物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的指揮車智能防火系統(tǒng)

王 興， 宋 琦

(太原科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 太原 030024)

據(jù)報(bào)道，2018年6月，一輛美國(guó)M577軍用指揮車在軍事演習(xí)中車輛內(nèi)部突然發(fā)生火情[1]，指揮車內(nèi)部電子設(shè)備基本被燒毀，損失嚴(yán)重。指揮車是集系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化于一體的通信指揮平臺(tái)，應(yīng)用于處理自然災(zāi)害以及應(yīng)對(duì)緊急突發(fā)事件。指揮車內(nèi)裝備有大量重要的電力設(shè)備，具有一定的火災(zāi)隱患，而且在電信運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域需要指揮車充當(dāng)可移動(dòng)基站，適用于長(zhǎng)期無(wú)人值守的環(huán)境，于是對(duì)車輛內(nèi)部防火報(bào)警能力提出較高要求。目前國(guó)內(nèi)指揮車根據(jù)最新《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》(GB7258—2017)規(guī)定，中型(含)以上的車輛應(yīng)配備處于有效期內(nèi)的滅火器和消防器材；而根據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)相關(guān)規(guī)定，自2019年7月11日起，歐洲所有Ⅲ類車輛配備有車輛滅火系統(tǒng)。目前部分指揮車內(nèi)部采用滅火器充當(dāng)防火設(shè)施[2-3]，無(wú)法通過(guò)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，當(dāng)火情發(fā)生時(shí)，需人工主動(dòng)完成滅火。在火焰識(shí)別以及火情處理效率都難以滿足指揮車的防火要求。針對(duì)這些問(wèn)題，中國(guó)研究人員對(duì)于車輛火災(zāi)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，研究成果大致分為兩類：一種是應(yīng)用多傳感器設(shè)計(jì)的車輛火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)[4-5]，該系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)火焰報(bào)警，缺少對(duì)火情的處理，而系統(tǒng)軟件部分也沒(méi)有對(duì)設(shè)備的控制功能；另外一類研究增加了系統(tǒng)的自動(dòng)滅火功能，但系統(tǒng)只針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙的火災(zāi)情形[6]，沒(méi)有對(duì)車輛內(nèi)部進(jìn)行火焰檢測(cè)和處理。雖然中外對(duì)車輛的火災(zāi)報(bào)警及自動(dòng)滅火均有研究，但是缺少適用于車輛內(nèi)部的火災(zāi)處理及符合長(zhǎng)期無(wú)人值守要求的智能火災(zāi)報(bào)警滅火系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛內(nèi)部人員和關(guān)鍵電氣設(shè)備的保護(hù)。

現(xiàn)設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)的智能防火系統(tǒng)，利用感知節(jié)點(diǎn)獲取現(xiàn)場(chǎng)信息，網(wǎng)絡(luò)層利用多種通信方式傳輸信號(hào)至應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛內(nèi)部防火設(shè)備的遠(yuǎn)程智能控制。這種智能防火系統(tǒng)不僅為大型指揮車輛提供智能防火方案，也為其他領(lǐng)域研究如何高效智能預(yù)防應(yīng)對(duì)火情提供新的思路，在一定程度上減少火災(zāi)對(duì)公眾生產(chǎn)生活的危害。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

指揮車智能防火系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)的三層基本架構(gòu)[7-8]設(shè)計(jì)，由感知節(jié)點(diǎn)、控制臺(tái)、智能防火報(bào)警系統(tǒng)軟件組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成圖Fig.1 System composition diagram

系統(tǒng)特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①根據(jù)火焰發(fā)生時(shí)向外輻射的波長(zhǎng)特征[9]，以及不同物質(zhì)燃燒的差異，應(yīng)用了一種紅紫復(fù)合火焰?zhèn)鞲衅?，除感光式傳感器外，又集成了煙霧傳感器和高清攝像頭加以輔助識(shí)別；②利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行火焰判斷；③根據(jù)系統(tǒng)的功能指令，設(shè)計(jì)指令的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；④處于應(yīng)用層的智能防火系統(tǒng)軟件由Visual basic語(yǔ)言編寫，系統(tǒng)軟件可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、智能判斷、設(shè)備控制管理等功能。

