本發(fā)明涉及一種隔離帶設(shè)置地預(yù)判系統(tǒng),屬于火災(zāi)防止技術(shù)領(lǐng)域;同時還公開了一種火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的智能預(yù)判系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
火災(zāi)是指在時間和空間上失去控制的災(zāi)害性燃燒現(xiàn)象。在各種災(zāi)害中,火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一。
火災(zāi)在發(fā)生后,為避免火勢蔓延造成更大的危害,在進行滅火的同時,還需要設(shè)置火災(zāi)隔離帶將火災(zāi)隔離,傳統(tǒng)的火災(zāi)隔離帶設(shè)置過程,往往是由消防人員到火災(zāi)區(qū)域周邊后根據(jù)經(jīng)驗進行設(shè)置。由于人的經(jīng)驗是有限的且根據(jù)身體狀況亦不穩(wěn)定,這樣設(shè)置的隔離帶往往不是最優(yōu)的,且設(shè)置速度過慢,不能使災(zāi)情盡快得到控制,使得火災(zāi)進一步蔓延。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
基于以上技術(shù)問題,本發(fā)明提供了一種火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的智能預(yù)判系統(tǒng),該智能預(yù)判系統(tǒng)能結(jié)合火災(zāi)區(qū)域的風(fēng)速風(fēng)向和土壤情況對火勢蔓延方向進行智能預(yù)判,確定最佳的火災(zāi)隔離帶設(shè)置地,從而解決了以往火災(zāi)隔離帶設(shè)置地依靠經(jīng)驗設(shè)置而出現(xiàn)偏差、設(shè)置速度慢的技術(shù)問題;同時,基于該系統(tǒng),本發(fā)明還公開了一種火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的智能預(yù)判系統(tǒng)。
為解決以上技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的智能預(yù)判系統(tǒng),包括風(fēng)速風(fēng)向檢測系統(tǒng)、土壤探測系統(tǒng)及終端控制系統(tǒng);
其中,
風(fēng)速風(fēng)向檢測系統(tǒng)由若干個搭載有風(fēng)速風(fēng)向檢測設(shè)備的空中智能體組成,用于收集火災(zāi)外圍各處的風(fēng)速風(fēng)向信息;
土壤探測系統(tǒng)由若干個搭載有土壤探測設(shè)備的陸地智能體組成,用于收集火災(zāi)外圍各處的土壤信息;
終端控制系統(tǒng),用于控制空中智能體和陸地智能體,并接收來自所有智能體的信息;
所述終端控制系統(tǒng)包括空中智能體控制單元、陸地智能體控制單元及預(yù)判系統(tǒng),預(yù)判系統(tǒng)具有深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);
空中智能體控制單元控制空中智能體行動并接收來自空中智能體的風(fēng)速風(fēng)向信息,同時將風(fēng)速風(fēng)向信息傳遞給預(yù)判系統(tǒng);
陸地智能體控制單元控制陸地智能體行動并接收來自陸地智能體的土壤信息,同時將土壤信息傳遞給預(yù)判系統(tǒng);
預(yù)判系統(tǒng)接收來自空中智能體的風(fēng)速風(fēng)向信息和陸地智能體土壤信息,并輸入至深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)處理后得到火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù),并通過預(yù)判系統(tǒng)將火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù)顯示。
基于以上技術(shù)方案,所述陸地智能體上還搭載有與陸地智能體控制單元信號傳遞的無線通信模塊。
基于以上技術(shù)方案,所述陸地智能體上還搭載有照相模塊和gps定位模塊,照相模塊和gps定位模塊均與所述無線通信模塊信號連接。
基于以上技術(shù)方案,所述空中智能體上還搭載有與空中智能體控制單元信號傳遞的無線通信模塊。
基于以上技術(shù)方案,所述空中智能體為智能飛行裝置;所述陸地智能體為智能爬行裝置。
基于以上技術(shù)方案,所述預(yù)判系統(tǒng)具有兩個相同的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息分別輸入兩個深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),兩個深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出綜合火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù)并顯示。
