王宗超 方江平

摘要：隨著科技不斷發(fā)展，火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)取得了較大的發(fā)展，但仍有值得改善的地方。文章調(diào)研了建筑電氣的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)了火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的幾種典型應(yīng)用，最后展望火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：消防技術(shù);火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng);建筑電氣

中圖分類號：TU892? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2022）04-0032-03

1? 火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

消防安全問題一直是人們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅Ｖ匾膯栴}。火災(zāi)報警器對于保護人們的生命和財產(chǎn)非常重要。然而，傳統(tǒng)的煙霧報警傳感器，僅僅基于閾值法的原理，只有煙霧濃度達(dá)到一定的閾值，才會啟動報警系統(tǒng)，但這時的火災(zāi)可能已經(jīng)造成較大的損失?；馂?zāi)預(yù)警不僅彌補了火災(zāi)報警技術(shù)的不足，還消除了火災(zāi)前的隱患，從而給出及時準(zhǔn)確的預(yù)警。

我國在火災(zāi)預(yù)警方面的研究起步較晚，目前主要分為四個階段[1]：（1）分立元件階段：雖然能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控的功能，但是速度慢，無法實現(xiàn)預(yù)警要求。（2）多線制開關(guān)量式階段：雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對小型火災(zāi)的監(jiān)控預(yù)警功能，但是布線量大、安裝維護復(fù)雜，可靠性低。（3）總線制階段：可以控制聯(lián)動設(shè)備，并能夠?qū)崿F(xiàn)自檢、故障檢測等功能，具有易于安裝和調(diào)試、高可靠性和低成本的優(yōu)點。（4）數(shù)字式分布階段：其特征是報警格式采用數(shù)字量，靈敏度可以任意設(shè)置，所以能夠?qū)崿F(xiàn)對探測器的智能處理，可以實現(xiàn)智能分析功能，極大程度上能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

目前，我國主要研究的技術(shù)和方法為以下幾種：臘片試溫法或變色漆法、傳統(tǒng)接觸式測溫法、故障電弧探測技術(shù)、電子鼻技術(shù)、紅外熱像技術(shù)、紅外傳感器技術(shù)。國外對于火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的研究相對較早，主要經(jīng)歷了以下幾個階段：（1）單一傳感器階段：主要運用感溫探測器。（2）數(shù)據(jù)融合技術(shù)的多傳感器階段：分為總線式和智能化。其中，智能火災(zāi)報警系統(tǒng)是各種先進(jìn)的激光和空氣采樣技術(shù)的結(jié)合。具有靈敏度高、適應(yīng)性強、處理速度快的優(yōu)點。（3）當(dāng)前，國外采用無線火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，它的不同之處是用無線設(shè)備來實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的上下位機之間的通信。優(yōu)點是不受場景限制、易于安裝和調(diào)試靈活。

在實際應(yīng)用方面，國外主要研究的技術(shù)和方法主要包括：多傳感探測技術(shù)、空氣采樣感煙探測技術(shù)、紅外點型可燃?xì)怏w檢測技術(shù)。其中，紅外點型可燃?xì)怏w檢測技術(shù)是國外研究方向中的重點。

2? 火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能特點

火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)主要有三個部分[2]：（1）火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng);（2）消防設(shè)備電源監(jiān)測系統(tǒng);（3）可燃?xì)怏w探測器報警系統(tǒng)?；馂?zāi)監(jiān)測系統(tǒng)通常與火災(zāi)報警系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)實時監(jiān)控功能，組成部分有：火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、火災(zāi)監(jiān)控探測器、火災(zāi)聲光報警器。許多火災(zāi)由于停電而導(dǎo)致消防設(shè)備故障，因此有必要安裝消防設(shè)備電源監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控預(yù)警功能。它的組件是電源監(jiān)測主機、電源監(jiān)測檢測器和監(jiān)測模塊?？扇?xì)怏w探測器報警系統(tǒng)包括可燃性氣體報警控制器、可燃性氣體探測器和火災(zāi)聲光報警器。具體框圖如圖1所示。

