基于云端的消防報警設施維護保障系統(tǒng)

摘要：火災報警系統(tǒng)在長期運行過程中，會出現(xiàn)探測器污染、失效等故障，本文通過海量、長期的探測器傳感器數(shù)據(jù)采集，深入分析其變化規(guī)律，總結出失效分析算法，通過通信網絡，對系統(tǒng)進行遠程監(jiān)視和報警，能顯著提高系統(tǒng)維護及時性，提高維護效率，延長火災報警系統(tǒng)的使用壽命。

關鍵詞：消防報警設施 云存儲 遠程維護 失效預測算法 海灣消防

引言

近年來，我國隨著城市建設的發(fā)展、人們防火意識的增強以及國家有關法律、法規(guī)的健全，越來越多的高層建筑、公共場所安裝了消防報警系統(tǒng)，在早期發(fā)現(xiàn)火災、預防火災方面發(fā)揮了重要作用，但由于防火單位專業(yè)技術能力不夠，致使系統(tǒng)在實際使用過程中經常出現(xiàn)以下問題：

1、部分消防報警系統(tǒng)處于癱瘓或半癱瘓狀態(tài)；

2、大部分系統(tǒng)帶病運行，大量部件被屏蔽，存在漏報火警的隱患；

3、火災探測器污染嚴重，經常誤報；

4、值班人員水平有限，不能正確處理警情；

5、維保公司水平參差不齊，不能及時提供產品維護，不能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)潛在的質量問題。

6、設備管理不到位、警情處理不及時；

目前國內許多城市正在推廣城市火災報警遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過遠程采集報警信號實施監(jiān)控，但其具有一定的局限性。采集的僅僅為開關量的報警信號，只能起到遠程“值班”作用，不能對系統(tǒng)的運行情況進行分析和故障預測，不能夠起到維護保障作用，不能解決系統(tǒng)因故障失效（或接近失效）而漏報、誤報火警的問題1。

1、系統(tǒng)原理

系統(tǒng)架構如圖1所示。監(jiān)控中心服務器和內部管理應用系統(tǒng)位于監(jiān)控中心，主要由監(jiān)視服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、管理臺、分析臺、查詢臺、故障臺、火警臺、短信報警模塊和傳輸模塊組成。數(shù)據(jù)服務器專門用于存放各項數(shù)據(jù)，具有備份功能。監(jiān)控中心內部用以太網交換機連接，構成一個內部局域網，對外接口采用路由器等方式連接。路由器用于內部局域網和廣域網的連接，在路由器內部進行必要的IP地址轉發(fā)對應表，保證外部的通信數(shù)據(jù)能夠轉發(fā)到內部的某一臺監(jiān)視服務器上。

通信方式主要有PSTN（公共電話網）、無線GPRS/CDMA、ADSL等。公共電話網速度較慢，一般較少采用。對于無線方式，用戶端需要配置一個GPRS/CDMA模塊，該模塊需要一個SIM卡，對于ADSL等聯(lián)網方式，用戶端需要配置一個以太網轉換模塊，該模塊具有自動IP地址分配，能夠自動發(fā)送信息到監(jiān)控中心。

現(xiàn)場消防報警系統(tǒng)主要由火災報警聯(lián)動系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)等組成，火災報警控制器全部具有RS232接口，火災報警控制器的通訊協(xié)議與所采用的通信模塊無關，所有的通信模塊采用透明傳輸?shù)姆绞?，透明傳輸?shù)暮x是控制器所發(fā)送的全部是需要發(fā)送的信息，不含有與通信模塊相關的信息，通信模塊自動對這些數(shù)據(jù)進行轉換并進行發(fā)送。這樣可以簡化火災報警控制器的軟件設計。

通訊轉換模塊采用適合現(xiàn)場通訊條件的通訊方式與網絡監(jiān)控主機進行通訊，一般采用以太網模塊或無線模塊，如條件不具備，可采用電話網模塊。

客戶遠程應用系統(tǒng)主要由用戶計算機客戶端、手機客戶端、現(xiàn)場調試客戶端等組成，主要用于遠程對系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，客戶端可以是甲方用戶，也可以是維護保障公司用戶，也可以是消防監(jiān)督部門用戶。

圖1 系統(tǒng)框圖

2、主要功能

1、遠程數(shù)據(jù)采集功能

可通過通訊網絡遠程采集火災探測器等設備的運行數(shù)據(jù)。

2、遠程編程功能

可對火災報警控制器進行遠程編程，并進行編程數(shù)據(jù)下載。

3、遠程升級功能

可對火災報警控制器的編程數(shù)據(jù)及有關設置進行遠程更新、遠程升級。

4、故障預測、趨勢分析功能

可顯示消防報警設備當前檢測數(shù)據(jù)、平均數(shù)據(jù)以及在一天、一個月、一季度、一年內變化曲線。

能根據(jù)檢測數(shù)據(jù)的變化情況進行故障趨勢分析、故障預測。

5、維護提示功能

可向火災報警控制器發(fā)送故障預測結果，由火災報警控制器顯示故障維護信息，提示現(xiàn)場管理人員進行維護。

6、短信報警功能

能根據(jù)故障預測結果，通過電話、短信方式通知相關負責人。

7、消防水位監(jiān)視功能

通過現(xiàn)場監(jiān)視模塊，能夠對現(xiàn)場的消防水位進行全面監(jiān)視。

8、系統(tǒng)部件信息中心存儲、查詢功能

利用物聯(lián)網技術，對每個部件的身份信息進行統(tǒng)計、識別、查詢，全面監(jiān)視各種部件整個生命周期的狀況。

9、視頻監(jiān)視

能夠對火災現(xiàn)場進行視頻監(jiān)控。

3．云計算故障分析、預測算法設計

通過對消防報警設施運行數(shù)據(jù)的長期采集，并進行跟蹤、分析，研究火災探測器等設備隨工作環(huán)境、使用時間、污染等因素變化的老化失效趨勢和變化規(guī)律，總結有效的故障預測算法。

