火災自動報警通訊聯網技術的應用與發展

　通訊協議是火災自動報警系統完成信息傳輸、確認及響應所必須遵循的“法則”，系統只有依賴完善合理的標準，才能實現系統組件間乃至更為廣義的信息交互，從而完成擴展、優化系統的功能。
1 火災自動報警系統存在的問題

　　1.1　火災自動報警系統通訊協議無標準，通訊協議不開放，數據格式不統一，傳輸非標準技術層面的信息交換不暢通

　　通訊協議是火災自動報警系統完成信息傳輸、確認及響應所必須遵循的“法則”，系統只有依賴完善合理的標準，才能實現系統組件間乃至更為廣義的信息交互，從而完成擴展、優化系統的功能。目前，“以多種形式的總線制”為主流的火災自動報警系統得到普及和推廣，但國內尚無針對“總線式火災自動報警系統”的通訊協議的設計標準由于技術來源不同（引進、合作、開發及仿制），其通訊協議的蕪雜多樣引發了諸多問題。

　　1.1.1 產品研發及制造業良性發展舉步維艱，技術資源難以充分利用

　　（1）各研發及制造企業對產品的開發行為閉關自鎖，應用技術蕪雜，技術含量差異大，難以做到揚長避短，合理有序，更談不上與先進技術同步和國際接軌。系統的封閉性造成不同生產企業的產品沒有互換性，系統功能擴展艱難，制約了火災自動報警行業的發展。

　　（2）重復開發，信息資源不能共享，造成了技術和資源重復耗費，致使產品開發成本高、周期長，難以把握市場先機和占穩市場。

　　（3）通訊協議的非標準化，使得產品技術性能的好壞缺乏界定和鑒定的統一標準，難以實現嚴格意義上的優勝劣汰，不但阻礙了新技術的應用和發展，還變相地為企業的不正當競爭推波助瀾。

　　1.1.2 系統維護保養缺乏標準、可持續的技術支持

　　（1）由于缺乏規范、統一的通訊標準，不同火災自動報警設備無法互換，一旦系統需要維修、更換、清洗，用戶則可能因損壞的器件得不到維修更換，而被迫全面廢舊換新或選用其他企業的產品，或因得不到應有的技術支持而聽任建筑自動消防系統癱瘓失效，前者造成國家財產的浪費，后者形成火災隱患。

　　（2）由于通訊協議不統一，使得用戶一旦選擇了一家產品就永遠受該企業的制約。

　　（3）由于通訊協議不統一，將給各種火災自動報警產品納入標準化的廣域網絡管理造成障礙，國家有關部門也難以在網上對任一火災自動報警運行狀況進行必要的監督檢查和統一指揮。

　　（4）隨著經濟發展，一幢建筑內或一家工廠同時運行兩臺或多臺消防報警主機的情況越來越多。如何管理好這些不同廠家、不同年代、不同類型而且各自獨立的消防報警系統是一個令人頭痛的問題。

　　1.1.3 用戶操作使用困難

　　由于消防報警設備產品市場沒有獨霸一方的絕對強勢產品，也由于標準規范給生產商留下太多的發揮余地，因此消防報警設備的主機不像PC機那樣千人一面，而是千人千面，加上產品進口因素，用戶界面更呈現“聯合國”效應；設備本身用戶界面不友好，而且日常使用和操作人員大多不具備良好的專業技術素質和外語能力，加上人員的頻繁變動和管理制度的不完善，因此很大一部分消防設施運行得模模糊糊，說不上好也說不上壞，用戶使用積極性不高。

　　1.2　火災自動報警系統誤報、漏報問題困擾用戶

火災自動報警系統對火災探測信號處理的任務就是要剔除干擾，及時、正確地判斷火災，但是火災探測器的安裝環境極其復雜，由于環境中的氣流、灰塵、濕氣、電磁場、電瞬變、靜電以及人為干擾的影響和不規律性，其變化特征與火災時的煙霧或溫度變化有其相似之處。目前廣泛使用的各種傳感器在探測火災方面存在先天不足，無法準確地感應各種物質在燃燒過程中所特有的聲波、光譜、輻射、氣味等諸多方面也不盡如人意。例如離子和光電感煙傳感器不但能感應很寬的非火災現象“粒譜”，另外對火災發生過程中所產生的不同粒徑和顏色的煙又有某些探測“盲區”，誤報、漏報嚴重影響用戶使用。

