基于云端的消防報(bào)警設(shè)施維護(hù)保障系統(tǒng)

摘要：火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)探測(cè)器污染、失效等故障，本文通過(guò)海量、長(zhǎng)期的探測(cè)器傳感器數(shù)據(jù)采集，深入分析其變化規(guī)律，總結(jié)出失效分析算法，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和報(bào)警，能顯著提高系統(tǒng)維護(hù)及時(shí)性，提高維護(hù)效率，延長(zhǎng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的使用壽命。

關(guān)鍵詞：消防報(bào)警設(shè)施 云存儲(chǔ) 遠(yuǎn)程維護(hù) 失效預(yù)測(cè)算法 海灣消防

引言

近年來(lái)，我國(guó)隨著城市建設(shè)的發(fā)展、人們防火意識(shí)的增強(qiáng)以及國(guó)家有關(guān)法律、法規(guī)的健全，越來(lái)越多的高層建筑、公共場(chǎng)所安裝了消防報(bào)警系統(tǒng)，在早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、預(yù)防火災(zāi)方面發(fā)揮了重要作用，但由于防火單位專業(yè)技術(shù)能力不夠，致使系統(tǒng)在實(shí)際使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)以下問(wèn)題：

1、部分消防報(bào)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(yùn)行，大量部件被屏蔽，存在漏報(bào)火警的隱患；

3、火災(zāi)探測(cè)器污染嚴(yán)重，經(jīng)常誤報(bào)；

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(shí)提供產(chǎn)品維護(hù)，不能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)潛在的質(zhì)量問(wèn)題。

6、設(shè)備管理不到位、警情處理不及時(shí)；

目前國(guó)內(nèi)許多城市正在推廣城市火災(zāi)報(bào)警遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程采集報(bào)警信號(hào)實(shí)施監(jiān)控，但其具有一定的局限性。采集的僅僅為開(kāi)關(guān)量的報(bào)警信號(hào)，只能起到遠(yuǎn)程“值班”作用，不能對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析和故障預(yù)測(cè)，不能夠起到維護(hù)保障作用，不能解決系統(tǒng)因故障失效（或接近失效）而漏報(bào)、誤報(bào)火警的問(wèn)題1。

1、系統(tǒng)原理

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。監(jiān)控中心服務(wù)器和內(nèi)部管理應(yīng)用系統(tǒng)位于監(jiān)控中心，主要由監(jiān)視服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、管理臺(tái)、分析臺(tái)、查詢臺(tái)、故障臺(tái)、火警臺(tái)、短信報(bào)警模塊和傳輸模塊組成。數(shù)據(jù)服務(wù)器專門(mén)用于存放各項(xiàng)數(shù)據(jù)，具有備份功能。監(jiān)控中心內(nèi)部用以太網(wǎng)交換機(jī)連接，構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部局域網(wǎng)，對(duì)外接口采用路由器等方式連接。路由器用于內(nèi)部局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的連接，在路由器內(nèi)部進(jìn)行必要的IP地址轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)應(yīng)表，保證外部的通信數(shù)據(jù)能夠轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部的某一臺(tái)監(jiān)視服務(wù)器上。

通信方式主要有PSTN（公共電話網(wǎng)）、無(wú)線GPRS/CDMA、ADSL等。公共電話網(wǎng)速度較慢，一般較少采用。對(duì)于無(wú)線方式，用戶端需要配置一個(gè)GPRS/CDMA模塊，該模塊需要一個(gè)SIM卡，對(duì)于ADSL等聯(lián)網(wǎng)方式，用戶端需要配置一個(gè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊，該模塊具有自動(dòng)IP地址分配，能夠自動(dòng)發(fā)送信息到監(jiān)控中心。

現(xiàn)場(chǎng)消防報(bào)警系統(tǒng)主要由火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)等組成，火災(zāi)報(bào)警控制器全部具有RS232接口，火災(zāi)報(bào)警控制器的通訊協(xié)議與所采用的通信模塊無(wú)關(guān)，所有的通信模塊采用透明傳輸?shù)姆绞剑该鱾鬏數(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(guān)的信息，通信模塊自動(dòng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并進(jìn)行發(fā)送。這樣可以簡(jiǎn)化火災(zāi)報(bào)警控制器的軟件設(shè)計(jì)。