1.2 系統(tǒng)工作原理

在指揮車內(nèi)監(jiān)測(cè)區(qū)域分散安裝感知節(jié)點(diǎn)設(shè)備，啟動(dòng)智能防火報(bào)警系統(tǒng)。在感知節(jié)點(diǎn)中集成的紅紫復(fù)合火焰?zhèn)鞲衅骱蜔熿F傳感器分別對(duì)被保護(hù)區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)火焰和煙霧的特征信號(hào)。如發(fā)現(xiàn)火焰或煙霧信號(hào)后，將報(bào)警信號(hào)傳送至節(jié)點(diǎn)設(shè)備，節(jié)點(diǎn)設(shè)備中的CPU芯片對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行處理，CPU對(duì)高清攝像頭發(fā)出拍攝現(xiàn)場(chǎng)照片命令，利用現(xiàn)場(chǎng)的高清圖片對(duì)火情再判斷。通過(guò)無(wú)線Wi-Fi模塊，將報(bào)警信號(hào)和高清圖片發(fā)送至相應(yīng)控制臺(tái)?？刂婆_(tái)發(fā)出報(bào)警信號(hào)指示，并將報(bào)警信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)高清圖片通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或以太網(wǎng)絡(luò)傳送至中央控制室的計(jì)算機(jī)監(jiān)控平臺(tái)，同時(shí)通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)預(yù)留手機(jī)號(hào)發(fā)送火焰報(bào)警短信，計(jì)算機(jī)平臺(tái)中的系統(tǒng)軟件可通過(guò)上傳的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行判斷，做出相應(yīng)處理。此時(shí)，可通過(guò)人工干預(yù)解除報(bào)警。若在無(wú)人值守狀態(tài)下未進(jìn)行人工解除報(bào)警，控制臺(tái)在發(fā)出報(bào)警后15 s內(nèi)自動(dòng)觸發(fā)滅火設(shè)備進(jìn)行滅火，完成系統(tǒng)智能報(bào)警滅火過(guò)程。系統(tǒng)工作原理圖如圖2所示。

2 火焰信號(hào)的檢測(cè)和報(bào)警

2.1 火焰?zhèn)鞲衅鞯姆治?/h3>

火焰發(fā)生時(shí)向外界釋放能量，針對(duì)火焰產(chǎn)生的能量，相對(duì)應(yīng)產(chǎn)生了感光、感煙、聲音、圖像等多種傳感器類型。依據(jù)不同類型傳感器的特性，表1列舉了幾種主要的傳感器類型，進(jìn)行特性差異的對(duì)比。

紅外線、紫外線傳感器同屬感光傳感器，因?yàn)榛鹧嬖谌紵^(guò)程中向外界輻射的紅外線、紫外線，在特定波長(zhǎng)具有典型的特征，這是感光傳感器得以識(shí)別火焰的工作原理之一。在火焰光譜中，紫外線傳感器探測(cè)波長(zhǎng)較短，波長(zhǎng)在0.185～0.260 μm頻譜范圍內(nèi)[10]，有別于太陽(yáng)光、閃光等干擾輻射的紫外線。紅外線的特征波長(zhǎng)主要在2.5～3 μm和4.4～4.6 μm的范圍內(nèi)。特別地，在4.4～4.6 μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，環(huán)境中CO2氣體含量使紅外輻射達(dá)到峰值[11-12]，有別于一般情況下環(huán)境較低的CO2含量，反映出了火焰發(fā)生的特征。

