，，，

(1.上海船舶電子研究所，上海 201108；2.海軍駐錦州地區(qū)軍事代表室，遼寧 錦州 121000；3.海軍駐426廠(chǎng)軍事代表室，遼寧 大連 116005)

美國(guó)海軍多年致力于開(kāi)發(fā)艦艇環(huán)境下的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程探測(cè)系統(tǒng)，并稱(chēng)之為立體傳感探測(cè)系統(tǒng)(volume sensor，VS)，其目的是集合多種傳感、探測(cè)手段，對(duì)火災(zāi)的各種特征(如煙、溫、光、氣體、聲、圖像等信息)進(jìn)行有機(jī)融合，研究適合艦艇的智能化探測(cè)算法，建立多判據(jù)、多數(shù)據(jù)融合的損管探測(cè)原理樣機(jī)，提高探測(cè)靈敏度，減少探測(cè)時(shí)間和誤報(bào)率。

這種基于多傳感器、數(shù)據(jù)融合的探測(cè)系統(tǒng)研究經(jīng)歷了兩大發(fā)展階段。第一階段，美海軍損管系統(tǒng)減員自動(dòng)化項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了基于多傳感器多判據(jù)的早期火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)(EWFD)，并對(duì)其探測(cè)靈敏度和抗誤報(bào)性能進(jìn)行了試驗(yàn)評(píng)估。

然而由于EWFD多傳感器探測(cè)采用氣體探測(cè)、煙霧探測(cè)等依賴(lài)火災(zāi)蔓延的探測(cè)手段，造成響應(yīng)瓶頸。在第二階段新型損管探測(cè)技術(shù)研究中，美海軍尋求了多種非接觸型探測(cè)技術(shù)，并應(yīng)用第一階段已驗(yàn)證有效的多傳感多數(shù)據(jù)融合技術(shù)，發(fā)展了一種以視頻火災(zāi)探測(cè)為主、光譜和聲學(xué)探測(cè)為輔的損管探測(cè)技術(shù)，通過(guò)大量試驗(yàn)逐步完善，經(jīng)實(shí)船對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了這種新型探測(cè)方式的卓越性能。

1 早期火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)

1.1 技術(shù)途徑

美海軍研究辦公室(Office of Naval Research, ONR)投資的一項(xiàng)科研項(xiàng)目“損管系統(tǒng)——減員自動(dòng)化”(DC-ARM，Damage Control Automation for Reduced Manning)，目的是減少艦員，提高損害管制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和智能水平。

1998年，美海軍研究試驗(yàn)室(NRL)開(kāi)始尋求適用于艦艇火災(zāi)探測(cè)的多傳感器和報(bào)警算法。雖然，多傳感器多判據(jù)探測(cè)技術(shù)當(dāng)時(shí)已普遍取得進(jìn)展，但是很少有研究證明這種新型多判據(jù)探測(cè)方式相對(duì)于門(mén)限感煙探測(cè)報(bào)警器的性能有所改善，大多研究都沒(méi)有評(píng)估這種技術(shù)在抗誤報(bào)方面的性能，對(duì)探測(cè)靈敏度的改善性能評(píng)估試驗(yàn)也僅局限于標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)場(chǎng)景(如EN54規(guī)定的火源條件)，美海軍投資DC-ARM研究項(xiàng)目旨在評(píng)估多傳感多判據(jù)探測(cè)系統(tǒng)在船用條件下的性能。

在DC-ARM項(xiàng)目中，采用真實(shí)火源(88種)與干擾源(38種)，通過(guò)全尺寸試驗(yàn)，對(duì)20種傳感器(CO、CO2等)進(jìn)行參數(shù)測(cè)量，形成實(shí)驗(yàn)室環(huán)境火災(zāi)與非火災(zāi)(干擾源)數(shù)據(jù)庫(kù)[1]。采用模式識(shí)別方法對(duì)真實(shí)火源和干擾源進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別，通過(guò)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的模式分析并進(jìn)行特征提取，確定幾種傳感器(特征數(shù)據(jù))組合作為火災(zāi)判別依據(jù)，火災(zāi)報(bào)警識(shí)別采用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法(PNN)。

