一种基于AI分析的智慧消防管理系统及方法与流程

本发明涉及智能化安全防护，具体为一种基于ai分析的智慧消防管理系统及方法。

背景技术：

1、智慧消防管理方法属于现代智能化安全防护领域中的一个重要分支，特别是在基于人工智能ai技术的智慧消防中，该技术正日益成为消防管理的重要发展方向。随着人工智能等技术的发展，智能化消防逐渐取代传统的被动应急式消防管理，成为更为主动、精确和可预测的解决方案。在智慧消防中，基于ai分析的技术通过实时采集、分析各种火灾相关的环境数据，如空气流动、湿度和有害气体浓度等，帮助消防管理实现智能化、自动化的火灾预测和预警及处理机制，极大提升了消防管理的效率与精确度。

2、现阶段在传统的消防管理中，火灾预防和应急响应大多依赖于被动式感知，如烟雾探测器和火灾报警器等，这些设备在火灾发生的初期可能无法快速响应，特别是在大型厂房、仓库等高风险场所，容易导致火灾扑救不及时，造成严重的人员伤亡与财产损失。此外，现有的灭火缺乏动态联动和精确控制，往往无法根据火情发展自动调整设备的输出强度，导致灭火资源的浪费或者灭火效率的低下。传统消防在面对复杂火灾环境时，无法实时跟踪火势的蔓延情况，也难以根据实际的火源位置和火势发展速度做出最优的灭火方案选择。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于ai分析的智慧消防管理系统及方法，解决了背景技术中提到的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于ai分析的智慧消防管理方法，包括以下步骤：

3、s1、通过在工厂仓库内部安装多维传感器组，实时采集仓库内部的火灾风险监测数据，并通过网络传输协议，将火灾风险监测数据传输到预先构建的ai消防管理平台中，并在ai消防管理平台中对火灾分析监测数据进行特征提取，获取火灾风险特征集；

4、s2、构建火灾分析综合分析公式，提取所获取的火灾风险特征集，输入到火灾分析综合分析公式中，进行计算输出火灾风险综合指数fr(t)，并预设火灾分析阈值f与火灾风险综合指数fr（t）进行初步对比评估，并基于初步对比评估结果，通过ai消防管理平台触发火灾预警；

5、s3、在触发火灾预警后，ai消防管理平台通过分析空间分布，确定火源位置lf（x，y，z），再定位后通过火灾风险特征集进行计算输出火焰蔓延速度vf（t），再将火焰蔓延速度vf（t）与采集的灭火速率阈值v，进行二次对比评估，并基于评估结果生成灭火设备切换机制；

6、s4、在灭火设备切换后，基于当前时间点的火焰蔓延速度vf（t），进行动态调整当前时间点的灭火设备输出强度ie（t）；

7、s5、在对灭火设备的输出强度进行调整后，通过计算基于当前火灾区域的温度变化，进行精算输出火情控制进度cp（t），并基于火情控制进度cp（t）输出的结果，火势控制分析。

8、优选的，s1包括s11和s12；

9、s11、通过在工厂仓库内安装多维传感器组，实时采集工厂仓库内的火灾分析监测数据；

10、多维传感器组包括风速传感器、微震动传感器、湿度传感器和电化学气体传感器；

11、火灾分析监测数据包括空气流动速率as、微震动频率vs、湿度hs和有害气体浓度gs；

12、s12、通过设置无线网络传输协议lora，将所述多维传感器组与ai消防管理平台，进行网络连接，再将所采集到的火灾分析监测数据传输到ai消防管理平台中，再传输的过程中，在网关中执行数据清洗、格式转换和降噪，对火灾分析监测数据进行标准化预处理，同时在ai消防管理平台中对火灾分析监测数据进行特征提取，提取火灾分析监测数据中时序特征，获取火灾风险特征集；