基于以上技術(shù)方案,所述深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為5層結(jié)構(gòu)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),包括一個輸入層、三個隱含層及一個輸出層,層與層之間通過權(quán)重矩陣來相互連接;
其中,
輸入層:用于接收輸入風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息;
隱藏層:第一隱藏層是線性函數(shù),第二隱藏層是sigmod函數(shù),最后一層隱藏層是softmax層;
輸出層:輸出多分類結(jié)果,不同的數(shù)字代表不同的分類,用于將上一層分類的結(jié)果用于量化表示。
綜上所述,由于采用了上述技術(shù)方案,本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明通過智能化控制和數(shù)據(jù)處理,利用火災(zāi)周圍區(qū)域風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息進行火勢走向預(yù)判,快速、精確的預(yù)判隔離帶設(shè)置地,不僅節(jié)約了隔離帶設(shè)置的預(yù)判時間和流程,同時也提高了隔離帶設(shè)置的準(zhǔn)確度。
2、本發(fā)明空中智能體和陸地智能體能夠快速行動至指定地點,采集相關(guān)信息并實時反饋,從而能夠幫助消防人員快速了解火災(zāi)周圍環(huán)境情況,為隔離帶設(shè)置地選址提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
3、本發(fā)明智能體控制單元和陸地智能體控制單元可分別控制空中智能體和陸地智能體行動和信息傳遞,控制精度高、信息傳遞速度快,并且可實時控制,提高了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。
4、本發(fā)明深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對采集信息進行處理,得到火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)量化表示,消防人員可直接通過顯示的坐標(biāo)進行設(shè)防,提高了隔離帶設(shè)置的速度和精度。
同時,基于以上智能預(yù)判系統(tǒng),本發(fā)明還提供了一種火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的智能預(yù)判方法,包括以下步驟:
1)利用空中智能體控制單元和陸地智能體控制單元分別控制空中智能體和陸地智能體,派遣空中智能體和陸地智能體至火災(zāi)外圍指定區(qū)域;
2)空中智能體和陸地智能體分別采集指定區(qū)域的風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息,并將信息實時反饋至空中智能體控制單元和陸地智能體控制單元;
3)空中智能體控制單元和陸地智能體控制單元將信息傳遞至預(yù)判系統(tǒng),預(yù)判系統(tǒng)將采集到的風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息分別作為兩個相同深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,兩個深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)處理后得到火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù),并通過預(yù)判系統(tǒng)將火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù)顯示。
4)根據(jù)火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù)找到對應(yīng)地域坐標(biāo),設(shè)置火災(zāi)隔離帶。
采用以上方法,可快速采集火勢周圍區(qū)域的風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息,風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息結(jié)合整合成兩個向量,這兩個向量分別作為兩個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,便于快速和精確預(yù)判火災(zāi)隔離帶設(shè)置地,減少火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的預(yù)判時間和設(shè)置時間,并提高了設(shè)置地預(yù)判的精確度。
附圖說明
圖1為本發(fā)明智能預(yù)判系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架圖;
圖2為空中智能體在風(fēng)速風(fēng)向檢測的布局示意圖;
