火灾自动报警通讯联网技术的应用与发展
发布时间：2010-12-26 22:10
发布者：conniede
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通讯协议是火灾自动报警系统完成信息传输、确认及响应所必须遵循的“法则”，系统只有依赖完善合理的标准，才能实现系统组件间乃至更为广义的信息交互，从而完成扩展、优化系统的功能。 1 火灾自动报警系统存在的问题 1.1 火灾自动报警系统通讯协议无标准，通讯协议不开放，数据格式不统一，传输非标准技术层面的信息交换不畅通 通讯协议是火灾自动报警系统完成信息传输、确认及响应所必须遵循的“法则”，系统只有依赖完善合理的标准，才能实现系统组件间乃至更为广义的信息交互，从而完成扩展、优化系统的功能。目前，“以多种形式的总线制”为主流的火灾自动报警系统得到普及和推广，但国内尚无针对“总线式火灾自动报警系统”的通讯协议的设计标准由于技术来源不同（引进、合作、开发及仿制），其通讯协议的芜杂多样引发了诸多问题。 1.1.1 产品研发及制造业良性发展举步维艰，技术资源难以充分利用 （1）各研发及制造企业对产品的开发行为闭关自锁，应用技术芜杂，技术含量差异大，难以做到扬长避短，合理有序，更谈不上与先进技术同步和国际接轨。系统的封闭性造成不同生产企业的产品没有互换性，系统功能扩展艰难，制约了火灾自动报警行业的发展。 （2）重复开发，信息资源不能共享，造成了技术和资源重复耗费，致使产品开发成本高、周期长，难以把握市场先机和占稳市场。 （3）通讯协议的非标准化，使得产品技术性能的好坏缺乏界定和鉴定的统一标准，难以实现严格意义上的优胜劣汰，不但阻碍了新技术的应用和发展，还变相地为企业的不正当竞争推波助澜。 1.1.2 系统维护保养缺乏标准、可持续的技术支持 （1）由于缺乏规范、统一的通讯标准，不同火灾自动报警设备无法互换，一旦系统需要维修、更换、清洗，用户则可能因损坏的器件得不到维修更换，而被迫全面废旧换新或选用其他企业的产品，或因得不到应有的技术支持而听任建筑自动消防系统瘫痪失效，前者造成国家财产的浪费，后者形成火灾隐患。 （2）由于通讯协议不统一，使得用户一旦选择了一家产品就永远受该企业的制约。 （3）由于通讯协议不统一，将给各种火灾自动报警产品纳入标准化的广域网络管理造成障碍，国家有关部门也难以在网上对任一火灾自动报警运行状况进行必要的监督检查和统一指挥。 （4）随着经济发展，一幢建筑内或一家工厂同时运行两台或多台消防报警主机的情况越来越多。如何管理好这些不同厂家、不同年代、不同类型而且各自独立的消防报警系统是一个令人头痛的问题。 1.1.3 用户操作使用困难 由于消防报警设备产品市场没有独霸一方的绝对强势产品，也由于标准规范给生产商留下太多的发挥余地，因此消防报警设备的主机不像PC机那样千人一面，而是千人千面，加上产品进口因素，用户界面更呈现“联合国”效应；设备本身用户界面不友好，而且日常使用和操作人员大多不具备良好的专业技术素质和外语能力，加上人员的频繁变动和管理制度的不完善，因此很大一部分消防设施运行得模模糊糊，说不上好也说不上坏，用户使用积极性不高。 1.2 火灾自动报警系统误报、漏报问题困扰用户 火灾自动报警系统对火灾探测信号处理的任务就是要剔除干扰，及时、正确地判断火灾，但是火灾探测器的安装环境极其复杂，由于环境中的气流、灰尘、湿气、电磁场、电瞬变、静电以及人为干扰的影响和不规律性，其变化特征与火灾时的烟雾或温度变化有其相似之处。目前广泛使用的各种传感器在探测火灾方面存在先天不足，无法准确地感应各种物质在燃烧过程中所特有的声波、光谱、辐射、气味等诸多方面也不尽如人意。