這段時(shí)間天氣巨熱，天干物燥，也是火災(zāi)高發(fā)的時(shí)候。

最近就接連發(fā)生了一些火災(zāi)事件，還有消防員犧牲的消息，令人心痛。火災(zāi)中對(duì)消防員威脅很大的，其實(shí)是爆燃現(xiàn)象。短短兩天，就有兩起消防員因?yàn)楸棘F(xiàn)象而犧牲的事故。

這種爆燃的現(xiàn)象往往是由于在建筑物內(nèi)部，當(dāng)室內(nèi)大火燃燒形成的充滿(mǎn)室內(nèi)各個(gè)房間的可燃?xì)怏w和沒(méi)充分燃燒的氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，形成的爆燃。

這時(shí)候，室內(nèi)其他房間的沒(méi)接觸大火的可燃物也一起被點(diǎn)燃而燃燒，也就是“轟”的一聲，室內(nèi)所有可燃物都被點(diǎn)燃，所以整個(gè)過(guò)程也被稱(chēng)為“轟燃”。

正是因?yàn)椤稗Z燃”的不可預(yù)測(cè)性，才如此危險(xiǎn)。

本周，一項(xiàng)研究利用圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GNN)建立了一個(gè)系統(tǒng)，以學(xué)習(xí)模擬火災(zāi)中不同數(shù)據(jù)源(以節(jié)點(diǎn)和邊表示)之間的關(guān)系，從而提前預(yù)測(cè)接下來(lái)的30秒內(nèi)是否會(huì)發(fā)生“轟燃”現(xiàn)象。

這一研究有望幫助消防員判斷室內(nèi)建筑是否會(huì)發(fā)生“轟燃”，從而拯救生命。論文發(fā)表在《人工智能工程應(yīng)用》上。

論文地址：

https://www.nist.gov/news-events/news/2022/08/ai-may-come-rescue-future-firefighters

30秒內(nèi)預(yù)測(cè)“轟燃”，準(zhǔn)確率可達(dá)92.1%

一般來(lái)說(shuō)，消防員得憑自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷是否會(huì)發(fā)生這樣的“轟燃”：

1.產(chǎn)生灼傷人皮膚的輻射熱，幾秒鐘后輻射熱強(qiáng)度可達(dá)10kw/m&sup2。

2.室內(nèi)的熱氣流使人無(wú)法堅(jiān)持，室內(nèi)的對(duì)流溫度接近450℃。

3.門(mén)熱的燙人，木質(zhì)部分溫度平均超過(guò)320℃。

4.由門(mén)上躥出的火舌幾乎達(dá)到頂棚，大量的輻射熱由頂棚反射到室內(nèi)的可燃物上。

5.煙氣降至離地面1m左右，空氣中的熱層部分占據(jù)上部空氣，驅(qū)使熱分解產(chǎn)物下降。

為了更好的幫助消防員預(yù)測(cè)“轟燃”，研究人員據(jù)此收集了各種各樣的數(shù)據(jù)，從建筑布局，表面材料，火災(zāi)條件，通風(fēng)配置，煙霧探測(cè)器的位置，以及房間的溫度分布，模擬了17種不同建筑類(lèi)型的41000起虛擬火災(zāi)，共使用了25000個(gè)火災(zāi)案例來(lái)訓(xùn)練該模型，其余的16000個(gè)案例用于微調(diào)和測(cè)試。

在17種不同的房屋中，新模型的準(zhǔn)確性取決于它需要處理的數(shù)據(jù)量以及它尋求提供給消防員的準(zhǔn)備時(shí)間。

最終，該模型的準(zhǔn)確率（在提前30秒的情況下，最好為92.1%）超過(guò)了其他五種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的工具，包括項(xiàng)目組自己之前的模型，重要的是，該工具產(chǎn)生了最少的假陰性，即在危險(xiǎn)的情況下，模型未能預(yù)測(cè)到“轟燃”。

這個(gè)模型被稱(chēng)為FlashNet，將 FlashNet 放入了一些場(chǎng)景中，在這些場(chǎng)景中，F(xiàn)lashNet 事先并不了解建筑物的具體情況以及建筑物內(nèi)部的火災(zāi)情況，這與消防員經(jīng)常遇到的情況類(lèi)似。

“考慮到這些限制，該工具的性能是相當(dāng)有希望的”，論文作者Tam表示。然而，作者在帶領(lǐng)FlashNet跨越終點(diǎn)線之前還有很長(zhǎng)的路要走。作為下一步，他們計(jì)劃用真實(shí)世界的數(shù)據(jù)而不是模擬數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)測(cè)試。

從4到5個(gè)房間，到十幾個(gè)房間，預(yù)測(cè)難度Max

轟燃一般傾向于在大約600攝氏度(1100華氏度)突然爆發(fā)，然后可以導(dǎo)致溫度進(jìn)一步上升。

此前那的預(yù)測(cè)工具要么依賴(lài)于來(lái)自燃燒建筑物的恒定溫度數(shù)據(jù)流，要么利用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)填補(bǔ)可能發(fā)生的熱探測(cè)器受高溫影響而丟失的數(shù)據(jù)。

到目前為止，大多數(shù)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)工具，包括作者之前開(kāi)發(fā)的一種工具，都經(jīng)過(guò)了在單一、熟悉的環(huán)境中操作的訓(xùn)練。 但在現(xiàn)實(shí)中，消防隊(duì)員面對(duì)的是極其復(fù)雜的環(huán)境，當(dāng)他們沖進(jìn)火災(zāi)區(qū)域時(shí)，他們可能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況、火災(zāi)發(fā)生的位置或門(mén)是開(kāi)著還是關(guān)著一無(wú)所知。 

“我們以前的模型只需要在一個(gè)建筑布局中考慮四到五個(gè)房間，但是當(dāng)建筑布局切換時(shí)，你有13到14個(gè)房間，這對(duì)模型來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)噩夢(mèng)，”Tam說(shuō)，“對(duì)于真實(shí)世界的應(yīng)用，我們相信關(guān)鍵是建立一個(gè)適用于許多不同建筑的通用模型?！?/span>

GNN作為一種善于根據(jù)節(jié)點(diǎn)和線的圖做出判斷的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以表示不同的數(shù)據(jù)點(diǎn)及其彼此之間的關(guān)系，非常適合這樣的任務(wù)。

“GNN經(jīng)常用于估計(jì)到達(dá)時(shí)間，或ETA，在交通中，你可以（用GNN）分析10到50條不同的道路。同時(shí)合理地利用這類(lèi)信息是非常復(fù)雜的，所以我們才有了使用GNN的想法，”論文作者、香港理工大學(xué)研究助理教授Yujun Fu說(shuō)。

除了美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)、谷歌以及香港理工大學(xué)，中國(guó)石油大學(xué)也參與了這項(xiàng)研究。

相關(guān)報(bào)道：

https://www.theregister.com/2022/08/14/ai_firefighter_prediction/https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0952197622003220https://baike.baidu.com/item/%E8%BD%B0%E7%87%83/1869756?fr=aladdin#2