1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 CC2530節(jié)點(diǎn)收發(fā)芯片

在消防智能預(yù)警系統(tǒng)預(yù)警的過程中，為了節(jié)約通信成本，降低通信功耗，本文設(shè)計(jì)的預(yù)警系統(tǒng)選取CC2530節(jié)點(diǎn)收發(fā)芯片作為核心芯片。該芯片由多個(gè)基礎(chǔ)射頻單元組成，不僅具有超強(qiáng)的組網(wǎng)功能，還能滿足系統(tǒng)的低功耗組網(wǎng)需求，該芯片的組成結(jié)構(gòu)見圖1。

由圖1可知，CC2530節(jié)點(diǎn)收發(fā)芯片集多功能于一體，能進(jìn)行有效的瞬時(shí)轉(zhuǎn)換，為了滿足系統(tǒng)的存儲(chǔ)需求，該芯片支持32、64、128等多種可編程閃存，能有效解決系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的SOC問題，實(shí)現(xiàn)智能化消防預(yù)警。CC2530芯片具有外部連接多樣化的特征，其不僅可以連接RF預(yù)警信號(hào)收發(fā)外設(shè)，還可以連接電源管理外設(shè)，除此之外，該芯片具有24個(gè)通用的I\O引腳，可以快速進(jìn)行預(yù)警數(shù)模轉(zhuǎn)換，提高了預(yù)警信號(hào)的傳輸效率，保證了預(yù)警信號(hào)的傳輸安全性。CC2530芯片內(nèi)核還提供了AES加密算法，最大程度上保證了消防智能預(yù)警信息的傳輸安全性，為預(yù)警指令的執(zhí)行做基礎(chǔ)。

1.2 TAD煙霧傳感器

在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，倉庫內(nèi)部的煙霧濃度會(huì)發(fā)生不同程度的改變，要想提高系統(tǒng)的消防智能預(yù)警效果，需要選取相對較敏感的煙霧傳感器。因此，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)選取TAD煙霧傳感器采集煙霧預(yù)警信息，有效完成智能消防響應(yīng)，TAD煙霧傳感器的參數(shù)見表1。

由表1可知，TAD煙霧傳感器的敏感性較高，當(dāng)空氣中的煙霧濃度發(fā)生改變時(shí)，其內(nèi)部的氣敏材料電導(dǎo)率會(huì)迅速增加，輸出預(yù)警信號(hào)。除此之外，TAD煙霧傳感器的抗干擾性較好，能排除其他氣體干擾，符合安全消防智能預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)行需求。

1.3 DHT11溫濕度傳感器

在物流倉庫存儲(chǔ)過程中，其內(nèi)部的溫濕度會(huì)不定期發(fā)生改變，為了提高消防智能預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警范圍，本文設(shè)計(jì)的物流倉庫安全消防智能預(yù)警系統(tǒng)選取DHT11溫濕度傳感器檢測物流倉庫內(nèi)部的溫濕度變化，該溫濕度傳感器的組成電路圖見圖2。

由圖2可知，本文選取的溫濕度傳感器屬于復(fù)合集中數(shù)模傳感器，其傳輸距離較長，內(nèi)含多位單片機(jī)及熱敏溫濕度感知監(jiān)測元件，不僅如此，其測量精度較高，能有效處理物流倉庫的溫濕度信號(hào)，利用OTP進(jìn)行綜合校準(zhǔn)。使用該傳感器能大幅提高系統(tǒng)的預(yù)警性能，確保預(yù)警的有效性。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 基于多模態(tài)信息融合設(shè)計(jì)智能預(yù)警多目標(biāo)檢測算法

為了解決Z-Stack協(xié)議棧在調(diào)用預(yù)警指令時(shí)受任務(wù)輪詢作用影響導(dǎo)致的系統(tǒng)部分功能異常問題，提高物流倉庫安全消防智能預(yù)警的有效性，本文基于多模態(tài)信息融合設(shè)計(jì)了智能預(yù)警多目標(biāo)檢測算法。物流倉庫的消防預(yù)警信號(hào)種類較多，不僅包括煙霧報(bào)警信號(hào)，還包括溫濕度、火焰?zhèn)鞲械刃盘?hào)，若分別進(jìn)行預(yù)警分析會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的運(yùn)行性能，多模態(tài)信息融合技術(shù)可以將煙霧、溫濕度、火焰等多類信息進(jìn)行有效融合，從而實(shí)現(xiàn)智能化預(yù)警。

首先可以將多種智能化預(yù)警信息裁剪到對應(yīng)的預(yù)警區(qū)域，進(jìn)行三維回歸處理，此時(shí)可以根據(jù)預(yù)警信息的池化關(guān)系生成預(yù)警信號(hào)，調(diào)整智能預(yù)警分辨率，獲得預(yù)警特征量，從而完成智能預(yù)警任務(wù)，此時(shí)的智能預(yù)警要素整合量如下（1）所示：

公式（1）中，H'代表預(yù)警信息分組要素，v代表預(yù)警采樣數(shù)量，為了避免消防智能預(yù)警數(shù)據(jù)差異性過高導(dǎo)致的預(yù)警偏差問題，需要生成有效的特征集PV，如下（2）所示：

