一种用于建筑安全施工场地的智慧消防方法及系统

技术领域

本发明涉及智慧消防的技术领域，尤其涉及一种用于建筑安全施工场地的智慧消防方法及系统。

背景技术

随着我国城市化建设的展开，城市中建筑物的功能结构越来越复杂，导致施工场地需要有更多种类的施工电器，随之而来的便是更加普遍的施工场地火灾风险，如何快速发现以及整治施工场地中的火灾及隐患成为亟待解决的问题。

智慧消防是指结合新兴的人工智能技术以及大数据云计算平台等，在物联网的基础之上进行消防系统的建设，从而提高消防监管的智慧化程度以及火灾预警的及时性，降低火灾风险，消除火灾隐患。

从目前国内智能消防产业的发展来看，随着物联网技术的快速发展和国家政策的扶持，在未来几年将是智能消防产业高速发展的时期。但我国地域广大，地区发展不平衡，目前只实现重点场所和企业的智能消防覆盖。

鉴于此，如何实现施工场地的智慧消防，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种用于建筑安全施工场地的智慧消防方法，通过利用基于监测位置权重的传感器部署算法在施工场地部署若干传感器，利用传感器采集施工场地的环境信息，并利用结合多源环境信息的火灾监测算法进行火灾监测，若监测到施工场地的火灾隐患，则利用灭火装置自动喷水，若监测到施工场地已发生火灾，则利用结合优化算法的疏散路径计算方法计算并广播施工场地的人员疏散路径，并进行火灾报警。

为实现上述目的，本发明提供的一种用于建筑安全施工场地的智慧消防方法，包括：

利用基于监测位置权重的传感器部署算法在施工场地部署若干传感器；

利用所部署的传感器采集施工场地的环境信息，并将采集到的环境信息发送到施工场地监控主机；

施工场地监控主机接收传感器所发送的环境信息，并利用结合多源环境信息的火灾监测算法进行火灾监测；

若监测到施工场地的火灾隐患，施工场地监控主机则自动开启灭火装置进行喷水；若监测到施工场地已发生火灾，施工场地监控主机则利用结合优化算法的疏散路径计算方法计算并广播施工场地的人员疏散路径，同时进行火灾报警。

可选地，所述传感器监测位置权重的计算方法，包括：

将传感器部署区域进行网格化处理，从而将传感器部署区域转换为m个x*y大小的网格，其中传感器部署区域的长为mx，宽为my；并将第(i,j)个网格的位置权重设置为W

基于网格内对象发生火灾事件的概率P

所述第(i,j)个网格的位置权重W

W

对第(i,j)个网格的位置权重W

其中：

W′

可选地，所述利用基于监测位置权重的传感器部署算法进行传感器部署，包括：

所述传感器部署区域包括施工场地电器放置区域、正在施工区域等，在本发明一个具体实施例中，本发明将温度监测传感器、湿度监测传感器、以及烟雾监测传感器作为一组传感器，并将若干组传感器部署到施工场地中；

计算第(i,j)个网格的传感器感知可靠度R(i,j)：

其中：

(p,q)为传感器的坐标位置；

P为在传感器部署区域内所放置的传感器个数；

r为传感器的感知半径；

β为调节参数，将其设置为1.2；

将P个传感器随机部署在m个网格区域中，并计算每次放置后区域感知精度：

选取区域感知精度最高的传感器部署方案，进行传感器部署区域的传感器部署。

可选地，所述利用所部署的传感器采集施工场地的环境信息，包括：

温度和湿度监测传感器利用温度监测元件以及电阻式湿度监测元件对施工场地的环境信息进行监测，并将监测到的环境数字信号以40Bit/ms的速度发送到单片机，单片机将接收到的环境数字信号转换为模拟信号，并将模拟信号发送到施工场地监控主机；在本发明一个具体实施例中，所述温度和湿度监测传感器的电压为3.5V，监测时电流为1.2mA，湿度的采集范围为80％，温度的采集精度为±2摄氏度；

烟雾监测传感器的构成材料为二氧化锡气敏材料，当所述烟雾监测传感器接触到烟雾时，则会引起电导率的改变，其中烟雾浓度越大，电导率越大，并将烟雾监测传感器的实时电阻率发送到施工场地监控主机。

