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【南京理工大学王志明副教授】基于网格的古代建筑火灾预警与定位系统研究

2026-06-24 17:32:12

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Wang Z, Tang Z, Liu T, Peng J, Sun Q, et al. 2026. Research on grid-based fire warning and positioning system for ancient buildings. Emergency Management Science and Technology 6: e006

doi: 10.48130/emst-0026-0006

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研究背景

BACKGROUND

古建筑承载着重要的历史与文化价值，但许多古建筑以木结构为主，耐火能力较弱，一旦发生火灾，火势容易迅速蔓延，并可能对不可再生的文物和历史遗存造成永久性损失。因此，烟雾探测器、温度探测器和电气火灾探测器已成为古建筑消防体系的重要组成部分。

然而，古建筑消防监测面临不少现实困难。传统报警系统多依赖有线传输，需要铺设大量线路，但古建筑对墙体、梁柱和装饰构件的保护要求严格，大规模开槽、打孔和布线不仅施工复杂，还可能破坏建筑原貌。与此同时，温度、湿度及用电状态的波动会影响监测信号，采用固定阈值的报警方法容易因此产生误报或漏报。

更棘手的是，许多古建筑的院落和房间众多，电气线路又多为隐蔽敷设。即使系统检测到异常，管理人员也往往难以迅速判断故障发生在哪一区域，仍需逐段排查。由绝缘老化、线路损伤等引起的微小漏电，往往更加难以排查和定位。

针对上述难点，南京理工大学机械工程学院王志明副教授团队在EMST 上发表了题为《Research on grid-based fire warning and positioning system for ancient buildings》的研究，设计了一套基于ZigBee无线传感器网络（WSN）的古建筑网格化火灾预警与定位系统。研究以剩余电流型电气火灾探测器为例，将无线通信、动态报警阈值、节点定位算法与地理信息系统相结合，使系统既能发现异常漏电，又能在古建筑网格化地图上显示相应区域，为快速排查火灾隐患提供支持。

图 1 古建筑网格化火灾预警与定位系统架构图

摘要译文

ABSTRACTS

为解决古建筑火灾探测器在早期预警和故障区域定位方面存在的困难，研究基于ZigBee无线传感器网络设计了一套具有预警与定位功能的网格化系统。该系统包括ZigBee无线传感器网络和异常区域定位算法，由终端节点采集数据并传输至上位机，以实现预警和定位。研究以剩余电流式电气火灾探测器为例开展实验，结果表明，该系统能够实现古建筑中的剩余电流预警与异常区域定位。

图 6 原始接收信号强度指示值（RSSI）数据与改进高斯滤波后的数据对比

图 7 混合定位算法的仿真结果

图 12 计算机端古建筑网格化预警界面

研究结论

CONCLUSIONS

该研究构建了一套集剩余电流监测、无线传输、动态阈值预警、节点定位和网格化显示于一体的古建筑电气火灾预警系统。滤波实验表明，改进高斯滤波可有效减小RSSI数据的波动；在设定仿真条件下，混合定位算法将平均定位误差由1.65 m降至0.56 m。该系统为不宜大规模布线的古建筑提供了一种较为灵活的电气火灾监测方案，但目前仍主要针对剩余电流型电气火灾，且现场验证范围有限。未来还需融合烟雾、温度和火焰等多源监测信息，并在更大规模的古建筑群中检验系统的稳定性与适用性。

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作者简介

王志明，男，江苏南通人，博士学位，比利时国家科学研究基金会FWO奖金获得者。投稿时任职于南京理工大学，机械工程学院副教授、硕士生导师。

国家科技部中小企业创新基金专家库专家；江苏省高新技术企业评审专家库专家；获得江苏省六大人才高峰“第三批”被资助者；近年来，参与国家重点研发计划多项。多年以来，王志明老师作为第一作者发表SCI论文27篇（含通讯作者3篇，至2024年2月被他人引用225次），个人学术H-factor 因子=8。为SCI杂志Environmental Science & Technology (2015年度影响因子5.393）、The Journal of Physical Chemistry (2015年度影响因子4.509）、Journal of Applied Physics (2015年影响因子2.101）、Science and Technology of Advanced Materials (2015年影响因子3.433）等近十家国家SCI杂志、国际学术会议 The 2nd Global Conference on Materials Science and Engineering (CMSE 2013)、国内杂志《西北工业大学学报》审稿人。曾应邀在欧洲磁学、磁性材料学术会议做巨霍尔效应报告（Kuleuven University of Belgium）。

Emergency Management Science and Technology《应急管理科学与技术（英文）》是一本开放获取的期刊，致力于挖掘、报道与应急管理相关的多学科交叉成果，包括新材料、新能源安全和应急技术，工业过程安全，工业灾害预防、救援和重建，应急装备和技术，防灾减灾科学与工程，应急标准和规范以及人员应急行为，风险评估和管理，应急科学和应急管理等领域。本刊由德州农工大学Hans Pasman教授、南京工业大学蒋军成教授担任主编，法国古斯塔夫埃菲尔大学Ahmed Mebarki教授、南京工业大学潘勇教授、南京工业大学王志荣教授担任执行主编。本刊已被Scopus、DOAJ、EBSCO、J-Gate、WHO生命研究数据库（Research4Life）等国际知名数据库收录。