测装置110、无线传输中继装置120和火灾态势评估装置130。具体的说，背负式探测装置110，用于采集并传输火灾现场的信息，包括采集模块、采集主机和无线传输模块。其中采集模块又包括温度采集器、气体采集器和图像采集器。结合图2所示，温度采集器1用于采集火场温度。具体的说，温度采集器1通过温度传感器采集火场的温度。气体采集器集成了多种气体传感器，可以检测02，CO,CO2,H2S,SO2,HCL,NH3,，NOx,HCN,氰化氢、挥发性有机化合物V0C、可燃气体LEL等气体成份的浓度。气体采集器包括气体采样管2和气体采样泵3。气体采样器通过气体采样泵3驱动气体采样管2采集火场的气体浓度。此外，采集模块还包括图像采集器4用来采集火灾现场的图像。其中图像采集器4由一个远端摄像头和一个IXD显示器组成。IXD显示器集成在采集主机上，便于携带和维护。远端摄像头可以安装在侦察员的工作帽上。结合图2所示，采集主机4包括蓄电池和双极天线，用于为采集模块和无线传输模块提供能量。采集主机4集成了一块大容量直流蓄电池和一个半波长双极天线，并带有音频接口，为采集模块和传输模块提供能源保证。其中，音频接口用于侦察员与外界通信联络。采集主机4与温度采集器1、气体采集泵3、图像采集器4、微波信号发射器7相连，可以向上述器件提供能量。无线传输模块包括微波信号发射器7，用于将采集模块采集得到的数据向火场外发送。微波信号发射器7采用微波通信方式，选择具备DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列扩频)技术的调制解调器。在微波信号发射器7的上方安装有天线8，天线8用于与外界进行通信。采集主机5和直流电源6分别与微波信号发射器7相连，用于向微波信号发射器7提供能量。此外，背负式探测装置110包括直流电源6，用于向背负式探测装置110中的各个器件供能。背负式探测装置110还包括显示屏9，显示屏9用于显示火灾事故现场的图像及通过采集模块采集得到的数据。移动在线式火灾态势等级探测评估系统还包括无线传输中继装置120，用于接收来并转发自背负式探测装置110的火灾现场的信息，包括由温度采集器采集得到的火场温度信息、气体采集器采集得到的气体浓度信息以及由图像采集器采集得到的火场的图像信息。无线传输中继装置120可以包括一个或一个以上的调制解调器，灵活的放置在窗台等位置，具备自动搜索附近其他调制解调器并自动组网的功能，解决微波传输的距离限制和建筑墙体的屏蔽。火灾态势评估装置130包括无线接收模块、图像处理模块和火灾态势评估模块，根据来自无线传输中继装置120的火灾现场的信息，通过对气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级。具体的说，无线接收模块，用于接收来自无线传输中继装置120的火场信息，包括由温度采集器采集得到的火场温度信息、气体采集器采集得到的气体浓度信息以及由图像采集器采集得到的火场的图像信息。在本实施例中，无线接收模块采用微波通信方式，通过微波通信方式接收来自火场的信息。火灾态势评估装置130还包括图像处理模块和火灾态势评估模块。其中图像处理模块用于显示火灾事故现场的图像，可以连接、切换现场不同的图像采集器的，即使显示当前火灾事故现场的图像。此外，火灾态势评估模块用于通过气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级。火灾风险等级判定方法包括氧气浓度判别、有毒有害气体浓度判别和火势发展状况判别。具体的说，氧气浓度判别标准即氧气体积含量危险度划分，如表1所示。氧浓度系数Kft的计算方法为N氧”—^15<N<21(1)1表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>如表1中所示，在火场中，O2的体积含量为21%时，火灾风险处于安全等级；02的体积含量低于18%，火灾风险处于预警等级；02的体积含量低于15%时，火灾风险处于危险等级。有毒有害气体浓度判别包括单一有毒有害气体浓度判别与多种有毒有害气体判另IJ。单一有毒有害气体“安全”、“预警”、“危险”浓度值如表2所示，其中Ns为安全浓度值，Na为预警浓度值，Nd为危险浓度值。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>其中，单一有毒有害气体危险系数Iii的计算方法<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>多种有毒有害气体危险系数K计算方法k毒=Eki(3)结合氧气浓度和有毒有害气体浓度，将火场气体危险等级划分为6个等级，如表3所示。表3火场气体危险等级划分<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>具体的说，当KftS0.5且KeS0.5时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于安全等级；当K氧≤0.5且0.5≤K毒≤0.8时，或者0.5≤K氧≤0.8且K毒≤0.5时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于较安全等级；当0.5≤Kft^0.8且0.5≤K毒≤0.8时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于较一般等级；当K氧≤0.8且0.5≤K毒≤0.8时，或者0.5≤K氧≤0.8且K毒≤0.8时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于较危险等级；当K氧≤0.8且Κ_<0·5时，或者K氧≤0.5且Κ_>0·8时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于危险等级；当K氧≤0.8且K毒≤0.8时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于极度危险等级。