13、火灾风险特征集包括t时间的空气流动速率as（t）、t时间的微震动频率vs（t）、t时间的湿度hs（t）和t时间的有害气体浓度gs（t）。

14、优选的，s2包括s21和s22；

15、s21、在ai消防管理平台中，进行构建火灾分析综合分析公式，并提取火灾风险特征集输入到火灾分析综合分析公式中，进行计算输出t时刻的火灾风险综合指数fr(t)；

16、t时刻的火灾风险综合指数fr（t）通过以下火灾分析综合分析公式计算输出；

17、；

18、式中，表示空气流动速率的变化率，表示偏导数符号，表示湿度逆向影响，a1、a2、a3和a4分别表示空气流动速率的变化率、微震动频率vs、湿度逆向影响和有害气体浓度gs的预设权重值，且a1+a2+a3+a4=1，其具体数值由用户进行设置。

19、优选的，s22、通过用户基于消防安全规范进行预设火灾分析阈值f，再与所获取的火灾风险综合指数fr（t）进行初步对比评估，并基于初步对比评估结果，通过ai消防管理平台触发火灾预警，具体评估内容如下；

20、当火灾风险综合指数fr(t)＞火灾分析阈值f时，表示工厂仓库存在火灾风险，此时向ai消防管理平台发送火灾风险预警；

21、当火灾风险综合指数fr(t)≤火灾分析阈值f时，表示工厂仓库存环境安全，此时无需发送预警。

22、优选的，s3包括s31、s32和s33；

23、s31、在ai消防管理平台接收到火灾风险预警时，ai消防管理平台通过分析火灾风险特征集中空气流动速率as（t）和微震动频率vs（t）的空间分布，计算输出火源位置lf（x，y，z），进行确定火源的位置；

24、火源位置lf（x，y，z）通过以下算法公式计算获取；

25、；

26、式中，x表示横轴坐标，y表示竖轴坐标，z表示纵轴坐标，as（t，x，y，z）表示空间位置（x，y，z）的空气流动速率as，，表示空间位置（x，y，z）的空气流动速率随时间的变化，火焰可能引发空气流动的急剧变化，vs（t，x，y，z）表示t时间的空间位置（x，y，z）的微震动频率，反映火灾可能引发的局部震动，火源附近的震动频率可能更强，argmax（x,y,z）表示空间位置（x,y,z）上限函数，具体表示寻找空间位置（x,y,z），使得上述函数的上限值，这个最大值对应的位置即被认为是火源的位置lf(x,y,z)。

27、优选的，s32、在确定火源位置lf（x，y，z）后，基于火灾风险特征集中t时间的空气流动速率as（t），进行计算输出t时刻的火焰蔓延速度vf（t）；

28、t时刻的火焰蔓延速度vf（t）通过以下算法公式计算输出；

29、；

30、式中，t表示时间周期，▽as（t）表示空气流动速率的梯度，表示火焰蔓延速度矢量，dt表示时间t的微分变量；

31、s33、通过ai自学习能力，随着ai消防管理平台的运行，收集和分析火灾的实时数据，进行迭代学习灭火设备在不同火焰蔓延速度下的表现，输出灭火速率阈值v，再与所输出t时刻的火焰蔓延速度vf（t）进行二次对比评估，并基于二次对比评估，生成灭火设备切换机制，具体评估内容如下；