　　1.3　超早期火災探測報警技術有待進一步擴大探測服務領域

　　針對特殊保護對象的重要性和特殊性，國外已開發出適合潔凈空間高靈敏度感煙火災探測報警系統，如激光式高靈敏度感煙火災探測器、吸氣式高靈敏度感煙火災探測報警系統和氣體火災探測報警系統。與普通火災探測報警系統相比，其探測靈敏度提高了兩個數量級，甚至更多。這些系統用激光粒子計數、激光散射等原理監視被保護空間，以單位體積內粒子增加的多少來判斷是否發生火災，系統可在火災發生前幾小時或幾天內識別潛在的火災危險性，現超早期火災報警。目前這種技術僅限于對煙粒子的探測，其在應用中不同程度地受到應用場所環境的限制，在潔凈空間的火災探測中應用較好，在一些普通環境條件的場所，高靈敏度吸氣式火災探測報警系統的應用還存在問題。

2 改進措施及發展預測

　　進一步縮短火災探測報警時間，為減少火災發生，及時采取有效防火、滅火措施，減少火災損失提供寶貴時間；進一步提高火災探測報警系統的可靠性、降低誤報率，為自動報警與聯動控制滅火設備提供可靠運行保障；以及特殊場所的火災探測報警問題，火災探測報警系統的網絡化和監控技術成為火災探測報警領域發展的新熱點。

　　2.1 統一、開放的通訊協議標準是火災自動報警系統發展的必然方向

　　火災自動報警系統作為工業控制計算機網絡系統的衍生，其數據傳輸必須嚴格遵循統一、標準的通訊協議，才能保證信息數據傳輸的可讀性、可執行性及準確性。國家有關部門可組織國內大型生產企業，有步驟地規范和統一火災自動報警系統的通訊協議標準，形成國家強制標準，作為公共資源予頒布實施。

　　在規范和統一火災自動報警系統通訊協議標準時，應瞄準當前國際工業控制計算機網絡技術的最新發展動態，借鑒現已獲得廣泛公認的標準總線、通訊協議，利用現有軟件、硬件技術，使協議與國際接軌。同時，該協議標準亦應以國內技術相對先進、產品性能相對可靠的生產企業的現行標準為基礎技術支持，使國內火災自動報警產業的發展得到合理的銜接、過渡和更新。

　　智能建筑是今后的發展方向，在制訂通訊協議標準時，應充分考慮讓火災自動報警系統嵌入智能建筑的樓宇自動化（BSA）系統中，作為BSA的子系統，與樓宇自動化主流網絡技術及其相應慟、議等兼容，可充分利用智能建筑所納硬件、軟件資源實現聯網通訊，為城市消防調度指揮中心、城市綜合信息管理網絡提供與城市其他管理中心共享消防系統的信息。

　　2.2 采用廣域技術解決城市和地區自動報警聯網問題及大型用戶中不同種類、不同品牌、不同時期投入使用的報警系統的兼容和集中控制問題

采用廣域網設施，使系統能在幾公里或幾十公里的區域內做到集成。采用動態即插即用技術，使網絡在正常工作條件下，隨時可以增加和減少并入的報警主機。網絡應支持多臺操縱站，同一個報警信息不同部門的操作終端皆能接收到，設備應具有自我診斷、自我修復并作詳細記載的功能。設備應能支持動態遠程操作，用戶可以利用電話線遠程撥入設備，進行動態監視，了解報警狀態和故障信息，檢查值班人員的工作，為消防指揮提供可靠的信息。在特殊情況下，遠程監視點還可以作為備用的值班位置，使用戶對報警系統的使用更靈活，更方便。此外，遠程接入功能還可向專業維修廠和專業技術人員提供遠程診斷窗口，使消防報警設備的正常運行獲得額外的保障。建立統一的傳輸協議，確保不同種類、不同品牌的各臺消防報警主機之間的可靠連接和通訊。具有純圖形的顯示方式，能夠繪制清晰的中文彩色模擬地形圖，并標識探測點的具體位置，其圖形系統應包括全局地理總圖、建筑或工廠的分圖、樓層或車間的支圖、報警區域房間的詳圖等層次組成。設備應能對報警主機的報警、故障和整個系統網絡設備包括網絡主機、通訊接口、通訊電纜和供電等情況進行嚴密的監視，便于系統管理和維護。系統的數據庫要能可靠地記錄系統網絡主機、通訊接口、通訊電纜和供電等情況進行嚴密的監視，便于系統管理和維護。系統的數據庫要能可靠地記錄系統內發生的事件和操作員的動作，為火災事故的查詢和分析提供依據，對操作員的管理提供依據。