采用上述多傳感器和火災(zāi)報(bào)警算法，在全尺寸實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，其性能與商用煙霧探測(cè)器進(jìn)行比對(duì)測(cè)試，新系統(tǒng)在火災(zāi)識(shí)別能力和誤警率方面有顯著改善。在ex-USS SHADWELL船上進(jìn)行了實(shí)船試驗(yàn)，進(jìn)一步研究探測(cè)算法，并豐富了火災(zāi)及干擾源數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 原理樣機(jī)試驗(yàn)

利用上述實(shí)驗(yàn)室和實(shí)船試驗(yàn)數(shù)據(jù)集合，篩選出幾組傳感器作為多傳感器探測(cè)系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)。這種多傳感器探測(cè)原理樣機(jī)，也稱(chēng)早期火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)(EWFD)，先后進(jìn)行了4個(gè)系列的全尺寸實(shí)船試驗(yàn)。

1.2.1 系列試驗(yàn)1

2000年2月7日至18日測(cè)試了兩種EWFD原理樣機(jī)的實(shí)時(shí)響應(yīng)，與商業(yè)感煙探測(cè)器進(jìn)行性能對(duì)比[2]。傳感器陣列成功與實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成，數(shù)采系統(tǒng)運(yùn)用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供實(shí)時(shí)報(bào)警。

1.2.2 系列試驗(yàn)2

2000年4月25日至5月5日[3]是系列試驗(yàn)1工作的延續(xù)，重點(diǎn)在于通過(guò)更多的實(shí)船數(shù)據(jù)優(yōu)化原理樣機(jī)算法，在不同的環(huán)境條件下測(cè)試了各傳感器陣列對(duì)于更多火源和干擾源的響應(yīng)性能[3]。共進(jìn)行49個(gè)試驗(yàn)，包括9種明火源、20種陰燃火源、20種干擾源，為優(yōu)化PNN算法豐富了數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)成功實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)TCP/IP實(shí)時(shí)采集處理探測(cè)器數(shù)據(jù)。

1.2.3 系列試驗(yàn)3

2000年7月20日至28日根據(jù)系列試驗(yàn)1和2結(jié)果確定最優(yōu)傳感器陣列和算法，并測(cè)試其性能[4]。

共進(jìn)行了39次實(shí)驗(yàn)。增加了3種新的場(chǎng)景，每個(gè)傳感器陣列包含6個(gè)傳感器，見(jiàn)圖1。

圖1 EWFD傳感器陣列

其中CO、CO2、光電、離子傳感器被用于實(shí)時(shí)報(bào)警算法，其他傳感器用于試驗(yàn)后數(shù)據(jù)處理評(píng)估各種可能組合。System Sensor的6個(gè)離子探測(cè)器和6個(gè)光電探測(cè)器被裝于6個(gè)原理樣機(jī)?；赨L268煙霧箱數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系將傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)。如將離子探測(cè)器輸出d MIC(10-12A)值轉(zhuǎn)換成遮光率數(shù)據(jù)。

船上商用探測(cè)系統(tǒng)選用Simplex和System Sensor的光電和離子感煙探測(cè)器用來(lái)與EWFD做對(duì)比試驗(yàn)。

原理樣機(jī)性能結(jié)果表明：響應(yīng)速度方面的數(shù)據(jù)還不能證明運(yùn)用多傳感器多判據(jù)報(bào)警算法的EWFD原理樣機(jī)比Simplex系統(tǒng)感煙探測(cè)器性能更好；EWFD在兩個(gè)位置上的探測(cè)性能比其它探測(cè)器更好；所有EWFD比商業(yè)探測(cè)器能探知更多的火源；EWFD探測(cè)陰燃火源比離子感煙探測(cè)器性能更好；6個(gè)EWFD原理樣機(jī)除了一個(gè)例外，其余均比單獨(dú)的System Sensor探測(cè)器性能更強(qiáng)；采用多判據(jù)算法EWFD對(duì)于初期火災(zāi)探測(cè)具有更高的靈敏度。總之，采用PNN算法的多傳感器、多判據(jù)實(shí)現(xiàn)方法在火災(zāi)探測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

