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技术领域

本发明涉及传感器定位技术，特别是涉及一种基于多维系统FM(Fornasini-Marchesini)模型的火灾现场火源区域定位方法。

背景技术

无线传感器网络是由分布在空间上的许多个传感器节点组成，这些节点通过无线通信的方式形成一个多跳自组织的网络系统，用于协同感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并将处理后的信息发送给观测者。无线传感器网络在通信、雷达、图像处理、地震勘探、故障检测等领域有着很广泛的应用。

无线传感器网络中的定位主要分为两类：一类是对监测目标定位；另一类是对传感器节点本身的定位，也就是网络节点定位。所有无线传感器网络中的应用性研究都是基于传感器节点位置信息是已知的，传感器节点采集的数据信息只有与节点的位置信息相结合才是有实际意义的，对网络覆盖区域的监测目标的定位也是如此。例如，发生大型火灾时，必须获取准确的火源位置信息，需要无线传感器网络提供传感器节点的位置坐标，才能完成定位火源的任务。

多维系统是指涉及多个独立变量的系统，其分析、优化、设计和实现的复杂性都高于一维系统，但是其模型更加完善，可跟踪观测多个变量，更趋于实际情况，比较真实。随着计算机科学与大规模数字集成电路技术的迅速发展，多维系统理论的应用领域也在迅速的扩大，主要应用领域包括：环境保护中的大气污染、水域污染的监测、智能机器人中的计算机视觉、气象中的卫星云图分析、国防与航空航天领域的导航等等，而本发明主要将多维系统运用到特大火灾现场的火源定位中。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于多维系统Fornasini-Marchesini模型的火灾现场火源区域定位方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于多维系统Fornasini-Marchesini模型的火灾现场火源区域定位方法,包括以下步骤：

步骤S1：将发生大型火灾的区域视为一个矩形区域，取矩形相邻的两条边作为坐标轴建立直角坐标系，在这两条边界上等间隔的部署装有温度传感器的信标节点，间隔距离为a，以这些信标节点作为参考点，将矩形区域划分为网格形状；

步骤S2：无人小车从原点O处出发，以恒定的速度在网格上行驶，从一个节点运动到邻近节点所需时间为t0，以出发时刻为0时刻，每次经过时间间隔t0，采集两边界信标节点的温度信息，用于判断小车所在节点及周围邻近节点的温度值；其中，网格中任意节点的温度值由自身节点坐标所对应的x轴和y轴上的信标节点所感应到的温度值共同决定，即网格中任意一个节点ne(xe,ye)的温度值，由信标节点nx(xe,0)和ny(0,ye)所感应到的2个温度值相加的总和来表示；

步骤S3：控制小车的运动方向：由小车所在节点的周围邻近节点之间的温度值大小关系控制小车的运动方向；具体方法是：小车运动至任意节点ns(xs，ys)，接收该节点的4个邻近节点n上(xs,ys+1)，n下(xs,ys-1)，n左(xs-1,ys)，n右(xs+1,ys)所对应的x轴和y轴信标节点发送来的温度信息，取其中最大值节点nmax＝max{n上，n下，n左，n右},控制小车从节点ns运动至节点nmax；若最大值节点存在多个，则任选其中一个节点方向运动；

步骤S4：记录下小车运动过程中所有经过节点所对应的边界信标节点的温度信息，以及当前时刻的位置信息和时间信息，然后建立多维FM模型，存储和管理上述信息；

步骤S5：粗略定位火源区域：小车自身携带一个感应小范围区域的温度传传感器，当温度传传感器的监测值大于等于设定温度阈值时，小车上的传感器会发出一个警报，表示此时小车与火源的距离小于等于设定值即火源在以小车所在节点为中心，半径为的圆形区域内；

步骤S6：精确定位火源区域：当小车上的传感器与火源的距离设定值时，会发出警报，将发出警报的t时刻小车所在节点半径范围内的网格区域去除与(t-t0)时刻小车所在节点半径范围内的重复的网格区域作为火源区域，然后用小车上的红外热成像仪扫描该火源区域图像，若这些区域图像内存在像元值高于预先设计好的阈值时，表示这些区域内存在火源，则将信息反馈给消防人员。

步骤S7：当定位出火源所在的一个或多个网格区域后，再令这些网格中部分节点的温度值为0，控制小车绕过已定位出的火源区域，继续寻找其他火源区域，直到小车所经过的节点中同时存在AnC和BmC两边界上的节点时结束，其中AnC和BmC为矩形区域的边界。

按上述方案，所述步骤S5中每个单位网格的面积为a×a，略小于消防水枪喷洒出的灭火面积S，即：S≥a×a。

按上述方案，所述步骤S5中的警报值，由下述过程确定：

首先，让小车上的温度传感器和烟雾传感器从一定的距离逐渐靠近人为制造的火源，当距离为时，将温度传感器和烟雾传感器发送来的信息数值相加，记录相加后的数值，作为小车非常接近火源时的警报温度阈值，然后，对上述过程重复进行100次，取其平均值，作为步骤S4中所述的温度阈值。

本发明产生的有益效果是：本发明提出的火灾现场火源区域定位方法，首先将火源所在区域划分成一个个网格，每个网格的面积略小于消防水枪所能覆盖的面积。然后通过部署在火场边界的温度传感器感应到的温度控制小车的运动方向，用小车自身携带的温度传感器感应火源是否在小车附近，用警报值告知小车与火源的距离在的范围内，再用小车上的红外热成像仪扫描相关网格区域，确定火源所在的网格区域，并设置部分节点的温度值为0，绕过已定位出的火源区域，继续遍历其他节点寻找火源。当确定火源所在的网格后，消防水枪直接向每个网格区域喷水灭火即可，这种方法可以节省遍历整个火灾区域的时间，快速定位出火源区域，从而快速高效的完成灭火任务，减少人员伤亡和财产损失。