圖3為陸地智能體在土壤探測的布局示意圖;
圖4為本發(fā)明智能預(yù)判系統(tǒng)的流程框架圖;
圖5為空中智能體的結(jié)構(gòu)框架圖;
圖6為陸地智能體空中智能體的結(jié)構(gòu)框架圖;
圖7為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)框架圖;
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
如圖1-7所示,一種火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的智能預(yù)判系統(tǒng),包括風(fēng)速風(fēng)向檢測系統(tǒng)、土壤探測系統(tǒng)及終端控制系統(tǒng);
其中,
風(fēng)速風(fēng)向檢測系統(tǒng)由若干個搭載有風(fēng)速風(fēng)向檢測設(shè)備的空中智能體組成,用于收集火災(zāi)外圍各處的風(fēng)速風(fēng)向信息;
土壤探測系統(tǒng)由若干個搭載有土壤探測設(shè)備的陸地智能體組成,用于收集火災(zāi)外圍各處的土壤信息;
終端控制系統(tǒng),用于控制空中智能體和陸地智能體,并接收來自所有智能體的信息;
所述終端控制系統(tǒng)包括空中智能體控制單元、陸地智能體控制單元及預(yù)判系統(tǒng),預(yù)判系統(tǒng)具有深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);
空中智能體控制單元控制空中智能體行動并接收來自空中智能體的風(fēng)速風(fēng)向信息,同時將風(fēng)速風(fēng)向信息傳遞給預(yù)判系統(tǒng);
陸地智能體控制單元控制陸地智能體行動并接收來自陸地智能體的土壤信息,同時將土壤信息傳遞給預(yù)判系統(tǒng);
預(yù)判系統(tǒng)接收來自空中智能體的風(fēng)速風(fēng)向信息和陸地智能體土壤信息,并輸入至深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)處理后得到火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù),并通過預(yù)判系統(tǒng)將火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù)顯示。
本實施例的工作原理是:消防人員通過空中智能體控制單元和陸地智能體控制單元分別控制空中智能體和陸地智能體至指定區(qū)域進行風(fēng)力風(fēng)速采集和土壤檢測,并實時將采集信息反饋至預(yù)判系統(tǒng),風(fēng)力風(fēng)速信息和土壤信息通過空中智能體控制單元和陸地智能體控制單元綜合處理成為兩組數(shù)據(jù)分別作為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)處理后輸出得到火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù),通過預(yù)判系統(tǒng)將火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù)顯示,消防人員可根據(jù)火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù)確定火災(zāi)隔離帶設(shè)置地。
本實施例通過智能化控制和數(shù)據(jù)處理,利用火災(zāi)周圍區(qū)域風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息進行火勢走向預(yù)判,快速、精確的找到隔離帶設(shè)置地,不僅節(jié)約了隔離帶設(shè)置時間和流程,同時也提高了隔離帶設(shè)置的準(zhǔn)確度。
本實施例中,為了掌握更多的信息,空中智能體和陸地智能體在行進過程中同樣可沿途采集信息,作為確定火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的參照。
本實施例中,所述陸地智能體上還搭載有與陸地智能體控制單元信號傳遞的無線通信模塊。無線通信模塊可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸,使得陸地智能體更為靈便,信息傳遞受環(huán)境影響小。
本實施例中,所述陸地智能體上還搭載有照相模塊和gps定位模塊,照相模塊和gps定位模塊均與所述無線通信模塊信號連接。照相模塊可隨時對路途路況進行拍照,以確定地勢地形等地面情況,方便消防人員了解火災(zāi)周圍地形;gps定位模塊則可反饋陸地智能體的實時坐標(biāo)位置,方便定位和記錄行駛路徑,作為后續(xù)設(shè)置隔離帶的參考。
本實施例中,所述空中智能體上還搭載有與空中智能體控制單元信號傳遞的無線通信模塊。其原理、作用與陸地智能體的無線通信模塊相同,此處不再累述。
本實施例中,所述空中智能體為智能飛行裝置;所述陸地智能體為智能爬行裝置。智能飛行裝置可以是小型無人機、飛行器及其它具有飛行功能的裝置,而智能爬行裝置可以是小型陸地機器人、仿生機器人、小型車及其它具有爬行功能的裝置。