1.2.4 系列試驗(yàn)4

2001年2月26日至3月9日，研究工作旨在進(jìn)一步優(yōu)化、完善報(bào)警算法[5]。將14臺(tái)EWFD原理樣機(jī)分別布置在實(shí)船14個(gè)部位，進(jìn)行系統(tǒng)性能測(cè)試。試驗(yàn)場(chǎng)景包括19個(gè)明火源、11個(gè)陰燃火源和22個(gè)干擾源。EWFD與商業(yè)探測(cè)器進(jìn)行基于正確探測(cè)能力和系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的性能對(duì)比，商業(yè)探測(cè)器選用Simplex和System Sensor的光電和離子感煙探測(cè)器。結(jié)果表明(見(jiàn)圖2、3)：優(yōu)化后的PNN報(bào)警算法性能優(yōu)于前期算法；總體上EWFD系統(tǒng)性能等同或優(yōu)于商業(yè)探測(cè)器，僅有一個(gè)例外，即System Sensor光電探測(cè)器抗干擾能力更強(qiáng)；EWFD系統(tǒng)較離子、光電探測(cè)系統(tǒng)能更好地探測(cè)明火、陰燃火源；EWFD抗干擾能力等同于System Sensor，但不如光電探測(cè)器。早期火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)(EWFD)被證實(shí)：在抗干擾、響應(yīng)時(shí)間等綜合性能方面優(yōu)于商用煙霧探測(cè)器。

圖2 EWFD系列試驗(yàn)4性能對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(正確率)

圖3 EWFD系列試驗(yàn)4性能對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(響應(yīng)時(shí)間)

綜上，EWFD早期火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)采用多傳感器陣列設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)船數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練算法，性能測(cè)試試驗(yàn)采用了多種代表性的火災(zāi)場(chǎng)景和可能的干擾源，試驗(yàn)表明其綜合性能(早期報(bào)警和抗誤報(bào)警方面)優(yōu)于傳統(tǒng)接觸式探測(cè)器。

2 立體損管探測(cè)技術(shù)

EWFD系統(tǒng)仍屬接觸型點(diǎn)式探測(cè)，探測(cè)方式依賴(lài)于火災(zāi)煙氣羽流擴(kuò)散至傳感器，對(duì)于陰燃火，煙霧顆粒和火災(zāi)產(chǎn)物蔓延緩慢，導(dǎo)致報(bào)警時(shí)間延遲；同時(shí)，一些會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似火災(zāi)產(chǎn)物的干擾源(如焊接、切割等)，EWFD難以可靠區(qū)分干擾源和真實(shí)火。因此，美海軍從FY01(美2001財(cái)政年)開(kāi)始尋求一種不依賴(lài)火災(zāi)煙氣羽流自然擴(kuò)散、能夠監(jiān)視整個(gè)空間、且具有較強(qiáng)抗誤報(bào)能力的新型探測(cè)技術(shù)。

2.1 技術(shù)途徑

美海軍項(xiàng)目新型損管(advanced damage countermeasures)的任務(wù)之一便是面向上述研究目標(biāo)，開(kāi)發(fā)新型立體探測(cè)傳感器(advanced volume sensor)。FY01階段開(kāi)展的工作主要是調(diào)研文獻(xiàn)資料、技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，并確定了幾項(xiàng)技術(shù)用于研制立體傳感器。

