(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211162022.9 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 刘刚　任蕾　曲冠华　孟弘融　 王岚　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 专利代理师 刘子文 (51)Int.Cl. G08B 17/10(2006.01) G08B 31/00(2006.01) G06F 16/25(2019.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/27(2020.01)G06N 20/00(2019.01) G01K 11/3206(2021.01) (54)发明名称 基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时 监测及预测系统 (57)摘要 本发明公开一种基于分布式光纤的公共建 筑火场温度实时监测及预测系统， 包括分布式光 纤传感器， 布置在公共建筑 空间的天花板和四周 墙面处， 用于传输火灾发生后经温度影 响的各位 置处的背向拉曼散射光； 空间温度信息数据库， 用于为建立监测预警分析模块提供数据基础； 光 纤光栅解调仪， 与分布式光纤传感器连接， 用于 向分布式光纤传感器发射激光脉冲， 并将传输回 的背向拉曼散射光参数转化为分布式光纤传感 器上各个测点的实时温度； 监测预警分析模块， 用于将分布式光纤传感器上各个测点的实时温 度转化为火场重点平面内不同位置处的实时温 度， 并对火场重点平面的后期温度变化情况进行 预测， 实现 火场温度实时监测及预警。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115240357 A 2022.10.25 CN 115240357 A 1.一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系统， 其特征在于， 包括 分布式光纤传感器、 空间温度信息数据库、 光纤光栅解调仪和监测预警分析模块； 所述分布 式光纤传感器， 布置在公共建筑空间的天花板和四周墙面处， 用于传输火灾发生后经温度 影响的各位置处的背向拉曼散射光； 所述空间温度信息数据库， 是通过火灾数值模拟软件 FDS对各公共建筑类型的典型 空间进行不同组合工况模拟后， 提取相关数据生成的， 用于为 建立监测预警分析模块提供数据基础； 所述光纤光栅解调仪， 与分布式光纤传感器连接， 用 于向分布式光纤传感器发射激光脉冲， 并将传输回的背向拉曼散射光参数转化为分布式光 纤传感器上各个测点的实时温度， 为火场 温度实时监测及预警提供数据基础； 所述监测预 警分析模块， 用于将分布式光纤传感器上各个测点的实时温度转化为火场重点平面内不同 位置处的实时温度， 并对火场重点平面的后期温度变化情况进行预测， 实现火场温度实时 监测及预警。 2.根据权利要求1所述一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系 统， 其特征在于， 所述分布式光纤传感器长度方向内等间距的分布设置有 若干个测点。 3.根据权利要求1或2所述一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测 系统， 其特征在于， 所述分布式光纤传感器呈S形布置于公共建筑空间内天花板上， 且每个S 形拐弯处的分布式光纤传感满足最小转弯半径； 四周墙面的0.9m及1.8m高度处设置有两道 分布式光纤传感器， 并将分布 式光纤传感器所在的0.9m和1.8m 的平面作为火场重点平面； 实际温度监测过程中， 基于拉曼散射效应， 分布式光纤传感器能够传输各测 点经实时温度 影响后的背向拉曼散射 光， 完成火场温度变化的初步采集。 4.根据权利要求3所述一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系 统， 其特征在于， 所述 最小转弯半径为3 0mm‑60mm。 5.根据权利要求1所述一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系 统， 其特征在于， 所述空间温度信息数据库中包括有不同类型公共建筑的典型 空间类型、 尺 寸及典型空间温度信息数据集， 并在火灾数值模拟软件FDS中按照各类公共建筑典型空间 进行建模， 所述对各公共建筑类型的典型 空间进行不同组合工况模拟包括对各公共建筑类 型典型空间的不同火源最大热释放速率、 空间尺 寸以及通风条件参数进 行穷举并排列组合 成不同工况。 6.根据权利要求1所述一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系 统， 其特征在于， 所述光纤光栅解调仪在进 行测温时， 其内部的激光发射器用于向分布式光 纤传感器内部发射激光脉冲， 并且光纤光栅解调仪内部的波分 复用器及信号采集和处理单 元用于将分布式光纤传感器传输回的背向拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光分 离， 同时对斯托克斯光和反斯托克斯光进 行解调， 根据光学参数与温度变化的对应 关系， 得 到分布式光纤传感器上 各个测点的实时温度。 7.根据权利要求6所述一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系 统， 其特征在于， 温度与光学参数对应关系如下式： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115240357 A 2其中 为分布式光纤传感器的绝对温度， 是沿分布式光纤传感器长度的距 离， 是时间 参数， 为反斯托克斯光Anti ‑Stokes在光纤中传播的损耗系数 和斯托克 斯光Stokes在光纤中传播的损耗系数 的差值， 是两种散射光的功率之 比， 与 分别是普朗克和玻尔兹曼常数， 代表t时刻对应的无量纲常数 的值， 大 小取决于光纤光栅解调仪温度， 表示斯托克斯光和反斯托克斯光沿分布式光 纤传感器长度的累积微分衰减。 8.根据权利要求1所述一种基于分布式光纤的公共建筑火场温度实时监测及预测系 统， 其特征在于， 所述分布式光纤传感器及光纤光栅解调仪组成测温系统； 所述监测预警分 析模块针对测温系统所应用于不同类型公共建筑空间的特点， 调用空间温度信息数据库中 对应的相关数据采用A NN算法建立分布式光纤传感器所测温度与火场重点平 面处温度的代 理计算模型， 完成火场重点平面的实时监测； 基于火场重点平面的实时监测值建立基于 LSTM模型且针对于 火场重点平 面温度变化情况的温度时序预测模型， 在火场温度实时监测 的基础上提供 预警作用。 9.一种公共建筑火场温度实时监测及预测方法， 所述方法基于权利要求1 ‑8任一公共 建筑火场温度实时监测及预测系统实现， 其特征在于， 包括： 将分布式光纤传感器按照布置 策略布置在公共建筑空间天花板和四周墙面处， 进 行测温； 火灾 发生后， 通过光纤光栅解调 仪输出测温数据的软件端接口， 使监测预警分析模块能够读取分布式光纤传感器实时的测 温数据， 实现实际场景 下对火场温度的实时监测及预警。 10.根据权利要求9所述一种公共建筑火场温度实时监测及预测方法， 其特征在于， 在 空间处于常温状态下时， ANN模型保持打开， LSTM模型处于关闭状态， 而当实时监测温度超 过80℃的阈值， 并持续10s后， 公共建筑火场温度实时监测及预测系统对高温进行提示， 同 时基于火场重点平 面各测点的预测结果， 生 成实时温度变化云图， 并开启LSTM模型， 对温度 变化趋势进 行预测， 并在公共建筑空间结构组成稳定， 并未发生明显结构破坏的条件下， 基 于预测结果提示火场重点平面各测点预计到达200℃、 300℃、 400℃以及轰燃临界状态450 ℃的时间， 对火场温度进行 预警。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115240357 A 3