可选地，所述利用结合多源环境信息的火灾监测算法进行火灾监测，包括：

1)计算同一传感器部署区域中不同传感器监测值的差值：

Diff＝|C

其中：

C

C

2)计算区域的温度以及湿度特征值F

其中：

T

3)计算区域的烟雾特征值F

其中：

C

T

4)根据区域的特征值F＝F

可选地，所述利用结合优化算法的疏散路径计算方法计算并广播施工场地的人员疏散路径，包括：

若监测到施工场地的火灾隐患，施工场地监控主机则自动开启灭火装置进行喷水；若监测到施工场地已发生火灾，施工场地监控主机则利用结合优化算法的疏散路径计算方法计算并广播施工场地的人员疏散路径，同时进行火灾报警；

所述结合优化算法的疏散路径计算方法流程为：

1)利用栅格标识法对施工场地进行空间结构划分，其中栅格的节点为施工场地内部的节点，节点之间的有效连线为施工场地的通道；在本发明一个具体实施例中，栅格的节点包括正常节点、障碍节点以及火灾节点三种；

2)计算节点的静态信息以及动态信息，所述节点N

3)初始化算法迭代次数为N，以及初始时间T

4)利用基于火灾指数的启发函数计算疏散人员在不同正常节点间移动的概率，所述基于火灾指数的启发函数为：

其中：

f

p

q

L

δ

v为疏散人员在正常情况下的行走速度；

v

ρ为启发函数因子，在本发明一个具体实施例中，本发明对启发函数因子进行动态调整，所述动态调整公式为：

ρ

重复该步骤，直到所有人员均完成火灾现场的疏散，得到人员疏散路径，并记录此时的时间T′；

5)判断此时是否达到算法迭代次数N，若达到，则计算N种人员疏散路径的疏散时间T′-T

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种用于建筑安全施工场地的智慧消防系统，所述系统包括：

施工场地信息获取装置，用于利用基于监测位置权重的传感器部署算法在施工场地部署若干传感器；

数据处理器，用于利用所部署的传感器采集施工场地的环境信息，并将采集到的环境信息发送到施工场地监控主机；

消防疏散装置，用于接收传感器所发送的环境信息，并利用结合多源环境信息的火灾监测算法进行火灾监测；若监测到施工场地的火灾隐患，施工场地监控主机则自动开启灭火装置进行喷水；若监测到施工场地已发生火灾，施工场地监控主机则利用结合优化算法的疏散路径计算方法计算并广播施工场地的人员疏散路径，同时进行火灾报警。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有智慧消防程序指令，所述智慧消防程序指令可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的用于建筑安全施工场地的智慧消防的实现方法的步骤。

相对于现有技术，本发明提出一种用于建筑安全施工场地的智慧消防方法，该技术具有以下优势：

首先，本发明提出一种基于监测位置权重的传感器部署算法，从而在施工场地的传感器部署区域部署若干传感器，首先将传感器部署区域进行网格化处理，从而将传感器部署区域转换为m个x*y大小的网格，其中传感器部署区域的长为mx，宽为my；并将第(i,j)个网格的位置权重设置为W

W

并对第(i,j)个网格的位置权重W

计算第(i,j)个网格的传感器感知可靠度R(i,j)：

其中：(p,q)为传感器的坐标位置；P为在传感器部署区域内所放置的传感器个数；r为传感器的感知半径；β为调节参数；将P个传感器随机部署在m个网格区域中，并计算每次放置后区域感知精度：

选取区域感知精度最高的传感器部署方案，进行传感器部署区域的传感器部署。相较于传统技术，本发明基于网格内对象发生火灾事件的概率P

同时本发明提出一种结合优化算法的疏散路径计算方法，通过利用栅格标识法对施工场地进行空间结构划分，其中栅格的节点为施工场地内部的节点，节点之间的有效连线为施工场地的通道；计算节点的静态信息以及动态信息，所述节点N

其中：f

ρ

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种用于建筑安全施工场地的智慧消防方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种用于建筑安全施工场地的智慧消防系统的结构示意图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

通过利用基于监测位置权重的传感器部署算法在施工场地部署若干传感器，利用传感器采集施工场地的环境信息，并利用结合多源环境信息的火灾监测算法进行火灾监测，若监测到施工场地的火灾隐患，则利用灭火装置自动喷水，若监测到施工场地已发生火灾，则利用结合优化算法的疏散路径计算方法计算并广播施工场地的人员疏散路径，并进行火灾报警。参照图1所示，为本发明一实施例提供的用于建筑安全施工场地的智慧消防方法示意图。