　　2.3　采用智能化的火災探測算法技術處理火災探測器提供的火災信號，讓自動報警系統能夠模仿人對火災的某些判斷過程，從而降低誤報和漏報，增強系統的可靠性

　　2.3.1 模糊邏輯、神經網絡等高新技術將用于火災的識別

　　將火災探測器的判別功能和決定權分離，由具有模糊邏輯、神經網絡的軟件實現，突出智能判定的作用，判別功能更加細化，實現兩級（或多級）判別，大大提高火災探測的可靠性。鑒于各種單一傳感器提供的火災信息均混雜非火災信息給從傳感器提供的火災增加了難度，新型探測原理的傳感器（如氣體氣味傳感器等）和復合傳感器（如對火災過程的多參數進行監測的復合傳感器）將取代單一的火災探測器。它們對火災產生的各種參數進行多種信息分析，濾出干擾，識別真假火災，從而提高判定火災的準確性。

　　2.3.2　主動獲取對于識別真假火災參數非常重要的細微信息探測和韌性信息探測技術將用于火災探測

　　目前，火災探測器所使用的傳感方式都是從物質特性入手進行火災過程變化信息（簡稱時間信息）的測量，尚未完全解決物質特性信息（簡稱特性信息）的測量問題。細微信息探測和特性信息（簡稱物性信息）的測量問題。細微信息探測和物性信息探測技術的成功應用將有助于區別與火災信號相似、難以區別的干擾信號，實現對火焰與背景的干擾的分辨，提高系統的可靠性和實用性。

　　2.3.3 真正的模擬量探測報警技術將替代“準”模擬量探測報警技術

　　目前廣泛使用的所謂模擬量探測報警技術，只是一種“準”模擬量探測報警技術，它只是將探測信息由開關量的兩態信息，變為模擬量化后的多態信息，雖然它在報警閾值附近是基本可以信賴的，但要實現探測數據較高層次的分析處理是難以想要的。真正的模擬量探測報警技術就是要依據科學計算背景的漂移，適時修正已浮動的閾值，以保證原設定的靈敏度基本不變。將大量典型的火災曲線存儲到計算機中，探測到現場出現的異常時，計算機將該探測點的數據曲線與典型曲線進行比較以判斷是否報警。實現真正的模擬量探測和報警的首要條件是要有真正的模擬量探測報警器，它必須在確定的精度內提供對應現場火險的參數值。由于該產品使用場所的廣泛性，對所有探測器來說，輸出值與火險參數的一一對應關系是相同的。真正的模擬量測頭要求同一類型的探頭具有統一一輸出信號與相應火災參量的一一對應性，最好是輸出信號值與火災參量值之間在線性關系一致性的標度。如果它們是非線性的關系，則要求出廠的該類型探頭具有相同輸出――火災參量對應曲線，只有這樣，控制器才能根據探測器發回的信息查出其所表達的現場火災參數，從而對應出現場的火險程度。

2.3.4　采用可靠的總線通訊技術，降低系統故障率

　　大型火災探測報警系統對總線帶載量、通訊速度、信號傳輸距離及抗干擾性能的要求越來越高，可靠的總線通訊技術是實現火災探測智能化的前提和保障，也是提高系統可靠性的重要保證。

　　2.4 超早期火災報警技術將更為成熟和廣泛應用

　　超早期火災報警的主要指導思想：一是提高靈敏度，在火災早期階段生成物較少的時候即可探測報警；二是探測火災過程中尚未形成火災時的生成物即超早期火災探測報警。為此，將粒子計數測量技術用于火災探測，采用主動吸氣式方法縮短被測物到達探測傳感器的時間，利用氣體和氣體成分進行火災早期階段生成物或構成火災要素方面的火災探測技術研究，前景也看好。在研究超早期火災探測報警技術的同時，將火災探測報警分成火災探測報警和火災預報兩個階段，會更有力地促進早期火災探測技術的發展。

