基于云端的消防報警設施維護保障系統

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

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展、人們防火意識的增強以及國家有關法律、法規的健全，越來越多的高層建筑、公共場所安裝了消防報警系統，在早期發現火災、預防火災方面發揮了重要作用，但由于防火單位專業技術能力不夠，致使系統在實際使用過程中經常出現以下問題：

1、部分消防報警系統處于癱瘓或半癱瘓狀態；

2、大部分系統帶病運行，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，不能發現系統潛在的質量問題。

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控系統，該系統通過遠程采集報警信號實施監控，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，不能解決系統因故障失效（或接近失效）而漏報、誤報火警的問題1。

1、系統原理

系統架構如圖1所示。監控中心服務器和內部管理應用系統位于監控中心，主要由監視服務器、數據庫服務器、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。數據服務器專門用于存放各項數據，具有備份功能。監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地址轉發對應表，保證外部的通信數據能夠轉發到內部的某一臺監視服務器上。

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，能夠自動發送信息到監控中心。

現場消防報警系統主要由火災報警聯動系統、滅火系統等組成，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的方式，透明傳輸的含義是控制器所發送的全部是需要發送的信息，不含有與通信模塊相關的信息，通信模塊自動對這些數據進行轉換并進行發送。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場通訊條件的通訊方式與網絡監控主機進行通訊，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。

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

圖1 系統框圖

2、主要功能

1、遠程數據采集功能

可通過通訊網絡遠程采集火災探測器等設備的運行數據。

2、遠程編程功能

可對火災報警控制器進行遠程編程，并進行編程數據下載。

3、遠程升級功能

可對火災報警控制器的編程數據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據、平均數據以及在一天、一個月、一季度、一年內變化曲線。

能根據檢測數據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，提示現場管理人員進行維護。

6、短信報警功能

能根據故障預測結果，通過電話、短信方式通知相關負責人。

7、消防水位監視功能

通過現場監視模塊，能夠對現場的消防水位進行全面監視。

8、系統部件信息中心存儲、查詢功能

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

9、視頻監視

能夠對火災現場進行視頻監控。

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據的長期采集，并進行跟蹤、分析，研究火災探測器等設備隨工作環境、使用時間、污染等因素變化的老化失效趨勢和變化規律，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境。經過一年多的數據采集、分析，發現南北低于對探測器性能的影響并不明顯，但沿海地區相對污染較內陸地區會有一定提高，探測器老化趨勢隨現場使用環境影響較大，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。

火災探測器狀態隨使用環境影響較大，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，發現探測器的光電發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境補償功能，能夠隨時采集當前的傳感器數值計算其平均值，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升高，本底值加上有煙霧時產生的傳感器數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的灰塵、使用環境、元器件性能下降等各種因素，探測器污染狀態采用污染指數進行量化，污染指數由平均值、地域指數、使用年限等三個指標進行加權累加，具體如下：

污染指數=平均值+地域指數+使用年限*10

根據污染指數的數值大小進行輕微污染、中度污染、重度污染三級報警，根據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

消防報警系統中火災報警控制器的編程數據為系統中的重要數據，如發生系統癱瘓，容易造成數據丟失。

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

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

5． 視頻監視模塊設計

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

本系統具有電子地圖功能，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域，當該區域有報警或聯動時，能夠自動彈出視頻窗口。

通過視頻、報警聯動的實現，可以充分發揮兩者的作用，提高滅火效率。

6．物聯網模塊設計

系統中的所有部件、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，具備物聯網系統的基本條件。在監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、功能測試結果、檢驗結果、發貨地址等。系統在運行過程中，可以進行系統統計，把系統中所有的部件的身份編碼信息上傳到監控中心。

通過物聯網技術的實現，解決了如下問題：

1）查看各產品的運行狀態和跟蹤監測信息，進行故障預測；

2）對火災報警系統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。

3）實時監視銷售流向，避免產品出現串貨現象。

結束語

本系統基于云計算、物聯網技術，經過長期、海量的數據采集，創新發明了云故障預測、消防水位監測、視頻聯動等技術，可對火災探測器等部件的工作狀態和老化趨勢進行分析，提前發現故障隱患，并發出維護提示，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，能顯著提高系統維護及時性，提高維護效率，提高系統智能化水平，是今后消防設施監控發展的必然趨勢。