本實施例中,所述預(yù)判系統(tǒng)具有兩個相同的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息分別輸入兩個深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),兩個深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出綜合火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù)并顯示。兩個深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別作為風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息的處理網(wǎng)絡(luò),便于信息的分類處理,并可提高數(shù)據(jù)的速度和準(zhǔn)確性。
本實施例中,所述深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為5層結(jié)構(gòu)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),包括一個輸入層、三個隱含層及一個輸出層,層與層之間通過權(quán)重矩陣來相互連接;
其中,
輸入層:用于接收輸入風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息;
隱藏層:第一隱藏層是線性函數(shù),第二隱藏層是sigmod函數(shù),最后一層隱藏層是softmax層;
輸出層:輸出多分類結(jié)果,不同的數(shù)字代表不同的分類,用于將上一層分類的結(jié)果用于量化表示。
風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息通過隱藏層進行數(shù)據(jù)分類和量化,將數(shù)據(jù)進行方向分類,最后通過輸出層輸出不同方位的分類數(shù)據(jù)結(jié)果,可直觀的得到火勢蔓延方位。
基于以上實施例的火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的智能預(yù)判系統(tǒng),本實施例還公開了一種火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的智能預(yù)判方法,包括以下步驟:
1)利用空中智能體控制單元和陸地智能體控制單元分別控制空中智能體和陸地智能體,派遣空中智能體和陸地智能體至火災(zāi)外圍指定區(qū)域;
2)空中智能體和陸地智能體分別采集指定區(qū)域的風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息,并將信息實時反饋至空中智能體控制單元和陸地智能體控制單元;
3)空中智能體控制單元和陸地智能體控制單元將信息傳遞至預(yù)判系統(tǒng),風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息結(jié)合整合成兩個向量,這兩個向量分別作為兩個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,兩個深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)處理后得到火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù),并通過預(yù)判系統(tǒng)將火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù)顯示。
4)根據(jù)火災(zāi)預(yù)判蔓延方向數(shù)據(jù)找到對應(yīng)地域坐標(biāo),設(shè)置火災(zāi)隔離帶。
基于以上方法,利用智能化控制和數(shù)據(jù)分析,能迅速和準(zhǔn)確的預(yù)判火災(zāi)預(yù)判蔓延方向,為火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的選擇節(jié)約了時間,并提高了設(shè)置地預(yù)判的精確度。
在以上方法中,風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息結(jié)合整合的方式如下:
以一個空中傳感器為例,風(fēng)速風(fēng)向信息為vn,其大小為風(fēng)力,方向為風(fēng)向。
將其分解為直角坐標(biāo)系東西南北上的兩個相互垂直的分量a和b,設(shè)置a為東西方向分量,把a轉(zhuǎn)化為標(biāo)量,向東為正,向西為負;把東西南北四個方向的土壤探測器的值設(shè)為o1~o4,則有:cn=a*o1,當(dāng)a>=0時;
或cn=a*o2,當(dāng)a<0時;
同理b表示南北方向分量,我們規(guī)定向北為正,向南為負,則有:dn=b*o4,b>=0;
或dn=b*o3,b<0;
