摘要：傳統(tǒng)村落多為木質(zhì)連片結(jié)構(gòu)房屋，火災(zāi)隱患多，火災(zāi)難防難控，加上特有的民俗民風(fēng)，用火用電情況特殊，導(dǎo)致傳統(tǒng)城市消防技術(shù)難以發(fā)揮作用。因此，需要迫切研究多場景火災(zāi)監(jiān)測、智能監(jiān)控預(yù)警等技術(shù)難點(diǎn)。本文利用綜合熱成像、物聯(lián)網(wǎng)等多種技術(shù)，通過系統(tǒng)研發(fā)、監(jiān)測點(diǎn)位設(shè)計(jì)、VR建模、火點(diǎn)屏蔽等實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度、快速預(yù)警火情、感知上報(bào)隱患風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，及早、精準(zhǔn)分析火情隱患，有效降低誤報(bào)率，提前預(yù)警火災(zāi)。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)村落；火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)；熱成像技術(shù)；大數(shù)據(jù)分析

引言

本文旨在深入探索消防物聯(lián)及大數(shù)據(jù)技術(shù)在傳統(tǒng)村落結(jié)構(gòu)建筑消防預(yù)警中的應(yīng)用，通過構(gòu)建全方位、立體化的火災(zāi)防控平臺，實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)村落消防安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控與精準(zhǔn)預(yù)警。提升傳統(tǒng)村落消防安全管理水平，為民族文化的傳承和民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的消防安全保障，確保這些珍貴的文化遺產(chǎn)得到妥善保護(hù)。

一、研究方法

（一）難點(diǎn)剖析

1.無線火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)

傳統(tǒng)村落建筑密集，空間布局錯(cuò)綜復(fù)雜，這給傳統(tǒng)消防布線帶來了極大困難。大多數(shù)傳統(tǒng)村落缺乏基本的火災(zāi)監(jiān)測設(shè)備與手段，難以實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。要在保持村落原有風(fēng)貌和外觀的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對各公共場所24小時(shí)火災(zāi)早期探測，確保覆蓋村落各個(gè)場景，這面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。需要研發(fā)新型無線監(jiān)測設(shè)備，以解決布線困難問題，采用低功耗、高靈敏度的傳感器技術(shù)，確保設(shè)備能夠在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行；制定合理的布點(diǎn)方案，運(yùn)用智能算法和數(shù)據(jù)分析，根據(jù)村落的建筑布局、人員活動規(guī)律等因素，確定最佳的監(jiān)測點(diǎn)位，確保監(jiān)測的全面性和有效性；解決信號傳輸和設(shè)備供電等難題，利用無線通信技術(shù)和高效的能源管理系統(tǒng)，保障監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

2.智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)

在民族地區(qū)，由于獨(dú)特的生活習(xí)俗，存在樓上用火、柴火炊事取暖等不規(guī)范用火習(xí)慣。傳統(tǒng)的火災(zāi)探測手段很難準(zhǔn)確區(qū)分火災(zāi)與生活用火，導(dǎo)致誤報(bào)率較高。在尊重少數(shù)民族生活習(xí)俗的前提下，實(shí)現(xiàn)可靠、準(zhǔn)確、及時(shí)的火災(zāi)早期報(bào)警，是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。需要開發(fā)基于深度學(xué)習(xí)的智能識別算法，通過對大量火災(zāi)數(shù)據(jù)和生活用火數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和分析，提取不同火源的特征向量，構(gòu)建精準(zhǔn)的火災(zāi)識別模型，準(zhǔn)確識別不同火源的特征，提高火災(zāi)預(yù)警的準(zhǔn)確性。

3.隱私與火點(diǎn)屏蔽技術(shù)

傳統(tǒng)村落內(nèi)常見的用火行為有火盆、燒香燒紙、灶臺爐火等，會對室內(nèi)火點(diǎn)監(jiān)測產(chǎn)生干擾。在室內(nèi)布設(shè)消防監(jiān)測設(shè)備時(shí)，需要充分考慮人員隱私問題。因此，研發(fā)有效的屏蔽技術(shù)至關(guān)重要。這種技術(shù)既要能夠屏蔽居民正常用火行為，避免產(chǎn)生誤報(bào)，又能夠?qū)θ梭w隱私進(jìn)行遮擋，保護(hù)居民的隱私安全。同時(shí)，要保障火點(diǎn)監(jiān)測的準(zhǔn)確性，確保在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)警。