例如离子和光电感烟传感器不但能感应很宽的非火灾现象“粒谱”，另外对火灾发生过程中所产生的不同粒径和颜色的烟又有某些探测“盲区”，误报、漏报严重影响用户使用。 1.3 超早期火灾探测报警技术有待进一步扩大探测服务领域 针对特殊保护对象的重要性和特殊性，国外已开发出适合洁净空间高灵敏度感烟火灾探测报警系统，如激光式高灵敏度感烟火灾探测器、吸气式高灵敏度感烟火灾探测报警系统和气体火灾探测报警系统。与普通火灾探测报警系统相比，其探测灵敏度提高了两个数量级，甚至更多。这些系统用激光粒子计数、激光散射等原理监视被保护空间，以单位体积内粒子增加的多少来判断是否发生火灾，系统可在火灾发生前几小时或几天内识别潜在的火灾危险性，现超早期火灾报警。目前这种技术仅限于对烟粒子的探测，其在应用中不同程度地受到应用场所环境的限制，在洁净空间的火灾探测中应用较好，在一些普通环境条件的场所，高灵敏度吸气式火灾探测报警系统的应用还存在问题。 2 改进措施及发展预测 进一步缩短火灾探测报警时间，为减少火灾发生，及时采取有效防火、灭火措施，减少火灾损失提供宝贵时间；进一步提高火灾探测报警系统的可靠性、降低误报率，为自动报警与联动控制灭火设备提供可靠运行保障；以及特殊场所的火灾探测报警问题，火灾探测报警系统的网络化和监控技术成为火灾探测报警领域发展的新热点。 2.1 统一、开放的通讯协议标准是火灾自动报警系统发展的必然方向 火灾自动报警系统作为工业控制计算机网络系统的衍生，其数据传输必须严格遵循统一、标准的通讯协议，才能保证信息数据传输的可读性、可执行性及准确性。国家有关部门可组织国内大型生产企业，有步骤地规范和统一火灾自动报警系统的通讯协议标准，形成国家强制标准，作为公共资源予颁布实施。 在规范和统一火灾自动报警系统通讯协议标准时，应瞄准当前国际工业控制计算机网络技术的最新发展动态，借鉴现已获得广泛公认的标准总线、通讯协议，利用现有软件、硬件技术，使协议与国际接轨。同时，该协议标准亦应以国内技术相对先进、产品性能相对可靠的生产企业的现行标准为基础技术支持，使国内火灾自动报警产业的发展得到合理的衔接、过渡和更新。 智能建筑是今后的发展方向，在制订通讯协议标准时，应充分考虑让火灾自动报警系统嵌入智能建筑的楼宇自动化（BSA）系统中，作为BSA的子系统，与楼宇自动化主流网络技术及其相应恸、议等兼容，可充分利用智能建筑所纳硬件、软件资源实现联网通讯，为城市消防调度指挥中心、城市综合信息管理网络提供与城市其他管理中心共享消防系统的信息。 2.2 采用广域技术解决城市和地区自动报警联网问题及大型用户中不同种类、不同品牌、不同时期投入使用的报警系统的兼容和集中控制问题 采用广域网设施，使系统能在几公里或几十公里的区域内做到集成。采用动态即插即用技术，使网络在正常工作条件下，随时可以增加和减少并入的报警主机。网络应支持多台操纵站，同一个报警信息不同部门的操作终端皆能接收到，设备应具有自我诊断、自我修复并作详细记载的功能。设备应能支持动态远程操作，用户可以利用电话线远程拨入设备，进行动态监视，了解报警状态和故障信息，检查值班人员的工作，为消防指挥提供可靠的信息。在特殊情况下，远程监视点还可以作为备用的值班位置，使用户对报警系统的使用更灵活，更方便。此外，远程接入功能还可向专业维修厂和专业技术人员提供远程诊断窗口，使消防报警设备的正常运行获得额外的保障。建立统一的传输协议，确保不同种类、不同品牌的各台消防报警主机之间的可靠连接和通讯。具有纯图形的显示方式，能够绘制清晰的中文彩色模拟地形图，并标识探测点的具体位置，其图形系统应包括全局地理总图、建筑或工厂的分图、楼层或车间的支图、报警区域房间的详图等层次组成。设备应能对报警主机的报警、故障和整个系统网络设备包括网络主机、通讯接口、通讯电缆和供电等情况进行严密的监视，便于系统管理和维护。