面對(duì)兩種技術(shù)途徑：一是在防護(hù)空間內(nèi)布置大量傳感器或點(diǎn)式探測(cè)器并進(jìn)行組網(wǎng)，另一種是通過(guò)光學(xué)、聲學(xué)等新技術(shù)手段。前者存在費(fèi)用昂貴及維護(hù)困難等問(wèn)題，該項(xiàng)目選擇了后者，通過(guò)光學(xué)探測(cè)手段，遠(yuǎn)程監(jiān)視船體空間的火災(zāi)及其他事件。采用中紅外攝像機(jī)可以獲取光譜信息和空間信息，能可靠識(shí)別明火或煙氣，但造價(jià)昂貴。最終，采取視頻圖像火災(zāi)識(shí)別(機(jī)器視覺(jué)手段)和光譜火災(zāi)探測(cè)兩種途徑，同時(shí)對(duì)聲學(xué)探測(cè)方法[6]也進(jìn)行探究。

2.2 視頻圖像探測(cè)技術(shù)

FY02階段開(kāi)展了視頻圖像探測(cè)技術(shù)(video image detection，VID)研究，在Hughes公司位于Baltimore的試驗(yàn)室模擬DDG51級(jí)船用環(huán)境進(jìn)行了火災(zāi)識(shí)別試驗(yàn)工作。評(píng)估了商用視頻圖像探測(cè)技術(shù)(VID)的海軍應(yīng)用前景，得出結(jié)論：VID系統(tǒng)采用煙霧報(bào)警算法，其火災(zāi)探測(cè)性能等同或優(yōu)于點(diǎn)式感煙探測(cè)器；對(duì)于小型明火，離子感煙探測(cè)器響應(yīng)較好；對(duì)于較遠(yuǎn)距離的陰燃火，VID較離子和光電感煙探測(cè)器響應(yīng)更快[7]。

FY03階段開(kāi)展了系列試驗(yàn)研究。首次試驗(yàn)是在CVN21“火災(zāi)對(duì)武器危害項(xiàng)目”的系列試驗(yàn)2中進(jìn)行。試驗(yàn)評(píng)估了VID對(duì)于兩種典型火災(zāi)場(chǎng)景(船艙庫(kù)房?jī)?nèi)木垛火和庫(kù)房鄰近艙室木垛火)的探測(cè)性能。

由于此次試驗(yàn)場(chǎng)景有限，NRL針對(duì)Volume Sensor項(xiàng)目在ex-USS Shadwell開(kāi)展了名為VS1的系列試驗(yàn)(2003年4月20日至25日)，試驗(yàn)結(jié)果表明：VID的性能與攝像頭設(shè)置的關(guān)系有待進(jìn)一步研究；光學(xué)、聲學(xué)探測(cè)手段對(duì)于火源和干擾源識(shí)別具有一定的優(yōu)越性。在Navy Wet Trainer進(jìn)行了追加試驗(yàn)，廣泛收集了管道破損和透水事件的聲信號(hào)和視頻信息，為進(jìn)一步改善算法以及將視頻圖像、光譜和聲信號(hào)應(yīng)用于海軍損管領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。

VS2系列試驗(yàn)[8](2003年8月至04年2月)一方面在ex-USS SHADWELL試驗(yàn)船上，通過(guò)多個(gè)全尺寸試驗(yàn)項(xiàng)目，在各類(lèi)明火、陰燃火、干擾源場(chǎng)景下，評(píng)估了3種商用視頻圖像火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)(瑞士Fastcom公司的SFA產(chǎn)品、美國(guó)Fike公司的SigniFire產(chǎn)品、美國(guó)Fire Sentry公司VSD-8產(chǎn)品)。為全面測(cè)試VID系統(tǒng)的靈敏度和局限性，進(jìn)行了280個(gè)全尺寸試驗(yàn)，涉及各類(lèi)艙室和通道，同時(shí)考慮了各種背景、光線(xiàn)和攝像機(jī)設(shè)置等因素。

VID系統(tǒng)的響應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)(離子、光電感煙探測(cè)器)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(Notifier、EST產(chǎn)品)作出對(duì)比，結(jié)果顯示：對(duì)于明火，EST離子探測(cè)器響應(yīng)最快早于VID系統(tǒng)1.7 min；對(duì)于陰燃火，VID系統(tǒng)較點(diǎn)式探測(cè)器響應(yīng)快約4.0～7.5 min。

