可视化隧道火灾仿真系统开发

FDS(Fire Dynamics Simulator)作为一种高效的火灾模拟软件,前处理操作集中在一个data文本文件中,需要操作人员熟知各输入数据参数的格式,而且在对非规则边界隧道进行火灾模拟时有很大局限性.为了简化操作,实现非规则边界隧道的建模,通过应用一种由矩形方块拟合圆弧墙或斜线墙的算法来实现非规则边界隧道建模,并通过实现与DXF文件的接口来简化建模过程,大大改善了软件的可操作性能;最后给出了用该软件对非矩形边界隧道火灾的数值模拟应用.通过编制可视化软件并集成了非规则边界隧道建模算法,简化了隧道火灾仿真的建模操作,可以很好地解决隧道火灾仿真问题.     

基于改进YOLOv8的隧道火灾检测研究

隧道内火灾检测存在检测困难和难以直接部署到资源有限的嵌入式设备进行实时检测的问题,提出一种基于改进YOLOv8的隧道火灾检测算法;首先引入极化注意力保持高分辨率信息来抑制冗余特征,同时增强全局信息的捕捉;其次引入了一种新的局部卷积PConv来实现低延迟和高吞吐量的模型;最后使用WIoU函数优化网络的边界框损失,使网络能够快速收敛。实验结果表明,该网络在所使用隧道火灾数据集上的平均精度mAP提升了1.3个百分点,同时轻量化后模型参数减少了了29.7个百分点,向前推理时间降低了44个百分点;算法能够平衡精度和轻量化的需求,可以满足隧道场景下的实时检测。     

基于加权移动平均的数据流预测模型*

提出一种新的基于滑动窗口的预测模型。该模型仅存储当前滑动窗口中的数据并对其进行分析,提高了计算效率;同时,为了削减在较小数据集上回归预测所产生的偏差,提出一种基于加权移动平均的数据流预测算法WMA_LRA。实验采用FDS 4.0模拟一个房屋的火灾发生情况,运用WMA_LRA算法对火灾现场的局部温度进行短期预测,结果表明该算法可以有效地提高计算效率和预测精度。     

嵌入Dense Net的YOLOv4多尺度隧道火灾检测算法

为解决现有火灾检测算法在公路隧道的应用较少以及算法检测的准确性和实时性不能满足要求，提出一种改进的YOLOv4隧道火灾检测算法。由于公开的隧道火焰数据集较少，通过模拟火灾形成初期的火焰和网上搜集构建了一个包含3000张隧道火焰图片的数据集，在数据集中添加了500张隧道车灯和500张隧道照明灯用于模型训练，提高泛化性。然后在YOLOv4的特征提取层的CSP结构中嵌入DenseNet,融合多尺度的浅层特征信息，增强特征复用，降低梯度消失的问题和抑制过拟合。再在特征网络检测层中增加了104×104特征检测尺寸，增强隧道火灾形成初期小目标火焰的检测精度。实验结果表明：上述算法检测精度为90.4%,在原YOLOv4网络上提高了5.2%,其检测速度可达0.16s,满足隧道实时检测的要求，并且对小尺寸火焰也有很好的检测效果，对实现隧道火灾初期预警具有重要意义。     

基于社会力模型的民用机场航站楼消防安全评价

针对以往单独进行火灾烟气蔓延模拟以及忽略疏散过程中人自身因素、人与人之间相互作用和环境对人的作用以评估航站楼消防安全的现状,基于国内某机场航站楼旅客进出港的过程,运用社会力模型模拟仿真航站楼内人员流动,同时采用火灾动力模拟软件FDS模型结合楼内设施模拟分析特定火灾背景下航站楼内火灾烟气蔓延,在此基础上,仿真模拟航站楼内人员疏散情况,分析不同火灾场景下航站楼的人员安全疏散时间、各个疏散通道疏散人数,进而研究安全出口宽度设置对于人员疏散时间的影响。与常用的安全评价方法进行对比分析,基于社会力模型和FDS模型的航站楼仿真安全评价方法考虑了旅客流动的分布特征和随机性,模拟更接近于真实的疏散场景。     