通訊轉(zhuǎn)換模塊采用適合現(xiàn)場(chǎng)通訊條件的通訊方式與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通訊，一般采用以太網(wǎng)模塊或無(wú)線模塊，如條件不具備，可采用電話網(wǎng)模塊。

客戶遠(yuǎn)程應(yīng)用系統(tǒng)主要由用戶計(jì)算機(jī)客戶端、手機(jī)客戶端、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試客戶端等組成，主要用于遠(yuǎn)程對(duì)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(hù)保障公司用戶，也可以是消防監(jiān)督部門(mén)用戶。

圖1 系統(tǒng)框圖

2、主要功能

1、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集功能

可通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集火災(zāi)探測(cè)器等設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2、遠(yuǎn)程編程功能

可對(duì)火災(zāi)報(bào)警控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程編程，并進(jìn)行編程數(shù)據(jù)下載。

3、遠(yuǎn)程升級(jí)功能

可對(duì)火災(zāi)報(bào)警控制器的編程數(shù)據(jù)及有關(guān)設(shè)置進(jìn)行遠(yuǎn)程更新、遠(yuǎn)程升級(jí)。

4、故障預(yù)測(cè)、趨勢(shì)分析功能

可顯示消防報(bào)警設(shè)備當(dāng)前檢測(cè)數(shù)據(jù)、平均數(shù)據(jù)以及在一天、一個(gè)月、一季度、一年內(nèi)變化曲線。

能根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況進(jìn)行故障趨勢(shì)分析、故障預(yù)測(cè)。

5、維護(hù)提示功能

可向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送故障預(yù)測(cè)結(jié)果，由火災(zāi)報(bào)警控制器顯示故障維護(hù)信息，提示現(xiàn)場(chǎng)管理人員進(jìn)行維護(hù)。

6、短信報(bào)警功能

能根據(jù)故障預(yù)測(cè)結(jié)果，通過(guò)電話、短信方式通知相關(guān)負(fù)責(zé)人。

7、消防水位監(jiān)視功能

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視模塊，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)的消防水位進(jìn)行全面監(jiān)視。

8、系統(tǒng)部件信息中心存儲(chǔ)、查詢功能

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)每個(gè)部件的身份信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、識(shí)別、查詢，全面監(jiān)視各種部件整個(gè)生命周期的狀況。

9、視頻監(jiān)視

能夠?qū)馂?zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行視頻監(jiān)控。

3．云計(jì)算故障分析、預(yù)測(cè)算法設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)消防報(bào)警設(shè)施運(yùn)行數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期采集，并進(jìn)行跟蹤、分析，研究火災(zāi)探測(cè)器等設(shè)備隨工作環(huán)境、使用時(shí)間、污染等因素變化的老化失效趨勢(shì)和變化規(guī)律，總結(jié)有效的故障預(yù)測(cè)算法。

在全國(guó)各地選取1000只在用的火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行跟蹤測(cè)試，并注明各探測(cè)器的所在地域和使用環(huán)境。經(jīng)過(guò)一年多的數(shù)據(jù)采集、分析，發(fā)現(xiàn)南北低于對(duì)探測(cè)器性能的影響并不明顯，但沿海地區(qū)相對(duì)污染較內(nèi)陸地區(qū)會(huì)有一定提高，探測(cè)器老化趨勢(shì)隨現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境影響較大，對(duì)于潔凈場(chǎng)所，例如空調(diào)機(jī)房等，探測(cè)器性能基本無(wú)變化，對(duì)于普通辦公環(huán)境，每年探測(cè)器性能有一定變化，對(duì)于敞開(kāi)的通道，污染情況較嚴(yán)重，灰塵較多，平均有30%的變化，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)有大量灰塵的場(chǎng)所，已不適合采用普通的光電感煙火災(zāi)探測(cè)器。

火災(zāi)探測(cè)器狀態(tài)隨使用環(huán)境影響較大，因此在研究過(guò)程中，僅選取潔凈場(chǎng)所和普通場(chǎng)所的探測(cè)器進(jìn)行研究。經(jīng)過(guò)分析研究，發(fā)現(xiàn)探測(cè)器的光電發(fā)射管和光電接收管的效率有一定下降，導(dǎo)致其靈敏度降低，更長(zhǎng)期的靈敏度衰減需要進(jìn)一步觀察。