2.3 光譜探測(cè)技術(shù)

在2003年CVN21“火災(zāi)對(duì)武器危害項(xiàng)目”的系列試驗(yàn)2中，評(píng)估VID技術(shù)的同時(shí)也評(píng)估了基于光譜探測(cè)立體傳感(SBVS)組件的探測(cè)性能[9-10]。SBVS的目的是利用可見(jiàn)光以外電磁波的光學(xué)手段研究探知火災(zāi)、煙霧和其他災(zāi)害的方法。SBVS組件中的傳感器試圖用來(lái)結(jié)合并增強(qiáng)Volume Sensor中的核心VID技術(shù)。VID系統(tǒng)通常辨識(shí)煙霧比辨識(shí)火焰的能力更強(qiáng)，而SBVS組件的主要目的是更好的探測(cè)明火。

VS2系列試驗(yàn)在Hughes公司位于Baltimore的工廠(chǎng)同步開(kāi)展了基于光譜的火災(zāi)探測(cè)(SBVS)試驗(yàn)研究工作，共進(jìn)行253次試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)象包括NRL的長(zhǎng)波視頻探測(cè)LWVD、光學(xué)測(cè)試平臺(tái)，采集了大量數(shù)據(jù)，以確定各類(lèi)火源和干擾源的光學(xué)信號(hào)[11]。

其中，光學(xué)測(cè)試平臺(tái)由火焰輻射尖峰相關(guān)的幾個(gè)從紅外到紫外的窄波工作的單元光學(xué)探測(cè)器組成。單元光學(xué)探測(cè)器一方面來(lái)源于商業(yè)OFD光學(xué)火焰探測(cè)器(含有一個(gè)或多個(gè)單元光學(xué)傳感器)，對(duì)這些商業(yè)探測(cè)器進(jìn)行了改裝，即：除報(bào)警性能外，增加了傳感器原始數(shù)據(jù)輸出功能，從而可評(píng)估每種光學(xué)傳感單元在整個(gè)系統(tǒng)中的獨(dú)自性能，進(jìn)而決定是否選取某個(gè)單元用以改善組件性能。另一方面，SBVS測(cè)試平臺(tái)裝有NRL封裝的窄波段傳感器，可以響應(yīng)火焰輻射的原子或分子輻射，這涵蓋了很寬的光譜范圍，包括紅外、可見(jiàn)光和紫外。部分傳感器用于與單個(gè)商業(yè)OFD探測(cè)器進(jìn)行對(duì)比，并作為獲取OFD原始數(shù)據(jù)的另一途徑；另一些傳感器用來(lái)探測(cè)非商業(yè)火焰探測(cè)器的探測(cè)波段。

2.4 原理樣機(jī)試驗(yàn)

FY04階段，美海軍立體探測(cè)傳感器項(xiàng)目(Volume Sensor)進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，采用模式識(shí)別和基于特征的時(shí)域分析技術(shù)；設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了硬件系統(tǒng)和實(shí)時(shí)算法。

首個(gè)集成多個(gè)傳感器、采用融合機(jī)(Fusion Machines)的立體傳感器(VS)原理樣機(jī)于2004年7月在ex-USS Shadwell進(jìn)行評(píng)估(VS3系列試驗(yàn))。盡管Volume Sensor原理樣機(jī)系統(tǒng)整體上是成功的，但是VS3系列試驗(yàn)也揭示了VID單元達(dá)不到所期望的性能，強(qiáng)調(diào)了持續(xù)改進(jìn)算法的必要。

在上述基礎(chǔ)上，VS4系列試驗(yàn)(2004年)在部件和系統(tǒng)融合層面做了改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)空間從VS3的1個(gè)空間擴(kuò)展到了6個(gè)空間場(chǎng)所(包括電子艙、彈藥艙、操控室、過(guò)道、外圍垂直發(fā)射部位等)，豐富了場(chǎng)景和傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)。將多個(gè)VS部件進(jìn)行集成，見(jiàn)圖4、5。各部件探知外部事件并將報(bào)警信號(hào)和報(bào)警時(shí)間傳送至融合機(jī)。這種改進(jìn)取得成功，大大改善了VS性能，增強(qiáng)其抗誤報(bào)性能和探測(cè)管道破損、透水事件的能力。

