基于多傳感器信息融合的變電站火災探測系統及探測信息融合方法
【技術領域】：
[0001] 本發明屬于變電站安全技術領域，具體講是一種基于多傳感器信息融合的變電站 火災探測系統及探測信息融合方法。
【背景技術】：
[0002] 目前，變電站火災探測報警裝置以普通的感煙、感溫型探測器為主，該探測器只針 對單一參數溫度或煙霧進行探測。現實中的火災多種多樣，又具有較大的偶然性和不穩定 性，早期階段的火災現象和虛假火災現象常常混雜在一起，傳統的基于單一火災信息物理 量的探測器很難準確地反映出具有不同表現形式的火災的整體特征，加上這種探測器對火 災特征信號響應靈敏度的不均勻性，容易受到環境的干擾，存在誤報和漏報的現象。而由傳 感器采集的火災參數是事先未知的或不能確定的信號，它不僅隨時間的變化而變化，其他 環境變化和電子噪聲等都可能引起它的變化，而且這種變化往往與火災參數變化特征基本 相似，在探測器的安裝位置及環境特征事先無法確定的情況下，無論采用什么樣的固定算 法都是不能完全滿足要求的。所以火災探測是一種非線性結構的問題，用經典的數學建模 方法是很難精確描述的。

【發明內容】
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[0003] 本發明要解決的技術問題是，提供一種安裝方便、靈活，能夠適應復雜的探測環 境，拓展探測范圍，提高靈敏度，降低誤報率，大幅度提高了可靠辨別真假火災的能力以及 變電站火災預警的效率性和準確性的基于多傳感器信息融合的變電站火災探測系統及探 測信息融合方法。
[0004] 本發明的技術解決方案是，提供一種具有以下結構的基于多傳感器信息融合的變 電站火災探測系統，該探測系統包括吸氣式復合探測機構、第一監測主機以及監控平臺，吸 氣式復合探測機構包括吸氣栗、吸氣管道以及η個復合探測器，吸氣栗和η個復合探測器均 與吸氣管道連接相通，η個復合探測器均與第一監測主機連接，第一監測主機與監控平臺連 接。吸氣栗用于抽取燃燒空氣并過濾灰塵，吸氣管道傳輸經過濾過的燃燒空氣。
[0005] 本發明所述的基于多傳感器信息融合的變電站火災探測系統，其中，每個復合探 測器均包括兩個特征傳感器、第一 A/D模塊、第一 CPU模塊、第一電源模塊以及第一通信模 塊，兩個特征傳感器均與第一 A/D模塊連接，第一 CPU模塊連接在第一 A/D模塊與第一通信 模塊之間，第一電源模塊與第一 CPU模塊連接，第一通信模塊與第一監測主機連接，兩個特 征傳感器為溫度傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器及火焰傳感器中的任意兩個，包括火焰、 溫度、濕度、C0、C02、HC1、S02、Nox等變電站火災特征信息參數傳感器。復合探測器中的特 征傳感器實時采集由吸氣管道傳輸過來的火災特征氣體，并由第一 A/D模塊進行A/D信號 處理，供第一 CPU模塊接收與處理數據。
[0006] 本發明所述的基于多傳感器信息融合的變電站火災探測系統，其中，第一監測主 機包括第二通信模塊、第二CPU模塊、第三通信模塊、第二電源模塊、第一手動輸入模塊、第 一聲光報警輸出模塊、第一顯不模塊以及第一 TFT液晶顯不屏，第二通信模塊兩端分別與 復合探測器及第二CPU模塊連接，第二電源模塊、第一手動輸入模塊、第一聲光報警輸出模 塊及第一顯示模塊均與第二CPU模塊連接，第一 TFT液晶顯示屏與第一顯示模塊連接，第三 通信模塊一端與第二CPU模塊連接，其另一端與監控平臺連接。第一監測主機中的第二CPU 模塊集中匯總通過Internet網傳輸過來的吸氣式復合探測器的第一 CPU模塊多路信息參 數，第一手動輸入模塊進行手動輸入設置參數，并控制第一聲光報警輸出模塊工作與否及 第一顯示模塊顯示內容，第一聲光報警輸出模塊進行聲光報警，第一顯示模塊實時顯示參 數信息、數值、報警信息。
[0007] 本發明所述的基于多傳感器信息融合的變電站火災探測系統，其中，監控平臺包 括電腦主機、顯示屏以及鍵盤，電腦主機與第一監測主機連接，顯示屏和鍵盤均與電腦主機 連接。電腦主機接收Internet網傳輸過來的第一監測主機中第二CPU模塊的多路信息參 數并進行信息融合處理，根據處理結果判斷火災危險情況并輸出探測結果。顯示屏顯示探 測結果、火災信息及數值、火災危險情況、報警信息等。鍵盤供工作人員操作顯示屏，控制輸 出模塊及參數設置，如輸出模塊報警與否及參數設置、修改、刪減、添加等。
