船舶真火模擬訓(xùn)練控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、船舶火災(zāi)事故與損失呈逐年上升趨勢(shì)，各種類型船舶火災(zāi)、爆炸事故頻發(fā)，造成了大量的財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡。由于船舶消防事故是小概率事件，單純依靠在實(shí)際的消防事故中取得的經(jīng)驗(yàn)是有限的，傳統(tǒng)消防訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的訓(xùn)練環(huán)境與船舶火災(zāi)訓(xùn)練環(huán)境差異很大。國(guó)內(nèi)的消防訓(xùn)練系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)方式，使用真實(shí)的燃料如油、柴火等生成消防訓(xùn)練環(huán)境，具有污染大，可控性差等不利因素。國(guó)外的消防機(jī)構(gòu)根據(jù)消防訓(xùn)練的特點(diǎn)，使用燃?xì)庾鳛槿剂?，配合?xùn)練道具和場(chǎng)景的布置來(lái)模擬火災(zāi)場(chǎng)景，但是并沒有

2、針對(duì)船舶火災(zāi)事故開展消防訓(xùn)練系統(tǒng)的研究。因此，有必要建立一套能逼真地模擬船舶真實(shí)火災(zāi)環(huán)境的消防訓(xùn)練系統(tǒng)。
　　首先，本文以船舶機(jī)艙油池火為研究對(duì)象，采用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)分析軟件FDS，建立了船舶機(jī)艙油池火物理模型，對(duì)船舶機(jī)艙火災(zāi)發(fā)展過程進(jìn)行了研究。根據(jù)FDS仿真結(jié)果，分析了火源功率、風(fēng)機(jī)流量、艙室體積和消防水對(duì)艙室火災(zāi)的影響，分別建立了相應(yīng)的多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型，為設(shè)計(jì)消防訓(xùn)練系統(tǒng)、分析船舶火災(zāi)危害程度提供了理論基礎(chǔ)。
　　其次，針對(duì)船

3、舶火災(zāi)安全評(píng)估，構(gòu)建了多組火災(zāi)場(chǎng)景，以FDS仿真結(jié)果為訓(xùn)練樣本，采用遺傳算法優(yōu)化支持向量機(jī)參數(shù)(GA-SVM)理論，建立了船舶火災(zāi)的安全評(píng)估模型。為了驗(yàn)證本文模型的準(zhǔn)確性，分別探討了支持向量機(jī)（SVM）模型和 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)船舶機(jī)艙火災(zāi)溫度的預(yù)測(cè)效果，仿真結(jié)果表明， GA-SVM模型具有較好的泛化能力和預(yù)測(cè)效果，為船舶火災(zāi)溫度間接計(jì)算及預(yù)測(cè)提出了一種新方法。
　　然后，針對(duì)船舶火災(zāi)消防訓(xùn)練，采用多項(xiàng)式對(duì)以 FDS的仿真結(jié)果進(jìn)行

4、數(shù)據(jù)擬合，建立了多項(xiàng)式燃燒數(shù)學(xué)模型和滅火數(shù)學(xué)模型，在理想條件下（一定的風(fēng)機(jī)流量、忽略消防水損失等因素），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這兩種模型可以滿足某些特定條件的消防訓(xùn)練需要，但存在一定的局限性。鑒于此，提出了基于火場(chǎng)氧氣濃度、火盆溫度、環(huán)境溫度以及火源功率的滅火有效性標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了多組火災(zāi)場(chǎng)景，驗(yàn)證了這種消防訓(xùn)練滅火有效性標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。最后以FDS仿真結(jié)果，采用GA-SVM模型，建立了不同維數(shù)的滅火模型，仿真結(jié)果證明，二維滅火模型不但可以縮短模型運(yùn)行

5、時(shí)間，而且可以滿足消防訓(xùn)練的精度需求，為消防控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　最后，根據(jù)訓(xùn)練系統(tǒng)要求，分別對(duì)訓(xùn)練控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。采用STEP7-Micro/WIN SMART編程軟件對(duì)自檢、點(diǎn)火、燃燒和滅火等控制程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。采用力控ForceControl7.0對(duì)訓(xùn)練監(jiān)控、曲線分析、事件記錄和系統(tǒng)設(shè)置等功能界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。采用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)力控與MATLAB之間的信息交互，解決了訓(xùn)練模型控制算法實(shí)現(xiàn)的問題。