圖4 VS4中的立體傳感器各部件

圖5 VS4立體傳感器原理樣機(jī)系統(tǒng)框圖

VS原理樣機(jī)與商業(yè)火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警正確率統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1[12]。

表1 VS4中FM1、FM2與商業(yè)火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的事件探測(cè)正確率統(tǒng)計(jì)表 %

注：①FM1、FM2為采用兩種融合機(jī)的VS原理樣機(jī)；SFA：是瑞士Fastcom公司VID產(chǎn)品；SigniFire是美國(guó)Fike公司VID產(chǎn)品。②SFA能探測(cè)到75%的管道破損事件，SigniFire能探測(cè)到13%的管道破損事件，但是VID系統(tǒng)都不包含管道破損算法，將這類(lèi)事件識(shí)別為煙霧，或偶爾識(shí)別為火焰，故表中管道破損事件中不考慮VID系統(tǒng)的正確識(shí)別率。

VS4系列試驗(yàn)結(jié)果表明：

1)離子、光電探測(cè)器識(shí)別虛警的概率分別為56%、88%，而兩種VS樣機(jī)的相應(yīng)概率分別為72%、78%;

2)離子、光電探測(cè)器明火報(bào)警率為90%、65%，陰燃火報(bào)警率為90%、95%;

3)兩種VS原型的明火和陰燃火報(bào)警率均為100%;

4)包含管道破損算法的VS樣機(jī)幾乎無(wú)虛警發(fā)生;

5)兩種VID系統(tǒng)也取得了更好的煙霧探測(cè)靈敏度，并被用來(lái)優(yōu)化VS樣機(jī)的火災(zāi)和煙霧探測(cè)性能。

可見(jiàn)，VS原理樣機(jī)能夠探測(cè)出所有明火、陰燃火源，并能正確分辯全部明火、陰燃火源，采用兩種融合機(jī)的VS原理樣機(jī)FM1和FM2分別以72%和78%的準(zhǔn)確率判別干擾源。與兩種商業(yè)VID系統(tǒng)、點(diǎn)式離子感煙探測(cè)器比較，VS原理樣機(jī)火災(zāi)探測(cè)更可靠，抗干擾能力更強(qiáng)。EST光電探測(cè)抗干擾能力最強(qiáng)，但火災(zāi)探測(cè)性能有限。

VS原理樣機(jī)是惟一能夠正確、可靠探測(cè)管道破損事件的探測(cè)器，而VID系統(tǒng)由于不包括管路破損算法探測(cè)，視頻圖像中水從管路留出的圖像常常被誤判為陰燃火源的煙霧擴(kuò)散。光電離子探測(cè)系統(tǒng)無(wú)此報(bào)警能力。

FY05階段，VS5系列試驗(yàn)于2005年在ex-USS Shadwell船試驗(yàn)艙進(jìn)行，對(duì)兩種立體傳感器原理樣機(jī)(VSP)(兩種VSP中的VID部件分別采用瑞士Fastcom公司SFA產(chǎn)品和美國(guó)Fike公司Signifire產(chǎn)品)與上述兩種VID、三類(lèi)EST點(diǎn)式探測(cè)器進(jìn)行性能對(duì)比。VSP能夠探測(cè)識(shí)別多種損管和干擾事件，并能實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控系統(tǒng)[13]。此前，VSP試驗(yàn)局限在一個(gè)艙室條件下研究、改善、證實(shí)VS組件和融合機(jī)(FM)算法，系列試驗(yàn)VS5對(duì)VSP在多各艙室、多種事件源下進(jìn)行評(píng)估。VSP傳感器組件安裝在6個(gè)船艙內(nèi)，有可能同時(shí)面臨多種事件源的情況下進(jìn)行測(cè)試。VSP系統(tǒng)同時(shí)成功與DD(X)自動(dòng)火災(zāi)滅火控制系統(tǒng)(AFSS)實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