表1 不同類型傳感器特性

指揮車內(nèi)部存在燈光以及電子干擾，單一紅外線、紫外線傳感器的抗干擾能力不足[13]，以致降低對(duì)火焰識(shí)別的可靠性和精準(zhǔn)度。針對(duì)指揮車內(nèi)部復(fù)雜情況，采用紅紫復(fù)合傳感器可有效降低單一傳感器來(lái)自外界的干擾，而為了解決表1中紅紫復(fù)合火焰?zhèn)鞲衅髟跓熿F中響應(yīng)不靈敏的缺陷，采用感知節(jié)點(diǎn)中集成煙霧傳感器和高清攝像頭的方式提高靈敏度。系統(tǒng)多類型傳感器和高清攝像頭的火焰數(shù)據(jù)傳輸模型如圖3所示。離子感煙傳感器與光電感煙傳感器響應(yīng)火焰產(chǎn)生的不同階段且不能互相替代[14]，煙霧傳感器選擇了更加環(huán)保的光電感煙傳感器。高清攝像頭在控制臺(tái)收到感知節(jié)點(diǎn)的報(bào)警信號(hào)后，自動(dòng)進(jìn)行拍照并傳輸至計(jì)算機(jī)監(jiān)控平臺(tái)，輔助智能策略分析，排除錯(cuò)報(bào)、誤報(bào)以確定現(xiàn)場(chǎng)情況。

圖3 火焰數(shù)據(jù)傳輸模型Fig.3 Flame data transmission model

2.2 火焰識(shí)別策略

紅紫火焰?zhèn)鞲衅骱蜔熿F傳感器所探測(cè)的模擬信號(hào)經(jīng)處理后，獲得的數(shù)字信號(hào)輸入處理器利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行智能分析。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是對(duì)誤差的修正，也稱作誤差的逆向傳播[15-16]。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為三層：輸入層、隱含層和輸出層。輸入層設(shè)置三個(gè)節(jié)點(diǎn)，代表紅外線傳感器、紫外線傳感器、煙霧傳感器經(jīng)特征縮放處理后的數(shù)字信號(hào)。以二分類思想對(duì)出現(xiàn)火情(包括明火、陰燃)和無(wú)火情(包括正常狀態(tài)、外界干擾)作為輸出結(jié)果。依據(jù)0、1的輸出結(jié)果，采用凸函數(shù)sigmoid函數(shù)作為激活函數(shù)：

(1)

根據(jù)極大似然法得到模型函數(shù)：

(2)

其中代價(jià)函數(shù)：

Cost[hθ(xi),yi]=-yiln[hθ(xi)]-

(1-yi)ln[1-hθ(xi)]

(3)

傳統(tǒng)的算法采用梯度下降法更新目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)計(jì)算梯度，設(shè)置梯度的反方向作為下降方向，以求得函數(shù)的最小值。雖然梯度下降法計(jì)算簡(jiǎn)單，但遇到大數(shù)量樣本時(shí)，下降速度慢，收斂效果不理想。擬牛頓法和列文伯格-馬夸爾特(Levenberg-Marquardt,LM)算法是有效替代傳統(tǒng)算法的快速優(yōu)化算法。

擬牛頓法利用二次連續(xù)導(dǎo)數(shù)f在xk+1附近的二次泰勒展開(kāi)得到

(4)

Hk+1=Hk+ΔHk

(5)

(6)

(7)

sk=xk+1-xk

(8)

擬牛頓法通過(guò)近似更新黑塞矩陣，減少了迭代次數(shù)，但涉及的近似黑塞矩陣計(jì)算量及存儲(chǔ)空間仍比較大。

采用LM算法通過(guò)類似黑塞矩陣，以接近二階導(dǎo)數(shù)的訓(xùn)練速度，迭代公式為

xk=xk-(JTJ+μI)-1JTe

(9)

黑塞矩陣近似為H≈JTJ，J為網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和偏差的一階導(dǎo)數(shù)的雅可比矩陣(Jacobi matrix)；e為誤差向量。其中μI是阻尼因子與單位矩陣的乘積，LM算法的特點(diǎn)就是結(jié)合梯度下降法和擬牛頓法的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)迭代成功之后μ的下降，使得每次迭代目標(biāo)函數(shù)都在下降的效果，以此獲得優(yōu)秀的性能。