检索矩形结构化网格中裁剪单元的数值算法

裁剪等几何分析的首要任务就是检索出裁剪曲面中的裁剪单元,为此提出一种快速检索矩形结构化网格中裁剪单元的数值算法.首先将网格中每个单元的边界划分为12段区间;然后在剪裁曲线上选取适当的参数点,并将得到的离散曲线代替原剪裁曲线,对矩形结构化网格进行剪裁;根据离散剪裁曲线与单元边界交点位置的不同,将裁剪单元划分为156种不同的类型.该算法还可以根据不同情况来获取剪裁曲线上的点,当采用闭合逆时针矩形剪裁曲线对裁剪NURBS曲面参数网格进行剪裁时,该算法能够快速、有效地检索到裁剪单元,并得到剪裁曲线曲率变化大的点以及裁剪单元在物理空间中的像;悬臂梁的最优拓扑结构算例证明了该算法能够快速、有效地检索出任意矩形结构化网格中的裁剪单元.     

基于FDS和元胞自动机动态耦合的火灾疏散模型

为研究火灾场景下温度、烟气和CO浓度等灾害因子对疏散的影响,建立基于FDS和元胞自动机动态耦合的火灾疏散模型。将FDS的网格和元胞自动机的元胞一一对应,将由FDS运行得到的灾害数据通过Python等技术手段实时加载到元胞中,使灾害数据持续影响行人转移概率,从而实现灾害和疏散的动态耦合;以单层教学楼作为仿真场景进行模拟分析,对火源位置和热释放速率等因素进行讨论,得出这些因素对行人疏散进程的影响规律;将模型与传统软件和同类方案进行对比。研究表明,火灾导致的高温和烟气会影响行人对疏散路径和安全出口的选择;热释放速率越大,行人越早处于危险状态,同时处于危险状态的行人也越多;该模型相比传统疏散软件不仅能考虑火灾产生的致灾因子对行人疏散的动态影响,还能确定行人最早处于危险状态的位置和时间,并用可视化的方式表现出来。     

基于FDS的火灾仿真研究

研究火灾中人员优化疏散、减少损失问题,为获取各种火灾数据,克服实际火灾数据获取困难及体现疏散过程中人员的个体差异性,研究了在公共火灾中的疏散方法,并构建了具有个体差异性的人员疏散模型.研究了火灾仿真软件及基本控制方程.利用FDS( Fire Dynamics Simulator)火灾研究工具软件可较为准确快速地分析复杂的三维火灾问题.以某KTV场所为应用实例,研究FDS的具体应用方法.根据FDS火灾数据,在Java环境下实现了上述模型,并进行了相应的仿真验证.结果表明可为火灾研究和人员疏散提供手段,并对建筑物的布局设计具有一定的指导意义.     

公路隧道火灾通风数值模拟分析及逃生研究

利用数值模拟技术和pyrosim软件,对火灾功率为20 MW的中型规模隧道火灾进行了仿真,通过对火灾烟流蔓延模拟结果的分析,得出了该火灾规模的临界风速,并在临界风速下,通过对隧道内的温度、CO浓度的分布进行了数值模拟分析,得出了其分布规律。然后以修正后的克拉尼公式及FED窒息模型作为火灾时人员逃生的判定条件,综合考虑了火灾时隧道各断面温度和CO浓度分别与人员极限忍受时间的关系,最后得出隧道火灾时人员的安全逃生方向及火源下游人员的最大安全逃生时间和最远逃生区域。     

C-V模型在红外视频火灾图像分割中的应用

针对大空间中红外视频火灾图像边缘模糊,不易准确分割问题,研究了一种基于背景差分和C-V模型的分割方法。通过背景差分得到运动图像;利用形态学处理得到完整的运动区域,并获得其外接矩形;以外接矩形作为C-V模型的初始轮廓曲线进行分割,得到封闭、完整的运动目标轮廓。该算法避免了对整幅图像分割,减少了运算量。通过实验仿真并与阈值分割算法比较,证明了该算法的准确性和有效性,有利于下一步火灾特征提取与识别。     

