火灾探测算法评估技术研究.pdf

第 1 4卷 第 3 期 2 0 0 5年 7月 火 灾 科 学 FI RE S AI TY S CI ENCE Vo 1 1 4，No 3 J u 1 2 0 0 5 文章编号：1 0 0 4 5 3 0 9(2 0 0 5)0 3 0 0 1 1 4 0 6 Re s e a r c h o n Ev a l u a t i o n o f Fi LI J i a n ，YI N F u l i a n g ，DONG W e n h u i ，MEI Z h i b i n 2 (1 Da l i a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，Ch i n a 1 1 6 0 2 3 2 S h e n y a n g F i r e Re s e a r c h I n s t i t u t e M i n i s t r y o f P u b l i c S e c u r i t y，C h i n a 1 1 0 0 3 1)Ab s t r a c t：T h e ma i n o b j e c t i v e o f t h i s p a p e r i s t o p r e s e n t a n a p p r o a c h t o e v a l u a t e t h e a l g 0 r i t h ms o f f i r e d e t e c t i 0 n Th e i mp o r t a n c e a n d pu r p o s e o f e v a l u a t i o n o f f i r e d e t e c t i o n alg o r i t b J ns a r e b rie f l y d e s c rib e dCh a r a c t e r i s t i c s 0 f f i r e d e t e c t i o n a l g o rit h ms i n c l u d i n g f i r e d e t e c t i v e，s u r r o u n d i n g s a p p l i c a b l e a n d i mmu n i t y t o ft l s e a l a 册0 r n u i s a n c e s 0 u r c e s a r e p r o p o s e d a s t h e ma i n a t t r i bu t e s u s e d i n e v a l u a t i n g p r o c e s sTh r e e k i n d s o f e v a l u a t i n g p a t t e r n a r e s t u d i e d a n d D u t i n t 0 a c t i o n，wh e r e we c a l l e d t h e m ph ys i c a l p a t t e rn，i n t e r f a c e p a t t e rn a n d s i mu l a t i o n p a t t e r nDe t a i l ed t e s t s a r e d e s i g n e d t o a c h i e v e s c o r e s u n d e r e a c h p a t t e r n S o me e x a mp l e s，i l l u s t r a t i n g t h e a p p l i c a t i o n o f t h i s me t h o d t 0 e v a l u a t e i n t e l 1 i g e n t f i r e de t e c t i o n a l g o r i t h ms，a r e gi v e n Ke y wo r d s：Fi r e，【)e t e c t i o n a l g o r i t hm，Ev a l H a t i o n 1 I n t r o d u c t i o n：Fi r e d e t e c t o r s，wh i c h d e t e r mi n e a c t u a l f i r e b v r e s p o n d i n g f i r e r e s u l t a n t s u c h a s s mo k e、g a s e s、f l a me o r c h a n g e o f t e mp e r a t u r e，p l a y i mp o r t a n t r o l e s i n f i r e a u t o ma t i c d e t e c t i o n a n d a l a r m s y s t e msTh e wo r t h o f a f i r e d e t e c t o r i s d e t e r mi n e d a s mu c h b v i t s a b i l i t y n o t t o r e s p o n d t o s t i mu l i t h a t a r e g e n e r a t e d f r o m n o n t h r e a t e n i n g s o u r c e s a s t o r e s p o n d i n a t i me l y ma n n e r t o a n a c t u a I f i r e C 1 3 W i t h t h e d e v e l o p me nt o f t e c h no l o g y，a l o t o f r e s e a r c h wo r k h a s b e e n d o n e t o t e s t f i r e d e t e c t o r p e r f o r ma n c e,Cl e a r y E。u s e s a t e s t b e d n a me d a s f i r e e mu l a t o r d e t e c t o r e v a l u a t o r(F E DE)t o e x a mi n e f i r e d e t e c t o r s p e r f o r ma n c e e s p e c i a l l y t h e a b i l i t y t h a t i mmu n e t o s t i mu l i n o t a s s o c i a t e d wi t h a f i r e t h r e a t Go c ke l 。