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基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的城市火災(zāi)事故的預(yù)測方法 |消防檢測 發(fā)布日期:2016-07-26 10:16:42

  1 引言

      現(xiàn)代化城市具有建筑物集中、生產(chǎn)集中、財(cái)富集中、人口集中等特點(diǎn),一旦發(fā)生火災(zāi),熱必造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡,甚至?xí)鹕鐣?huì)動(dòng)蕩。特別近年來城市火災(zāi)發(fā)生呈上升趨勢(shì),給社會(huì)造成了不可忽視的損失。1998年3月22日,倫敦金融城中心發(fā)生火災(zāi),一幢44層高塔樓的1/5化為灰燼。2001年8月27日,俄羅斯首都莫斯科的奧斯坦基諾電訊發(fā)射塔(世界第二高的電視發(fā)射塔)發(fā)生火災(zāi),7人遇難。2002年6月16日,位于北京海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)的“藍(lán)極速”網(wǎng)吧發(fā)生火災(zāi),造成25人死亡,12人受傷,燒毀建筑952,燒毀臺(tái)式電腦71臺(tái)。因而對(duì)火災(zāi)發(fā)生次數(shù)及其分布特性進(jìn)行準(zhǔn)確、有效地預(yù)測,有利于消防部門合理投入人力、物力,優(yōu)化配置消防資源、設(shè)施等,也有利于消防隊(duì)伍的科學(xué)培訓(xùn)和管理。應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法,掌握火災(zāi)事故發(fā)生次數(shù)的規(guī)律,成功的預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生,對(duì)減少人員傷亡,財(cái)產(chǎn)損失,對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,對(duì)保持社會(huì)秩序的穩(wěn)定,都具有非常重要意義。

    2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其算法步驟

      人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于連接學(xué)說構(gòu)造的智能仿生模型,它是由大量神經(jīng)元組成的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),是由大量的,同時(shí)也是很簡單的處理單元(神經(jīng)元)廣泛地相互連接而形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬人的大腦活動(dòng),具有極強(qiáng)的非線性逼近、大規(guī)模并行處理、自訓(xùn)練學(xué)習(xí)、容錯(cuò)能力以及外部環(huán)境的活應(yīng)能力。由于城市火災(zāi)的發(fā)生具有很大的突發(fā)性、復(fù)雜多樣性及非線性,在很大程度上受外界環(huán)境的影響,因而利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和功能,對(duì)城市火災(zāi)進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào),更符合火災(zāi)發(fā)生的特性。

    2.1BP網(wǎng)絡(luò)模型

      BP(Back Propagation)網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),有80%~90%的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是采用BP網(wǎng)絡(luò)或變形網(wǎng)絡(luò),是前向網(wǎng)絡(luò)的核心部分。標(biāo)準(zhǔn)的Bp網(wǎng)絡(luò)模型由3個(gè)神經(jīng)元層次組成,如圖1所示。其最下層稱為輸入層,中間層稱為隱含層,最上層稱為輸出層,各層次之間的神經(jīng)元形成全互連接,各層次內(nèi)的神經(jīng)元之間沒有連接。其中輸入層n個(gè)節(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)n個(gè)輸入分量,輸入分量p=(p1,p2, p3…pn),輸出層m個(gè)節(jié)點(diǎn),其對(duì)應(yīng)m個(gè)輸出分量T=(t 1,t 2,t 3…t m)。

      


      圖1 BP網(wǎng)絡(luò)模型



    2.2BP算法步驟

      給輸入層單元到隱含層單元的連接權(quán)值w ij1,i=1,2,…,s1,j=1,2…n,隱含層單元到輸出層單元連接權(quán)值w mi2,m=1,2…s2,i=1,2,…,s1,隱含層閥值單元b i1,輸出層的閥值b m2,并賦予權(quán)值、閥值(-1+1)區(qū)間的隨機(jī)值。

    2.2.1BP網(wǎng)絡(luò)的輸入向前傳播

     ?。?)將樣本值P輸入,通過連接權(quán)值w ij1送到隱含層,產(chǎn)生隱含層單元的激活值:

      At1=f1(Σw ij1P+ b i1) (1)

      式中,i,j同上,f1函數(shù)為對(duì)數(shù)s形函數(shù),即f1(x)(1+e -x-1 (2)

      (2)計(jì)算輸出層單元激活值:

      Am2=f(Σw mi2 At1+ b m2

      令c=Σw mi2 At1+ b m2 (3)

      式中,f函數(shù)文中取飽和線性函數(shù):

      

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