公式（2）中，xi,yi,zi,ri分別代表預(yù)警要素的特征轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，不同信號(hào)的預(yù)警接收率存在一定的差異，此時(shí)可以根據(jù)預(yù)警信息的特征進(jìn)行局部聚合處理，形成的預(yù)警特征表達(dá)式fout如下（3）所示：

公式（3）中，ft代表預(yù)警點(diǎn)特征，fT代表池化聚合特征，結(jié)合上述表達(dá)式可以生成特殊的安全消防智能預(yù)警矩陣，此時(shí)可以進(jìn)行Max Pooling操作進(jìn)行特征轉(zhuǎn)換，提取預(yù)警之間的關(guān)聯(lián)性，從而生成物流倉庫安全消防智能預(yù)警函數(shù)L，如下（4)所示：

公式（4）中，α代表預(yù)警錨點(diǎn)，N代表預(yù)警輸出量，Lppas代表歸一化預(yù)警值，使用上述安全消防智能預(yù)警系統(tǒng)可以有效提高系統(tǒng)的預(yù)警性能，保證預(yù)警的有效性。

2.2 設(shè)計(jì)消防智能預(yù)警功能模塊

結(jié)合（4）生成的物流倉庫安全消防智能預(yù)警函數(shù)可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)消防智能預(yù)警功能模塊，其功能模塊組成見圖3。

由圖3可知，本文設(shè)計(jì)的物流倉庫安全消防智能預(yù)警系統(tǒng)的功能模塊主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、報(bào)警控制模塊、顯示管理模塊。數(shù)據(jù)采集模塊主要負(fù)責(zé)各個(gè)模塊的初始化處理，確定各個(gè)傳感器的工作模式，接收來自硬件傳感器的消防預(yù)警數(shù)據(jù)，除此之外，該模塊可以有效存儲(chǔ)消防信息，進(jìn)行綜合分析，調(diào)整預(yù)警數(shù)據(jù)。針對采集到的數(shù)據(jù)該模塊可以統(tǒng)一進(jìn)行編號(hào)，通過數(shù)組形式更新存儲(chǔ)消防預(yù)警數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析模塊主要可以確定倉庫各個(gè)位置的溫度，有效處理各項(xiàng)消防預(yù)警數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換消防預(yù)警數(shù)據(jù)的格式，從而判斷各個(gè)倉庫中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，獲取溫度數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)平均值。不僅如此，該模塊可以將消防智能預(yù)警數(shù)據(jù)分類排放，有效地確定預(yù)警閾值。報(bào)警控制模塊主要控制報(bào)警隱患，即有序傳導(dǎo)各項(xiàng)消防數(shù)據(jù)，存在暗火時(shí)可以立即傳導(dǎo)警報(bào)預(yù)警，有效控制火情。顯示管理模塊則負(fù)責(zé)物流倉庫消防監(jiān)控，判斷倉庫的消防狀態(tài)。上述模塊共同運(yùn)作，可保證消防智能預(yù)警系統(tǒng)的正常預(yù)警性能。

3 系統(tǒng)測試

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的基于多模態(tài)信息融合的物流倉庫安全消防智能預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警效果，本文搭建了有效的測試平臺(tái)，進(jìn)行了系統(tǒng)測試。

結(jié)合系統(tǒng)測試需求，本文選取MATLAB作為系統(tǒng)測試平臺(tái)，為了提高系統(tǒng)測試的有效性，本文選取ZigBee通信組網(wǎng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)搭建測試預(yù)警通信數(shù)據(jù)，進(jìn)行了有效的測試部署，此時(shí)需要調(diào)試ZigBee系統(tǒng)測試通信組網(wǎng)的測試節(jié)點(diǎn)，見圖4。

由圖4可知，此時(shí)的ZigBee系統(tǒng)測試通信組網(wǎng)測試節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)完畢。消防智能預(yù)警數(shù)據(jù)的指令信號(hào)格式不同，因此，需要將測試程序?qū)懭隨ample App.c文件中，創(chuàng)建全新的測試程序，將指令信號(hào)的格式調(diào)試一致。

各個(gè)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)通過UART與測試PC端連接，用于測試程序和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交互。因此，當(dāng)程序與協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)匹配后，可以根據(jù)需要調(diào)整不同周期的數(shù)據(jù)，以便在測試中靈活改變網(wǎng)絡(luò)配置。

基于上述配置，將預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警精度作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表2。

根據(jù)表2可知，隨著時(shí)間的增加，本文方法的預(yù)警精度始終高于95%，最高時(shí)達(dá)到了98%。說明本文的預(yù)警系統(tǒng)性能較高，具有實(shí)用性。

由上可知，本文設(shè)計(jì)的基于多模態(tài)信息融合的物流倉庫安全消防智能預(yù)警系統(tǒng)的各項(xiàng)功能均能有序運(yùn)行，且預(yù)警精度最高時(shí)達(dá)到了98%。證明本文設(shè)計(jì)的基于多模態(tài)信息融合的物流倉庫安全消防智能預(yù)警系統(tǒng)的性能良好，具有可靠性，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語

綜上所述，為了解決目前的物流倉庫消防管理問題，本文基于多模態(tài)信息融合設(shè)計(jì)了一種有效的安全消防智能預(yù)警系統(tǒng)。測試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的基于多模態(tài)信息融合的物流倉庫安全消防智能預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警性能良好，各個(gè)功能運(yùn)行正常，具有可靠性，有一定的應(yīng)用價(jià)值。