摘 要

近年来，船舶火灾作为海上重大事故之一受到了越来越多的关注。同时，无线传感技术由于探测精度高、安装与维护简易、多节点协同等特点而被广泛使用。在此基础上提出船舶火灾报警系统的方案。火灾报警系统的研究重点在于船舶上的网络节点部署以及数据融合方案和火源定位方案。在节点部署方面，根据船舶机舱的结构分层布置节点，网络拓扑结构方面可采用层次型LEACH协议。运用这样的方法进行部署可以增加网络的生存时间，同时也能满足系统的要求。数据融合方面选用D-S数据融合方案。经过实验与仿真，此方案可判断出火灾产生与否，可以满足要求。关于火源定位，可用DV-HOP协议来定位火源位置。利用DV-HOP测出未知节点距离信标节点的距离，然后根据算法就可以得出未知节点的具体位置。

关键词：船舶火灾，无线传感技术，节点部署，数据融合，火源定位

Abstract

In recent years, the fire, as one of the major accidents at sea by more and more attention. At the same time, wireless sensor technology due to the high detection precision, easy installation and maintenance, multi-node cooperative characteristics is widely used. On the basis of the scheme of ship fire alarm system is put forward. Fire alarm system of the research is focused on the ship on the network nodes deployment, and data integration solutions and fire source location. In terms of node deployment, according to the structure of the ship engine room tiering node, using a hierarchical LEACH agreement network topology. The node deployment scheme can prolong the survival time of wireless networks and to meet the needs of the system. Whether fire produces, the D - S data fusion scheme. The experiments show that this scheme can judge the flame, ignited the fire, no fire and unable to identify four kinds of expected results, can meet the requirements. About the fire source location, selects the DV - HOP agreement to locate the fire location. By setting the network node density, node communication radius can make fire positioning accuracy is high, can satisfy the requirement of fire detection system.

Keywords: ship fire, wireless sensor technology, the nodes deployment, data fusion, fire source location

目录

摘要 1

Abstract 2

第1章 绪论 5

1.1课题背景及其意义 5

1.2国内外船舶火灾研究现状 5

1.2.1国内研究现状 6

1.2.2国外研究现状 6

1.3研究内容 7

第2章 火灾探测的相关理论 8

2.1火灾产生的过程 8

2.2探测原理 8

2.2.1气态燃烧产物 8

2.2.2固态高温产物 8

第3章 无线传感器网络相关技术 10

3.1无线传感器网络介绍 10

3.2节点部署 11

3.2.1静止节点部署算法 11

3.2.2移动节点部署算法 11

3.2.3异构/混合节点部署算法 12

3.3拓扑控制 12

3.3.1无线传感器网络的拓扑控制算法 12

3.3.2 LEACH 协议相应算法步骤 13

3.4基于D-S证据理论的数据融合算法 15

3.5无线传感器网络定位算法 16

第4章 实验方案 19

4.1节点部署方案 19

4.2适用于船舶火灾探测传感器选择 19

4.3数据融合及算法 19

4.4仿真实验 22

4.4.1明火仿真 22

4.4.2阴燃火仿真 23

4.5定位 25

第5章 结论与展望 26

5.1结论 26

5.2展望 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1课题背景及其意义

船舶火灾在海难中较为常见，它以损失性大，破坏性强，十分危险著称。船舶一旦温度过高发生火灾，船体、船员、货物会受到威胁，严重的还会造成人员伤亡，而且货物也会遭到损坏还会产生巨额经济损，甚至造成不可估量的环境破坏,军事舰船的火灾还可能造成无法想象的严重后果。

1992年1月,“大庆62号”油轮机长在机舱内违章动焊引发爆炸,造成8人直接死亡,经济损失高达1 000万元;

1994年1月13日,我国某远洋救助拖船在回国途中右主机机舱起火,致使船舶直接报废,经济损失高达2450万元;