系统的数据库要能可靠地记录系统网络主机、通讯接口、通讯电缆和供电等情况进行严密的监视，便于系统管理和维护。系统的数据库要能可靠地记录系统内发生的事件和操作员的动作，为火灾事故的查询和分析提供依据，对操作员的管理提供依据。 2.3 采用智能化的火灾探测算法技术处理火灾探测器提供的火灾信号，让自动报警系统能够模仿人对火灾的某些判断过程，从而降低误报和漏报，增强系统的可靠性 2.3.1 模糊逻辑、神经网络等高新技术将用于火灾的识别 将火灾探测器的判别功能和决定权分离，由具有模糊逻辑、神经网络的软件实现，突出智能判定的作用，判别功能更加细化，实现两级（或多级）判别，大大提高火灾探测的可靠性。鉴于各种单一传感器提供的火灾信息均混杂非火灾信息给从传感器提供的火灾增加了难度，新型探测原理的传感器（如气体气味传感器等）和复合传感器（如对火灾过程的多参数进行监测的复合传感器）将取代单一的火灾探测器。它们对火灾产生的各种参数进行多种信息分析，滤出干扰，识别真假火灾，从而提高判定火灾的准确性。 2.3.2 主动获取对于识别真假火灾参数非常重要的细微信息探测和韧性信息探测技术将用于火灾探测 目前，火灾探测器所使用的传感方式都是从物质特性入手进行火灾过程变化信息（简称时间信息）的测量，尚未完全解决物质特性信息（简称特性信息）的测量问题。细微信息探测和特性信息（简称物性信息）的测量问题。细微信息探测和物性信息探测技术的成功应用将有助于区别与火灾信号相似、难以区别的干扰信号，实现对火焰与背景的干扰的分辨，提高系统的可靠性和实用性。 2.3.3 真正的模拟量探测报警技术将替代“准”模拟量探测报警技术 目前广泛使用的所谓模拟量探测报警技术，只是一种“准”模拟量探测报警技术，它只是将探测信息由开关量的两态信息，变为模拟量化后的多态信息，虽然它在报警阈值附近是基本可以信赖的，但要实现探测数据较高层次的分析处理是难以想要的。真正的模拟量探测报警技术就是要依据科学计算背景的漂移，适时修正已浮动的阈值，以保证原设定的灵敏度基本不变。将大量典型的火灾曲线存储到计算机中，探测到现场出现的异常时，计算机将该探测点的数据曲线与典型曲线进行比较以判断是否报警。实现真正的模拟量探测和报警的首要条件是要有真正的模拟量探测报警器，它必须在确定的精度内提供对应现场火险的参数值。由于该产品使用场所的广泛性，对所有探测器来说，输出值与火险参数的一一对应关系是相同的。真正的模拟量测头要求同一类型的探头具有统一一输出信号与相应火灾参量的一一对应性，最好是输出信号值与火灾参量值之间在线性关系一致性的标度。如果它们是非线性的关系，则要求出厂的该类型探头具有相同输出――火灾参量对应曲线，只有这样，控制器才能根据探测器发回的信息查出其所表达的现场火灾参数，从而对应出现场的火险程度。 2.3.4 采用可靠的总线通讯技术，降低系统故障率 大型火灾探测报警系统对总线带载量、通讯速度、信号传输距离及抗干扰性能的要求越来越高，可靠的总线通讯技术是实现火灾探测智能化的前提和保障，也是提高系统可靠性的重要保证。 2.4 超早期火灾报警技术将更为成熟和广泛应用 超早期火灾报警的主要指导思想：一是提高灵敏度，在火灾早期阶段生成物较少的时候即可探测报警；二是探测火灾过程中尚未形成火灾时的生成物即超早期火灾探测报警。为此，将粒子计数测量技术用于火灾探测，采用主动吸气式方法缩短被测物到达探测传感器的时间，利用气体和气体成分进行火灾早期阶段生成物或构成火灾要素方面的火灾探测技术研究，前景也看好。在研究超早期火灾探测报警技术的同时，将火灾探测报警分成火灾探测报警和火灾预报两个阶段，会更有力地促进早期火灾探测技术的发展。 