在本实施例中，用于建筑安全施工场地的智慧消防方法包括：

S1、利用基于监测位置权重的传感器部署算法在施工场地部署若干传感器。

首先，本发明利用基于监测位置权重的传感器部署算法在施工场地的传感器部署区域部署若干传感器，所述传感器部署区域包括施工场地电器放置区域、正在施工区域等，在本发明一个具体实施例中，本发明将温度监测传感器、湿度监测传感器、以及烟雾监测传感器作为一组传感器，并将若干组传感器部署到施工场地中；

所述基于监测位置权重的传感器部署算法流程为：

1)将传感器部署区域进行网格化处理，从而将传感器部署区域转换为m个x*y大小的网格，其中传感器部署区域的长为mx，宽为my；并将第(i,j)个网格的位置权重设置为W

2)基于网格内对象发生火灾事件的概率P

所述第(i,j)个网格的位置权重W

W

3)对第(i,j)个网格的位置权重W

4)计算第(i,j)个网格的传感器感知可靠度R(i,j)：

其中：

(p,q)为传感器的坐标位置；

P为在传感器部署区域内所放置的传感器个数；

r为传感器的感知半径；

β为调节参数，将其设置为1.2；

5)将P个传感器随机部署在m个网格区域中，并计算每次放置后区域感知精度：

选取区域感知精度最高的传感器部署方案，进行传感器部署区域的传感器部署。

S2、利用所部署的传感器采集施工场地的环境信息，并将采集到的环境信息发送到施工场地监控主机。

进一步地，本发明利用所部署的传感器对施工场地的环境信息进行采集，所述传感器采集环境信息的流程为：

温度和湿度监测传感器利用温度监测元件以及电阻式湿度监测元件对施工场地的环境信息进行监测，并将监测到的环境数字信号以40Bit/ms的速度发送到单片机，单片机将接收到的环境数字信号转换为模拟信号，并将模拟信号发送到施工场地监控主机；在本发明一个具体实施例中，所述温度和湿度监测传感器的电压为3.5V，监测时电流为1.2mA，湿度的采集范围为80％，温度的采集精度为±2摄氏度；

烟雾监测传感器的构成材料为二氧化锡气敏材料，当所述烟雾监测传感器接触到烟雾时，则会引起电导率的改变，其中烟雾浓度越大，电导率越大，并将烟雾监测传感器的实时电阻率发送到施工场地监控主机。

S3、施工场地监控主机接收传感器所发送的环境信息，并利用结合多源环境信息的火灾监测算法进行火灾监测。

进一步地，施工场地监控主机接收传感器所发送的环境信息，利用结合多源环境信息的火灾监测算法进行火灾监测，所述结合多源环境信息的火灾监测算法流程为：

1)计算同一传感器部署区域中不同传感器监测值的差值：

Diff＝|C

其中：

C

C

2)计算区域的温度以及湿度特征值F

其中：

T

3)计算区域的烟雾特征值F

其中：

C

T

4)根据区域的特征值F＝F

S4、若监测到施工场地的火灾隐患，施工场地监控主机则自动开启灭火装置进行喷水；若监测到施工场地已发生火灾，施工场地监控主机则利用结合优化算法的疏散路径计算方法计算并广播施工场地的人员疏散路径，同时进行火灾报警。

进一步地，若监测到施工场地的火灾隐患，施工场地监控主机则自动开启灭火装置进行喷水；若监测到施工场地已发生火灾，施工场地监控主机则利用结合优化算法的疏散路径计算方法计算并广播施工场地的人员疏散路径，同时进行火灾报警；

所述结合优化算法的疏散路径计算方法流程为：

1)利用栅格标识法对施工场地进行空间结构划分，其中栅格的节点为施工场地内部的节点，节点之间的有效连线为施工场地的通道；在本发明一个具体实施例中，栅格的节点包括正常节点、障碍节点以及火灾节点三种；