其中，多傳感器檢測技術(shù)主要是一種通過在感溫或感煙的基礎(chǔ)上添加一個一氧化碳傳感器或紅外傳感器等方式來增強其探測能力的技術(shù)。精靈S-Quad探測器便是采用了這項技術(shù)，有能夠?qū)崿F(xiàn)快速火災(zāi)探測以及誤報少的優(yōu)點?？諝獠蓸痈袩熂夹g(shù)是一種能夠主動地對空氣中的顆粒物進(jìn)行采樣，對可燃性物體在空氣中燃燒后散布的顆粒物進(jìn)行迅速識別的技術(shù)。該技術(shù)在國外已廣泛應(yīng)用，并開始在國內(nèi)流行。紅外點型可燃?xì)怏w探測技術(shù)是目前國外消防探測技術(shù)的研究重點，它是一種基于朗伯-比爾定律[3]的氣體探測技術(shù)。

3? 火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的典型應(yīng)用

3.1? CAN總線技術(shù)在火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

CAN是對控制器局域網(wǎng)的一種簡稱，它是在ISO或者國際標(biāo)準(zhǔn)化下的一種串行通信協(xié)議。CAN是一種現(xiàn)場總線，它具有以下幾個優(yōu)勢：周期短、高性能和可靠度高[4]。它是當(dāng)前的一項國際標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)發(fā)展成為目前使用最多的技術(shù)。普遍使用分布式控制系統(tǒng)及三級等聯(lián)結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)由上位機、CAN總線收發(fā)器、控制單元、現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點組成[3]。上位機負(fù)責(zé)接收環(huán)境數(shù)據(jù)及其狀態(tài)并對報警作出反應(yīng)。CAN總線收發(fā)器負(fù)責(zé)將傳感器接收的數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送到控制部分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并再通過收發(fā)器發(fā)送到上位機?？刂茊卧?fù)責(zé)處理傳感器接收到的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點就由溫濕度傳感器和煙霧傳感器構(gòu)成，整體組成如圖2所示。

3.2? Zigbee技術(shù)在火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

Zigbee技術(shù)是一種無線通信技術(shù)。如今，無線傳輸技術(shù)通常用于構(gòu)建具有早期火災(zāi)警報的大規(guī)模無線火災(zāi)探測器網(wǎng)絡(luò)[5]。這項技術(shù)進(jìn)一步提高了擴展性能，從而避免了布線的復(fù)雜性，便于移動和修改以及更多的網(wǎng)絡(luò)模式，靈活可靠。但是，通過該技術(shù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量非常小，僅適用于小型設(shè)備，無法放置大型模塊。盡管網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的范圍很廣，但是使用了許多設(shè)備并且有局限性，只能用于監(jiān)測。

ZigBee技術(shù)可以使用無線通信將設(shè)備定位在不同的方向上，并在網(wǎng)絡(luò)中對其進(jìn)行檢測。萬一發(fā)生火災(zāi)，可以使用蜂鳴器進(jìn)行提醒，并自動將警報彩信發(fā)送到指定的手機，而無需任何控制。還可以遠(yuǎn)程監(jiān)控實驗室，以多種方式確保實驗室的安全性，整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.3? PLC技術(shù)在電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

