基于无线传感器网络的火源定位方法研究

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1、基于无线传感器网络的火源定位方法研究摘要：文章根据火灾发生初期的火灾烟气的扩散情况，基于高斯烟羽模型气体扩散理论，推导了火灾初期的气体扩散模型在无风情况下的火源定位方法。采用基于烟气浓度信息的最小二乘多边定位法对火灾中心点进行定位，在气流较稳定的情况下，通过传感器网络测得的烟气浓度推知火源中心点具体位置，然后采用基于K-means聚类法的最近邻密集区域选取算法减小误差，解决现有火灾预警系统中只能对火灾进行报警，不能定位的缺点。仿真实验表明，该方法可以较好的对火源点进行位置估计。关键词：浓度扩散方程；最小二乘多边定位算法;聚类算法引言

2、近年来随着城市化的发展，城市人口密度不断增加，火灾造成的财产损失和人员伤亡越来越大。而在火灾扑救工作方面，火源点的及时准确定位尤为关键。如果能准确的判断着火点范围，将为自动灭火和人工扑救工作提供准确的辅助决策信息，也为受闲人员安全疏散提供可靠保证。但由于火灾现场存在诸多不确定因素，使得其成为火灾研究分析中的一个难点和热点。在火灾前期对火源点进行准确定位，才能及时高效地进行灭火救援工作［1］。现有的火灾源点定位技术一般是基于温度场，基于图像理论和基于光纤测温技术的的定位方法，但基于温度场的火灾源点定位要求火源释放较多的热量，传感器感受

3、到温度变化时，实际上燃烧已经持续了一段时间。大量研究表明，火灾早期阴燃状态下，释放热量少，却产生大量的烟气，温度上升却不明显。基于图像型的火源定位技术容易受物体遮挡，造成定位误差偏大等问题；基于光纤测温的技术成本过于高昂，不适用于一般的仓库中［3］。针对以上分析，文章对火源定位技术展开了研究，首先利用无线传感器节点测量其中的气体浓度，然后采用一些信号处理技术，不仅能够及时得到火灾的本征感知属性信息，发出火灾警报，而且能够准确地定位出火源位置，为有效且安全地疏散人员和火灾扑救等提供有用信息。所采用的具体方法是基于无线传感器网络，利用浓

4、度传感器测得的烟雾浓度，根据烟气扩散模型，对火源点进行定位估计。当火灾发生时，会产生大量的热，烟雾，燃烧所释放的热气上升，当烟雾到达房屋顶部时会形成烟气羽流，羽流从火源点中心向四周扩散［2］。位于屋顶的传感器节点会测得这些烟气的浓度，根据浓度信息来进行早期的火灾源点的定位估计，这样就可以尽可能的提高灭火与救援的效率，减少财产损失和人员伤亡。实验环境为在一个大空间仓库的试验场所内，将浓度传感器平均分配于各处，对火灾烟气浓度信息进行测量，根据这些浓度信息，结合烟气扩散模型采用一种最小二乘多边定位方法来进行定位。在文献［2］中所述的无线传

5、感器网络气体源定位中，验证了最小二乘算法在定位性能上的优越性。文献［3］中作者采用卡尔曼滤波方法估计气体中心位置，但并没有举出具体的烟气扩散模型。很多情况下火灾烟气情况比较复杂，不可避免的会存在浓度噪声偏大，位置方差较大，定位结果不平缓，出现误差比较大的点等问题。这时我们就需要尽量减少这些误差比较大的点的影响，因此我们首先对火源点进行多次定位，将多次定位的结果归为一类数据，采用基于K-means聚类法的最近邻密集区域选取算法［6］。提高了定位的精度，缩小了定位的范围，育邑为定点消防提供更好的参考。最后对论文方法进行了仿真验证。