4.狹窄分散空間施工技術(shù)

傳統(tǒng)村落建筑群內(nèi)部道路狹窄、場所分散，設(shè)施設(shè)備點(diǎn)位部署需求較多。在施工過程中，材料、設(shè)備的運(yùn)輸極為不便，施工過程控制復(fù)雜，容易出現(xiàn)誤差。

（二）研究內(nèi)容

1.系統(tǒng)研發(fā)概述

本系統(tǒng)融合了熱成像技術(shù)和深度學(xué)習(xí)人數(shù)檢測算法，實(shí)現(xiàn)了對區(qū)域內(nèi)人數(shù)統(tǒng)計(jì)和火點(diǎn)檢測報(bào)警的功能。熱成像技術(shù)基于一切物體高于絕對零度（-273℃）都能向外輻射電磁波的原理，采集熱紅外波段（8μm—14μm）的光，將熱輻射轉(zhuǎn)化為灰度值，通過灰度值差異成像，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)并識別目標(biāo)。

2.視頻融合監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)

利用消防物聯(lián)手段感知傳統(tǒng)村落建筑消防數(shù)據(jù)變化，構(gòu)建火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評估模型。通過實(shí)時(shí)采集和分析溫度、煙霧濃度、電氣參數(shù)等數(shù)據(jù)，評估火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級，及時(shí)預(yù)警。在實(shí)際應(yīng)用中，通過在傳統(tǒng)村落的各個(gè)關(guān)鍵位置部署傳感器，實(shí)時(shí)采集消防數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心進(jìn)行分析處理。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析，建立火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估模型。根據(jù)模型的評估結(jié)果，對不同區(qū)域的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級，當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)等級達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號，通知相關(guān)人員采取相應(yīng)措施。通過不斷優(yōu)化模型參數(shù)和算法，提高火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的準(zhǔn)確性和預(yù)警的及時(shí)性，為傳統(tǒng)村落的消防安全管理提供科學(xué)的決策支持。

3.基于熱成像技術(shù)的消防預(yù)警

以紅外熱成像技術(shù)為核心，在村落重點(diǎn)場所布置視頻溫感一體化設(shè)備。利用熱成像火點(diǎn)檢測原理監(jiān)測室內(nèi)火情，當(dāng)發(fā)生消防報(bào)警時(shí)，可通過視頻溫感一體化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，找出對應(yīng)區(qū)域報(bào)警的監(jiān)控畫面，確認(rèn)火情是否真實(shí)。同時(shí)，考慮人員隱私遮擋、火點(diǎn)干擾源屏蔽，在不侵犯人體隱私的情況下提高對室內(nèi)火點(diǎn)的監(jiān)測效率[2]。

二、實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

（一）監(jiān)測點(diǎn)位設(shè)計(jì)

前端采用定點(diǎn)監(jiān)測的方式，在火盆、灶臺等易產(chǎn)生明火區(qū)域周邊布置單光譜熱成像傳感攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。根據(jù)不同安裝高度，確定相應(yīng)的監(jiān)測范圍參數(shù)。前端點(diǎn)位設(shè)計(jì)主要是定點(diǎn)監(jiān)測，對傳統(tǒng)村落極易產(chǎn)生明火的位置，如火盆、灶臺等區(qū)域周邊，采用單光譜熱成像傳感攝像機(jī)“玉盤”進(jìn)行在線實(shí)時(shí)定點(diǎn)監(jiān)測。

（二）VR建模設(shè)計(jì)

通過融合視頻、試驗(yàn)數(shù)據(jù)與VR技術(shù)，利用無人機(jī)環(huán)拍和網(wǎng)格拆分算法構(gòu)建VR全景圖，記錄傳統(tǒng)村落滅火試驗(yàn)過程。實(shí)現(xiàn)VR場景配置管理、視頻投影、標(biāo)簽展示及播放、全局搜索等功能，全方位展示試驗(yàn)過程。

