CN110853137A - 一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援***及方法，***包括火灾检测端、云平台端以及应用端，火灾检测端包括各类传感器，传感器数据发送至云平台端，云平台端实时监控各类传感器数据，云平台端与应用端过程物联网应用***，云平台通过网络通信协议实现与应用端的互联，进行数据和指令的双向输送，应用端通过三维模型及场景，结合算法判断、数据表、救援路线，显示受灾情况及指导性信息。本发明可有效减少偶然性误差，避免由于设备问题引起的麻烦，提高可靠性，并提供救援方案和相关配套功能；和云平台实现有效互联，应用相关物联网技术，高度集成化，有助于产业升级，对火灾预警、火灾救援有辅助作用。

Description

一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援***及方法

技术领域

本发明涉及“物联网+”智慧消防应用，是一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援***及方法，属于物联网应用开发领域。

背景技术

21世纪以来，随着工业4.0的浪潮，各行业利用信息化技术进行着产业升级，其中通过“物联网+”技术实现万物互联的思路被应用于各个领域，尤其是更加注重安全化、高效化的防火及消防领域。在人们不断追求高生活水平、要求生活质量，企业不断提高产业性能需求的同时，如何将实物信息化，进而提升并保障其安全性、可靠性、高效性，成为当下迫在眉睫的问题。近年来，火灾隐患总量呈逐年上升态势，传统救援方式日渐低效。面对高层或复杂楼宇，防火***更新换代不及时，消防计划缺乏高效性和针对性，且仍以消防员为救援主体，其安全缺乏保障。同时，楼内各种设备的老化以及产业更新换代导致的复杂化的救援环境，都给消防救援增添了很多压力和困难。因此，结合社会发展和实际需要，社会对防火、消防领域的产业升级有着较高的期望与要求。

在这个背景下，高兼容、合理地将新兴技术和相关产业融合，有效排除安全隐患，提升消防救援效率和成功率，同时通过新型监管机制实现实时的安全信息反馈，成为当下消防部门应着重提升的方面。在国家相关推动建设以及近些年物联网技术发展的支持下，已经涌现出一部分“智慧消防”以及消防数据化的趋势和产品，但相对而言仍拥有一些问题，尤其是在争分夺秒的救援时间内，如何更直观地展现火灾现场、更有效地提升救援效率，是有待解决的。对于一些内部结构复杂、楼层高的建筑，消防员无法第一时间得知现场情况，监管人员倘若不熟悉内部结构，也将对***和救援制造很多麻烦，进而造成不可逆的损失。因此，更加直观、清晰、具有指导性的物联网技术救援***是需要着重研究的。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有防火、消防救援方法的弊端，运用新兴物联网应用技术，解决上述问题，设计开发一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援***及方法。与目前正在应用的一些防火方法、消防救援机制相比，本发明通过对实物楼宇及其周边环境的三维场景还原，打造一个直观、可靠并具有数据可视化、指导性救援方案可视化的应用端，可以移动端APP或PC应用为方式承接；同时，通过物联网通信技术，将应用端与云平台连接，一方面读取相对应的传感器数据，另一方面可发送应用端控制信号至云平台，用以控制硬件端的设备，实现两物的互联性。在应用端中，提供楼宇及周边的三维场景还原，救援人员可及时了解周边情况，调遣相应救援力量从最优方向进入受灾区，并对楼宇有整体性了解；可实时更新并显示火情的各类数据(温度、湿度、烟雾浓度、一氧化碳浓度等指标)，并根据火情严重程度分级，以不同颜色显示；后台将基于各数据指标，根据严谨可靠的判断算法，判断出楼宇内各点位的火灾情况和位置，激活点位闪烁，可直观确定火灾核心区；应用端提供可视化救援线路方案，包括最近的救援路线以及楼宇内部的布局，实现指导性高效救援；对于楼宇安保人员，也可提供部分辅助功能，如实现一键报警、关闭警报等控制类功能。在云平台上，也可实时观察各点位数据，同时查看是否存在错误数据、通信模块是否可行等，有效提升防火、救援效率。

本发明采用以下技术方案：一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援***，所述***包括火灾检测端、云平台端以及应用端，所述火灾检测端包括各类传感器，用于检测温度、湿度、烟雾浓度、一氧化碳浓度的指标，传感器数据发送至云平台端，云平台端实时监控各类传感器数据，所述云平台端与应用端过程物联网应用***，云平台通过网络通信协议实现与应用端的互联，进行数据和指令的双向输送，应用端通过三维模型及场景，结合算法判断、数据表、救援路线，显示受灾情况及指导性信息。