p r o p o s e a mo d u l a r mo d e l f o r f i r e s e n s o r s s o a s t o k n o w e x a c t l y h o w f i r e s e n s o r s wo r kI A j i a n 引 p r o p o s e d a n e w a p p r o a c h t o e v a l u a t i n g f i r e 收稿 日期：2 0 0 5 0 5 一 I I；修改 日期：2 0 0 5-0 6 0 8 d e t e c t o r s p e r f o r ma n c e b a s e d o n f u z z y a n a l y t i c hi e r a r c hy p r o c e s s But h o w t o e v a l ua t e a k i n d o f f i r e d e t e c t i o n a 1 一 g o r i t h m e s p e c i a l l y i n t e l l i g e n t a l g o r i t h m i s s t i l l a p r o b l e m t h a t we e n c o u n t e r e dTh e r e a s o n r e l a t e d t o t h e a l g o r i t h m e v a l u a t i o n ma y b e a s s o c i a t e wi t h mo r e a n d mo r e f i r e d e t e c t o r s e mb e d d e d c o mp l i c a t e d i n t e l l i g e n t a l g o r i t h ms t o d i s t i n g u i s h f i r e s i g n a l a n d n u i s a n c e s o u r c e s So we c a n c o n c l u d e t h a t t h e f i r e d e-t e c t i o n a l g o r i t h m e v a l u a t i o n i s i mp o r t a n t a n d us e-f uI By s o me we l l-c h o s e n d e s i g n e d e v a l u a t i n g p a t t e r n s a n d e x p e r i me n t s，mul t i p l e a s p e c t s o f a a l g o r i t h m p e r f o r ma n c e c a n b e d e mo ns t r a t e d I n o r d e r t o p o i n t o u t f i r e d e t e c t i o n a l g o r i t h ms p e r f o r ma n c e，mu l t i p l e f a c t o r s，wh i c h a c t mu t u a l l y a n d c o a d a p t i v e i n t h e wh o l e e v a l u a t i n g p r o c e s s，mu s t b e d i s t i n c t i o n t o i n s u r e t h e v a l i d i t y a n d s c i e n t i f i c o f t h e f i n a l r e s u l t 4 Th e r e ma i n d e r o f t hi s p a p e r i s o r g a n i z e d a s f o l 维普资讯 http:/ Vo 1 1 4 No 3 Re s e a r c h o n Ev a l u a t i o n o f Fi r e De t e c t i o n Al g o r i t h ms 1 4 5 l o ws：S e c t i o n 2 d e s c r i b e s t h e ma i n f a c t o r s i n t h e e v a l u a t i n g p r o c e s s S e c t i o n 3 d e s c r i b e s t h e t h r e e e v a l u a t i o n p a t t e r n s S e c t i o n 4 c o n t a i n s t h e br i e f o f e x p e r i me n t s S e c t i o n 5 p r o v i d e s s o me e v a l u a t i n g e x a mp l e s t o d e mo n s t r a t e t h i s me t h o d S e c t i o n 6 c o n t a i ns a s u mma r y a n d c o nc l u s i o n 2 Th e ma i n f a c t o r s i n t h e e v a l u a t i n g p r o c e s s Th e r e a r e a t l e a s t t h r e e f a c t o r s t h a t c a n i n f l u e n c e t he f i n a l e v a l u a t i o n r e s ul t Fi r s t a n d f o r e mo s t，f i r e d e t e c t i o n a l g o r i t h ms a r e u s e d t o f i n d o u t f i r e wh e n i t i s a t e a r l y s t a g e S o，f i r e d e t e c t i v e i s t h e n a me we c a l l e d t o p r e s e n t t h e c h a r a c t e r i s t i c a s s o c i a t e d wi t h f i r e d e t e c t i o n a l g o r i t h ms a b i l i t i e s t o d e t e c t f i r e a t e a r l y s t a g e Se c o n d l y，s o me b u i l d i n gs，e s p e c i a l l y i n s o me r e p r e s e nt a t i v e l o c a t i o n s u c h a s c o n c o ur s e、b i b l i o t h e c a、s h o p p i n g ma l l，ha v e t h e i r o wn u n i