基于改进FCM聚类算法的隧道火灾受困人员信息化定位方法

为了缓解火灾现场受困人员定位时间长以及定位精度低的问题,研究基于改进FCM聚类算法的隧道火灾受困人员信息化定位方法。采用改进FCM聚类算法分割隧道火灾图像,利用SIFI算法提取完成分割后隧道火灾图像的空间特征,利用Gabor小波方法获取隧道火灾图像空间特征内的面积边缘以及烟雾纹理,建立方向角分布模型以及烟雾变化能量模型,利用所建立模型提取受困人员的动态特性,实现隧道火灾受困人员的信息化定位。实验结果表明,该方法可以有效定位隧道重大火灾、较大火灾以及一般火灾的受困人员,不同火灾烟雾浓度系数的定位精度均高于98.5%,定位时间低于200 ms。     

Recursively generated B-spline surfaces on arbitrary topological meshes

This paper describes a method for recursively generating surfaces that approximate points lying-on a mesh of arbitrary topology. The method is presented as a generalization of a recursive bicubic B-spline patch subdivision algorithm. For rectangular control-point meshes, the method generates a standard B-spline surface. For non-rectangular meshes, it generates surfaces that are shown to reduce to a standard B-spline surface except at a small number of points, called extraordinary points. Therefore, everywhere except at these points the surface is continuous in tangent and curvature. At the extraordinary points, the pictures of the surface indicate that the surface is at least continuous in tangent, but no proof of continuity is given. A similar algorithm for biquadratic B-splines is also presented.     

早期油料火灾图像检测及识别技术研究

本文提出了一种早期油料火灾图像检测及识别算法。将火焰颜色、亮度及运动特征作为火灾检测与识别的判据,在火焰颜色模型和运动图像差分模型的基础上提出利用离散分形布朗随机增量场模型对早期油料火灾图像进行进一步的判定。模拟坑道实验结果表明,该算法能够有效提高油料火灾检测与识别的准确率,降低误报、漏报率。     

故障诊断系统的综合收益评价模型

基于不同智能技术开发的故障诊断系统在不同的应用环境中表现迥异,如何根据应用评估并选择合适的算法是故障诊断系统设计的关键问题.提出了故障诊断系统中正负收益和综合收益的概念,分析了影响故障诊断系统实施效用的主要因素,设计了综合收益评价模型.该模型在汽车发动机、航空发动机两种典型设备的故障诊断系统设计过程中的应用结果显示综合收益评价模型有较高的评估选择能力.     

矩形隧道中UHF频段电磁波场强的分布规律

利用几何光学模型,结合试验数据,探讨了矩形巷道中UHF电磁波场强的分布规律,得出了如下结论:发射天线在隧道截面的位置对隧道中电磁波的场强分布有很大影响,当发射天线的位置处于隧道截面的中心时,快衰落收敛最快,接收到的电磁波场强最大;电磁波的场强在隧道截面上近似于余弦分布,当发射天线的位置靠近隧道壁时,电磁波场强在隧道截面的分布相对均匀。该结论可用来预测隧道环境中电磁波的有效覆盖距离,对隧道微蜂窝个人移动通信网的设计和检测也很有用。     

Development of a kinematic model to predict finger flexor tendon and subsynovial connective tissue displacement in the carpal tunnel

Finger flexor tendinopathies and carpal tunnel syndrome are histologically characterised by non-inflammatory fibrosis of the subsynovial connective tissue (SSCT) in the carpal tunnel, which is indicative of excessive and repetitive shear forces between the finger flexor tendons and SSCT. We assessed flexor digitorum superficialis (FDS) tendon and adjacent SSCT displacements with colour Doppler ultrasound as 16 healthy participants completed long finger flexion/extension movements captured by a motion capture system. FDS tendon displacements fit a second-order regression model based on metacarpophalangeal and proximal interphalangeal joint flexion angles (R² = 0.92 ± 0.01). SSCT displacements were 33.6 ± 1.7% smaller than FDS tendon displacements and also fit a second-order regression model (R² = 0.89 ± 0.01). FDS tendon and SSCT displacement both correlated with finger joint thickness, enabling participant-specific anthropometric scaling. We propose the current regression models as an ergonomic method to determine relative displacements between the finger flexor tendons and SSCT.