[發明專利]一種基于雙波段的紅外火焰探測方法及系統

在審

• 申請號: 202011395525.1
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112542020A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 周揚;楊廣;潘洋;劉紅奎;楊警衛;喬維;徐海二;何東
• 申請（專利權）人: 合肥科大立安安全技術有限責任公司
• 主分類號: G08B17/12
• 分類號: G08B17/12;G01J5/10;G01J5/00
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 鄭浩

一種基于雙波段的紅外火焰探測方法及系統，屬于消防火災探測技術領域，目的在于如何解決隧道內應用的雙波段的紅外火焰探測器由于車輛的燈光干擾而導致的檢測精度低、誤報率高的問題；采用了兩種具有濾波功能的不同波長的紅外熱釋電傳感器，其中一只傳感器工作在反映火焰信息的中心波長，另外一只傳感器主要監視環境中的其他紅外輻射如人工光源。使用相關機器學習算法模型進行運算分析，使得只有符合火焰特征的輻射頻譜才會被確認為火警，而其他的干擾因素形成的假火警信號則會被排除；能夠對人工光源、環境(人等)、電磁干擾、機械振動等干擾有很好的抑制，從而實現了對火焰信號的快速響應和準確識別。

技術領域

本發明涉及消防火災探測技術領域，具體來說是一種基于雙波段的紅外火焰探測方法及系統。

背景技術

隧道火災往往由于汽車相撞、車輛裝載物品燃燒或爆炸、電力電氣線路短路等事故引發，其火災特點是起火速度快、明火事故多與陰燃火，而且由于隧道內大多數情況下無人值守，一旦發生火災，會造成較大損失。目前隧道紅外傳感類火焰探測器主要包括了單波段紅外火焰探測器和多波段紅外火焰探測器，相對于光纖及感溫電纜，紅外火焰探測器由于采用紅外探測技術，不受隧道風速的影響，報警響應速度迅速、靈敏度高。探測器安裝于隧道側壁，安裝維護不影響隧道交通運營。隧道由于終年陰冷且保持一定風速，給感溫探測帶來不穩定性和滯后性。相比之下，火焰探測方式具有響應速度快、靈敏度高、保護面積大、不受環境變化的影響等特點。

早期，國際上使用的單波段紅外火焰探測器作為保護大空間及地下建筑消防安全的手段，但由于其受技術水平及工藝水平的限制，在實際應用中對環境干擾的抵抗能力較差，易產生誤報警。三個或者三個以上波段的傳感器被選擇運用于此項火焰探測技術，其中的每一個傳感器分別探測不同紅外福射的特定波長，因而更可靠地區分真正的火焰信息和其他各種熱體紅外福射干擾。但是這對各個傳感器的輸出信號的分析處理帶來了難度，同時，由多個探測器組成的電路的時滯會增大，也增加了探測器的反應時間。雙波段紅外火焰探測器結合了火焰檢測波段和背景參考波段兩個不同波長的紅外輻射，考慮到了參考背景中存在的干擾輻射。但是這類探測器受到高溫非燃燒的物質(即不滿足普朗克定律)的干擾較大。高溫非燃燒的物質包括太陽光、人工光源如白熾燈、人工熱源如電烤箱等非火焰紅外輻射，會通過散熱向外輻射。隧道內一般不會出現太陽光、電烤箱等，干擾因素主要集中于車輛的燈光干擾。

現有技術中，文獻《基于多紅外波段的火焰探測系統的設計》(華中科技大學，周向真，2008年5月)利用PerkinElmer公司生產的雙熱電堆傳感器TPS2534和TI公司生產的MSP430F149研制了一種能夠快速發現火焰出現的紅外型火焰探測系統，這種火焰探測系統對有明火產生的火災而言，應用火焰探測系統能夠提高報警速度，并且相對傳統的感溫/感煙型火災探測系統而言，準確率也有提高。但是上述文獻并未解決本申請的技術問題，因此如何解決隧道內應用的雙波段的紅外火焰探測器由于車輛的燈光干擾而導致的檢測精度低、誤報率高的問題成為當務之急。

發明內容

本發明的目的在于如何解決隧道內應用的雙波段的紅外火焰探測器由于車輛的燈光干擾而導致的檢測精度低、誤報率高的問題。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：

一種基于雙波段的紅外火焰探測方法，包括如下步驟：

S1、根據不同熱釋電傳感器對火焰和非火焰信號識別的差異性，提取標準差、波峰波谷數、幅值超限數作為區分所述差異性的有效特征，從而區分出火焰和非火焰信號；

S2、采集多個不同波段的熱釋電傳感器在火焰情況以及干擾情況下的檢測數據，采用滑動窗平移法對數據進行分段，得到多組數據，計算每組數據中的標準差、波峰波谷數、幅值超限數；

S3、根據計算的特征構建一個隨機森林二分類器，輸出各個特征對于模型分類的重要程度并排序，同時計算兩兩特征之間的相關性；