將所有的n個空中智能體和陸地智能體采集到風(fēng)速風(fēng)向信息和土壤信息都對此處理,我們可以得到一個包含n個c的序列和一個包含n個d的序列,c的序列(設(shè)為c)就是第一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,d的序列(設(shè)為d)為第二個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。
為本發(fā)明更好的理解和實施,下面結(jié)合具體數(shù)據(jù)對本發(fā)明做進一步的說明。
具體實施例
一種火災(zāi)隔離帶設(shè)置地的智能預(yù)判系統(tǒng),包括風(fēng)速風(fēng)向檢測系統(tǒng)、土壤探測系統(tǒng)及終端控制系統(tǒng);
風(fēng)速風(fēng)向檢測系統(tǒng)由若干個搭載有風(fēng)速風(fēng)向傳感器的空中智能體組成,各個空中智能體通過無線通信實時反饋該處的風(fēng)速風(fēng)向狀況,布局示意圖如圖2所示。
基于此,設(shè)空中智能體數(shù)量為n,按照編號依次是a1~an,火災(zāi)范圍被面積最小的矩形x·y所包圍。
那么控制智能體將會分成東西南北四組,
其中:
北組g北和南組g南數(shù)量為
東組g東和西組g西數(shù)量為
土壤探測系統(tǒng)由四個搭載土壤探測傳感器的陸地智能體組成。各個陸地智能體通過無線通信實時反饋該處的土壤狀況。四個陸地智能體分別被派遣至火災(zāi)外圍的東西南北方向,編號為b東、b南、b西和b北,如圖3所示。
終端控制系統(tǒng)即是消防人員的控制終端,實現(xiàn)對智能體的控制,將智能體派遣至指定位置。智能體包括空中智能體和陸地智能體。同時,終端還將接收來自智能體的采集信息,并傳遞給預(yù)判系統(tǒng)。最后,終端還會顯示預(yù)判系統(tǒng)的結(jié)果,提供給消防人員參考,如圖4所示。
空中智能體是一個飛行裝置,搭載有風(fēng)速風(fēng)向傳感、無線通信模塊和其它裝置(根據(jù)不同的火災(zāi)現(xiàn)場會有不同,但和本方法無關(guān))。其作用是接受來自消防員的控制終端的控制消息并作出反應(yīng),同時使用搭載的風(fēng)速風(fēng)向傳感器檢測該處的風(fēng)力情況并反饋給控制終端,如圖5所示。
陸地智能體是一個爬行裝置,共四個,搭載有土壤探測設(shè)備、無線通信模塊、gps定位模塊和其他裝置(根據(jù)不同的火災(zāi)現(xiàn)場會有不同,但和本方法無關(guān))。其作用是接受來自消防員的控制終端的控制消息并作出反應(yīng),同時使用搭載的照相設(shè)備拍攝該處的地面情況并反饋給控制終端,消防人員會根據(jù)拍攝的地面情況結(jié)合風(fēng)力情況綜合考慮火災(zāi)隔離帶的設(shè)置點,如圖6所示。
火災(zāi)隔離帶預(yù)判系統(tǒng)通過處理收集到的空中智能體組風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)v1~vn(n為空中智能體數(shù)量)而實現(xiàn)。同時地面也根據(jù)東西南北位置部署的土壤探測器,4個土壤探測器采集到的土壤信息為o1~o4,根據(jù)空中智能體所傳感器采集到的風(fēng)力信息為vn,vn為一個向量,它的方向為此傳感器采集到的風(fēng)力的方向,大小為此傳感器采集到的風(fēng)力等級(0到17),將vn分解東西和南北兩個垂直方向的量an和bn,an為東西方向的分量規(guī)定向東方向為正,向西方向為負,將an轉(zhuǎn)化為標(biāo)量,同時如果為正則乘以o1,為負則乘以o2,得到cn,同時對bn采取相同處理得到dn,將n個空中智能體采集到的風(fēng)力信息v1~vn,集中處理得到c1~cn和d1~dn,將c1~cn組成序列c,將d1~dn組成序列d,將c作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,也就是第一層輸入層,第一層的輸入節(jié)點數(shù)為n,第一層和第二層(第一隱藏層)之間的權(quán)重矩陣為w1,w1的形式為n×h1,h1為第二層的節(jié)點個數(shù),有
根據(jù)得到的最后火災(zāi)蔓延方向的數(shù)據(jù),通過在風(fēng)速最大方向的火災(zāi)外圍設(shè)置隔離帶,即可最大程度地減緩火災(zāi)蔓延速度,達到預(yù)判效果。
如上所述即為本發(fā)明的實施例。前文所述為本發(fā)明的各個優(yōu)選實施例,各個優(yōu)選實施例中的優(yōu)選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實施方式為前提,各個優(yōu)選實施方式都可以任意疊加組合使用,所述實施例以及實施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗證過程,并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍,本發(fā)明的專利保護范圍仍然以其權(quán)利要求書為準(zhǔn),凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化,同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。