2)计算节点的静态信息以及动态信息，所述节点N

3)初始化算法迭代次数为N，以及初始时间T

4)利用基于火灾指数的启发函数计算疏散人员在不同正常节点间移动的概率，所述基于火灾指数的启发函数为：

其中：

f

p

q

L

δ

v为疏散人员在正常情况下的行走速度；

v

ρ为启发函数因子，在本发明一个具体实施例中，本发明对启发函数因子进行动态调整，所述动态调整公式为：

ρ

重复该步骤，直到所有人员均完成火灾现场的疏散，得到人员疏散路径，并记录此时的时间T′；

5)判断此时是否达到算法迭代次数N，若达到，则计算N种人员疏散路径的疏散时间T′-T

下面通过一个算法实验来说明本发明的具体实施方式，并对发明的处理方法进行测试。本发明算法的硬件测试环境为：Inter(R)Core(TM)i7-6700K CPU，软件为Matlab2018a；对比方法为基于图算法的智慧消防方法以及基于决策树的智慧消防方法。

在本发明所述算法实验中，数据集为10G的施工场地火灾模拟数据。本实验通过将施工场地火灾模拟数据输入到智慧消防方法中，将人员疏散的成功率作为方法可行性的评价指标，其中人员疏散的成功率越高，则说明智慧消防方法的有效性、可行性越高。

根据实验结果，基于图算法的智慧消防方法的人员疏散成功率为83.1％，基于决策树的智慧消防方法的人员疏散成功率为79.34％，本发明所述方法的人员疏散成功率为86.73％，相较于对比算法，本发明所提出的用于建筑安全施工场地的智慧消防方法能够实现更高的人员疏散成功率。

发明还提供一种用于建筑安全施工场地的智慧消防系统。参照图2所示，为本发明一实施例提供的用于建筑安全施工场地的智慧消防系统的内部结构示意图。

在本实施例中，所述用于建筑安全施工场地的智慧消防系统1至少包括施工场地信息获取装置11、数据处理器12、消防疏散装置13，通信总线14，以及网络接口15。

其中，施工场地信息获取装置11可以是PC(Personal Computer，个人电脑)，或者是智能手机、平板电脑、便携计算机等终端设备，也可以是一种服务器等。

数据处理器12至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。数据处理器12在一些实施例中可以是用于建筑安全施工场地的智慧消防系统1的内部存储单元，例如该用于建筑安全施工场地的智慧消防系统1的硬盘。数据处理器12在另一些实施例中也可以是用于建筑安全施工场地的智慧消防系统1的外部存储设备，例如用于建筑安全施工场地的智慧消防系统1上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，数据处理器12还可以既包括用于建筑安全施工场地的智慧消防系统1的内部存储单元也包括外部存储设备。数据处理器12不仅可以用于存储安装于用于建筑安全施工场地的智慧消防系统1的应用软件及各类数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

消防疏散装置13在一些实施例中可以是一中央处理器(Central ProcessingUnit,CPU)、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行数据处理器12中存储的程序代码或处理数据，例如智慧消防程序指令等。

通信总线14用于实现这些组件之间的连接通信。

网络接口15可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)，通常用于在该系统1与其他电子设备之间建立通信连接。

可选地，该系统1还可以包括用户接口，用户接口可以包括显示器(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选的用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在用于建筑安全施工场地的智慧消防系统1中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。

图2仅示出了具有组件11-15以及用于建筑安全施工场地的智慧消防系统1，本领域技术人员可以理解的是，图1示出的结构并不构成对用于建筑安全施工场地的智慧消防系统1的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

在图2所示的装置1实施例中，数据处理器12中存储有智慧消防程序指令；消防疏散装置13执行数据处理器12中存储的智慧消防程序指令的步骤，与用于建筑安全施工场地的智慧消防方法的实现方法相同，在此不作类述。

此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有智慧消防程序指令，所述智慧消防程序指令可被一个或多个处理器执行，以实现如下操作：

利用基于监测位置权重的传感器部署算法在施工场地部署若干传感器；

利用所部署的传感器采集施工场地的环境信息，并将采集到的环境信息发送到施工场地监控主机；

施工场地监控主机接收传感器所发送的环境信息，并利用结合多源环境信息的火灾监测算法进行火灾监测；

若监测到施工场地的火灾隐患，施工场地监控主机则自动开启灭火装置进行喷水；若监测到施工场地已发生火灾，施工场地监控主机则利用结合优化算法的疏散路径计算方法计算并广播施工场地的人员疏散路径，同时进行火灾报警。

需要说明的是，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。并且本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。