VSP樣機(jī)由幾種商用硬件組件集成，結(jié)合了智能軟件和NRL研制的智能數(shù)據(jù)融合算法。如圖6，VSP包含一個(gè)視頻攝像機(jī)、一個(gè)長(zhǎng)波(近紅外)攝像機(jī)、兩個(gè)光譜傳感器(UV和IR)以及1個(gè)麥克風(fēng)。

圖6 VS5系列試驗(yàn)中的VSP

VS5基于報(bào)警響應(yīng)時(shí)間的性能對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2、3。

表2 VSP與點(diǎn)式商業(yè)探測(cè)系統(tǒng)報(bào)警響應(yīng)速度對(duì)比 %

注：30 s內(nèi)報(bào)警、120 s內(nèi)報(bào)警表示在最先報(bào)警探測(cè)報(bào)警后的30 s、120 s內(nèi)報(bào)警。

表3 兩種VSP報(bào)警響應(yīng)速度對(duì)比 %

明火實(shí)驗(yàn)最先報(bào)警響應(yīng)百分比總和超過(guò)100%是因?yàn)榇嬖谕螌?shí)驗(yàn)兩系統(tǒng)同時(shí)最先報(bào)警情況。陰燃實(shí)驗(yàn)百分比總和小于100%，是因?yàn)橛?次實(shí)驗(yàn)沒(méi)有系統(tǒng)能夠響應(yīng)，這些實(shí)驗(yàn)包括兩次電纜陰燃火和一次油布陰燃火。其中兩次電纜陰燃火源布置于過(guò)道，過(guò)道光線(xiàn)昏暗且通風(fēng)良好，

以至于沒(méi)有探測(cè)器能夠響應(yīng)。

兩種VSP系統(tǒng)探測(cè)事件能力相似，但是響應(yīng)速度卻差別很大。VSP1、VSP2僅對(duì)于一類(lèi)明火、一類(lèi)陰燃火和兩類(lèi)干擾源場(chǎng)景探測(cè)結(jié)果有差異。對(duì)于明火源VSP1、VSP2的響應(yīng)速度相似，而對(duì)于陰燃火源，VSP1明顯快于VSP2，VSP1首先探測(cè)陰燃火的比例為54%，而VSP2僅為25%。結(jié)果表明，VSP2在多數(shù)情況下比VSP1響應(yīng)慢1～2 min。造成響應(yīng)性能上的差異主要是因?yàn)閂SP2采用的SiginiFire的VID系統(tǒng)和VSP1采用的SFA系統(tǒng)的性能差異。總之，VSP1總體上性能優(yōu)于VSP2，因此以VSP1為代表評(píng)估VSP系統(tǒng)性能。

由于立體傳感系統(tǒng)具備探測(cè)水、氣泄漏事件的能力，以及良好的抗干擾能力(尤其是對(duì)于焊接干擾源)，VSP系統(tǒng)性能優(yōu)于獨(dú)立VID系統(tǒng)和點(diǎn)式感煙探測(cè)系統(tǒng)。VSP系統(tǒng)在探測(cè)正確率與VID和點(diǎn)式探測(cè)器類(lèi)似，但是VSP實(shí)際能探測(cè)火源的次數(shù)比VID多，比如，VSP1探測(cè)到56次火源(66次事件中的85%)，而其采用的SFA的VID系統(tǒng)僅探測(cè)到47次火源(59次事件中的80%)。同樣VSP增強(qiáng)了其組件VID系統(tǒng)的抗干擾能力，VSP1干擾源實(shí)驗(yàn)的正確識(shí)別率為78%，而VID系統(tǒng)僅為51%。