將火焰和無(wú)火數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集、測(cè)試集進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示，圖4(b)中擬牛頓法在經(jīng)過(guò)28次的迭代后，誤差降低到10-5，相較于圖4(a)中傳統(tǒng)算法，收斂速度有較大提升。而圖4(c)LM算法的仿真測(cè)試中，迭代5次已達(dá)到擬牛頓法的誤差精度，而在后續(xù)的迭代中，依然保持較好的誤差下降趨勢(shì)。

圖4 不同算法性能測(cè)試Fig.4 Different algorithm performance test

為驗(yàn)證算法對(duì)火焰識(shí)別的速度和精確性，設(shè)置陰燃、明火、煙霧，陽(yáng)光和閃光實(shí)驗(yàn)樣本各100組。其中將木屑、報(bào)紙燃燒設(shè)置為陰燃樣本，酒精燈燃燒設(shè)置為明火樣本。將實(shí)驗(yàn)樣本位置與感知節(jié)點(diǎn)設(shè)備距離設(shè)置為5 m。未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)使用遮光紙盒對(duì)感知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遮擋，實(shí)驗(yàn)計(jì)時(shí)以去除節(jié)點(diǎn)遮擋為開(kāi)始時(shí)刻，以系統(tǒng)軟件界面顯示檢測(cè)結(jié)果為結(jié)束時(shí)刻。樣本實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

在實(shí)驗(yàn)中錯(cuò)誤識(shí)別樣本和識(shí)別時(shí)間大于15 s的情況定義為未成功識(shí)別。而由于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸、計(jì)時(shí)誤差和人為誤差的多種干擾，將平均耗時(shí)僅精確至個(gè)位參考。在經(jīng)過(guò)500組樣本測(cè)試中，系統(tǒng)對(duì)于輸入的三類傳感器特征信號(hào)，正確識(shí)別493組，達(dá)到98%的識(shí)別正確率。

表2 火焰樣本實(shí)驗(yàn)

2.3 火焰智能處理

專家系統(tǒng)是具有大量專業(yè)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。它根據(jù)某一專業(yè)領(lǐng)域的專家提供知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)[17]，對(duì)發(fā)生的事件以及突發(fā)故障進(jìn)行判斷處理，模擬專家來(lái)進(jìn)行決策。

應(yīng)對(duì)智能防火系統(tǒng)中出現(xiàn)的火焰報(bào)警、設(shè)備故障、通信故障等事件，系統(tǒng)采用專家系統(tǒng)進(jìn)行智能判斷處理，專家系統(tǒng)由人機(jī)交互界面、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取等6個(gè)部分構(gòu)成。

專家系統(tǒng)中知識(shí)庫(kù)用于存放專家提供的知識(shí)，以專家的思維對(duì)智能防火系統(tǒng)中問(wèn)題得出相應(yīng)結(jié)論，本系統(tǒng)采用產(chǎn)生式規(guī)則用于知識(shí)展示，產(chǎn)生式規(guī)則的形式為：IF(條件)THEN(結(jié)論)。推理機(jī)基于知識(shí)庫(kù)中規(guī)則，來(lái)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)相當(dāng)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)，存儲(chǔ)問(wèn)題以及相應(yīng)的結(jié)論等數(shù)據(jù)。智能防火系統(tǒng)軟件構(gòu)成專家系統(tǒng)中的人機(jī)交互界面，使用提示框和文本形式對(duì)問(wèn)題做出解釋以及展示推理結(jié)果。下面的產(chǎn)生式規(guī)則展示發(fā)生報(bào)警事件時(shí)，專家系統(tǒng)應(yīng)用知識(shí)庫(kù)對(duì)問(wèn)題的解答。

IF <發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)火焰> or<發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)煙霧>

THEN <顯示“發(fā)生火警事件！”>

ELSEIF <滅火器為接通狀態(tài)>

THEN <顯示“滅火器處于開(kāi)啟狀態(tài)！無(wú)火情時(shí)，請(qǐng)關(guān)閉滅火器開(kāi)關(guān)?！?