　　2.5　火災探測報警技術研究大有可為的幾個方面

　　（1） 非潔凈環境的超早期報警問題；

　　（2） 對于移動危險品及化學災害事故的預測與探測報警問題；

　　（3） 地下及太空間建筑等復雜場所的火災超早期探測報警問題；

　　（4） 城市和地區自動報警聯網問題．

3 火災自動報警聯網監控技術的應用現狀

　　目前，已有多家科研院所和廠家致力于研發適合我國消防領域特點的火災自動報警監控聯網技術及相關產品，在部分城市建立了火災報警監控網絡系統，在消防監控和滅火救援方面發揮了重要作用。火災報警監控網絡系統一般由火災報警監控終端（亦稱為火警傳輸設備，簡稱監控終端）、報警監控通信網、報警監控中心三部分組成。對于火災自動報警聯網監控技術，可以從設備數據采集、網絡傳輸方式、系統中心管理三個方面進行分析探討。

　　3.1 設備數據采集

　　監控終端一般設置在消防安全重點單位，與用戶單位的火災探測報警系統相連接，對火災探測報警系統的設備運行及其工作狀態進行實時監控，通過數據采集，將運行數據和報警信息通過報警監控通信網傳送至火災報警監控中心。監控終端應用的數據采集方式主要有模擬量監測和串行數據通信兩種方式。目前使用中的火災探測報警系統一般都備有用于指示設備運行狀態或控制自動消防設備的輸出接點。監控終端正是利用這些無源或有源輸出接點，通過檢測電流、電壓或通斷的方法實現對火災探測報警設備運行和報警狀態的監測。模擬量監測方式簡單有效，易于實現，被廣泛采用。但這種方式，只能了解火災探測報警系統設備的簡單工作狀態（如運行、故障、報警等），尚不能滿足當前消防部門的消防安全監管需求。

　通過串行數據通信（RS-232、RS-422、RS-485等方式）進行數據采集的方式，可以很好地彌補模擬監測方式的不足。利用火災探測報警系統的對外串行數據通信接口，監控終端可以與其實現數據互通互聯，通過剖析火災探測報警設備的數據通信協議，可以從輸出數據中得到報警部位、報警類型、系統運行狀態、故障信息、工作記錄等信息。這些信息為判別火警真偽、了解報警點位置、掌握設備具體運行情況帶來極大方便，從而為縮短報警時間，準確迅速撲救火災提供了可靠技術保障。但由于火災探測報警系統設備生產廠家眾多，型號多樣，其對外數據通信協議沒有統一的標準規范，所以給監控終端應用串行通信方式進行數據采集帶來了極大不便，這已成為嚴重制約火災自動報警監控聯網系統推廣應用的難點。在火災自動報警監控聯網技術領域，提高監控終端對輸出數據通信協議的兼容性，尚需進一步深入研究。

　　3.2 網絡傳輸方式

　　火災自動報警監控網絡系統中，網絡中的數據傳輸可分為有線通信和無線通信兩種方式。有線通信方式一般是通過公眾電話網（PSTN）進行監控終端與報警監控中心間的數據傳輸。此種方式可以利用用戶原有的電話通信線路，具有安裝調試簡便、易于維護等特點，很大程度上降低了監控終端的設備成本，用戶容易接受。目前有線通信已成為火災自動報警監控聯網系統的主要網絡傳輸方式。但對于使用內部交換分機的用戶，監護中心對監控終端的巡檢操作受到限制。

　　無線通信方式中比較常用的有常規通信（無線數傳電臺）、集群通信、GSM的短信息業務三種。相對于有線通信方式，上述三種無線通信方式均需在數據調制解調傳輸的基礎上配備無線通信電臺或模塊，使得基于無線通信方式建立的火災自動報警監控系統中的設備成本相對較高。對于無線通信方式中的常規通信，即使用普通無線電臺進行網絡中數據傳輸，其設計、組網及使用相對簡單，技術較成熟。在我國國內采用此種方式組網的報警監控系統應用也較多，但其作用范圍較小，一般需建立傳輸中繼站，集群通信方式系統信道利用率高、服務質量好、通話阻塞率低，但是需要額外建立集群通信網絡，系統整體建設成本高，設備成本和初期安裝費用高。利用GSM的短信息業務進行網絡中數據傳輸，其覆蓋范圍大，運營費用較低，但是其延時問題是制約其發展的瓶頸，不宜在火災自動報警監控網絡中應用。

