木質連片傳統村落火災預警系統研究

摘要：傳統村落多為木質連片結構房屋，火災隱患多，火災難防難控，加上特有的民俗民風，用火用電情況特殊，導致傳統城市消防技術難以發揮作用。因此，需要迫切研究多場景火災監測、智能監控預警等技術難點。本文利用綜合熱成像、物聯網等多種技術，通過系統研發、監測點位設計、VR建模、火點屏蔽等實驗驗證，實時監測溫度、快速預警火情、感知上報隱患風險數據，及早、精準分析火情隱患，有效降低誤報率，提前預警火災。

關鍵詞：傳統村落；火災預警系統；熱成像技術；大數據分析

引言

本文旨在深入探索消防物聯及大數據技術在傳統村落結構建筑消防預警中的應用，通過構建全方位、立體化的火災防控平臺，實現對傳統村落消防安全的實時監控與精準預警。提升傳統村落消防安全管理水平，為民族文化的傳承和民族地區經濟社會的可持續發展提供堅實的消防安全保障，確保這些珍貴的文化遺產得到妥善保護。

一、研究方法

（一）難點剖析

1.無線火災監測系統技術

傳統村落建筑密集，空間布局錯綜復雜，這給傳統消防布線帶來了極大困難。大多數傳統村落缺乏基本的火災監測設備與手段，難以實現對火災的實時監測。要在保持村落原有風貌和外觀的基礎上，實現對各公共場所24小時火災早期探測，確保覆蓋村落各個場景，這面臨著諸多技術挑戰。需要研發新型無線監測設備，以解決布線困難問題，采用低功耗、高靈敏度的傳感器技術，確保設備能夠在復雜環境下穩定運行；制定合理的布點方案，運用智能算法和數據分析，根據村落的建筑布局、人員活動規律等因素，確定最佳的監測點位，確保監測的全面性和有效性；解決信號傳輸和設備供電等難題，利用無線通信技術和高效的能源管理系統，保障監測系統穩定運行[1]。

2.智能監控預警系統技術

在民族地區，由于獨特的生活習俗，存在樓上用火、柴火炊事取暖等不規范用火習慣。傳統的火災探測手段很難準確區分火災與生活用火，導致誤報率較高。在尊重少數民族生活習俗的前提下，實現可靠、準確、及時的火災早期報警，是一項極具挑戰性的任務。需要開發基于深度學習的智能識別算法，通過對大量火災數據和生活用火數據的學習和分析，提取不同火源的特征向量，構建精準的火災識別模型，準確識別不同火源的特征，提高火災預警的準確性。

3.隱私與火點屏蔽技術

傳統村落內常見的用火行為有火盆、燒香燒紙、灶臺爐火等，會對室內火點監測產生干擾。在室內布設消防監測設備時，需要充分考慮人員隱私問題。因此，研發有效的屏蔽技術至關重要。這種技術既要能夠屏蔽居民正常用火行為，避免產生誤報，又能夠對人體隱私進行遮擋，保護居民的隱私安全。同時，要保障火點監測的準確性，確保在火災發生時能夠及時發現并報警。

4.狹窄分散空間施工技術

傳統村落建筑群內部道路狹窄、場所分散，設施設備點位部署需求較多。在施工過程中，材料、設備的運輸極為不便，施工過程控制復雜，容易出現誤差。

（二）研究內容

1.系統研發概述

本系統融合了熱成像技術和深度學習人數檢測算法，實現了對區域內人數統計和火點檢測報警的功能。熱成像技術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，將熱輻射轉化為灰度值，通過灰度值差異成像，進而發現并識別目標。

2.視頻融合監控系統技術

利用消防物聯手段感知傳統村落建筑消防數據變化，構建火災風險預警評估模型。通過實時采集和分析溫度、煙霧濃度、電氣參數等數據，評估火災風險等級，及時預警。在實際應用中，通過在傳統村落的各個關鍵位置部署傳感器，實時采集消防數據，并將這些數據傳輸到數據中心進行分析處理。利用大數據分析技術和機器學習算法，對采集到的數據進行深度挖掘和分析，建立火災風險評估模型。根據模型的評估結果，對不同區域的火災風險進行分級，當風險等級達到預警閾值時，及時發出預警信號，通知相關人員采取相應措施。通過不斷優化模型參數和算法，提高火災風險評估的準確性和預警的及時性，為傳統村落的消防安全管理提供科學的決策支持。

