火災預警系統(tǒng)的應用現狀與發(fā)展趨勢

王宗超 方江平

摘要：隨著科技不斷發(fā)展，火災預警系統(tǒng)技術取得了較大的發(fā)展，但仍有值得改善的地方。文章調研了建筑電氣的火災預警系統(tǒng)發(fā)展現狀，介紹了火災預警系統(tǒng)的關鍵技術，總結了火災預警系統(tǒng)的幾種典型應用，最后展望火災預警系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢。

關鍵詞：消防技術;火災預警系統(tǒng);建筑電氣

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

1? 火災預警系統(tǒng)的研究現狀

消防安全問題一直是人們日常生活中非常重要的問題?；馂膱缶鲗τ诒Ｗo人們的生命和財產非常重要。然而，傳統(tǒng)的煙霧報警傳感器，僅僅基于閾值法的原理，只有煙霧濃度達到一定的閾值，才會啟動報警系統(tǒng)，但這時的火災可能已經造成較大的損失?；馂念A警不僅彌補了火災報警技術的不足，還消除了火災前的隱患，從而給出及時準確的預警。

我國在火災預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：雖然能夠實現實時監(jiān)控的功能，但是速度慢，無法實現預警要求。（2）多線制開關量式階段：雖然能夠實現對小型火災的監(jiān)控預警功能，但是布線量大、安裝維護復雜，可靠性低。（3）總線制階段：可以控制聯動設備，并能夠實現自檢、故障檢測等功能，具有易于安裝和調試、高可靠性和低成本的優(yōu)點。（4）數字式分布階段：其特征是報警格式采用數字量，靈敏度可以任意設置，所以能夠實現對探測器的智能處理，可以實現智能分析功能，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、電子鼻技術、紅外熱像技術、紅外傳感器技術。國外對于火災預警系統(tǒng)的研究相對較早，主要經歷了以下幾個階段：（1）單一傳感器階段：主要運用感溫探測器。（2）數據融合技術的多傳感器階段：分為總線式和智能化。其中，智能火災報警系統(tǒng)是各種先進的激光和空氣采樣技術的結合。具有靈敏度高、適應性強、處理速度快的優(yōu)點。（3）當前，國外采用無線火災預警系統(tǒng)，它的不同之處是用無線設備來實現火災預警系統(tǒng)的上下位機之間的通信。優(yōu)點是不受場景限制、易于安裝和調試靈活。

在實際應用方面，國外主要研究的技術和方法主要包括：多傳感探測技術、空氣采樣感煙探測技術、紅外點型可燃氣體檢測技術。其中，紅外點型可燃氣體檢測技術是國外研究方向中的重點。

2? 火災預警系統(tǒng)的基本結構和功能特點

火災預警系統(tǒng)主要有三個部分[2]：（1）火災監(jiān)測系統(tǒng);（2）消防設備電源監(jiān)測系統(tǒng);（3）可燃氣體探測器報警系統(tǒng)?；馂谋O(jiān)測系統(tǒng)通常與火災報警系統(tǒng)相結合，實現實時監(jiān)控功能，組成部分有：火災監(jiān)控設備、火災監(jiān)控探測器、火災聲光報警器。許多火災由于停電而導致消防設備故障，因此有必要安裝消防設備電源監(jiān)測系統(tǒng)，實現監(jiān)控預警功能。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?？扇細怏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聲光報警器。具體框圖如圖1所示。

其中，多傳感器檢測技術主要是一種通過在感溫或感煙的基礎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。精靈S-Quad探測器便是采用了這項技術，有能夠實現快速火災探測以及誤報少的優(yōu)點?？諝獠蓸痈袩熂夹g是一種能夠主動地對空氣中的顆粒物進行采樣，對可燃性物體在空氣中燃燒后散布的顆粒物進行迅速識別的技術。該技術在國外已廣泛應用，并開始在國內流行。紅外點型可燃氣體探測技術是目前國外消防探測技術的研究重點，它是一種基于朗伯-比爾定律[3]的氣體探測技術。

3? 火災預警系統(tǒng)的典型應用

3.1? CAN總線技術在火災預警系統(tǒng)中的應用

CAN是對控制器局域網的一種簡稱，它是在ISO或者國際標準化下的一種串行通信協(xié)議。CAN是一種現場總線，它具有以下幾個優(yōu)勢：周期短、高性能和可靠度高[4]。它是當前的一項國際標準，并已經發(fā)展成為目前使用最多的技術。普遍使用分布式控制系統(tǒng)及三級等聯結構。整個系統(tǒng)由上位機、CAN總線收發(fā)器、控制單元、現場監(jiān)控節(jié)點組成[3]。上位機負責接收環(huán)境數據及其狀態(tài)并對報警作出反應。CAN總線收發(fā)器負責將傳感器接收的數據通過CAN總線發(fā)送到控制部分進行數據處理并再通過收發(fā)器發(fā)送到上位機。控制單元負責處理傳感器接收到的數據?，F場監(jiān)控節(jié)點就由溫濕度傳感器和煙霧傳感器構成，整體組成如圖2所示。