火災(zāi)探測(cè)器內(nèi)部軟件具有環(huán)境補(bǔ)償功能，能夠隨時(shí)采集當(dāng)前的傳感器數(shù)值計(jì)算其平均值，平均值在1天內(nèi)與傳感器的本底值趨于相同。本底值基本能夠反映探測(cè)器的污染狀況，在軟件中加入本底補(bǔ)償功能，在一定范圍內(nèi)可以保持探測(cè)器一致的靈敏度。當(dāng)探測(cè)器的本底值持續(xù)升高，本底值加上有煙霧時(shí)產(chǎn)生的傳感器數(shù)值變化量超過(guò)量程時(shí)，探測(cè)器將不能正常報(bào)警。

探測(cè)器的故障主要由元器件故障以及傳感器污染構(gòu)成，其中傳感器污染占比約95%。結(jié)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(cè)器污染狀態(tài)采用污染指數(shù)進(jìn)行量化，污染指數(shù)由平均值、地域指數(shù)、使用年限等三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)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(jìn)行輕微污染、中度污染、重度污染三級(jí)報(bào)警，根據(jù)不同的報(bào)警級(jí)別進(jìn)行相應(yīng)的處理。

4．云計(jì)算集中備份模塊設(shè)計(jì)

消防報(bào)警系統(tǒng)中火災(zāi)報(bào)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(guò)云端存儲(chǔ)的辦法，可以有效防止數(shù)據(jù)丟失。用戶的火災(zāi)報(bào)警控制器接入遠(yuǎn)程維保系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行一次云端備份，備份數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)設(shè)置信息、部件編程信息、邏輯關(guān)系信息等。

在需要通過(guò)云端進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)，通過(guò)人工或自動(dòng)操作恢復(fù)火災(zāi)報(bào)警控制器的所有數(shù)據(jù)。

5． 視頻監(jiān)視模塊設(shè)計(jì)

以往的視頻監(jiān)視系統(tǒng)與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)獨(dú)立工作，相互之間并無(wú)聯(lián)系，本項(xiàng)目通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立兩者之間聯(lián)系，達(dá)到報(bào)警信息聯(lián)動(dòng)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(bào)警位置等信息。在工程調(diào)試階段對(duì)攝像頭的位置進(jìn)行編輯，設(shè)置攝像頭的硬盤(pán)錄相機(jī)IP，設(shè)置通道號(hào)，設(shè)置與之相對(duì)應(yīng)的探測(cè)區(qū)域，當(dāng)該區(qū)域有報(bào)警或聯(lián)動(dòng)時(shí)，能夠自動(dòng)彈出視頻窗口。

通過(guò)視頻、報(bào)警聯(lián)動(dòng)的實(shí)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(wǎng)模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中的所有部件、電路板、控制器都有唯一的編號(hào)，所有產(chǎn)品在內(nèi)部都存有自己的編號(hào)信息，具備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本條件。在監(jiān)控中心存儲(chǔ)有所有產(chǎn)品的生產(chǎn)信息，包括電路板針床測(cè)試詳細(xì)的參數(shù)、功能測(cè)試結(jié)果、檢驗(yàn)結(jié)果、發(fā)貨地址等。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，可以進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，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(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，解決了如下問(wèn)題：

1）查看各產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)和跟蹤監(jiān)測(cè)信息，進(jìn)行故障預(yù)測(cè)；

2）對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行全生命周期追溯，查看各產(chǎn)品、電路板的出廠信息，用于對(duì)比分析故障原因，制定維護(hù)方案，同時(shí)為提高產(chǎn)品性能提供依據(jù)。

3）實(shí)時(shí)監(jiān)視銷售流向，避免產(chǎn)品出現(xiàn)串貨現(xiàn)象。

結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)基于云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期、海量的數(shù)據(jù)采集，創(chuàng)新發(fā)明了云故障預(yù)測(cè)、消防水位監(jiān)測(cè)、視頻聯(lián)動(dòng)等技術(shù)，可對(duì)火災(zāi)探測(cè)器等部件的工作狀態(tài)和老化趨勢(shì)進(jìn)行分析，提前發(fā)現(xiàn)故障隱患，并發(fā)出維護(hù)提示，有效解決了消防報(bào)警產(chǎn)品使用中的維護(hù)保障難題。

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