q u e b a c k g r o u n d s i g n a l s t h a t f i r e d e t e c t o r s e x p l o r e I t i s kn o wn t ha t t he s e n s o r s i g n a l i n e l e a n a i r ma y c h a n g e o v e r t h e l i f e o f t he d e t e c t o r S u c h c h a n g e s ma y b e c a u s e d，f o r e x a mp l e，b y c o n t a mi n a t i o n o f t h e s e n s i n g c h a mb e r wi t h d u s t o r b y o t h e r l o n g-t e r m e f f e c t s s u c h a s c o mp o ne nt a g e i n g 引W e u s e s u r r o u n d i n g s a p p l i c a b l e t o i n d i c a t e s t a b i l i t y o f d e t e c t i o n a l g o r i t h ms wo r k i n g i n d i f f e r e n t bu i l d i n g s wi t h l o n g t e r m e f f e c t s Th i r d l y o wi n g t o t h e p e r f o r ma n c e wh e n d e t e c t o r s a r e e x p l o r i n g i n s o me n u i s a n c e c i r c u ms t a n c e s u c h a s s mo k i n g、c o o k i n g、b a t h i n g a n d s o o n，we c a l l i t i mmu n i t y So we t a k e i n t o a c c o u n t t h e t h r e e ma i n f a c t o r s wh e n we d i s c u s s t h e p r o b l e m o f e v a l ua t i n g p e r f o rm a n c e o f f i r e d e t e c t i o n a l g o r i t h ms 3 Th e t hr e e e v a l u a t i o n p a t t e r n s Th e e v a l u a t i o n p a t t e r n o n e t h a t we c a l l i t ph y s i c a l p a t t e r n i s i l l u s t r a t e d a s F i g 1 Ne e d l e s s t o s a y，e v a l u a t i o n o n t h e a b i l i t i e s o f a k i n d o f d e t e c t i o n a l g o r i t h m t i e s u p wi t h t h e wh o l e d e t e c t o r i t s e l f，s u c h a s s e n s o r，s t r u c t u r e a n d c i r c u i t Th e r e f o r e，b y t h e p h y s i c a l e x p e r i me n t s，t he p e r f o rm a n c e o f d e t e c t o r s a l g o r i t h m c a n b e d e mo n s t r a t e d B e f o r e we c a r r y i n g o u t d e t a i l e d t e s t s，Da t a t h a t s a mp l e d f r o m t y p i c a l a p p l i c a b l e s u r r o u n d i n g s mu s t b e g a i n e d Fo r t u n a t e l y，a n e l a b o r a t e p r o j e e t b y S h e n y a n g F i r e r e s e a r c h I n s t i t u t e。wh i c h f u n d e d b y Na t i o n a l g o v e r n me n t，h a s c o l l e c t e d u s e f u l d a t a。t h e r e f o r e a d a t a b a s e h a s b e e n b u i l t t o s u p p or t u s a s a p p l i c a b l e i nf o rm a t i o n Fi g 1 Fl o wc h a r t o f t h e e v a l u a t i o n p a t t e r n o n e So me t e s t s h a v e b e e n d e s i g n e d t o g e t e a c h o r d e r wi t h s o ma n y a t t r i b u t e we i g h t s?Ob v i o u s l y，i t s c o r e s f r o m t h e a b o v e t h r e e a s p e c t s An d e v e r y a s p e c t i n c l u d e s a s e r i e s t e s t s Fi n a l l y，s y n t h e s i s e v a l u a t i n g r e s ul t i s a l l u r i n g t o u s，b u t h o w c a n we t a k e s h o u l d be f o rm u l a t e d a s a mul t i p l e c r i t e r i a d e c i s i o n ma k i n g p r o b l e m u n d e r u nc e r t a i n t y，d e t a i l e d i n-f o r ma t i o n c a n b e r e v i e we d i n L i j i a n a n d Do n g we n-维普资讯 http:/ 1 4 6 火灾科学 F I R E S A F E