基于云端的消防报警设施维护保障系统

摘要：火灾报警系统在长期运行过程中，会出现探测器污染、失效等故障，本文通过海量、长期的探测器传感器数据采集，深入分析其变化规律，总结出失效分析算法，通过通信网络，对系统进行远程监视和报警，能显著提高系统维护及时性，提高维护效率，延长火灾报警系统的使用寿命。

关键词：消防报警设施 云存储 远程维护 失效预测算法 海湾消防

引言

近年来，我国随着城市建设的发展、人们防火意识的增强以及国家有关法律、法规的健全，越来越多的高层建筑、公共场所安装了消防报警系统，在早期发现火灾、预防火灾方面发挥了重要作用，但由于防火单位专业技术能力不够，致使系统在实际使用过程中经常出现以下问题：

1、部分消防报警系统处于瘫痪或半瘫痪状态；

2、大部分系统带病运行，大量部件被屏蔽，存在漏报火警的隐患；

3、火灾探测器污染严重，经常误报；

4、值班人员水平有限，不能正确处理警情；

5、维保公司水平参差不齐，不能及时提供产品维护，不能发现系统潜在的质量问题。

6、设备管理不到位、警情处理不及时；

目前国内许多城市正在推广城市火灾报警远程监控系统，该系统通过远程采集报警信号实施监控，但其具有一定的局限性。采集的仅仅为开关量的报警信号，只能起到远程“值班”作用，不能对系统的运行情况进行分析和故障预测，不能够起到维护保障作用，不能解决系统因故障失效（或接近失效）而漏报、误报火警的问题1。

1、系统原理

系统架构如图1所示。监控中心服务器和内部管理应用系统位于监控中心，主要由监视服务器、数据库服务器、管理台、分析台、查询台、故障台、火警台、短信报警模块和传输模块组成。数据服务器专门用于存放各项数据，具有备份功能。监控中心内部用以太网交换机连接，构成一个内部局域网，对外接口采用路由器等方式连接。路由器用于内部局域网和广域网的连接，在路由器内部进行必要的IP地址转发对应表，保证外部的通信数据能够转发到内部的某一台监视服务器上。

通信方式主要有PSTN（公共电话网）、无线GPRS/CDMA、ADSL等。公共电话网速度较慢，一般较少采用。对于无线方式，用户端需要配置一个GPRS/CDMA模块，该模块需要一个SIM卡，对于ADSL等联网方式，用户端需要配置一个以太网转换模块，该模块具有自动IP地址分配，能够自动发送信息到监控中心。

现场消防报警系统主要由火灾报警联动系统、灭火系统等组成，火灾报警控制器全部具有RS232接口，火灾报警控制器的通讯协议与所采用的通信模块无关，所有的通信模块采用透明传输的方式，透明传输的含义是控制器所发送的全部是需要发送的信息，不含有与通信模块相关的信息，通信模块自动对这些数据进行转换并进行发送。这样可以简化火灾报警控制器的软件设计。

通讯转换模块采用适合现场通讯条件的通讯方式与网络监控主机进行通讯，一般采用以太网模块或无线模块，如条件不具备，可采用电话网模块。

客户远程应用系统主要由用户计算机客户端、手机客户端、现场调试客户端等组成，主要用于远程对系统的监视和控制，客户端可以是甲方用户，也可以是维护保障公司用户，也可以是消防监督部门用户。

图1 系统框图

2、主要功能

1、远程数据采集功能

可通过通讯网络远程采集火灾探测器等设备的运行数据。

2、远程编程功能

可对火灾报警控制器进行远程编程，并进行编程数据下载。

3、远程升级功能

可对火灾报警控制器的编程数据及有关设置进行远程更新、远程升级。

4、故障预测、趋势分析功能

可显示消防报警设备当前检测数据、平均数据以及在一天、一个月、一季度、一年内变化曲线。

能根据检测数据的变化情况进行故障趋势分析、故障预测。

5、维护提示功能

可向火灾报警控制器发送故障预测结果，由火灾报警控制器显示故障维护信息，提示现场管理人员进行维护。

6、短信报警功能

能根据故障预测结果，通过电话、短信方式通知相关负责人。

7、消防水位监视功能

通过现场监视模块，能够对现场的消防水位进行全面监视。

8、系统部件信息中心存储、查询功能

利用物联网技术，对每个部件的身份信息进行统计、识别、查询，全面监视各种部件整个生命周期的状况。

9、视频监视

能够对火灾现场进行视频监控。

3．云计算故障分析、预测算法设计

通过对消防报警设施运行数据的长期采集，并进行跟踪、分析，研究火灾探测器等设备随工作环境、使用时间、污染等因素变化的老化失效趋势和变化规律，总结有效的故障预测算法。