　　隨著移動通信技術的發展，GPRS作為在GSM基礎上發展起來的一種分組交換的數據承載和傳輸方式，具有“實時在線”、“按量計費”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”等優點。采用GPRS通信方式，可以做到開機就附著到GPRS網絡上，附著時間一般為3～5s；使用GPRS數據業務時，在經歷1～3s的激活過程后，就可進行數據傳輸通信，極適合于在火災自動報警監控網絡中應用。可以預見，采用GPRS方式的監控終端不久將得到推廣應用。

　　3.3 系統中心管理

目前已建立的火災報警監控中心，其網絡管理功能較完善，應用軟件多采用模塊化設計，一般包括系統管理軟件、用戶信息管理軟件、報警信息處理軟件、系統巡檢維護軟件、數據收發控制軟件等。系統中心的主要功能有：.

　　①可同時接收多個監控終端發來的火災報警信息或巡檢信息，并能顯示、存儲、查詢。②可巡檢查、詢用戶端火災探測報警系統的報警、運行、操作和故障等信息。③能檢索顯示服務區內消防安全重點單位的自然概況信息（單位編號、單位名稱、單位地址、電話號碼、聯系人、聯系方式、生產儲存物質、建筑物類型及高度等）。④可設定用戶處的監控終端的優先級別，巡檢組別等組網操作。⑤可實現報警、故障信息與相應單位圖形信息的對應顯示，并可提供相應單位的其他相關信息。⑥具備系統日常管理操作功能，進行消防安全重點單位的信息及相關數據庫的建立、維護等操作。⑦具備自動記錄和統計功能，并可根據需要進行信息的檢索和打印輸出。⑧能與消防通信指揮中心的火警受理臺進行數據通信。⑨能自動尋呼報警單位相關人員，確認報警信息。

4 火災自動報警聯網監控技術展望

　　現代通信技術、計算機網絡和信息技術的快速發展，為研究開發新一代火災自動報警監控聯網技術產品提供了有力支持。作為火災自動報警監控聯網的新技術，嵌入式終端產品方式和多信息技術的應用格外引人注目。

　　4.1 嵌入式產品方式

　　目前市場上生產和銷售的火災探測報警系統設備多不具備聯網通信功能。建立城市規模的火災自動報警監控聯網系統，需要為消防安全單位的火災探測報警系統額外配備監控終端，重新進行安裝、布線、調試，程序繁瑣復雜。而嵌入式模塊化設計的監控終端，可以采用OEM方式直接供給火災探測報警系統的生產廠家，與其系統融為一體，在使用中不影響原有火災探測報警系統的結構、功能狀態和電氣性能，并進一步拓寬延伸其系統功能，實現聯網通信，直接向監管中心或消防中心提供詳細準確的報警部位、報警類型、系統運行狀態、故障信息、工作記錄等信息，并可實現設備遠程數據維護功能。這種方式，可以避免火災探測報警系統生產廠家的重復性技術研發投入，進而利于降低產品成本，進而拓展火災自動報警監控聯網技術產品的應用范圍。

　　4.2 多信息技術

　　現代數字聲像編碼技術和寬帶通信接入技術的發展，為火災自動報警監控聯網提供了更完美的解決方案――多信息火災自動報警監控聯網技術。多信息火災自動報警監控聯網技術，可以提供火災探測報警系統設備的運行、現場情況的圖像、音頻同步信息，內容詳盡，效果直觀，可實全方位消防監控管理，極大地提高了報警效率和監管水平。并且，提供信息直觀性和報警操作交互性可以極大地簡化報警環節，縮短報警時間，最終實現早期預警、自動報警，對消防部隊快速準確撲救火災起到重要作用。多信息技術是未來火災自動報警監控聯網技術的主要發展方向。

5 結束語

　　隨著城市建設規模的不斷擴大和消防安全意識不斷增強，火災自動報警監控聯網技術必將得到進一步推廣應用，成為消防安全報警領域中新的增長點。
?