火灾探测信号处理算法及其性能评估方法研究

论文摘要

火灾自动探测技术是随着电子、通信与信息系统、光电技术、火灾科学、传感器技术、信号处理技术和自动控制技术发展而逐步发展起来的多学科综合应用技术。其利用传感器探测火灾生成物，达到预报火灾目的。火灾探测追求的目标是早期准确预报火灾和减少误、漏报警。为达到这一目标，在改进硬件设计的同时，人们不断将信号处理技术领域的成果应用到火灾探测信号处理中，利用不同的信号处理方法开发了大量火灾探测信号处理算法，并在此基础上开发生产火灾探测报警系统应用于社会的不同保护对象。 火灾探测信号处理算法的应用促进了火灾探测技术的进步，产生了解决火灾探测中误报问题的有效方法。但是，如何检验火灾探测信号处理算法性能，特别是其长期的学习性能，以及评价探测算法长期工作时性能稳定性，则是一个重要研究课题。现有的火灾探测器国家(国际)标准规定了高温、低温、湿度、气流、振动、冲击、碰撞、腐蚀、光干扰、电磁兼容性等多项环境试验，其考核的内容均是短时间内探测器的环境适应性能(各项试验时间累加不超过45天)。但是，在长期的连续工作中，如果火灾探测信号处理算法经过不当的现场自学习而导致算法性能发生变化，则极易发生漏报警和误报警现象。这意味着经合法检验机构按国家标准严格检验的产品将由于火灾探测信号处理算法性能改变而成为不合格产品，继而给社会带来严重的安全隐患。有时，个别厂家为了谋取非法利润，将不带火灾探测信号处理算法的探测器冒充带有智能算法的探测器送检并出售。这既扰乱了市场，也使需要使用适应性强的火灾探测信号处理算法产品的被保护场所在一旦火灾发生时达不到被保护的目的。 因此，开发适应不同原理、不同场所的火灾探测信号处理算法，通过技术手段鉴别探测算法存在，验证评估算法的性能，工程选择产品时利用技术方法评定产品适用性成为国际火灾探测报警领域研究的热点课题。 本文将新火灾探测信号处理算法研究、火灾探测信号处理算法评估技术研究及火灾探测器工程适应性评估三个目前国际火灾探测报警领域急需解决的热点问题作为选题方向，结合承担的科技部科技基础性工作专项资金项目《火灾探测应用环境及火灾信息数据库》(编号2000DEB30121)、科技部社会公益研究专项资金项目《火灾探测算法评估技术的研究》(编号2001DIB30124)及国家重点基础研究发展规划973项目专题8《火灾早期的多信号感知与智能识别》(编号2001CB409608)开展相关研究工作，达到了预期目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 火灾探测信号处理算法的研究意义和应用背景
• 1.2 火灾发展的一般规律
• 1.3 火灾探测信号特征
• 1.4 火灾探测的技术关键
• 1.5 火灾探测信号处理算法的研究历史
• 1.6 火灾探测信号处理算法开发应用带来的技术问题
• 1.7 本文研究工作
• 第二章 火灾探测信号处理算法
• 2.1 火灾信号处理的系统方法
• 2.1.1 直观法
• 2.1.2 趋势算法
• 2.1.3 斜率算法
• 2.1.4 持续时间算法
• 2.2 智能火灾信号处理算法
• 2.2.1 人工神经网络算法
• 2.2.2 火灾信号模糊处理算法
• 2.2.3 模糊系统与神经网络融合的火灾探测信号处理算法
• 2.3 本章总结
• 第三章 火灾探测信号处理新算法
• 3.1 基于火灾生成物信号特征的识别算法
• 3.1.1 粒子区分的光学原理
• 3.1.2 粒子特征信号采集系统
• 3.1.3 基于信号特征的火灾探测信号处理算法
• 3.2 火灾探测能量模型及预测算法
• 3.2.1 火灾探测能量模型
• 3.2.2 误报率和漏报率
• 3.2.3 探测算法试验研究
• 3.2.4 火灾能量预测算法
• 3.2.5 研究结论
• 3.3 本章总结
• 第四章 火灾信号探测处理算法考核数据库设计研究
• 4.1 数据采集系统设计
• 4.1.1 固定式数据采集系统设计
• 4.1.2 燃烧试验室数据采集系统设计
• 4.1.3 便携式数据采集系统设计
• 4.2 火灾与应用环境信息数据库数据采集程序设计
• 4.3 数据库规划设计
• 4.4 数据库应用软件设计
• 4.5 数据库主要事件数据
• 4.6 数据分析方法与处理软件
• 4.7 数据处理与特征分析
• 4.7.1 超大数据量预处理
• 4.7.2 数据特征分析
• 4.8 本章总结
• 第五章 火灾探测信号处理算法评估方法研究
• 5.1 总体方案构思和论证
• 5.2 考核模式设计
• 5.3 火灾探测信号处理算法单项性能评估方法
• 5.4 火灾探测信号处理算法整体性能评估模型
• 5.5 基于模糊层次分析法的整体性能评估模型
• 5.5.1 层次分析法
• 5.5.2 三角模糊数与特征向量求解
• 5.6 火灾探测信号处理算法智能性相关评估试验设计
• 5.6.1 缓慢升烟火试验设计
• 5.6.2 基于计算机仿真模式的试验设计
• 5.7 算法自学习考核样本信号生成方法
• 5.7.1 单通道火灾信号分析与合成方法
• 5.7.2 多通道火灾信号分析与合成方法
• 5.8 火灾探测信号处理算法评估程序（部分示例）
• 5.9 火灾探测信号处理算法评估实例
• 5.9.1 待评估内含火灾探测信号处理算法的探测器情况
• 5.9.2 评估试验
• 5.10 本章总结
• 第六章 火灾探测器工程适应性评估
• 6.1 影响评估的因素
• 6.2 评估过程描述
• 6.3 探测器工程适应性性能评估实例
• 6.4 本章总结
• 总结与展望
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 攻读博士学位期间主持完成科研项目情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书