火势发展状况主要依据氧气，有毒有害气体浓度变化来判别。①氧气浓度基本保持稳定，有毒有害气体浓度逐渐上升，此时火势处于初步发展阶段；②氧气浓度有所下降，有毒有害气体继续上升，此时火势处于充分燃烧阶段；③氧气浓度继续下降，而有毒有害气体逐渐上升并趋于稳定，此时有可能发生轰然；④氧气浓度回升，有毒有害气体浓度下降，此时火势处于减弱阶段。最后结合火场气体危险等级、火势发展状况及火场图像给出火场危险综合评判。结合图3所示，图像处理模块和火灾态势评估模块可以集成于计算机3中。根据本发明实施例提供的移动在线式火灾态势等级探测评估系统，能够及时将火场内部的基本信息通过无线传播方式传输至火场外部，并对火场内部的氧气浓度、有毒有害气体浓度的危险性给出预判，通过对气体浓度变化识别火灾发展趋势。现场设备体积小，重量轻，便于单兵携带，移动灵活。数据传输采用DSSS技术，抗干扰能力强。传输过程中采用无线中继，保证信号传输的稳定性和准确定。本发明的实施例还提出了一种移动在线式火灾态势等级探测评估方法，结合图4所示。该方法包括如下步骤SlOl背负式探测装置采集并传输火灾现场的信息。其中，火灾现场信息包括气体浓度数据、图像数据和火场温度数据。具体的说，背负式探测装置110通过温度采集器采集火场温度。采用气体采集器2检测02，CO,CO2,H2S,SO2,HCL,NH3,，NOx,HCN，氰化氢、挥发性有机化合物V0C、可燃气体LEL等气体成份的浓度。此外，采用图像采集器采4采集火灾现场的图像。上述采集得到的温度数据、气体数据和图像数据均可以通过显示屏显示，并通过微波形式向火场外发送。S102:无线传输中继装置通过无线传输中继，接收并转发火场现场的信息。在步骤101中采集得到的数据通过微波形式向或场外发送，由无线传输中继装置120接收并转发。其中，无线传输中继装置120可以包括一个或一个以上的调制解调器，灵活的放置在窗台等位置，具备自动搜索附近其他调制解调器并自动组网的功能，解决微波传输的距离限制和建筑墙体的屏蔽。S103火灾态势评估装置根据接收到的火灾现场的信息，通过对气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级。通过微波通信方式接收来自无线传输中继装置120的火灾现场的信息。火灾态势评估装置130根据接收到的信息，通过气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级。火灾风险等级判定方法包括氧气浓度判别、有毒有害气体浓度判别和火势发展状况判别。具体的说，氧气浓度判别标准即氧气体积含量危险度划分，如表1所示。氧浓度系数K氧的计算方法为'0N氧”抑氧15谓氧<21(1)1N氧<15V如表1中所示，在火场中，O2的体积含量为21%时，火灾风险处于安全等级；02的体积含量低于18%，火灾风险处于预警等级；02的体积含量低于15%时，火灾风险处于危险等级。有毒有害气体浓度判别包括单一有毒有害气体浓度判别与多种有毒有害气体判另IJ。单一有毒有害气体“安全”、“预警”、“危险”浓度值如表2所示，其中Ns为安全浓度值，Na为预警浓度值，Nd为危险浓度值。其中，单一有毒有害气体危险系数Ici的计算方法0~N<NSL·=\N'NsNS<N<N,(2)‘Nd-Nsd1N>A^s多种有毒有害气体危险系数K计算方法k毒=Eki(3)结合氧气浓度和有毒有害气体浓度，将火场气体危险等级划分为6个等级，如表3所示。具体的说，当KftS0.5且KeS0.5时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于安全等级；当K氧彡0.5且0.5彡K毒彡0.8时，或者0.5彡K氧彡0.8且K毒彡0.5时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于较安全等级；当0.5彡Kft^0.8且0.5彡K毒彡0.8时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于较一般等级；当K氧彡0.8且0.5彡K毒彡0.8时，或者0.5彡K氧彡0.8且K毒彡0.8时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于较危险等级；当K氧彡0.8且Κ_<0·5时，或者K氧彡0.5且Κ_>0·8时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于危险等级；当K氧彡0.8且K毒彡0.8时，火灾态势评估模块判断此时火灾态势处于极度危险等级。火势发展状况主要依据氧气，有毒有害气体浓度变化来判别。①氧气浓度基本保持稳定，有毒有害气体浓度逐渐上升，此时火势处于初步发展阶段；②氧气浓度有所下降，有毒有害气体继续上升，此时火势处于充分燃烧阶段；③氧气浓度继续下降，而有毒有害气体逐渐上升并趋于稳定，此时有可能发生轰然；④氧气浓度回升，有毒有害气体浓度下降，此时火势处于减弱阶段。最后结合火场气体危险等级、火势发展状况及火场图像给出火场危险综合评判。下面结合实施例对利用火灾态势等级探测评估系统和方法检测火场信息进行详细说明。