ELSEIF <節(jié)點(diǎn)后備電源故障>or<節(jié)點(diǎn)Wi-Fi通信故障>

THEN <顯示“節(jié)點(diǎn)故障！請(qǐng)檢查節(jié)點(diǎn)電池，以及通信?！?

ELSEIF <節(jié)點(diǎn)通信故障>

THEN<顯示“網(wǎng)絡(luò)故障！請(qǐng)檢查控制臺(tái)與監(jiān)控平臺(tái)的通信?！?

END IF

專家系統(tǒng)的應(yīng)用是智能防火系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的重要組成部分，邏輯專業(yè)清晰的專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在無(wú)人值守的情況下也能做到實(shí)時(shí)專業(yè)處理問(wèn)題。

3 系統(tǒng)通信指令協(xié)議設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)通信原理

智能防火系統(tǒng)基于TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，可互聯(lián)多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，較強(qiáng)的靈活性使它得到了非常廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)的通信原理如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)的通信原理圖Fig.5 The communication schematic diagram of the system

針對(duì)大型指揮車輛內(nèi)部空間有限且環(huán)境較為復(fù)雜，為了減少布線，系統(tǒng)將控制臺(tái)以及由其控制的部分設(shè)備利用無(wú)線通信技術(shù)取代有線傳輸構(gòu)成無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無(wú)線局域網(wǎng)的最小構(gòu)件是基本服務(wù)集[18]，在智能防火系統(tǒng)中，一個(gè)控制臺(tái)和相應(yīng)的照片存儲(chǔ)器、感應(yīng)節(jié)點(diǎn)以及接受報(bào)警信息的移動(dòng)電話組成一個(gè)基本服務(wù)集?？刂婆_(tái)設(shè)備充當(dāng)無(wú)線AP(access point)，控制臺(tái)組成有以太網(wǎng)接口、無(wú)線WiFi模塊、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(global system for mobile communications,GSM)短信模塊以及滅火設(shè)備接口，用來(lái)實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備通信連接。

服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)光纖與指定控制臺(tái)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的控制。系統(tǒng)通信采用雙工模式和請(qǐng)求/應(yīng)答模式結(jié)合使用。服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求設(shè)備狀態(tài)信息、現(xiàn)場(chǎng)照片命令時(shí)，控制臺(tái)會(huì)相應(yīng)給出應(yīng)答；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，控制臺(tái)可直接向服務(wù)器發(fā)出報(bào)警指令，服務(wù)器也可以直接控制滅火設(shè)備開(kāi)啟或關(guān)閉。

3.2 數(shù)據(jù)幀格式設(shè)計(jì)

服務(wù)器上的系統(tǒng)軟件和控制臺(tái)以及與其連接的設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，構(gòu)成了智能防火系統(tǒng)的通信過(guò)程。在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信之前，要進(jìn)行設(shè)置信息指令，具體有：①設(shè)置接受報(bào)警信息的手機(jī)號(hào)碼指令，當(dāng)檢測(cè)到火焰時(shí)，報(bào)警信息以短信的方式發(fā)出。②設(shè)置控制臺(tái)和服務(wù)器的IP地址指令。③設(shè)置控制臺(tái)和服務(wù)器的端口號(hào)指令。

在通信過(guò)程中，數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)包的形式傳輸?shù)?，這樣的數(shù)據(jù)包也就是數(shù)據(jù)幀，屬于數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)單位。數(shù)據(jù)幀是系統(tǒng)各設(shè)備之間交流的語(yǔ)言，使數(shù)據(jù)傳輸更為可靠。根據(jù)服務(wù)器上軟件設(shè)計(jì)的功能，系統(tǒng)的主要指令和相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀格式如表3所示。