应用端包括如下功能：

①三维场景还原；

②救援路径规划；

③灾情点定位(根据等级闪烁)；

④整体数据显示界面(根据等级按不同颜色显示)；

⑤相关物联网控制功能。

上述网络通信协议为MQTT和LwM2M。

一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援方法，利用上述的***，其步骤如下：

(1)、基于楼宇的具体结构，设计开发手机APP作为应用端，并在其中建立三维模型及周边场景布局，还原实物特征；

(2)、基于步骤(1)得到的三维场景，应用网络通信协议，通过API接口与云平台端实现互联，调试读、写命令，确保数据双向传输无误；

所述读为读取当前设备资源的数值，所述写为对当前资源进行写入操作；

(3)、基于步骤(2)，实现应用端与云平台端互联后，包装读、写命令，根据需求开发控制功能，优化数据显示面板及分级警报功能；

(4)、综合考虑各传感器数据指标，整合判断算法，规避因个别设备故障导致的判断失误，实现多因素、高可靠性的火情显示。

上述步骤(3)中控制功能包括自动报警、关闭警报。

上述步骤(4)中的判断算法如下：

(4-1)、构建CFT树：选取温度、一氧化碳浓度、氧气浓度三个特征量，采用对数似然函数计算各样本与危险样本和安全样本的似然距离，具体公式如下：

d(i,s)＝ξ_i+ξ_s+ξ_(i,s) (1)

其中：ξ_i表示样本

的似然距离，n_i表示样本数目，

表示连续变量的方差，

是避免计算过程中出现负增加而附加的参数，E_ij表示分类变量的方差，π_ijl表示k区域中第j个变量取出l个值得概率，p为连续变量的个数，q为分类变量的个数；

(4-2)、BIC分类判断：使用凝聚算法对特征树的叶节点分组，具体公式如下：

BIC_k＝-2l_k+r_k lgn (5)

其中，BIC_k为第k类的Bayesian准则数；l_k是k个类的最大似然数；r_k是独立变量的个数；

当第一次得到BIC_k/BIC₁＜0.04时，k为最终聚类数。

(4-3)、区域风险计算：通过二阶聚类分析，获得每个样本的风险值，区域风险值通过计算该区域所包含的风险值的大小和概率获得：

其中：risk_n为第n个样本的风险等级；p(risk_n)是风险等级risk_n在本区域出现的概率，

本发明的有益效果在于：本发明通过设计一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援***，优化防火及救援的效率，去抽象化为直观布局；并根据科学的算法进行灾情位置判断，可有效减少偶然性误差，避免由于设备问题引起的麻烦，提高可靠性，并提供救援方案和相关配套功能；和云平台实现有效互联，应用相关物联网技术，高度集成化，有助于产业升级，对火灾预警、火灾救援有辅助作用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的数据界面显示图。

图3是本发明的三维场景还原示意图。

图4是本发明示例所用云平台的数据显示页面。

图5是本发明的简易实物图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明设计的一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援***，参照图1并结合具体的实施方案对本发明做一些详细的阐述。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。

图1是火灾救援***的结构示意图，***包括火灾检测端、云平台端以及应用端，所述火灾检测端包括各类传感器，用于检测温度、湿度、烟雾浓度、一氧化碳浓度的指标，传感器数据发送至云平台端，云平台端实时监控各类传感器数据，所述云平台端与应用端过程物联网应用***，云平台通过网络通信协议实现与应用端的互联，进行数据和指令的双向输送，应用端通过三维模型及场景，结合算法判断、数据表、救援路线，显示受灾情况及指导性信息。

应用端包括如下功能：

①三维场景还原；

②救援路径规划；

③灾情点定位(根据等级闪烁)；

④整体数据显示界面(根据等级按不同颜色显示)；

⑤相关物联网控制功能。

一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援方法，利用上述的***，其步骤如下：

(1)、基于楼宇的具体结构，设计开发手机APP作为应用端，并在其中建立三维模型及周边场景布局，还原实物特征；

(2)、基于步骤(1)得到的三维场景，应用网络通信协议，通过API接口与云平台端实现互联，调试读、写命令，确保数据双向传输无误；

所述读为读取当前设备资源的数值，所述写为对当前资源进行写入操作；

(3)、基于步骤(2)，实现应用端与云平台端互联后，包装读、写命令，根据需求开发控制功能，优化数据显示面板及分级警报功能；

(4)、综合考虑各传感器数据指标，整合判断算法，规避因个别设备故障导致的判断失误，实现多因素、高可靠性的火情显示。

判断算法如下：

(4-1)、构建CFT树：选取温度、一氧化碳浓度、氧气浓度三个特征量，采用对数似然函数计算各样本与危险样本和安全样本的似然距离，具体公式如下：

d(i,s)＝ξ_i+ξ_s+ξ_(i,s) (1)