2.5 火灾探测报警技术研究大有可为的几个方面 （1） 非洁净环境的超早期报警问题； （2） 对于移动危险品及化学灾害事故的预测与探测报警问题； （3） 地下及太空间建筑等复杂场所的火灾超早期探测报警问题； （4） 城市和地区自动报警联网问题。 3 火灾自动报警联网监控技术的应用现状 目前，已有多家科研院所和厂家致力于研发适合我国消防领域特点的火灾自动报警监控联网技术及相关产品，在部分城市建立了火灾报警监控网络系统，在消防监控和灭火救援方面发挥了重要作用。火灾报警监控网络系统一般由火灾报警监控终端（亦称为火警传输设备，简称监控终端）、报警监控通信网、报警监控中心三部分组成。对于火灾自动报警联网监控技术，可以从设备数据采集、网络传输方式、系统中心管理三个方面进行分析探讨。 3.1 设备数据采集 监控终端一般设置在消防安全重点单位，与用户单位的火灾探测报警系统相连接，对火灾探测报警系统的设备运行及其工作状态进行实时监控，通过数据采集，将运行数据和报警信息通过报警监控通信网传送至火灾报警监控中心。监控终端应用的数据采集方式主要有模拟量监测和串行数据通信两种方式。目前使用中的火灾探测报警系统一般都备有用于指示设备运行状态或控制自动消防设备的输出接点。监控终端正是利用这些无源或有源输出接点，通过检测电流、电压或通断的方法实现对火灾探测报警设备运行和报警状态的监测。模拟量监测方式简单有效，易于实现，被广泛采用。但这种方式，只能了解火灾探测报警系统设备的简单工作状态（如运行、故障、报警等），尚不能满足当前消防部门的消防安全监管需求。 通过串行数据通信（RS-232、RS-422、RS-485等方式）进行数据采集的方式，可以很好地弥补模拟监测方式的不足。利用火灾探测报警系统的对外串行数据通信接口，监控终端可以与其实现数据互通互联，通过剖析火灾探测报警设备的数据通信协议，可以从输出数据中得到报警部位、报警类型、系统运行状态、故障信息、工作记录等信息。 这些信息为判别火警真伪、了解报警点位置、掌握设备具体运行情况带来极大方便，从而为缩短报警时间，准确迅速扑救火灾提供了可靠技术保障。但由于火灾探测报警系统设备生产厂家众多，型号多样，其对外数据通信协议没有统一的标准规范，所以给监控终端应用串行通信方式进行数据采集带来了极大不便，这已成为严重制约火灾自动报警监控联网系统推广应用的难点。在火灾自动报警监控联网技术领域，提高监控终端对输出数据通信协议的兼容性，尚需进一步深入研究。 3.2 网络传输方式 火灾自动报警监控网络系统中，网络中的数据传输可分为有线通信和无线通信两种方式。有线通信方式一般是通过公众电话网（PSTN）进行监控终端与报警监控中心间的数据传输。此种方式可以利用用户原有的电话通信线路，具有安装调试简便、易于维护等特点，很大程度上降低了监控终端的设备成本，用户容易接受。目前有线通信已成为火灾自动报警监控联网系统的主要网络传输方式。但对于使用内部交换分机的用户，监护中心对监控终端的巡检操作受到限制。 无线通信方式中比较常用的有常规通信（无线数传电台）、集群通信、GSM的短信息业务三种。相对于有线通信方式，上述三种无线通信方式均需在数据调制解调传输的基础上配备无线通信电台或模块，使得基于无线通信方式建立的火灾自动报警监控系统中的设备成本相对较高。对于无线通信方式中的常规通信，即使用普通无线电台进行网络中数据传输，其设计、组网及使用相对简单，技术较成熟。在我国国内采用此种方式组网的报警监控系统应用也较多，但其作用范围较小，一般需建立传输中继站，集群通信方式系统信道利用率高、服务质量好、通话阻塞率低，但是需要额外建立集群通信网络，系统整体建设成本高，设备成本和初期安装费用高。利用GSM的短信息业务进行网络中数据传输，其覆盖范围大，运营费用较低，但是其延时问题是制约其发展的瓶颈，不宜在火灾自动报警监控网络中应用。 