HearFire：基于不可听声学感应的室内火灾探测

室内火灾每年在全球范围内造成大量人员伤亡和财产损失。然而，现有的室内火灾探测系统要么传感范围较短（例如使用温度计时 ≤ 0.5m），容易受到干扰（例如烟雾探测器），要么具有较高的计算和部署开销（例如摄像头、Wi-Fi）。本文提出了 HearFire，一种通过声学感应实现成本效益高、易于使用且及时的室内空间尺度火灾探测系统。HearFire 由一个配对的商品扬声器和麦克风组成，通过发射不可听见的声波来远程探测火焰。不同于现有利用信号反射效应完成声学感知任务的工作，HearFire 利用声音吸收和声速变化来探测火焰，这是由于火焰具有独特的物理特性。通过深入分析声音传输，HearFire 通过关联传输信号长度与传感距离之间的关系，有效实现了房间尺度的传感。传输帧经过精心选择以扩大传感范围并平衡影响系统性能的一系列实际因素。我们进一步设计了一种简单而有效的方法来消除信号反射引起的环境干扰，通过深入研究声音反射和声音吸收之间的通道差异来实现。具体而言，与声音吸收相比，声音反射在信号能量方面表现出更加稳定的模式，这可用于区分由火焰和其他干扰引起的通道测量。大量实验表明，HearFire 能够实现最大 7m 的传感范围，并在不同实验配置下以高达 99.2% 的准确率实现室内环境中的及时火灾探测。