在VR場景配置管理中，通過無人機(jī)360°環(huán)拍試驗(yàn)房屋全景及室內(nèi)手持機(jī)環(huán)拍室內(nèi)結(jié)構(gòu)，自動生成多張360°全景圖片，快速構(gòu)建試驗(yàn)房屋內(nèi)外的VR全景圖。在VR全景圖上標(biāo)注試驗(yàn)過程中的視頻錄像、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域等要素信息。利用網(wǎng)絡(luò)拆分算法，實(shí)現(xiàn)多個(gè)房間的精準(zhǔn)切分與定位，為試驗(yàn)內(nèi)部實(shí)時(shí)視頻錄像與試驗(yàn)VR虛擬場景的“虛實(shí)融合”提供有力支撐。視頻投影功能通過建立房屋內(nèi)部視頻安裝位置與試驗(yàn)房屋VR全景圖里的試驗(yàn)火堆等重要可燃部位的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻錄像與VR全景圖的聯(lián)動。標(biāo)簽展示與播放功能在試驗(yàn)現(xiàn)場的VR全景圖上展示已標(biāo)注的視頻標(biāo)簽及數(shù)據(jù)標(biāo)簽信息，點(diǎn)擊標(biāo)簽快速獲取關(guān)鍵信息。

（三）火點(diǎn)屏蔽

對玉盤后臺進(jìn)行區(qū)域劃線配置，實(shí)驗(yàn)人員在火點(diǎn)屏蔽區(qū)域內(nèi)部及外部分別進(jìn)行點(diǎn)火測試，通過后臺查看測試結(jié)果驗(yàn)證火點(diǎn)屏蔽功能效果。

實(shí)驗(yàn)人員在火點(diǎn)屏蔽區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)，玉盤可有效過濾屏蔽區(qū)域熱溫，不產(chǎn)生火點(diǎn)報(bào)警；在火點(diǎn)屏蔽區(qū)外進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)，玉盤進(jìn)行預(yù)警。

（四）人數(shù)統(tǒng)計(jì)

將玉盤安裝在房間角落，對房間進(jìn)行實(shí)時(shí)布控，同時(shí)開啟隱私保護(hù)功能，對玉盤畫面進(jìn)行模糊處理，保護(hù)人員隱私，同時(shí)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)入房間區(qū)域，觀察玉盤的數(shù)據(jù)變化。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員未進(jìn)入房間時(shí)，玉盤顯示人員數(shù)量0；當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)入房間時(shí)，玉盤顯示人員數(shù)量1。計(jì)數(shù)功能的研發(fā)能有效控制空間停留的人數(shù)，火災(zāi)發(fā)生時(shí)準(zhǔn)確定位受害者的位置，從而有效地進(jìn)行施救[3]。

（五）火點(diǎn)早期預(yù)警

在房間內(nèi)安裝煙溫感傳感器和玉盤，對特定區(qū)域進(jìn)行火點(diǎn)屏蔽，通過火焰彌漫至非屏蔽區(qū)域，對比兩款產(chǎn)品的預(yù)警時(shí)間和效率。

當(dāng)火焰彌漫出非屏蔽區(qū)域時(shí)，傳統(tǒng)煙溫感傳感器在1分52秒感知到煙霧信號進(jìn)行預(yù)警，玉盤在43秒感知到非屏蔽區(qū)域的溫度變化進(jìn)行預(yù)警。

結(jié)語

本研究通過深入分析傳統(tǒng)村落火災(zāi)特點(diǎn)和消防難點(diǎn)，綜合運(yùn)用熱成像技術(shù)、視頻融合技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了高效的火災(zāi)預(yù)警、人員統(tǒng)計(jì)、火點(diǎn)屏蔽等功能。試點(diǎn)驗(yàn)證和示范應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)在提高傳統(tǒng)村落消防安全水平方面具有顯著成效，有效減少了火災(zāi)誤報(bào)率，能夠提前預(yù)警火災(zāi)，為消防救援爭取寶貴時(shí)間，在保障居民生命財(cái)產(chǎn)安全和傳統(tǒng)村落文化遺產(chǎn)保護(hù)方面發(fā)揮了重要作用。未來，隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，應(yīng)不斷探索和創(chuàng)新，進(jìn)一步完善火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，使其能夠更好地適應(yīng)傳統(tǒng)村落復(fù)雜多變的環(huán)境，為木質(zhì)連片傳統(tǒng)村落的消防安全提供更加堅(jiān)實(shí)、可靠的保障，助力民族文化傳承和地區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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