2003年9月23日“鑫华泰8号”轮和2003年11月13日“海王星1号”轮在航行途中,均因输油管故障造成燃油直接喷射到高温排烟管而起火,所造成的经济损失分别为29.4万元和14万元;

2003年11月23日,巴拿马籍“GAZPOEM”液化气船载有2万吨液化汽、船用1200吨重油及240吨柴油,途经深圳大鹏湾海域时机舱突然起火,火灾持续4天3夜,幸而未引爆液化气。

由此我们可以知道，船舶机舱容易意外着火，且十分危险并造成巨额损失。机舱是整个船舶行驶过程中动力以及所有设备需要的能量的来源，机舱内有很多主机和电站，这些系统都很复杂，一旦发生火灾会使整只船无法正常运行。因此需要十分注意机舱的温度和电路，一旦产生电路短路温度会过热从而产生隐患。并且机舱内十分难以散热，温度急剧升高可能会引起爆炸。同时，在机舱内进行热工业作业时，火花的产生也有可能引燃机舱内的可燃物。以及，人为疏忽在机舱内违禁使用明火或吸烟也有可能造成严重的后果。所以，需要处处防范，因为引发火灾的可能性很多。做好消防预防措施，以及文明操作，才能减少火灾发生的可能性。

无线传感器网络是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和采集信息的传感器。无线传感器网络通过无线网互相连接，因此不像有线网络在遭受火灾时容易遭受损坏，且反应迅速。并且不受线路控制，所以节点位置可以灵活摆放。目前，WSN由于这些特点被广泛应用于多个方面，例如军事、监控、医疗、智能等多个领域。

1.2国内外船舶火灾研究现状

在19世纪80年代，各个国家对火灾的研究主要放在陆地上的建筑产生的火灾方面。但是1982年马岛战争中英国谢菲尔德号驱逐舰的沉没,给各国敲响了警钟，让他们意识到船舶火灾也十分危险。从那以后，很多国家开始涉足于船舶火灾预警。在经过长达20年的研究后, 很多国家在船舶火灾防治技术、船舶消防安全管理及船舶火灾动力学等各方面都获得了较大成果。

1.2.1国内研究现状

我国的航运业一直很发达，自从改革开放以后，我国的海运有了很大的发展，同时海军建设也越来越正规、越来越辉煌。几十年来，经过多次船舶火灾的教训，船舶工作者总结出了十分宝贵的经验，以及“预防为主，消防结合”的方针。我国在关于船舶的火灾方面投入了大量人力物力进行研究。总体上讲,我国对于船舶消防的认识还在一个初级阶段,我国对船舶究竟为何产生火灾以及应对的方式没有具体的研究,同时也没有树立一个完整的船舶消防的研究体系,因此还需要大量的实践与研究。从 2000 年开始，作为研究的中坚力量，许多大学和研究机构开始了对无线传感器网络的研究，例如哈尔滨工业大学、清华大学、西北工业大学和国防科技大学、中国科学院上海微系统研究所、中国科学院计算所、中国科学院软件研究所、中国科学院合肥智能技术研究所和中国科学院电子所等科研机构，在经过数年的奋斗与实践取得了很大的成果。

1.2.2国外研究现状

近年来，国外专家在火灾探测方面做出了许多研究。例如德国著名Duisburg大学对火焰的微波辐射系数进行研究并研制成产品，大大增加了火灾探测的研究范围。还有国外专家对烟雾进行研究，通过分析这些烟雾颗粒的粒径及浓度得到粒径谱的实时变化特征规律；日本的相关专家根据火灾产生时燃烧的声音来判断火灾是否产生。还有些人想用神经网络和模糊逻辑算法来使传感器变得更智能。国外有许多已经成功的产品，较为先进的有美国的Edwards SIGA系列的火灾探测器及其EST3系统、德国的effeff MSR型火灾探测器及其系统、日本的日探NF-3E、加拿大的胜安MR-2900等。这些系统有很多相同的特点：