表3 系統(tǒng)的指令

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)部分，有利于系統(tǒng)中傳輸信息的識(shí)別，數(shù)據(jù)幀中其余部分的設(shè)計(jì)說(shuō)明如下：

(1)ControllerID：控制臺(tái)ID即控制臺(tái)ID編號(hào)后兩位，如控制臺(tái)編號(hào)“180001”的控制臺(tái)ID表示為“01”。

(2)NN1：控制臺(tái)狀態(tài)，0x30表示后備電源故障；0x31表示本控制臺(tái)正常。

(3)XX1：0x41表示沒(méi)有發(fā)現(xiàn)火焰或煙霧；0x42表示發(fā)現(xiàn)火焰或煙霧。

(4)XX2：0x31-0x39表示第幾個(gè)節(jié)點(diǎn)返回的信息。

(5)XX3：0x31表示滅火設(shè)備關(guān)閉；0x30表示滅火設(shè)備接通；0x32表示滅火設(shè)備故障。

(6)XX4：0x31表示節(jié)點(diǎn)設(shè)備故障；0x30表示節(jié)點(diǎn)后備電源故障；0x32表示與節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信故障。

(7)XX5：上傳現(xiàn)場(chǎng)照片清晰度，0x30表示低分辨率；0x31表示高分辨率。

(8)SXID：節(jié)點(diǎn)設(shè)備中高清攝像頭ID編號(hào)。

(9)XX7：0x30表示啟動(dòng)接通滅火設(shè)備并進(jìn)行滅火處理；0x31表示關(guān)閉滅火設(shè)備，取消報(bào)警。

4 系統(tǒng)硬件與系統(tǒng)軟件

智能防火系統(tǒng)的目標(biāo)是提高對(duì)火焰和煙霧的識(shí)別精度和識(shí)別速度，以及系統(tǒng)對(duì)外界干擾的辨識(shí)能力。節(jié)點(diǎn)和控制臺(tái)為系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備，用以采集并傳輸實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)信息，感知節(jié)點(diǎn)和控制臺(tái)如圖6、圖7所示。運(yùn)行于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及控制設(shè)備等功能。

系統(tǒng)軟件具有上報(bào)現(xiàn)場(chǎng)照片、查詢系統(tǒng)記錄、設(shè)置系統(tǒng)和檢測(cè)設(shè)備等功能，其中查詢系統(tǒng)記錄能夠?qū)y(cè)試結(jié)果進(jìn)行記錄查詢，包括展示現(xiàn)場(chǎng)照片和報(bào)警事件的相關(guān)信息。系統(tǒng)軟件界面如圖8所示。智能防火系統(tǒng)能夠在15 s內(nèi)自動(dòng)完成火焰識(shí)別、火情報(bào)警和智能滅火過(guò)程。系統(tǒng)可智能判斷火焰并在無(wú)人手動(dòng)操作的情況下控制火情，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化、防火預(yù)警實(shí)時(shí)化、現(xiàn)場(chǎng)火情可視化等目標(biāo)要求。

圖6 感知節(jié)點(diǎn)設(shè)備Fig.6 Sensing node device

圖7 控制臺(tái)設(shè)備Fig.7 Control device

圖8 系統(tǒng)軟件界面Fig.8 System software interface

5 結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，研究了一種適用于指揮車內(nèi)部的智能防火系統(tǒng)。系統(tǒng)中復(fù)合傳感器、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和專家系統(tǒng)的應(yīng)用，以及設(shè)計(jì)通信協(xié)議，使火焰識(shí)別精度、抗干擾能力以及系統(tǒng)在無(wú)人值守狀態(tài)下的智能處理達(dá)到預(yù)期要求。下一步對(duì)系統(tǒng)無(wú)線通信的防碰撞能力進(jìn)行研究，以及進(jìn)一步優(yōu)化防火識(shí)別精度和系統(tǒng)在無(wú)人值守情況下的供電策略。