q、Y S C 1 E NC E 第 1 4 卷第 3期 h u i C 4 C 引 Fi g 2 i s t he s e c o n d e v a l u a t i o n p a t t e r n s f l o w c h a r t A s e t o f t e s t s y s t e m i s b u i l t u p t o c a r r y o u t t h i s ki n d of p a t t e r n S l o wl y d e v e l o p i n g f i r e mo d e l，S t o c h a s t i c d i s t ur b a n c e mo d e l a nd S e l f l e a n i n g a d a p t i v e mo d e l a r e ma i n a s p e c t s u s i n g i n t h i s p a t t e r n a nd s t r a t e g i e s a r e a s e t o f me t h o d s i n c l u d i n g h o w t o p e r f o r m a n e v a l u a t i n g pr o c e s s a n d s e t n e c e s s a r y p a r a me t e r s a n d s o o n S c h e d u l e r i s t h e c e n t e r o f t h i s s y s t e m t h a t c o n t r o l s a l l s of t wa r e a n d h a r d wa r e a c t i v i t i e s F i r s t l y t h e c h a n n e l b e t we e n C P U A D p o r t a n d f i r e s e n s o r s s i g n a l i s c u t o f f a n d c o nn e c t s t o our t e s t s y s t e m s out p ut po r tTh e n s t a r t u p a p p l i c a t i o n t o p u t o u r s i mu l a t e d s i g n a l i nt o d e t e c t o r s C P U A D p o r t，t h r o u g h r e s p o n s e o f t h e d e t e c t o r we c a n d e d u c e t h e p e r f o r ma n c e o f i t s a l g o r i t h m Ne x t，wh a t k i n d s o f s i g n a l c a n b e u s e d f o r ou r p u r p o s e，i t a l s o d e p e n d s o n t h e t h r e e a s p e c t s t h a t we d i s c u s s i n s e c t i o n 2，a n d b e f o r e t h e e v a l u a t i o n p r o c e s s，s i g n a l f r o m o u r d a t a b a s e mu s t b e p r e。_ p r o c e s s e d s u c h a s u n i f o r m a n d s o o n Co ns i d e r i n g o f l i mi t s of p h y s i c a l e x p e r i me n t s a n d r e q u i r e me n t s o f a c a d e mi c r e s e a r c h，t h e t h i r d e v a l u a t i o n p a t t e r n i s p r o p o s e d Fi g 3 i s t h e f l o w-c h a r t Th i s p a t t e r n ma k e s u p o f s o f t wa r e o nl y t h e r e f o r e e v a l u a t i n g p r o c e s s n e e d n o t d e t e c t o r ha r d-wa r e Co mp a r e t o p a t t e r n t wo，Dr i f t c o mp e n s a t i o n mo d e l a n d M u t u a l i t y o f mul t i s e n s o r mo d e l a r e a d d e&Be f o r e c a r r y i n g o u t e v a l u a t i o n，a s t a n d a r d p r o g r a m i n t e r f a c e mu s t b e f o r mu l a t e d f i r s t l y Th e f i r e d e t e c t i o n a l g o r i t h m s h o u l d b e wr o t e i n a d v a n c e l a n g u a g e s f o r e x a mp l e VC，VB(DI I ，O CX)a n d s o o n，t h e n b y a s e t o f e v a l u a t i n g s t r a t e g i e s，t h e a p pl i-c a t i o n u s e s d a t a f r o m t h e d a t a b a s e a s i n p u t t o t h e a l g o r i t h m a n d t h e r e s p o n s e o f t h e a l g o r i t h m wi l l b e t h e r e s u l t of wh o l e e v a l u a t i o n p r o c e s s F i g 2 F l o wc h a r t o f t h e e v a l u a t i o n p a t t e r n t wo 4 t h e i t e ms o f e x p e r i m e n t s u n d e r t h e t h r e e e-v a l u a t i o n p a t t e r n Th e e x p e r i me n t s u s e d i n t h e e v a l u a t i o n p r o c e s s i n c l u d e t wo p a r t s On t h e o n e h a n d。