其中：ξ_i表示样本

的似然距离，n_i表示样本数目，

表示连续变量的方差，是避免计算过程中出现负增加而附加的参数，E_ij表示分类变量的方差，π_ijl表示k区域中第j个变量取出l个值得概率，p为连续变量的个数，q为分类变量的个数；

(4-2)、BIC分类判断：使用凝聚算法对特征树的叶节点分组，具体公式如下：

BIC_k＝-2l_k+r_k lgn (5)

其中，BIC_k为第k类的Bayesian准则数；l_k是k个类的最大似然数；r_k是独立变量的个数；

当第一次得到BIC_k/BIC₁＜0.04时，k为最终聚类数。

(4-3)、区域风险计算：通过二阶聚类分析，获得每个样本的风险值，区域风险值通过计算该区域所包含的风险值的大小和概率获得：

其中：risk_n为第n个样本的风险等级；p(risk_n)是风险等级risk_n在本区域出现的概率，

当火情出现后，应用端通过MQTT和LwM2M网络通信协议与云平台实现互联，楼宇内各个点位的信息将实时显示在数据表格中(如图2所示)，根据火情的严重程度，按不同颜色显示，所用实例中可视化数据包括温度、湿度、一氧化碳浓度和雷达信号。如图3所示，可观察到全景三维模式及场景，通过烟雾和闪烁效果可精准定位到灾情具***置，并可显示最优的救援/逃生路线(如图绿色线)。通过UI界面的按钮可以实现相关的物联网控制操作，如关闭数据显示界面、关闭警报、自动报警等相关功能。

以上所述仅为本发明的示例实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援***，其特征在于：所述***包括火灾检测端、云平台端以及应用端，所述火灾检测端包括各类传感器，用于检测温度、湿度、烟雾浓度、一氧化碳浓度的指标，传感器数据发送至云平台端，云平台端实时监控各类传感器数据，所述云平台端与应用端过程物联网应用***，云平台通过网络通信协议实现与应用端的互联，进行数据和指令的双向输送，应用端通过三维模型及场景，结合算法判断、数据表、救援路线，显示受灾情况及指导性信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援***，其特征在于所述网络通信协议为MQTT和LwM2M。

3.一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援方法，其特征在于利用权利要求1所述的***，其步骤如下：

(1)、基于楼宇的具体结构，设计开发手机APP作为应用端，并在其中建立三维模型及周边场景布局，还原实物特征；

(2)、基于步骤(1)得到的三维场景，应用网络通信协议，通过API接口与云平台端实现互联，调试读、写命令，确保数据双向传输无误；

所述读为读取当前设备资源的数值，所述写为对当前资源进行写入操作；

(3)、基于步骤(2)，实现应用端与云平台端互联后，包装读、写命令，根据需求开发控制功能，优化数据显示面板及分级警报功能；

(4)、综合考虑各传感器数据指标，整合判断算法，规避因个别设备故障导致的判断失误，实现多因素、高可靠性的火情显示。

4.根据权利要求3所述的一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援方法，其特征在于所述步骤(3)中控制功能包括自动报警、关闭警报。

5.根据权利要求3所述的一种基于三维场景还原的指导性防火消防救援方法，其特征在于所述步骤(4)中的判断算法如下：

(4-1)、构建CFT树：选取温度、一氧化碳浓度、氧气浓度三个特征量，采用对数似然函数计算各样本与危险样本和安全样本的似然距离，具体公式如下：

d(i,s)＝ξ_i+ξ_s+ξ_(i,s) (1)

其中：ξ_i表示样本

的似然距离，n_i表示样本数目，

表示连续变量的方差，

是避免计算过程中出现负增加而附加的参数，E_ij表示分类变量的方差，π_ijl表示k区域中第j个变量取出l个值得概率，p为连续变量的个数，q为分类变量的个数；

(4-2)、BIC分类判断：使用凝聚算法对特征树的叶节点分组，具体公式如下：

BIC_k＝-2l_k+r_klgn (5)

其中，BIC_k为第k类的Bayesian准则数；l_k是k个类的最大似然数；r_k是独立变量的个数；

当第一次得到BIC_k/BIC₁＜0.04时，k为最终聚类数。

(4-3)、区域风险计算：通过二阶聚类分析，获得每个样本的风险值，区域风险值通过计算该区域所包含的风险值的大小和概率获得：

其中：risk_n为第n个样本的风险等级；p(risk_n)是风险等级risk_n在本区域出现的概率，

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