关键词:
火源检测
小目标火源
遗传算法
禁忌搜索算法
路线规划
摘要:
火灾作为社会公共安全领域中的重大隐患,其早期检测,尤其是对小目标火源的检测及火灾蔓延后逃生路线的规划,直接关系到人民生命财产安全和社会经济损失。传统的火源检测方法主要依赖于火焰特征和火灾发生后环境变化进行检测,但这些方法在实际应用中往往容易受到环境因素和探测条件的限制,导致检测准确度下降。同时,传统的逃生路线规划算法在复杂环境中容易陷入局部最优解,难以快速找到最优路线。近年来,随着深度学习和启发式算法的快速发展,基于目标检测技术的火源检测方法和基于遗传算法的路线规划方法逐渐成为研究热点。然而,现有的火源检测模型存在检测效率低、成本较高的问题。传统的遗传算法在复杂环境中容易陷入局部最优,收敛速度较慢。因此,如何提高火源检测的精度和效率,以及怎样设计更加优秀逃生路线规划算法,是当前公共安全领域所面临的实际问题,也是保障人民生命和财产安全的迫切需要。
本文针对火源检测与逃生路线规划两大关键问题,分别提出了改进YOLOv8的火源检测模型YOLO-ADS和基于禁忌搜索算法与自适应突变概率的路线优化模型TAGA。主要研究内容如下:
(1)提出了一种基于优化YOLOv8的火源检测模型YOLO-ADS。该模型通过引入空间和信道重构卷积、动态蛇形卷积、融合ASF-YOLO网络结构和增加针对小目标的P2检测头,提升了模型对小目标火源的检测精度和效率。模型以YOLOv8为基准,针对其Backbone模块,利用空间和信道重构卷积能够减少冗余特征的特性,提升了模型的计算效率和特征表达能力。使用动态蛇形卷积替换标准卷积模块的方式,使模型能够自适应调整卷积核大小来适应不同的图像尺度特征;针对模型的Neck模块,依据ASF-YOLO网络结构对该模块的网络结构进行了优化,增强了Neck模块对多尺度特征和关键信息的提取能力;最后,在Head模块,为了更加充分的利用小目标特征图中的语义信息,增强模型对小目标的识别能力,增加了P2小目标检测头。经实验证明,与基准模型相比,YOLO-ADS的m AP指标提升了3%,精确度提高了4.3%。
(2)设计了一种基于遗传算法,通过运用禁忌搜索算法和自适应突变概率的路线优化模型TAGA。该模型将禁忌搜索算法和自适应突变概率结合,运用禁忌搜索算法优化种群初始化,生成高质量的初始解,并结合自适应突变概率,动态调整突变概率,提升算法的收敛速度和路线规划效率。用来克服传统遗传算法在复杂环境中容易陷入局部最优解这个问题。经实验验证,改进的遗传算法TAGA在仿真环境中表现出色,能够快速收敛并找到最优路线,相较于传统遗传算法,路线长度缩短了18个单元。