如图5所示，消防人员背负数据采集装置在火场中自由移动，通过温度采集器1、气体采集管2和图像采集器4采集火灾现场中的温度数据、气体数据和图像数据，并通过微波通信方式，将采集到的图像数据和气体数据通过无线发射器向火场外部发送。如图5中所示，图像采集器4安装在安全帽前沿。其中温度采集器1、气体采集管2和图像采集器4由采集主机5供电。上述火灾现场的数据通过无线传输中继装置120转发给火灾态势评估装置130进行评估识别。火灾态势评估装置130根据接收到的火灾现场的信息，通过气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级。火灾风险等级判定方法包括氧气浓度判别、有毒有害气体浓度判别和火势发展状况判别。根据本发明实施例提供的移动在线式火灾态势等级探测评估方法，能够及时将火场内部的基本信息通过无线传播方式传输至火场外部，并对火场内部的氧气浓度、有毒有害气体浓度的危险性给出预判，通过对气体浓度变化识别火灾发展趋势。现场设备体积小，重量轻，便于单兵携带，移动灵活。数据传输采用DSSS技术，抗干扰能力强。传输过程中采用无线中继，保证信号传输的稳定性和准确定。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。权利要求一种移动在线式火灾态势等级探测评估系统，其特征在于，包括背负式探测装置、无线传输中继装置和火灾态势评估装置，所述背负式探测装置，用于采集并传输火灾现场的信息，包括采集模块、采集主机和无线传输模块；所述无线传输中继装置，用于接收并转发来自所述背负式探测装置的火灾现场的信息，包括一个或一个以上的调制解调器；所述火灾态势评估装置，用于根据来自所述无线传输中继装置的火灾现场的信息，通过对气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级，包括无线接收模块、图像处理模块和火灾态势评估模块。2.如权利要求1所述的探测评估系统，其特征在于，所述采集模块包括气体采集器、温度采集器和图像采集器，所述气体采集器，用于检测气体成份的浓度，包括气体传感器；所述温度采集器，用于采集火场温度，包括温度传感器；所述图像采集器，用于采集火场图像数据，包括远端摄像头和显示器。3.如权利要求1所述的探测评估系统，其特征在于，所述采集主机包括蓄电池，用于为所述采集模块和无线传输模块供电。4.如权利要求1所述的探测评估系统，其特征在于，所述无线传输模块包括微波信号发射器，用于将所述采集模块采集得到的数据向火场外发送。5.如权利要求1所述的探测评估系统，其特征在于，所述无线接收模块，用于接收来自所述无线传输中继装置的火场信息；所述图像处理模块，用于显示火场的图像，能够连接、切换不同的图像采集器；所述火灾态势评估模块，用于通过对气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级。6.如权利要求5所述的探测评估系统，其特征在于，所述火灾态势评估模块评估火灾态势等级包括对氧气浓度判别、有毒有害气体浓度判别和火势发展状况判别。7.如权利要求6所述的探测评估系统，其特征在于，所述火灾态势评估模块将所述火灾态势等级划分如下所示<table>tableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>其中，K胃为氧气浓度系数为有害气体危险系数，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>&为单种有毒气体危险系数，Ns为安全浓度值，Nd为危险浓度值。8.一种移动在线式火灾态势等级探测评估方法，其特征在于，该方法包括如下步骤背负式探测装置采集并传输火灾现场的信息，所述火灾现场信息包括气体浓度数据、图像数据和火场温度数据；无线传输中继装置接收并转发来自所述背负式探测装置的所述火灾现场的信息；火灾态势评估装置根据接收到的来自所述无线传输中继装置的火灾现场的信息，通过对气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级。9.如权利要求8所述的评估方法，其特征在于，评估火灾态势等级包括对氧气浓度判别、有毒有害气体浓度判别和火势发展状况判别。10.如权利要求9所述的评估方法，其特征在于，所述火灾态势等级划分如下所示<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>其中，K胃为氧气浓度系数为有害气体危险系数，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>k1为单种有毒气体危险系数，Ns为安全浓度值，Nd为危险浓度值。全文摘要本发明的实施例提出了一种移动在线式火灾态势等级探测评估系统，包括背负式探测装置、无线传输中继装置和火灾态势评估装置，背负式探测装置用于采集并传输火灾现场的信息；无线传输中继装置用于接收并转发火灾现场的信息；火灾态势评估装置用于根据火灾现场的信息，通过对气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级。本发明的实施例还提出了一种移动在线式火灾态势等级探测评估方法包括采集并传输火灾现场的信息；接收并转发火场现场的信息；根据接收到的火灾现场的信息，通过对气体浓度的变化识别，评估火灾态势等级。根据本发明实施例的系统和方法，通过对火场内部的氧气浓度、有毒有害气体浓度的危险性给出预判，通过对气体浓度变化识别火灾发展趋势。文档编号G01N33/00GK101832990SQ20101017085公开日2010年9月15日申请日期2010年5月12日优先权日2010年5月12日发明者刘乃安,张永明,朱霁平,李炳华,王春杰,翁韬申请人:中国科学技术大学