在全国各地选取1000只在用的火灾探测器进行跟踪测试，并注明各探测器的所在地域和使用环境。经过一年多的数据采集、分析，发现南北低于对探测器性能的影响并不明显，但沿海地区相对污染较内陆地区会有一定提高，探测器老化趋势随现场使用环境影响较大，对于洁净场所，例如空调机房等，探测器性能基本无变化，对于普通办公环境，每年探测器性能有一定变化，对于敞开的通道，污染情况较严重，灰尘较多，平均有30%的变化，对于现场有大量灰尘的场所，已不适合采用普通的光电感烟火灾探测器。

火灾探测器状态随使用环境影响较大，因此在研究过程中，仅选取洁净场所和普通场所的探测器进行研究。经过分析研究，发现探测器的光电发射管和光电接收管的效率有一定下降，导致其灵敏度降低，更长期的灵敏度衰减需要进一步观察。

火灾探测器内部软件具有环境补偿功能，能够随时采集当前的传感器数值计算其平均值，平均值在1天内与传感器的本底值趋于相同。本底值基本能够反映探测器的污染状况，在软件中加入本底补偿功能，在一定范围内可以保持探测器一致的灵敏度。当探测器的本底值持续升高，本底值加上有烟雾时产生的传感器数值变化量超过量程时，探测器将不能正常报警。

探测器的故障主要由元器件故障以及传感器污染构成，其中传感器污染占比约95%。结合影响传感器状态的灰尘、使用环境、元器件性能下降等各种因素，探测器污染状态采用污染指数进行量化，污染指数由平均值、地域指数、使用年限等三个指标进行加权累加，具体如下：

污染指数=平均值+地域指数+使用年限*10

根据污染指数的数值大小进行轻微污染、中度污染、重度污染三级报警，根据不同的报警级别进行相应的处理。

4．云计算集中备份模块设计

消防报警系统中火灾报警控制器的编程数据为系统中的重要数据，如发生系统瘫痪，容易造成数据丢失。

通过云端存储的办法，可以有效防止数据丢失。用户的火灾报警控制器接入远程维保系统时进行一次云端备份，备份数据包括系统设置信息、部件编程信息、逻辑关系信息等。

在需要通过云端进行数据恢复时，通过人工或自动操作恢复火灾报警控制器的所有数据。

5． 视频监视模块设计

以往的视频监视系统与火灾报警系统独立工作，相互之间并无联系，本项目通过计算机技术，建立两者之间联系，达到报警信息联动的目的。

本系统具有电子地图功能，能够在平面图中显示报警位置等信息。在工程调试阶段对摄像头的位置进行编辑，设置摄像头的硬盘录相机IP，设置通道号，设置与之相对应的探测区域，当该区域有报警或联动时，能够自动弹出视频窗口。

通过视频、报警联动的实现，可以充分发挥两者的作用，提高灭火效率。

6．物联网模块设计

系统中的所有部件、电路板、控制器都有唯一的编号，所有产品在内部都存有自己的编号信息，具备物联网系统的基本条件。在监控中心存储有所有产品的生产信息，包括电路板针床测试详细的参数、功能测试结果、检验结果、发货地址等。系统在运行过程中，可以进行系统统计，把系统中所有的部件的身份编码信息上传到监控中心。

通过物联网技术的实现，解决了如下问题：

1）查看各产品的运行状态和跟踪监测信息，进行故障预测；

2）对火灾报警系统进行全生命周期追溯，查看各产品、电路板的出厂信息，用于对比分析故障原因，制定维护方案，同时为提高产品性能提供依据。

3）实时监视销售流向，避免产品出现串货现象。

结束语

本系统基于云计算、物联网技术，经过长期、海量的数据采集，创新发明了云故障预测、消防水位监测、视频联动等技术，可对火灾探测器等部件的工作状态和老化趋势进行分析，提前发现故障隐患，并发出维护提示，有效解决了消防报警产品使用中的维护保障难题。

基于云端的消防设施维护保障系统，能显著提高系统维护及时性，提高维护效率，提高系统智能化水平，是今后消防设施监控发展的必然趋势。