[0008] 本發明所述的基于多傳感器信息融合的變電站火災探測系統，其中，探測系統還 包括SF6探測器和第二監測主機，SF 6探測器與吸氣管道連接相通，第二監測主機分別與SF 6探測器和監控平臺連接。本發明兼具3&氣體泄漏監測報警功能，通過監測SF 6氣體泄漏濃 度進行報警及提示。
[0009] 本發明所述的基于多傳感器信息融合的變電站火災探測系統，其中，3&探測器包 括SF6傳感器、第二A/D模塊、第三CPU模塊、第三電源模塊以及第四通信模塊，SF 6傳感器 與第二A/D模塊連接，第三CPU模塊連接在第二A/D模塊與第四通信模塊之間，第三電源模 塊與第三CPU模塊連接，第二監測主機包括第五通信模塊、第四CPU模塊、第六通信模塊、第 四電源模塊、第二手動輸入模塊、第二聲光報警輸出模塊、第二顯示模塊以及第二TFT液晶 顯示屏，第五通信模塊兩端分別與SF6探測器中的第四通信模塊及第四CPU模塊連接，第四 電源模塊、第二手動輸入模塊、第二聲光報警輸出模塊及第二顯示模塊均與第四CPU模塊 連接，第二TFT液晶顯示屏與第二顯示模塊連接，第六通信模塊一端與第四CPU模塊連接， 其另一端與監控平臺連接。
[0010] 本發明還公開了一種基于多傳感器信息融合的變電站火災探測系統的探測信息 融合方法，該探測信息融合方法包括以下步驟：
[0011] 步驟1、信息層處理：通過特征傳感器采集原始探測信息，包括溫度、濕度、CO濃 度、C02濃度、HCl濃度、S02濃度、NOx濃度、SF6濃度，并對這些數據進行修正與歸一化預 處理；
[0012] 步驟2、特征層處理：應用神經網絡算法對信息層信息進行特征提取，并對特征信 息進行綜合分析與處理，包括BP神經網絡的建模、訓練及應用；
[0013] 步驟3、決策層處理：利用特征層融合的結果，根據實際決策需求，應用模糊推理 算法對特征信息進行進一步綜合處理與分析，給出最終的無火/明火/陰燃火概率、火災危 害程度以及SF6泄漏程度；
[0014] 步驟4、基于WebSocket技術，進行火災探測報警信號的服務器推送技術，即瀏覽 器和服務器只需要要做一個握手的動作，然后，瀏覽器和服務器之間就形成了一條快速通 道，兩者之間就直接可以數據互相傳送。這樣，當需要及時反饋火災信息或情況比較緊急的 火災報警信號時，由服務器即時推送到各瀏覽器，提升快速反應能力。
[0015] 本發明所述的基于多傳感器信息融合的變電站火災探測系統的探測信息融合方 法，其中，步驟1具體包括以下步驟：
[0016] 步驟1. 1、對采集的數據進行檢查，看數據是否完整、是否有壞數據，各數據量之間 是否存在邏輯矛盾，如數據不完整或存在較多壞數據，則做舍棄處理，放棄采集周期的該組 數據，如數據存在局部缺失或畸變，并由其他正常數據可做驗證，則可通過插值法完成數據 的修補，生成完整一組數據；
[0017] 步驟1.2、將輸入量模糊化，使輸入量均變換成隸屬度函數為高斯函數或是 sigmoid函數的值域在0~1范圍內的數。這樣小僅可以防止小數值被大數值淹沒，也能 防止因相差很大的數使網絡校正進程緩慢。將輸入量模糊化也相當于將訓練集進行了歸一 化。
[0018] 本發明所述的基于多傳感器信息融合的變電站火災探測系統的探測信息融合方 法，其中，步驟2具體包括以下步驟：
[0019] 步驟2. 1、BP神經網絡的建模階段的輸入量為溫度、濕度、CO濃度、CO2濃度、HCl 濃度、302濃度、NOx濃度、SF 6濃度以及這些量在一段時間內變化量的累加，輸出量為明火概 率、陰燃火概率、無火概率、設備危險概率、人員危險概率及SFJt露程度，這些輸出信息將 作為決策層的輸入信息；
[0020] 步驟2. 2、BP神經網絡采用改進算法，關鍵是火災探測訓練樣本的構建，包括訓練 方式、初始樣本的生成及修正。
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