s t a n d a r d s i n c l u d i n g I S O E N，UI a n d GB，e s p e c i a l l y f i r e t e s t，a r e a d o p t e d On t h e o t h e r h a n d，s o me e x p e r i me n t s mu s t b e d e s i g n e d f o r c e r t a i n pu r p o s e s u c h a s wa t e r mi s t，d u s t，a n d c o o k i n g o r s mo ki n g Fi r s t a n d f o r e mo s t，s c o r e s，wh i c h i n d i c a t e t h e r e s u l t of a n e x p e r i me n t，mu s t b e o b t a i n e d t h r o u g h d e t a i l e d d e s i g n a n d t r y Ne x t，a d o p t i n g s t a n d a r d s t e s t s i n s u r e t h o s e e x p e r i me n t s mo r e c r e d i t a b l e a n d c o n-s i s t e n t Ev e r y e v a l u a t i o n p a t t e r n h a s i t s o wn s u i t a b l e i t e ms o f e x p e r i me n t s S o me i t e ms a r e v e r y d i f f i c u l t t o a c c o mp l i s h i n p h y s i c a l p a t t e r n wh e r e a s c a n b e r e a l i z e d b y s i mu l a t i o n e a s i l y Ta b l s h o ws o u r d e s i g n e d i t e ms o f e x pe r i me n t s a n d c o r r e s p o n d i n g me t h o d s 维普资讯 http:/ Vo 1 1 4 No 3 Re s e a r c h o n E v a l u a t i o n o f F i r e D e t e c t i o n Al g o r i t h ms 1 4 7 F i g 3 F l o wc h a r t o f t h e e v a l u a t i o n p a t t e r n t h r e e Ta b 1 I t e ms o f e x p e r i me n t st ot h r e e e v a l u a t i o np a t t e r n s 5 Ex a mp l e s o f e x p e r i me n t s 5 1 S l o wl y De v e l o p i n g Fi r e b y P h y s i c a l Pa t t e r n As i S we l l k n o wn，I S O一 7 2 4 0 7 h a s p r o p o s e d t h e d e ma n ds o f s l o wl y d e v e l o p i n g f i r e t e s t b u t d o e s n o t t e l l h o w t o r e a l i z e t h i s t e s t i n d e t a i l e d W e a t t e mp t e d t o a c c o mpl i s h t h i s t a s k a n d c a me t o t e r ms t h a t t h i s t e s t mu s t t a k e i n t o a c c o u n t t h a t t h e a c c u mu l a t i o n o f s mo ke p a r t i c l e s a n d d i a me t e r d i s t r i b u-t i o n t h e n t o s a t i s f y t h e d e ma n d s o f s t a n d a r d s i n p r e s e n t b e c a u s e o f t h e r a t e s o f c h a n g e A 4 p e r h o u r i S v e r y s l o wl y Ev e n i f t h i s t e s t c a n b e r e a l i z e d e a s i l y u n d e r p a t t e r n t wo a n d t h r e e，we a l s o t r y t o f i n i s h i t wi t h p h y s i c a l e x p e r i me n t t h r o u g h r e d u c e f u e l a n d i n c r e a s e t e s t d u r a t i o n a nd S O o n Fo r a ki n d o f d e _ t e c t o r A一0 1 2 d b m，t h e a c t u a l r e s u l t d b m-s e c-o n d i S s h o wn i n Fi g 4 Fi g 4 t h e r e s u l t o f s l o wl y d e v e l o p i n g f i r e 5 2 T e s t F i r e b y S i mu l a t i o n P a t t e r n f i r e d e t e c t i o n a l g o r i t h m i n VC+DI L f o r ma t a n d W e h a v e a c h i e v e d a t y pe o f d e t e c t o r S a c t u a l t a k e i t a s t a r g e t t O t e s t o u r p a t t e r n a n d me t h o d 维普资讯 http:/ 1 4 8 火灾科学F I R E S AF E T Y S C I E N C E 第 1 4卷第 3期 Th r o u g h a s e r i e