随着移动通信技术的发展，GPRS作为在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式，具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”等优点。采用GPRS通信方式，可以做到开机就附着到GPRS网络上，附着时间一般为3～5s；使用GPRS数据业务时，在经历1～3s的激活过程后，就可进行数据传输通信，极适合于在火灾自动报警监控网络中应用。可以预见，采用GPRS方式的监控终端不久将得到推广应用。 3.3 系统中心管理 目前已建立的火灾报警监控中心，其网络管理功能较完善，应用软件多采用模块化设计，一般包括系统管理软件、用户信息管理软件、报警信息处理软件、系统巡检维护软件、数据收发控制软件等。系统中心的主要功能有：. ①可同时接收多个监控终端发来的火灾报警信息或巡检信息，并能显示、存储、查询。 ②可巡检查、询用户端火灾探测报警系统的报警、运行、操作和故障等信息。 ③能检索显示服务区内消防安全重点单位的自然概况信息（单位编号、单位名称、单位地址、电话号码、联系人、联系方式、生产储存物质、建筑物类型及高度等）。 ④可设定用户处的监控终端的优先级别，巡检组别等组网操作。 ⑤可实现报警、故障信息与相应单位图形信息的对应显示，并可提供相应单位的其他相关信息。 ⑥具备系统日常管理操作功能，进行消防安全重点单位的信息及相关数据库的建立、维护等操作。 ⑦具备自动记录和统计功能，并可根据需要进行信息的检索和打印输出。 ⑧能与消防通信指挥中心的火警受理台进行数据通信。 ⑨能自动寻呼报警单位相关人员，确认报警信息。 4 火灾自动报警联网监控技术展望 现代通信技术、计算机网络和信息技术的快速发展，为研究开发新一代火灾自动报警监控联网技术产品提供了有力支持。作为火灾自动报警监控联网的新技术，嵌入式终端产品方式和多信息技术的应用格外引人注目。 4.1 嵌入式产品方式 目前市场上生产和销售的火灾探测报警系统设备多不具备联网通信功能。建立城市规模的火灾自动报警监控联网系统，需要为消防安全单位的火灾探测报警系统额外配备监控终端，重新进行安装、布线、调试，程序繁琐复杂。而嵌入式模块化设计的监控终端，可以采用OEM方式直接供给火灾探测报警系统的生产厂家，与其系统融为一体，在使用中不影响原有火灾探测报警系统的结构、功能状态和电气性能，并进一步拓宽延伸其系统功能，实现联网通信，直接向监管中心或消防中心提供详细准确的报警部位、报警类型、系统运行状态、故障信息、工作记录等信息，并可实现设备远程数据维护功能。这种方式，可以避免火灾探测报警系统生产厂家的重复性技术研发投入，进而利于降低产品成本，进而拓展火灾自动报警监控联网技术产品的应用范围。 4.2 多信息技术 现代数字声像编码技术和宽带通信接入技术的发展，为火灾自动报警监控联网提供了更完美的解决方案――多信息火灾自动报警监控联网技术。多信息火灾自动报警监控联网技术，可以提供火灾探测报警系统设备的运行、现场情况的图像、音频同步信息，内容详尽，效果直观，可实全方位消防监控管理，极大地提高了报警效率和监管水平。并且，提供信息直观性和报警操作交互性可以极大地简化报警环节，缩短报警时间，最终实现早期预警、自动报警，对消防部队快速准确扑救火灾起到重要作用。多信息技术是未来火灾自动报警监控联网技术的主要发展方向。 5 结束语 随着城市建设规模的不断扩大和消防安全意识不断增强，火灾自动报警监控联网技术必将得到进一步推广应用，成为消防安全报警领域中新的增长点。 |
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