在全國各地選取1000只在用的火災探測器進行跟蹤測試，并注明各探測器的所在地域和使用環(huán)境。經過一年多的數(shù)據(jù)采集、分析，發(fā)現(xiàn)南北低于對探測器性能的影響并不明顯，但沿海地區(qū)相對污染較內陸地區(qū)會有一定提高，探測器老化趨勢隨現(xiàn)場使用環(huán)境影響較大，對于潔凈場所，例如空調機房等，探測器性能基本無變化，對于普通辦公環(huán)境，每年探測器性能有一定變化，對于敞開的通道，污染情況較嚴重，灰塵較多，平均有30%的變化，對于現(xiàn)場有大量灰塵的場所，已不適合采用普通的光電感煙火災探測器。

火災探測器狀態(tài)隨使用環(huán)境影響較大，因此在研究過程中，僅選取潔凈場所和普通場所的探測器進行研究。經過分析研究，發(fā)現(xiàn)探測器的光電發(fā)射管和光電接收管的效率有一定下降，導致其靈敏度降低，更長期的靈敏度衰減需要進一步觀察。

火災探測器內部軟件具有環(huán)境補償功能，能夠隨時采集當前的傳感器數(shù)值計算其平均值，平均值在1天內與傳感器的本底值趨于相同。本底值基本能夠反映探測器的污染狀況，在軟件中加入本底補償功能，在一定范圍內可以保持探測器一致的靈敏度。當探測器的本底值持續(xù)升高，本底值加上有煙霧時產生的傳感器數(shù)值變化量超過量程時，探測器將不能正常報警。

探測器的故障主要由元器件故障以及傳感器污染構成，其中傳感器污染占比約95%。結合影響傳感器狀態(tài)的灰塵、使用環(huán)境、元器件性能下降等各種因素，探測器污染狀態(tài)采用污染指數(shù)進行量化，污染指數(shù)由平均值、地域指數(shù)、使用年限等三個指標進行加權累加，具體如下：

污染指數(shù)=平均值+地域指數(shù)+使用年限*10

根據(jù)污染指數(shù)的數(shù)值大小進行輕微污染、中度污染、重度污染三級報警，根據(jù)不同的報警級別進行相應的處理。

4．云計算集中備份模塊設計

消防報警系統(tǒng)中火災報警控制器的編程數(shù)據(jù)為系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)，如發(fā)生系統(tǒng)癱瘓，容易造成數(shù)據(jù)丟失。

通過云端存儲的辦法，可以有效防止數(shù)據(jù)丟失。用戶的火災報警控制器接入遠程維保系統(tǒng)時進行一次云端備份，備份數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)設置信息、部件編程信息、邏輯關系信息等。

在需要通過云端進行數(shù)據(jù)恢復時，通過人工或自動操作恢復火災報警控制器的所有數(shù)據(jù)。

5． 視頻監(jiān)視模塊設計

以往的視頻監(jiān)視系統(tǒng)與火災報警系統(tǒng)獨立工作，相互之間并無聯(lián)系，本項目通過計算機技術，建立兩者之間聯(lián)系，達到報警信息聯(lián)動的目的。

本系統(tǒng)具有電子地圖功能，能夠在平面圖中顯示報警位置等信息。在工程調試階段對攝像頭的位置進行編輯，設置攝像頭的硬盤錄相機IP，設置通道號，設置與之相對應的探測區(qū)域，當該區(qū)域有報警或聯(lián)動時，能夠自動彈出視頻窗口。

通過視頻、報警聯(lián)動的實現(xiàn)，可以充分發(fā)揮兩者的作用，提高滅火效率。

6．物聯(lián)網模塊設計

系統(tǒng)中的所有部件、電路板、控制器都有唯一的編號，所有產品在內部都存有自己的編號信息，具備物聯(lián)網系統(tǒng)的基本條件。在監(jiān)控中心存儲有所有產品的生產信息，包括電路板針床測試詳細的參數(shù)、功能測試結果、檢驗結果、發(fā)貨地址等。系統(tǒng)在運行過程中，可以進行系統(tǒng)統(tǒng)計，把系統(tǒng)中所有的部件的身份編碼信息上傳到監(jiān)控中心。

通過物聯(lián)網技術的實現(xiàn)，解決了如下問題：

1）查看各產品的運行狀態(tài)和跟蹤監(jiān)測信息，進行故障預測；

2）對火災報警系統(tǒng)進行全生命周期追溯，查看各產品、電路板的出廠信息，用于對比分析故障原因，制定維護方案，同時為提高產品性能提供依據(jù)。

3）實時監(jiān)視銷售流向，避免產品出現(xiàn)串貨現(xiàn)象。

結束語

本系統(tǒng)基于云計算、物聯(lián)網技術，經過長期、海量的數(shù)據(jù)采集，創(chuàng)新發(fā)明了云故障預測、消防水位監(jiān)測、視頻聯(lián)動等技術，可對火災探測器等部件的工作狀態(tài)和老化趨勢進行分析，提前發(fā)現(xiàn)故障隱患，并發(fā)出維護提示，有效解決了消防報警產品使用中的維護保障難題。

基于云端的消防設施維護保障系統(tǒng)，能顯著提高系統(tǒng)維護及時性，提高維護效率，提高系統(tǒng)智能化水平，是今后消防設施監(jiān)控發(fā)展的必然趨勢。