3.2? Zigbee技術在火災預警系統(tǒng)中的應用

Zigbee技術是一種無線通信技術。如今，無線傳輸技術通常用于構建具有早期火災警報的大規(guī)模無線火災探測器網絡[5]。這項技術進一步提高了擴展性能，從而避免了布線的復雜性，便于移動和修改以及更多的網絡模式，靈活可靠。但是，通過該技術傳輸的數據量非常小，僅適用于小型設備，無法放置大型模塊。盡管網絡監(jiān)測的范圍很廣，但是使用了許多設備并且有局限性，只能用于監(jiān)測。

ZigBee技術可以使用無線通信將設備定位在不同的方向上，并在網絡中對其進行檢測。萬一發(fā)生火災，可以使用蜂鳴器進行提醒，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)的硬件結構如圖3所示。

3.3? PLC技術在電氣火災預警系統(tǒng)中的應用

信息時代的到來，計算機系統(tǒng)快速發(fā)展，這將會改變火災報警系統(tǒng)與單片機相結合這種傳統(tǒng)設計思想，進而改用PLC技術。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絡技術來檢測電氣設備的溫度、線路故障和其他數據變化并執(zhí)行數據[6]，并且能夠做到分析和判斷這些數據，可以有效防止火災的爆發(fā)。當有火警信號時，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，會通過網絡實時傳輸到相應的設備。系統(tǒng)框圖如圖4所示：

4? 火災預警系統(tǒng)發(fā)展趨勢

如今，人工智能和深度學習的研究進行地如火如荼，火災預警技術也在邁向智能化時代。提高火災監(jiān)測準確率以及預警速度對于整個系統(tǒng)的性能至關重要。各種有關新型火災預警系統(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的消防系統(tǒng)

智能化的消防系統(tǒng)結合了許多先進技術，在對火災的管控力度和防控力度上都更加優(yōu)秀。其中包括的技術有[7]：網絡通信技術、視頻數據傳輸并處理技術、信息傳輸和處理技術、數據處理技術和自動報警技術。不僅能夠實現火災自動報警、預警報道、監(jiān)管報警等功能，還能夠進行防盜報警以及發(fā)揮消防滅火執(zhí)行系統(tǒng)的消防功能，通過與現場數字視頻智能控制系統(tǒng)進行實時聯動的方式。

4.2? 構建智能型火災預警系統(tǒng)

智能型火災預警系統(tǒng)是將現代無線通信技術與消防工程融合所構成的。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動裝置構成[8]。能夠實現的新功能有：利用廣播喇叭進行逃生避難引導，向消防人員提供救災信息等。

4.3? 基于人工神經網絡的火災預警系統(tǒng)

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

4.4? 基于計算機視覺的火災預警系統(tǒng)

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

5? 結語

本文針對建筑電氣的火災預警系統(tǒng)做了比較系統(tǒng)的研究，總結了幾類火災預警系統(tǒng)的典型應用及技術，發(fā)現傳統(tǒng)的火災預警系統(tǒng)的檢測準確率以及預警效率不高等問題，分析后得出可利用融合新型技術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)添加了許多現代功能，性能化是為了提高火災探測準確率以及減少預警時間。

參考文獻：

[1]楊坤.基于PLC的建筑配電電氣火災預警系統(tǒng)研究[D].長春：吉林建筑大學，2018.

[2]魏立明，楊坤，陳妍希.建筑電氣火災預警系統(tǒng)的綜述研究[J].吉林建筑大學學報，2017，34（03）：112-115.

[3]宋珍，劉凱，翁立堅，吳一羊.點型紅外可燃氣體探測技術[J].建筑電氣，2007（02）：46-48.

[4]葉岍，王莉，程漢.基于CAN總線的實驗樓火災預警系統(tǒng)[J].長江技術經濟，2020，4（S1）：26-27.

[5]閆亞玲，李博，劉偉杰.基于ZigBee的實驗室防火遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].實驗室研究與探索，2019，38（05）：282-285.

[6]魏立明，田益名，楊坤，等.基于PLC的建筑配電火災預警系統(tǒng)設計[J].浙江水利水電學院學報，2018，30（03）：71-75.

[7]邵琳.消防安防云智慧技術在建筑消防系統(tǒng)中的應用[J].今日消防，2021，6（02）：12-13.

[8]唐黎標.智能型火災預警系統(tǒng)在消防工程中的應用[J].中國消防，2015（Z1）：89-90.

[9]劉明，曹銀杰.基于人工神經網絡的火災預警系統(tǒng)[J].現代計算機，2020（12）：127-130.

[10]何愛龍.基于計算機視覺的火災檢測及預警研究[D].南京：南京郵電大學，2020.