32、当t时刻的火焰蔓延速度vf（t）≤灭火速率阈值v时，此时则执行第一灭火设备切换机制，启用喷水灭火设备；

33、当t时刻的火焰蔓延速度vf（t）＞灭火速率阈值v时，此时则执行第二灭火设备切换机制，启用气体灭火设备。

34、优选的，s4包括s41；

35、s41、在灭火设备切换后，ai消防管理平台根据火焰蔓延速度vf（t），进行计算输出t时刻的灭火设备输出强度ie（t），对灭火设备进行动态调整；

36、灭火设备输出强度ie（t）通过以下算法公式计算输出；

37、；

38、式中，表示湿度逆向影响的调节系数，表示火焰蔓延速度的调节系数、▽gs（t）表示有害气体浓度的空间梯度，表示有害气体浓度的空间梯度的调节系数。

39、优选的，s5包括s51和s52；

40、s51、在对灭火设备的输出强度进行动态调整后，通过分析当前火灾区域的温度变化，进行计算输出火情控制进度cp（t），分析火灾区域的控制情况；

41、火情控制进度cp（t）通过以下算法公式计算输出；

42、；

43、式中，表示在时间t时，空间位置（x，y，z）温度，表示火灾初始发生时t0时刻，空间位置（x，y，z）温度。

44、优选的，s52、基于火情控制进度cp（t）的输出结果，进行火势控制评估分析，并生成灭火设备控制，具体评估内容如下；

45、当火情控制进度cp（t）≥0.95时，表示火势得到控制，此时则通过ai消防管理平台关闭灭火设备；

46、当火情控制进度cp（t）＜0.95时，表示火势未得到控制，此时灭火设备继续运行，ai消防管理平台持续监控火情。

47、一种基于ai分析的智慧消防管理系统，包括火灾风险监测模块、火灾风险综合分析模块、定位与灭火设备联动模块、灭火设备输出强度调整模块和火情控制评估模块；

48、火灾风险监测模块通过在工厂仓库内部安装多维传感器组，实时采集仓库内部的火灾风险监测数据，并通过网络传输协议，将火灾风险监测数据传输到预先构建的ai消防管理平台中，并在ai消防管理平台中对火灾分析监测数据进行特征提取，获取火灾风险特征集；

49、火灾风险综合分析模块通过构建火灾分析综合分析公式，提取所获取的火灾风险特征集，输入到火灾分析综合分析公式中，进行计算输出火灾风险综合指数fr(t)，并预设火灾分析阈值f与火灾风险综合指数fr（t）进行初步对比评估，并基于初步对比评估结果，通过ai消防管理平台触发火灾预警；

50、定位与灭火设备联动模块通过在触发火灾预警后，ai消防管理平台通过分析空间分布，确定火源位置lf（x，y，z），再定位后通过火灾风险特征集进行计算输出火焰蔓延速度vf（t），再将火焰蔓延速度vf（t）与采集的灭火速率阈值v，进行二次对比评估，并基于评估结果生成灭火设备切换机制；

51、灭火设备输出强度调整模块通过在灭火设备切换后，基于当前时间点的火焰蔓延速度vf（t），进行动态调整当前时间点的灭火设备输出强度ie（t）；

52、火情控制评估模块通过在对灭火设备的输出强度进行调整后，通过计算基于当前火灾区域的温度变化，进行精算输出火情控制进度cp（t），并基于火情控制进度cp（t）输出的结果，火势控制分析。

53、本发明提供了一种基于ai分析的智慧消防管理系统及方法。具备以下有益效果：

54、（1）该方法通过在工厂仓库内部安装多维传感器组，实时采集包括空气流动速率、微震动频率、湿度和有害气体浓度在内的多种火灾风险监测数据，能够极大提高火灾监测的精准性与实时性。这些传感器提供了全面的环境数据，有助于ai消防管理平台精准捕捉潜在的火灾风险。相比于传统的火灾监测，基于ai消防管理平台分析的智慧消防管理方法能够快速分析监测数据，实时提取火灾特征集并计算火灾风险综合指数fr(t)。通过ai消防管理平台的快速响应，火灾预警得以更早触发，减少了因信息延迟而错过扑救最佳时机的风险。

