A computer-vision-based deep learning model of smoke diffusion

深度学习 烟雾 人工智能 环境科学 人工神经网络 模拟 计算机科学 工程类 海洋工程 废物管理 地理 气象学
作者
Hang Zhou,Haiyong Cong,Yuanyuan Wang,Zhan Dou
出处
期刊:Chemical Engineering Research & Design [Elsevier BV]
卷期号:187: 721-735 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.psep.2024.04.123
摘要

Smoke is a lethal hazard in fire accidents and the biggest obstacle to emergency rescue. Predicting its diffusion range is important in fire command and emergency rescue. This article utilizes computer-vision-based deep learning methods to learn the characteristics of smoke diffusion and achieve real-time prediction of smoke-temperature fields. Firstly, a tunnel fire was simulated to verify the reliability of the deep learning model in predicting smoke-temperature fields. Thirty-six sets of fire simulation conditions were established with various values of the fire source location and heat release rate (HRR) and longitudinal ventilation airflow velocity. This created a database of 17,280 smoke-temperature fields. Based on windless scenario with the fire source located in the middle of the tunnel, it was determined that the SiLU activation function provides the best nonlinear modelling ability and stability in training neural networks. Based on the smoke-temperature-field database, a U-Net network was constructed to predict the smoke diffusion process of the tunnel fire. Under different scenarios, the U-Net model achieved 90% accuracy in smoke-temperature-field prediction. The proposed U-Net model was then used to predict smoke dispersion in a petroleum storage depot scenario. The results show that this approach can help to delineate safe areas during fire emergencies.

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