3.基于熱成像技術的消防預警

以紅外熱成像技術為核心，在村落重點場所布置視頻溫感一體化設備。利用熱成像火點檢測原理監測室內火情，當發生消防報警時，可通過視頻溫感一體化的視頻監控系統，找出對應區域報警的監控畫面，確認火情是否真實。同時，考慮人員隱私遮擋、火點干擾源屏蔽，在不侵犯人體隱私的情況下提高對室內火點的監測效率[2]。

二、實驗與結果

（一）監測點位設計

前端采用定點監測的方式，在火盆、灶臺等易產生明火區域周邊布置單光譜熱成像傳感攝像機進行實時監測。根據不同安裝高度，確定相應的監測范圍參數。前端點位設計主要是定點監測，對傳統村落極易產生明火的位置，如火盆、灶臺等區域周邊，采用單光譜熱成像傳感攝像機“玉盤”進行在線實時定點監測。

（二）VR建模設計

通過融合視頻、試驗數據與VR技術，利用無人機環拍和網格拆分算法構建VR全景圖，記錄傳統村落滅火試驗過程。實現VR場景配置管理、視頻投影、標簽展示及播放、全局搜索等功能，全方位展示試驗過程。

在VR場景配置管理中，通過無人機360°環拍試驗房屋全景及室內手持機環拍室內結構，自動生成多張360°全景圖片，快速構建試驗房屋內外的VR全景圖。在VR全景圖上標注試驗過程中的視頻錄像、實驗數據、重點關注區域等要素信息。利用網絡拆分算法，實現多個房間的精準切分與定位，為試驗內部實時視頻錄像與試驗VR虛擬場景的“虛實融合”提供有力支撐。視頻投影功能通過建立房屋內部視頻安裝位置與試驗房屋VR全景圖里的試驗火堆等重要可燃部位的映射關系，實現實時視頻錄像與VR全景圖的聯動。標簽展示與播放功能在試驗現場的VR全景圖上展示已標注的視頻標簽及數據標簽信息，點擊標簽快速獲取關鍵信息。

（三）火點屏蔽

對玉盤后臺進行區域劃線配置，實驗人員在火點屏蔽區域內部及外部分別進行點火測試，通過后臺查看測試結果驗證火點屏蔽功能效果。

實驗人員在火點屏蔽區域進行點火時，玉盤可有效過濾屏蔽區域熱溫，不產生火點報警；在火點屏蔽區外進行點火時，玉盤進行預警。

（四）人數統計

將玉盤安裝在房間角落，對房間進行實時布控，同時開啟隱私保護功能，對玉盤畫面進行模糊處理，保護人員隱私，同時實驗人員進入房間區域，觀察玉盤的數據變化。

當實驗人員未進入房間時，玉盤顯示人員數量0；當實驗人員進入房間時，玉盤顯示人員數量1。計數功能的研發能有效控制空間停留的人數，火災發生時準確定位受害者的位置，從而有效地進行施救[3]。

（五）火點早期預警

在房間內安裝煙溫感傳感器和玉盤，對特定區域進行火點屏蔽，通過火焰彌漫至非屏蔽區域，對比兩款產品的預警時間和效率。

當火焰彌漫出非屏蔽區域時，傳統煙溫感傳感器在1分52秒感知到煙霧信號進行預警，玉盤在43秒感知到非屏蔽區域的溫度變化進行預警。

結語

本研究通過深入分析傳統村落火災特點和消防難點，綜合運用熱成像技術、視頻融合技術、物聯網技術以及大數據分析技術等，實現了高效的火災預警、人員統計、火點屏蔽等功能。試點驗證和示范應用結果表明，該系統在提高傳統村落消防安全水平方面具有顯著成效，有效減少了火災誤報率，能夠提前預警火災，為消防救援爭取寶貴時間，在保障居民生命財產安全和傳統村落文化遺產保護方面發揮了重要作用。未來，隨著技術的持續進步，應不斷探索和創新，進一步完善火災預警系統，使其能夠更好地適應傳統村落復雜多變的環境，為木質連片傳統村落的消防安全提供更加堅實、可靠的保障，助力民族文化傳承和地區可持續發展。

參考文獻

[1]張志強，王萍，于旭東，等.高精度紅外熱成像測溫技術研究[J].儀器儀表學報，2020，41（05）：10-18.

[2]李云紅.基于紅外熱像儀的溫度測量技術及其應用研究[D].哈爾濱工業大學，2010.

[3]成龍，劉保菊.火災預警系統的設計與實現[J].工業控制計算機，2023，36（03）：144-146.