55、（2）该方法通过ai消防管理平台的智能分析，火灾发生后，ai消防管理平台能够自动确定火源位置lf（x,y,z）并计算火焰蔓延速度vf(t)，然后与灭火速率阈值v进行对比评估，生成最优的灭火设备切换机制。这种基于火焰蔓延速度的灭火设备联动，不仅确保了在火势较小时，选择高效的喷水灭火设备，同时当火势超出喷水设备控制能力时，能够自动切换至气体灭火设备。通过这种机制，优化了灭火设备的使用效率，确保灭火资源得以合理分配和使用，避免了资源浪费或因灭火设备不当切换导致的灭火失败。

56、（3）该方法通过在火灾扑救过程中，ai消防管理平台能够根据火焰蔓延速度vf（t）和火灾现场的实时变化，动态调整灭火设备的输出强度ie(t)。这一功能确保灭火设备的工作强度能够适应火灾发展的不同阶段。当火势减弱时，能够减少灭火设备的输出强度，避免过度使用灭火资源；而在火势加剧时，则会增加输出强度以确保火势得到有效控制。通过计算火情控制进度cp(t)，能够实时监控火灾控制的效果，并根据cp（t）的变化及时调整策略。这种动态优化灭火策略的功能显著提升了火灾扑救的有效性，确保火灾能够在短时间内得到控制，减少次生灾害的风险。

技术特征：

1.一种基于ai分析的智慧消防管理方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于ai分析的智慧消防管理方法，其特征在于：所述s1包括s11和s12；

3.根据权利要求2所述的一种基于ai分析的智慧消防管理方法，其特征在于：所述s2包括s21和s22；

4.根据权利要求3所述的一种基于ai分析的智慧消防管理方法，其特征在于：s22、通过用户基于消防安全规范进行预设火灾分析阈值f，再与所获取的火灾风险综合指数fr（t）进行初步对比评估，并基于初步对比评估结果，通过ai消防管理平台触发火灾预警，具体评估内容如下所示；

5.根据权利要求4所述的一种基于ai分析的智慧消防管理方法，其特征在于：所述s3包括s31、s32和s33；

6.根据权利要求5所述的一种基于ai分析的智慧消防管理方法，其特征在于：s32、在确定火源位置lf（x，y，z）后，基于火灾风险特征集中t时间的空气流动速率as（t），进行计算输出t时刻的火焰蔓延速度vf（t）；

7.根据权利要求6所述的一种基于ai分析的智慧消防管理方法，其特征在于：所述s4包括s41；

8.根据权利要求6所述的一种基于ai分析的智慧消防管理方法，其特征在于：所述s5包括s51和s52；

9.根据权利要求8所述的一种基于ai分析的智慧消防管理方法，其特征在于：s52、基于火情控制进度cp（t）的输出结果，进行火势控制评估分析，并生成灭火设备控制，具体评估内容如下；

10.一种基于ai分析的智慧消防管理系统，应用于权利要求1-9中任一项所述的一种基于ai分析的智慧消防管理方法，其特征在于：包括火灾风险监测模块、火灾风险综合分析模块、定位与灭火设备联动模块、灭火设备输出强度调整模块和火情控制评估模块；

技术总结
本发明公开了一种基于AI分析的智慧消防管理系统及方法，涉及智能化安全防护技术领域，该方法通过在火灾扑救过程中，AI消防管理平台能够根据火焰蔓延速度Vf（t）和火灾现场的实时变化，动态调整灭火设备的输出强度Ie(t)。确保灭火设备的工作强度能够适应火灾发展的不同阶段。当火势减弱时，能够减少灭火设备的输出强度，避免过度使用灭火资源；而在火势加剧时，则会增加输出强度以确保火势得到有效控制。通过计算火情控制进度Cp(t)，能够实时监控火灾控制的效果，并根据Cp（t）的变化及时调整策略。这种动态优化灭火策略的功能显著提升了火灾扑救的有效性，确保火灾能够在短时间内得到控制，减少次生灾害的风险。

技术研发人员：步士红,程高平,富树力,马丽,岑雪濛,仇宏侃,钱明辉
受保护的技术使用者：浙江金安公共安全技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5