信息時代的到來，計算機系統(tǒng)快速發(fā)展，這將會改變火災(zāi)報警系統(tǒng)與單片機相結(jié)合這種傳統(tǒng)設(shè)計思想，進(jìn)而改用PLC技術(shù)。它的工作方式是上位機的配置監(jiān)測軟件和下位機的PLC控制系統(tǒng)之間的通信使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來檢測電氣設(shè)備的溫度、線路故障和其他數(shù)據(jù)變化并執(zhí)行數(shù)據(jù)[6]，并且能夠做到分析和判斷這些數(shù)據(jù)，可以有效防止火災(zāi)的爆發(fā)。當(dāng)有火警信號時，系統(tǒng)使用溫度、煙霧和其他傳感器檢測系統(tǒng)來確定是否存在危險情況。發(fā)生危險情況時，信號將發(fā)送到PLC，由PLC處理，然后再發(fā)送到更高級別的計算機配置監(jiān)測系統(tǒng)。此時，計算機將顯示電火警信號的位置。一旦顯示并檢測到火警信號，就會響起警報：蜂鳴聲或指示燈等信號會通知人們危險，但是如果控制室發(fā)生危險情況，則立即檢查是否有任何故障并采取糾正措施。當(dāng)有火警信號時，通常處于休眠狀態(tài)的紅外傳感器會自動開始檢測人員位置，同時顯示位置的配置界面，會通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)较鄳?yīng)的設(shè)備。系統(tǒng)框圖如圖4所示：

4? 火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)展趨勢

如今，人工智能和深度學(xué)習(xí)的研究進(jìn)行地如火如荼，火災(zāi)預(yù)警技術(shù)也在邁向智能化時代。提高火災(zāi)監(jiān)測準(zhǔn)確率以及預(yù)警速度對于整個系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。各種有關(guān)新型火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的研究層出不窮，發(fā)展趨勢主要有以下幾點：

4.1? 融入消防安防云智慧技術(shù)的消防系統(tǒng)

智能化的消防系統(tǒng)結(jié)合了許多先進(jìn)技術(shù)，在對火災(zāi)的管控力度和防控力度上都更加優(yōu)秀。其中包括的技術(shù)有[7]：網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、視頻數(shù)據(jù)傳輸并處理技術(shù)、信息傳輸和處理技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和自動報警技術(shù)。不僅能夠?qū)崿F(xiàn)火災(zāi)自動報警、預(yù)警報道、監(jiān)管報警等功能，還能夠進(jìn)行防盜報警以及發(fā)揮消防滅火執(zhí)行系統(tǒng)的消防功能，通過與現(xiàn)場數(shù)字視頻智能控制系統(tǒng)進(jìn)行實時聯(lián)動的方式。

4.2? 構(gòu)建智能型火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

智能型火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)是將現(xiàn)代無線通信技術(shù)與消防工程融合所構(gòu)成的。整個系統(tǒng)由火警探測器、地區(qū)影像監(jiān)視器、整合裝置主機、廣播喇叭以及其他聯(lián)動裝置構(gòu)成[8]。能夠?qū)崿F(xiàn)的新功能有：利用廣播喇叭進(jìn)行逃生避難引導(dǎo)，向消防人員提供救災(zāi)信息等。

4.3? 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

結(jié)合人工智能的方法[9]，分析煙霧以及溫度的變化，判斷是否會發(fā)生火災(zāi)，進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警。相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)，具有不再依賴閾值、能夠做到提前預(yù)警、誤判率小等優(yōu)點。

4.4? 基于計算機視覺的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是應(yīng)用了計算機視覺技術(shù)，利用該技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)圖像信息提取，在火災(zāi)監(jiān)測問題以及預(yù)警問題做出了改進(jìn)[10]，能夠有效提升火災(zāi)檢測準(zhǔn)確率、降低誤報率和減少反應(yīng)時間，提高預(yù)警速度。

5? 結(jié)語

本文針對建筑電氣的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)做了比較系統(tǒng)的研究，總結(jié)了幾類火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的典型應(yīng)用及技術(shù)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確率以及預(yù)警效率不高等問題，分析后得出可利用融合新型技術(shù)和消防工程的方法來解決這兩個問題。未來方向主要分為智能化和性能化兩個方面：智能化相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)添加了許多現(xiàn)代功能，性能化是為了提高火災(zāi)探測準(zhǔn)確率以及減少預(yù)警時間。

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