除了強(qiáng)大的探測(cè)能力，VSP系統(tǒng)較點(diǎn)式感煙探測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)更快。VSP1能首先探測(cè)到82%的明火火源，以及74%的陰燃火源。在首次報(bào)警的120 s內(nèi)，VSP1能夠響應(yīng)多數(shù)火源，而點(diǎn)式感煙探測(cè)系統(tǒng)僅能響應(yīng)不到21%。換言之，大部分點(diǎn)式探測(cè)器報(bào)警較VSP晚2 min。

3 結(jié)論

1)VSP系統(tǒng)可應(yīng)用于各類(lèi)艙室中的各類(lèi)事件源：明火、陰燃火源、水釋放、氣體釋放，同時(shí)能抵抗各種干擾源，其在小空間結(jié)構(gòu)的靈活性被成功證實(shí)。

2)VSP系統(tǒng)通常比VID、點(diǎn)式感煙探測(cè)系統(tǒng)在探測(cè)范圍、探測(cè)火災(zāi)、抗干擾、響應(yīng)速度等方面性能優(yōu)越。

3)自動(dòng)滅火控制系統(tǒng)(AFSS)與VSP系統(tǒng)成功對(duì)接。

[1] ROSE-PEHRSSON S L, OWRUTSKY J C, GOTTUK D T, et al. Phase I: FY01 investigative study for the advanced volume sensor[R].NRL/MR/6110-03-8688, US Naval Research Laboratory,2003.

[2] WRIGHT M T, GOTTUK D T, WONG J T, et al. Prototype early warning fire detection system: Test series 1 results[R]. NRL/MR/6180-00-8486, US Naval Research Laboratory,2000.

[3] WRIGHT M T, GOTTUK D T, WONG J T,et al. Prototype early warning fire detection system: Test series 2 results[R]. NRL/MR/6180-00-8506, US Naval Research Laboratory,2000.

[4] WRIGHT M T, GOTTUK D T, WONG J T, et al. Prototype early warning fire detection system: Test series 3 results[R]. NRL/MR/6180-01-8592, US Naval Research Laboratory,2001.

[5] GOTTUK D T, WRIGHT M T, WONG J T, et al. Pro-totype early warning fire detection system: Test series 4 Results[R]. NRL/MR/6180-02-8602, US Naval Re-search Laboratory,2002.

[6] WALES S C, MCCORD M T, LYNCH J A, et al. Acoustic event signatures for damage control: water events and shipboard ambient noise[R]. NRL/MR/7120-04-8845, US Naval Research Laboratory,2004.

[7] GOTTUK D T, HARRISON M A, SCHEFFEY J L, et al. An initial evaluation of video-based fire detection technologies[R]. NRL/MR/6180-04-8737, US Naval Research Laboratory,2004.

[8] LYNCH J A, GOTTUK D T, ROSE-PEHRSSON S L, et al. Volume sensor development test series 2-lighting conditions, camera settings, and spectral and acoustic signatures[R]. NRL/MR-MM/6180-04-8843, US Naval Research Laboratory,2004.

[9] OWRUTSKY J C, STEINHURST D A, NELSON H H, et al. Spectral based volume sensor component[R]. NRL/MR/6110-03-8694, [R] US Naval Research Laboratory,2003.

[10] STEINHURST D A, MINOR C P, OWRUTSKY J C, et al. Long wavelength video-based event detection, preliminary results from the CVNX and VS1 test series, ex-USS SHADWELL[R]. April 7-25, 2003. NRL/MR/6110-03-8733, US Naval Research Laboratory,2003.

[11] STEINHURST D A, LYNCH J A, GOTTUK D T, et al. Spectral-based volume sensor testbed algorithm development，Test Series VS2[R]. NRL/MR/6110-05-8856, Naval Research Laboratory, Washington, DC,2005.

[12] LYNCH J A, GOTTUK D T, ROSE-PEHRSSON S L, et al. Volume sensor development test series 4 results-multi-component prototype evaluation[R]. NRL/MR/6180-06-8934,2006.

[13] LYNCH J A, GOTTUK D T, ROSE-PEHRSSON S L, et al. Volume sensor development test series 5-multi- component prototype evaluation[R]. NRL/MR/6180-05-8931,2005.